实验三 碳钢的热处理组织 实验四 金相显微试样制备
碳钢的热处理及组织性能分析实验
碳钢的热处理及组织性能分析实验一、实验目的1. 掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺。
2. 分析含碳量,加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响。
3.了解碳钢热处理后的基本组织。
二、实验原理1.热处理工艺通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。
退火:将钢加热到一定温度,保温一段时间后缓慢冷却,如炉冷。
正火:将钢加热到某一临界温度以上,保温后在空气中冷却。
淬火:将钢加热到某一临界温度以上,保温后快速冷却,如淬入水或油里。
回火:将淬火后的钢再加热到A线以下某一温度后冷却。
12.热处理温度的选择亚共析钢:淬火、正火、退火的加热温度在Ac以上30~50℃。
3共析钢,过共析钢:淬火、退火的加热温度,在Ac1以上30~50℃;正火加热温度在Acm以上30~50℃。
亚共析钢和过共析钢的淬火,退火温度范围不同(见图1),这是由于如果亚共析钢的淬火温度过低,在Ac1以上30~50℃,这时钢的组织是铁素体和马氏体,使钢件上出现软点。
而过共析钢在两相区加热后淬火得到的组织是马氏体和渗碳体。
由于渗碳体本身硬度很高,不会影响钢的硬度;相反如果过共析钢加热到奥氏体单相区淬火,得到的组织是马氏体和大量的残余奥氏体,硬度反而要下降。
图1淬火加热温度范围过共析钢在退火时若加热到奥氏体单相区,冷却时将在晶介析出网状渗碳体,使钢的塑性,冲击韧性降低。
所以过共析钢退火加热温度不能过高。
过共析钢的正火主要是为了消除已经形成的网状渗碳体,只是加热到Acm 线以上才能使网状渗碳体全部溶入奥氏体,由于正火的冷却速度较快,网状渗碳体来不及析出而被消除。
回火温度是根据零件所要求的机械性能确定的,通常将回火分为低温、中温、高温回火:低温回火:(150~250℃)所得的组织为回火马氏体,硬度约为HRC60,目的是降低淬火后的应力,减少钢的脆性,但保持钢的高硬度,这种回火常用于切削刀具和量具。
中温回火;(350~500℃)所得组织为回火屈氏体,硬度约为HRC40,目的是获得高的弹性极限,同时有较好的韧性,主要用于中高碳钢弹簧的热处理。
实验三 碳钢的热处理
实验三碳钢的热处理一、实验目的1.了解碳素钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)的工艺方法。
2.研究冷却条件与钢性能的关系。
..3.分析淬火及回火温度对钢性能的影响。
4.学会洛氏硬度计的使用。
二、实验设备和材料设备: 箱式电炉和控温仪表, 洛氏硬度计, 皮手套, 夹钳, 淬火矿物油, 水, 砂纸等。
材料: 45号钢、T12 钢样若干。
三、热处理工艺及其设计碳素钢普通热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。
加热温度、保温时间和冷却速度, 是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。
(一)设计、制定热处理工艺规范钢的热处理是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织, 而获得所需性能的一种热加工工艺, 它的基本过程包括: 将钢加热到选定温度, 在该温度下保持一段时间, 然后用选定的速度冷却。
由于工件的成份、形状、大小不同, 所以应该选择不同的加热温度、保温时间和冷却速度。
热处理的工艺参数主要包括: 加热温度、保温时间、冷却速度。
1. 加热温度的选择(1)退火:亚共析钢加热至Ac3+(20(C~30(C)(完全退火);共析钢, 过共析钢加热至Acl+(20(C~30(C)(球化退火), 得到粒状渗碳体, 硬度降低, 以利切削加工。
由于退化时间较长, 本次不做退火实验。
(2)正火: 亚共析钢加热至Ac3+(30(C~50(C);过共析钢加热至Accm+ (30(C~50(C)。
即加热到奥氏体单相区。
(3)淬火: 亚共析钢加热至Ac3+(30(C~50(C);共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30(C~50(C)。
(4)回火: 碳素钢淬火后需尽快回火, 按加热温度的不同, 可分为三种:低温回火: 加热温度150(C~250(C, 目的是得到回火马氏体, 降低淬火应力, 减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。
用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。
中温回火:加热温度350(C~500(C, 目的是得到回火托氏体, 较多地降低淬火应力, 有高的韧性和弹性极限。
碳钢的热处理的实验报告
碳钢的热处理的实验报告碳钢的热处理实验报告引言碳钢是一种重要的结构材料,在工业领域中广泛应用。
热处理是改变碳钢组织和性能的有效方法之一。
本实验旨在通过热处理过程,了解碳钢的相变规律和性能变化,并探讨不同热处理工艺对碳钢性能的影响。
实验方法1. 实验材料:选取C45碳钢作为实验材料,其化学成分为0.45%碳、0.7%锰、0.4%硅、0.02%硫、0.035%磷、残余铁。
初始状态为退火状态。
2. 实验设备:炉子、测温仪、冷却介质等。
3. 实验步骤:a. 预热:将碳钢试样放入炉中,进行均匀加热,使试样达到所需温度。
b. 保温:将试样保持在所需温度下一定时间,使其达到热平衡。
c. 冷却:将试样迅速冷却至室温,可采用水淬、油淬等不同冷却介质。
d. 测量:对不同处理后的试样进行金相显微镜观察和硬度测试。
实验结果与讨论1. 相变规律观察:经过不同热处理工艺后,通过金相显微镜观察发现,碳钢的组织发生了明显变化。
在退火状态下,试样的组织为珠光体和铁素体的混合组织。
经过淬火处理后,试样的组织转变为马氏体。
而经过回火处理后,试样的组织由马氏体转变为珠光体和少量的渗碳体。
这些变化表明热处理工艺对碳钢的组织结构具有显著影响。
2. 硬度测试结果:通过硬度测试,可以评估不同热处理工艺对碳钢硬度的影响。
结果显示,经过淬火处理后,试样的硬度明显提高,达到最大值。
而经过回火处理后,试样的硬度有所降低,但仍高于退火状态。
这说明淬火处理可以显著提高碳钢的硬度,而回火处理则可使其硬度适度下降,同时提高韧性。
3. 性能变化分析:通过对实验结果的分析,可以得出以下结论:a. 淬火处理可以显著提高碳钢的硬度,但会降低其韧性。
适当的回火处理可以在保持一定硬度的同时,提高碳钢的韧性。
b. 不同热处理工艺对碳钢的组织结构有着明显的影响。
珠光体、铁素体、马氏体和渗碳体的相变规律决定了碳钢的性能特点。
c. 热处理工艺的选择应根据具体应用需求,平衡碳钢的硬度和韧性,以满足不同工程要求。
碳钢热处理实验
碳钢热处理实验实验简介碳钢热处理实验是对碳钢材料进行高温处理的一种实验,通过调整加热温度、保温时间、冷却方式等条件,使材料在不同的金相组织状态下达到不同的性能要求,进而探究碳钢材料的金相变化规律和性能变化规律。
实验步骤1.制作试样:选取碳钢材料,根据实验需要制作成不同形态的试样,一般常用的有圆柱形、平板形和带孔形试样。
2.加热处理:将试样置于坩埚内,加热到所需处理温度,并保持一定时间,使其达到准确的热加工目的。
3.冷却处理:根据所需处理的不同状态和要求,进行不同方式的冷却处理。
通常使用快速冷却或淬火,使样品的组织达到最佳状态。
4.金相分析:对处理过的试样进行金相分析,观察其晶粒大小、晶粒形态、相态比例等组织特征,以及硬度、韧性等力学性质,用于判断处理结果是否达到要求。
实验原理碳钢热处理是通过制定不同的加热制度,使钢材达到额定的显微组织状态,从而使得其性能得到显著提高的一种方法。
钢材的热处理过程中,其晶粒大小和晶间间隔、相比例、相组成等组织结构的改变,直接影响着钢材的硬度、韧性等力学性质。
碳钢的组织状态分为珠光体、铁素体、马氏体、贝氏体四种,其中最基础的是铁素体。
在碳钢的高温加热过程中,随着温度的升高,钢材的铁素体晶粒继续长大,在一定温度范围内,钢材材料的组织结构逐渐趋于稳定,直到组织结构的变化基本停止。
这个过程叫做晶粒长大过程,是钢材处理的基本实现原理。
在达到所需的晶粒组织状态之后,为了保持其晶粒状态,并提高其硬度和韧性,需要进行快速冷却或淬火操作。
由于快速冷却或淬火的过程中,钢材的温度急剧降低,使其组织状态变得更加稳定,此时钢材的硬度和韧性得到显著提高。
实验结果在碳钢热处理实验中,不同的处理方式对材料的性质有很大的影响。
通常情况下,提高处理温度和时间,会使钢材的晶粒变大,组织变得稳定,并且硬度和韧性降低;而快速冷却或淬火则会使钢材的晶粒变小,组织变得更加稳定,并且硬度和韧性得到提高。
然而,实际上不同的碳钢材料和处理方式,处理结果也各不相同。
实验三碳钢的热处理组织实验四金相显微试样制备
实验三 碳钢的热处理及组织、性能分析 一:实验目的(1) 观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
(2) 了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二:实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态 (如退火、正火)的组织,也可以是不 平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时, 不但要用铁碳相图,还 要用钢的C 曲线来分析。
图1为共析碳钢的C 曲线,图2为45钢连续冷却的CCT 曲线。
曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转 变过程及能得到哪些组织。
1 •碳钢的退火和正火组织 亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火,经退火后可得接近于平衡状态 的组织,其组织形态特征已在实验I 中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢 (如T10、T12钢等)则采用球化退火,T12钢经球化退火后,组织中的二次渗碳 体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状),图中均匀分散的细小粒状组织就是粒 状渗碳体。
2.钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条 状或针状,20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下,其形态呈现 为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的 马氏体群,每束条与条之间以小角度晶界分开,束与束之间具有较大的位向差, 如图4所示。
WW/log r图1共析碳钢的c 曲线 10005 I 10 1炉 101 10* 图2 45钢的CCT 曲线45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织,如图 5所 示。
由于马氏体针非常细小,故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860C 后油淬,得到的组织将是马氏体和部分托氏体 (或混有少量的 上贝氏体),如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到 贝氏体,女口 T8钢在550~350C 及350E ~ Ms 温度范围内等温淬火,过冷奥氏体 将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
碳钢热处理实验报告
碳钢热处理实验报告一、引言碳钢是一种常用的材料,在许多领域都有着广泛的应用。
而碳钢热处理是一种常见的工艺,通过控制材料的加热和冷却过程,可以改变碳钢的组织结构和性能,从而达到满足不同工作条件的要求。
本文将重点讨论碳钢的热处理实验结果及其对物理性能的影响。
二、实验目的本次实验的目的是通过热处理工艺,对碳钢进行淬火、回火和正火处理,观察不同处理方式对材料硬度、韧性和耐磨性等性能的影响。
三、实验过程1. 样品制备:选择相同尺寸的碳钢样品,确保实验条件的统一,并进行必要的打磨和清洁工作。
2. 淬火处理:将样品加热到适当的温度,保持一定时间后,迅速进行冷却。
采用水冷淬火和油冷淬火两种方式,分别标记为样品A和样品B。
3. 回火处理:将样品A和样品B分别加热至适当温度,保持一定时间后,进行缓慢冷却。
回火处理的温度和时间根据材料的要求进行选择。
4. 正火处理:将样品A和样品B分别加热至适当温度,保持一定时间后,迅速进行冷却。
正火处理温度较低,时间较短,用于提高材料的韧性。
四、实验结果与分析1. 硬度测试:在实验结束后,对样品进行硬度测试。
通过布氏硬度计测量不同处理后的样品硬度,并进行对比分析。
结果显示,样品A(水冷淬火)具有较高的硬度,而样品B(油冷淬火)较之较低。
这是因为水冷淬火速度更快,导致了碳钢中的碳元素无法充分沉淀,从而提高了材料的硬度。
2. 韧性测试:通过冲击试验,对不同热处理后的样品进行韧性测试。
结果表明,经过回火处理的样品A在韧性方面表现较好,而样品B则因油冷淬火导致较高的硬度,韧性稍差。
这是因为回火处理可改善材料的韧性,通过减少残留应力的方式使其更加柔韧。
3. 耐磨性测试:通过摩擦磨损实验,对不同热处理后的样品进行表面耐磨性测试。
结果显示,样品A(河注淬火)的表面硬度较高,因此具有较好的耐磨性能;而样品B(油冷淬火)的耐磨性相对较差。
这是因为样品A经过淬火处理后,碳元素沉淀在晶界和析出物中,使得材料表面更加坚硬,具有较好的耐磨性。
碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响
实验三碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响一、实验目的1.了解碳钢热处理工艺操作。
2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值。
3.掌握热处理后钢的金相组织分析。
4.For personal use only in study and research; not for commercial use5.6.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能(硬度)的影响。
7.巩固课堂教学所学相关知识,体会材料的成分-工艺-组织-性能之间关系。
二、实验内容1.45和T12钢试样淬火、回火操作,用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度。
工艺规范见表6—1。
2.制备并观察标6—2所列样品的显微组织。
3.观察幻灯片或金相图册,熟悉钢热处理后的典型组织:上贝氏体、下贝氏体、片状马氏体、条状马氏体、回火马氏体等的金相特征。
三、概述1.淬火、回火工艺参数的确定。
Fe—Fe3C状态图和C—曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
热处理工艺参数主要包括加热温度,保温时间和冷却速度。
(1)加热温度的确定淬火加热温度决定钢的临界点,亚共析钢,适宜的淬火温度为A c3以上30~50℃,淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。
如果加热温度不足(<A c3),淬火组织中仍保留一部分原始组织的铁素体,造成淬火硬度不足。
过共析钢,适宜的淬火温度为A c1以上30~50℃,淬火后的组织为马氏体十二次渗碳体(分布在马氏体基体内成颗粒状)。
二次渗碳体的颗粒存在,会明显增高钢的耐磨性。
而且加热温度较A cm低,这样可以保证马氏体针叶较细,从而减低脆性。
回火温度,均在A c1以下,其具体温度根据最终要求的性能(通常根据硬度要求)而定。
(2)加热,保温时间的确定加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度,完成应有的组织转变。
加热、保温时间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态、加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。
金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织,经淬火得到的是不平衡组织。
因此,研究热处理后的组织时,不仅要参考铁碳相图,而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见,用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能(见表3-1)。
在缓慢冷时(相当于炉冷,见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体;当冷却速度增大到V2。
时(相当于空冷),得到的是较细的珠光体,即索氏体或屈氏体;当冷却速度增大到V3时(相当于油冷),得到的为屈氏体和马氏体;当冷却速度增大至V4、V5,(相当于水冷),很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后,瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。
转变类型组织名称形成温度范围/℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400~500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织~20(HBl80~200)索氏体(S)600~650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征,在低倍下片层模糊不清25~35屈氏体(T)550~600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织,只有在电子显徽镜(5000~15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350~550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230~350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48~58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体),过热淬火时则呈粗大片状马氏体60~65亚共析钢的C曲线与共析钢相比,只是在其上部多了一条铁素体先析出线,当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷,如图2-3中V1:),转变产物接近平衡组织,即珠光体和铁素体。
实验四 金属试样的制备与金相显微镜的使用
⑵ 细磨的砂纸从粗到细有许多号,先从最粗的80#砂纸开始磨制,砂纸开始磨制,再经过140#、280#、320#、400#、600#、800#、1000#、1200#终止。当前一号磨好后,必须将试样磨面、手及玻璃板擦净,再进行下一道砂纸的磨制。并且每当换一号砂纸时,磨光方向都要转90°,如图4-4所示。这样才能看出上次磨痕是否磨去。
(a)、(b)机械镶嵌;(c)低熔点合金镶嵌;(d)塑料镶嵌
图4-3 金相试样的镶嵌方法
细磨光:目的是获得平整光滑的磨面。细磨光的操作方法如下:
⑴ 将砂纸放在玻璃板上,左手按住砂纸,右手紧握试样,并使磨面朝下,均匀用力向前推行磨制。在回程时,应提起试样不与砂纸接触,以保证磨面平整而不产生弧度。
H2O99.5ml 用棉花沾上试剂擦拭
10~20s 或显示铝合金的一般显微组织 浓混合
酸溶液 HF(浓)10ml
HCl(浓)15ml
HNO3(浓)25 ml
H2O50 ml 此液作粗视浸蚀用;若用作显微组织,则可用水按9:1冲淡后作为浸蚀剂用 是显示轴承合金粗视组织和显微组织的最佳浸蚀剂 四、实验内容
酒精溶液 盐酸10ml
硝酸3ml
酒精100ml 浸蚀2~10min 显示高速钢淬火及回火后钢的奥氏体晶粒,显示回火马氏体组织 王水溶液 盐酸(相对密度1.19)3份
碳钢的热处理及性能分析【最新资料】
碳钢的热处理及性能分析时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量,可根据相图确定(如图所示)。
对亚共析钢,其加热温度为℃,若加热温度不足(低于),则+淬火后可得到细小的它直接影响到钢淬火后的组织以保证以减使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定鼻不同的冷却介质在不同的温度范围内的实验二金相试样的制备与观察一、实验目的1.学习金相试样的制备方法。
二、实验设备、仪器及材料用品抛光机、各型号砂纸、抛光磨料、试样、浸蚀剂、吹风等。
三、实验步骤金相试样的制备包括取样、磨制、抛光、浸蚀四个步骤。
制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、水迹。
1.取样取样的部位和磨面应根据检验目的选取具有代表性的部位。
例如,检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。
试样的截取方法很多,例如用手锯、机床截取、线切割等,但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化,破坏了其组织的真实性。
为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。
金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制,常用的试样尺寸为:Φ12×10或12×12×10,如果不是观察表面组织,可以倒角便于磨制。
根据需要,例如观察表面渗碳层的厚度,为防止在磨制过程中发生倒角,应采用镶嵌法,把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。
我们所用试样为车削好的Φ10×20的45钢试样。
2.磨制这是最关键的步骤,磨制质量的好坏直接决定了试样的好坏。
①粗磨将试样在砂轮上或用粗砂纸之成平面。
磨制时使试样受力均匀,压力不要太大。
②精磨粗磨好的试样用清水冲干后,依次用01、02、03、04号金相砂纸把磨面磨光。
磨制时应把砂纸放在玻璃板或平整的桌面上,左手按住砂纸,右手握住试样,用力均匀、平稳,沿一个方向反复进行,直到旧的磨痕被去掉,不要来回磨制。
注意:在调换更细一号砂纸时,应将试样上的磨屑和砂粒清除干净,并转动90º角,使新、旧磨痕垂直。
3.抛光抛光的目的是去除磨面上细的磨痕和变形层,以获得光滑的镜面。
金相实验报告
适用于低、中合金焊缝,能显示 焊缝中的点、气孔、裂纹
混合酸溶液
盐酸 500ml 硫酸 25ml 硫酸铜 100g
试样需抛光,用浸蚀法直到显现出 组织时为止
适用于不锈钢奥氏体钢焊接
1.宏观检验浸蚀
• 1.7 浸蚀完毕后,即可用耐酸钳, 将试样从浸蚀液中取出,并立 即在流动水中冲洗,同时用毛刷将试样表面上的腐蚀产物洗刷 掉 。刷洗后还可采用2%NaOH或3-5%Na2CO3溶液冲洗,然 后吹干。 • 1.8 试样酸浸后,如发现浸蚀不够时,可继续浸蚀至达到要求 为止;如发现浸蚀过深时,须将试样被检面重新进行磨平磨光 后再按上述方法重新浸蚀。 • 1.9 酸浸后的试样应及时检查或拍照,并作好记录。若需暂时 放置,则应置于干燥器中保存。 • 1.10 检查时如发现折叠、裂纹、气孔和未焊透等缺陷,可绘制 简图对其进行记录,拍照时应注明放大倍数并测定缺陷的尺寸 与位置,以便评定被检件质量。
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(三)磨制
• 1. 磨平 • 截取或者选择好的试样,先经砂轮或角向 磨光机磨平,为下一道砂纸的磨制做好准 备。磨平过程中,须用水冷却试样,使金属 组织不因受热而发生变化。 • 2.磨光 • 试样的磨光可采用手工或机械磨样机进 行,一般磨到500#水砂纸或01#金相砂纸即 可进行宏观检验,对于微观金相试样则还 需要进行抛光。
(一)取样: 1.1试样选择
• 1. 1.1.1试样截取的方向、部位、数量应根据规定进行。 • 1.1.2需研究金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、 晶粒度级别等时,应垂直于锻轧方向取横截面截取试样。 • 1.1.3 需研究非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、 塑性变形程度等情况时,应平行于锻轧方向取纵截面截取 试样。 • 1.1.4 需研究焊接接头从表层到中心及各焊层的组织、显 微组织状态、晶粒度级别等情况时,应垂直于焊缝的纵截 面截取试样,并应符合相关标准、规程的规定。
碳钢热处理与金相观察实验指导参考书(1)
目录前言 --------------------------------------------------------------------------------- 2实验一金属的磨片实验 --------------------------------------------------------- 3实验二铁碳合金的平衡组织观察 ---------------------------------------- 12 实验三钢的热处理综合实验 ------------------------------------------------- 20前言本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法、热处理及金相显微组织的观察,使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识,而热处理综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系,还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。
实验一金属的磨片实验一、实验目的1 掌握金相显微试样的制备过程和基本方法,并观察、认识其金相显微组织;2 初步学会用比较法测定工业纯铁的晶粒度。
二、实验仪器及材料1 仪器:台式金相显微镜、预磨机、抛光机、吹风机等。
2 材料;45 钢待磨试样(O12×15)每人一块;各号金相砂纸(或水磨砂纸)一套;腐蚀剂;4%硝酸酒精;制备好的工业纯铁试样,棉球、镊子等。
三、实验内容在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时,需要在该材料的典型部位截取样块,然后通过一系列的制备过程,制成符合要求的金相显微试样。
即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织,其整个过程即为磨片。
磨片的方法与步骤如下:1 .取样①取样的部位及磨面的选择根据被检验金属材料或零件的特点,加工工艺及研究目的进行选择,如:研究另件破裂的原因时,应在破裂部位取样,再在离破裂处较远的部位取样,以做比较。
研究铸造合金时,由于组织不均匀,从铸件表层到中心必须分别截取几个样品。
钢铁试样的制备及金相显微组织分析
钢铁试样的制备及⾦相显微组织分析实验⼀⾦相显微试样的制备⼀.实验⽬的1.了解⾦相试样的制备过程2.掌握钢铁⾦相试样的制备过程及⽅法⼆.概述⾦相显微试样的制备可分为以下五个过程:(⼀) 取样1.试样制备:1.1试样选择1.1.1试样截取的⽅向、部位、数量应根据⾦属制造的⽅法、检验⽬的、技术条件、相关标准的规定或双⽅达成协议的规定进⾏。
1.1.2需研究⾦属材料从表层到中⼼的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物⽹、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度时,应垂直于锻轧⽅向取横截⾯截取试样。
1.1.3 需研究⾮⾦属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全⾯情况时,应平⾏于锻轧⽅向取纵截⾯截取试样。
1.1.4 需研究焊接接头从表层到中⼼及各焊层的组织、显微组织状态、晶粒度级别等情况时,应垂直于焊缝的纵截⾯截取试样,并应符合相关标准、规程的规定。
注:显微试样的选取应根据研究的⽬的,取其具有代表性的部位。
例如○1在检验和分析失效零件的损坏原因时,除了在损坏部位取样外,还需要在距破坏处较远的部位截取试样以便⽐较。
○2在研究⾦属铸件组织时,由于存在偏析现象,必须从表⾯层到中⼼同时取样进⾏观察;○3对于轧制和锻造材料则应同时截取横向(垂直于轧制⽅向)及纵向(平⾏于轧制⽅向)的⾦相试样,以便于分析⽐较表层缺陷及⾮⾦属夹杂物的分布情况;○4对于⼀般热处理后的零件,由于⾦相组织⽐较均匀,试样的截取可在任⼀截⾯进⾏。
1.2试样截取1.2.1试样可⽤⼿锯、砂轮切割机、锯、刨、铣等截取,必要时也可⽤⽓割法、等离⼦切割等⽅法截取。
1.2.2 不论⽤哪种⽅法取样,均应避免截取⽅法对组织的影响,如变形、过热等。
根据不同⽅法应在切割边去除这些影响,对过热的影响,可在截取时采取⽔冷等措施避免。
1.2.3确定好部位后就可把试样截下,试样的尺⼨通常采⽤直径φ12~15mm,⾼12~15mm的圆柱体或边长12~15mm的⽅形试样。
碳钢热处理后组织观察
3、碳钢的淬火组织
碳钢淬火后可得到马氏体(M)组织。马 氏体是碳在α- Fe中的过饱和固溶体。马氏体的 形态按碳含量的不同可形成两种,即板条状马氏 体和针状马氏体。 低碳钢淬火后的板条状马氏体。板条状马氏 体是由许多尺寸大致相同的细马氏体条平行排列 组成的马氏体,各束之间位向不同,且位向差较 大,一个奥氏体晶粒内可有几个马氏体束。板条 马氏体不仅具有较高的强度,同时还具有良好的 塑性和韧性。
4.碳钢淬火后的回火组织 淬火钢通常为马氏体和少量残余奥氏体组 织,经回火转变后,能够获得不同的组织。 低温回火获得回火马氏体,它是由含碳过 饱和的α固溶体及母相保持共格关系的ε 碳化物 组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体的针片 状或板条状形态,但由于在过饱和α固溶体上 分布着大量高度弥散的细小的ε 碳化物,使回 火马氏体较淬火马氏体容易腐蚀,故在光学显 微镜下,仍保持着原淬火状态的马氏体特征、 仅颜色较暗而呈暗黑色。回火马氏体性能基本 与淬火马氏体相同,但脆性较低。
2、共析钢过冷奥氏体的冷却 转变组织
V1(相当于随炉缓冷)时, 奥氏体转变成珠光体。 V2(相当于空冷),得到的 较细的是珠光体,即索氏体。
V4(相当于水冷Βιβλιοθήκη 时,得到的是马氏 体和残余奥氏体组 织。
V4
Vc V3(相当于油冷)时,得 到的是屈氏体和马氏体。
共析钢C曲线
2、碳钢的退火和正火
碳钢经退火(完全退火)后得到 接近平衡状态的组织。碳钢经球化退 火得到球状珠光体组织。 碳钢正火可得到索氏体组织。索 氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物, 其片层间距比珠光体小,45钢在正火 条件下获得的组织为:索氏体+铁素体。
1、热处理加热温度-退火和正火
1200℃
扩散退火
碳钢热处理实验报告
碳钢热处理实验报告碳钢热处理实验报告引言:碳钢是一种常见的金属材料,具有良好的机械性能和可塑性。
然而,碳钢的性能可以通过热处理来改善,以满足特定的工程要求。
本实验旨在研究碳钢的热处理工艺对其性能的影响,并分析不同处理条件下的微观结构变化。
实验方法:1. 样品准备:选择相同尺寸的碳钢样品,并进行表面清洁处理,确保样品无杂质。
2. 热处理工艺:将样品分为三组,分别进行退火、淬火和回火处理。
a. 退火:将样品放入高温炉中,加热至临界温度(800-900°C),保持一定时间后缓慢冷却。
b. 淬火:将样品迅速放入冷却介质(如水或油)中,使其迅速冷却。
c. 回火:将淬火后的样品放入高温炉中,加热至较低的温度(200-500°C),保持一定时间后冷却。
实验结果与讨论:1. 退火处理:退火处理可以消除碳钢中的应力和晶界缺陷,提高其延展性和韧性。
在显微镜下观察,退火后的样品晶粒较大且均匀,晶界清晰。
这是因为高温下晶粒能够长大并形成完整的晶界结构。
2. 淬火处理:淬火处理可以使碳钢快速冷却,形成马氏体组织,从而提高硬度和强度。
在显微镜下观察,淬火后的样品呈现出细小的马氏体组织,晶粒较小且紧密排列。
这是因为淬火过程中,碳钢中的碳原子被固溶在铁晶格中,形成了固溶体。
3. 回火处理:回火处理是为了降低淬火后样品的脆性,提高其韧性和可塑性。
在显微镜下观察,回火后的样品晶粒继续长大,晶界清晰,与退火处理类似。
此外,回火还可以消除淬火过程中产生的残余应力。
4. 性能测试:通过硬度测试和拉伸试验,可以评估不同热处理工艺对碳钢性能的影响。
退火处理后的样品具有较低的硬度,但具有较高的延展性和韧性。
淬火处理后的样品具有较高的硬度和强度,但较低的延展性。
回火处理后的样品硬度和强度介于退火和淬火之间,但具有较好的韧性。
结论:通过碳钢热处理实验,我们可以得出以下结论:1. 退火处理可以提高碳钢的延展性和韧性。
2. 淬火处理可以提高碳钢的硬度和强度。
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程,正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样,完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项(一)硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同,因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高,表明金属抵抗塑性变形能力越大,材料产生塑性变形就越困难。
另外,硬度与其它机械性能(如强度指标σb及塑性指标ψ和δ)之间有着一定的内在联系,所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多,在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是:(1)试验时应力状态最软(即最大切应力远远大于最大正应力),因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
(2)金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系:σb=K·HB式中:σb——材料的抗拉强度值HB——布氏硬度值K——系数退火状态的碳钢K=0.34~0.36合金调质钢K=0.33~0.35有色金属合金K=0.33~0.53(3)硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值,通常硬度高,这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求,往往只标注硬度值,其原因就在于此。
(4)硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕,并不损坏零件,因而适合于成品检验。
碳钢的热处理操作实验
实验五碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定实验学时:4实验类型:综合实验要求:必修一、实验目的1. 了解碳钢的热处理工艺操作;2. 研究碳钢加热温度、冷却速度、回火温度对钢性能的影响;3. 观察热处理后的显微组织变化;4. 了解硬度计的原理、初步掌握洛氏硬度计的使用。
二、实验内容1.按表1中的热处理工艺进行操作,并对热处理后的各样品进行硬度测定,将硬度值填入表1中。
注:保温时间可按1分钟/每毫秒直径计算;回火保温时间均为30分钟,然后取______________________________________________________________________________________________________________出空冷。
2. 观察下列表2热处理后的金相试样,并画出组织示意图。
三、实验原理、方法和手段(一)钢的热处理工艺:钢的热处理基本工艺有退火、正火、淬火和回火。
进行热处理时,加热是第一道工序,目的是为了得到奥氏体,因为钢的最终组织珠光体、贝氏体和马氏体都是由奥氏体转变来的。
二是保温、目的使奥氏体均匀化。
三是冷却,是改变组织和性能的重要因素。
因此,正确选择三个基本因素是热处理成功的基本保证。
1.加热温度的选择(1)退火加热温度:根据Fe-Fe3C相图确定。
对亚共析钢,其加热温度为;共析钢和过共析钢加热至A C1+(20~30)℃(球化退火),目的是得到球状渗碳体,降低硬度,改善切削性能。
(2)正火加热温度:一般亚共析钢加热至A C3+(30~50)℃;过共析钢加热至+(30~50)℃,即加热到奥氏体单相区。
精品资料______________________________________________________________________________________________________________(3)淬火加热温度:一般亚共析钢加热至A C3+(30~50)℃,淬火后的组织为均匀细小的马氏体。
《材料科学基础》碳钢热处理实验教学方案设计
《材料科学基础》碳钢热处理实验教学方案设计一、实验目的1.掌握碳钢的热处理原理和方法。
2.学习并掌握碳钢的淬火、回火和退火工艺。
3.通过实验,了解碳钢的微观组织变化和机械性能变化。
二、实验项目1.碳钢淬火实验2.碳钢回火实验3.碳钢退火实验三、实验仪器和材料1.实验样品:碳钢试样2.实验设备:电炉、冷却油、热处理工具3.实验仪器:显微镜、万能试验机四、实验步骤1.碳钢淬火实验(1)将碳钢试样放入电炉中加热至淬火温度(一般为800-900℃)。
(2)保持试样在淬火温度下一定时间,使其均匀加热。
(3)快速将试样降入冷却油中进行淬火。
(4)取出试样,进行金相观察,测定硬度。
2.碳钢回火实验(1)将淬火后的碳钢试样放入电炉中加热至回火温度(一般为250-500℃)。
(2)保持试样在回火温度下一定时间,使其达到所需的硬度和韧性。
(3)取出试样,进行金相观察,测定硬度。
3.碳钢退火实验(1)将碳钢试样放入电炉中加热至退火温度(一般为500-800℃)。
(2)保持试样在退火温度下一定时间,使其达到所需的结构和性能。
(3)缓慢冷却至常温,取出试样,进行金相观察,测定硬度。
五、实验内容及要求1.实验中要注意安全,操作过程中需戴好防护眼镜、手套等防护用具。
2.实验过程中要严格控制加热和冷却速度,确保试样获得所需的组织和性能。
3.实验后要对试样的硬度和金相组织进行测定和观察,并比较不同热处理工艺的效果。
4.结合实验结果,分析碳钢热处理对其微观组织和性能的影响,并进行讨论和总结。
六、实验效果评价本实验通过对碳钢的淬火、回火和退火实验,使学生能够全面了解碳钢的热处理原理和方法,掌握热处理工艺的关键步骤和操作要点。
通过对碳钢试样的金相观察和硬度测定,学生能够直观地了解碳钢的微观组织变化和机械性能变化,提高对材料科学基础知识的理解和掌握水平。
七、实验拓展1.可以对不同碳含量的碳钢进行热处理实验,比较其组织和性能的差异。
2.可以对不同热处理工艺参数进行调整,探讨热处理工艺对碳钢性能的影响规律。
碳钢热处理实验报告
碳钢热处理实验报告篇一:金属材料及热处理实验报告金属材料及热处理实验报告学院:高等工程师学院专业班级:冶金E111姓名:学号:杨泽荣411020102014年6月7日45号钢300℃回火后的组织观察及洛氏硬度测定目录一、实验目的............................................................... .. (1)二、实验原理............................................................... .. (1)1.加热温度的选择............................................................... ............................................ 12.保温时间的确定............................................................... ............................................ 2 3.冷却方法............................................................... ........................................................ 3 三、实验材料与设备............................................................... .. (4)1.实验材料............................................................... ........................................................ 4 2.实验设备............................................................... ........................................................ 4 四、实验步骤............................................................... .. (4)1.试样的热处理............................................................... (4)淬火.................................................................................................................... 4 回火............................................................... ..................................................... 5 2.试样硬度测定............................................................... ................................................ 5 3.显微组织观察与拍照记录............................................................... .. (5)样品的制备............................................................... .......................................... 5 显微组织的观察与记录............................................................... . (6)五、实验结果与分析............................................................... .. (6)1.样品硬度与显微组织分析................................................................. ........................... 62.淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响 (6)淬火温度的影响............................................................... .................................. 6 淬火介质的影响............................................................... .................................. 7 3回火温度对钢组织与性能的影响............................................................... .. (7)回火温度对45钢组织的影响............................................................... ............ 7 回火温度对45 钢硬度和强度的影响.............................................................7 4合金元素对钢的淬透性、回火稳定性的影响 (8)合金元素对钢的淬透性的影响............................................................... .......... 8 合金元素对钢的回火稳定性的影响................................................................. 9 5碳含量对钢的淬硬性的影响............................................................... ......................... 9 六、结论............................................................... ...................................................................9 参考文献............................................................... .. (9)一、实验目的1. 掌握碳钢的常用热处理(淬火及回火)工艺及其应用。
实验三 碳钢热处理的显微组织观察及硬度测定
实验二碳钢热处理的显微组织观察及硬度测定一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的基本组织;2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——F、P、Fe3C、M、T、S、M回火、T回火、S回火;3. 了解热处理工艺对碳钢性能(硬度)的影响;二、概述碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织;经淬火得到的是非平衡组织。
因此,研究热处理后的组织时,不仅要参考铁碳相图,而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对含量.C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件;而CCT曲线(奥氏体连续冷却曲线)适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线,也能够估计连续冷却时的组织变化。
1.共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。
2.共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见,不用CCT曲线.而用C曲线(图1)来分析。
例如共析钢奥氏体,在慢冷时(相当于炉冷,见图1中的v1)应得到100%的珠光体;当冷却速度增大到v2(相当于空冷),得到的是较细珠光体,即索氏体或屈氏体;当冷却速度增大到v3(相当于油冷),得到的为屈氏体和马氏体;当冷却速度增大至v4、v5(相当于水冷),很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后.瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(v4)称为淬火的临界冷却速度。
3.亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比,只是在其上部多了一条铁素体先析出线,如图2所示。
当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷,如图2中v1),转变产物接近平衡组织,即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大,即v3>v2>v1时,奥氏体的过冷度逐渐增大,析出的铁素体越来越少,而珠光休的量逐渐增加,组织变得更细,此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
因此,v1的组织为铁素体+珠光体;v2的组织为铁素体+索氏体;v3的组织为铁素体+屈氏体。
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实验三碳钢的热处理及组织、性能分析一:实验目的(1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二:实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织,也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时,不但要用铁碳相图,还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线,图2为45钢连续冷却的CCT 曲线。
图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
1.碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火,经退火后可得接近于平衡状态的组织,其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火,T12钢经球化退火后,组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状),图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2.钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条状或针状,20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下,其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群,每束条与条之间以小角度晶界分开,束与束之间具有较大的位向差,如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织,如图5所示。
由于马氏体针非常细小,故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860℃后油淬,得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体),如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体,如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火,过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织,当转变量不多时,在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展,具有羽毛状特性,如图7所示。
图5 45钢正常淬火组织图6 45钢油淬组织图7 上贝氏体组织特征下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。
由于易受浸蚀,所以在显微镜下呈黑色针状特征,如图8所示。
在观察上、下贝氏体组织时,应注意为显示贝氏体组织形态,试样的处理条件一般是在等温度下保持不长的时间后即在水中冷却因此只形成部分贝氏体,显微组织中呈白亮色的基体部分为淬火马氏体组织。
含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外,还有较多的残余奥氏体。
T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体,如图4.9所示。
但是当把此钢加热到较高温度淬火时,显微镜组织中出现粗大针状马氏体,并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体,如图10所示。
图8 下贝氏体组织特征图9 T12钢正常淬火组织图10 T12钢1000℃油淬组织碳钢回火后的组织淬火钢经不同温度回火后所得到的组织不同,通常按组织特征分为一下三种。
(1)回火马氏体。
淬火钢经低温回火(150~250℃),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点,这种组织成为回火马氏体。
回火马氏体仍保持针状特征,但容易浸蚀,故颜色比淬火马氏体深些,是暗黑色的针状组织,如图11所示。
回火马氏体具有高的强度和硬度,而韧性和塑性叫淬火马氏体有明显改善。
(2)回火托氏体。
淬火钢经中温回火(350~500℃) 得到在铁素体基体中弥散分布着微小状渗碳体的组织,称为回火托氏体。
回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态,渗碳体则呈细小的颗粒状,在光学显微镜下不易分辨清楚,故呈暗黑色,如图12所示。
回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和很好的弹性。
(3)回火索氏体。
淬火钢高温回火(500~650℃)得到的组织称为回火索氏体,其特征是已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。
回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状,如图13所示。
回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。
图11 回火马氏体组织图12 回火托氏体组织图13 回火索氏体组织三:实验内容典型牌号碳钢经不同热处理后的状态如表1所示试样号码钢号热处理条件浸蚀剂放大倍数145860℃炉冷(退火)3%硝酸酒精溶液200~450245860℃空冷(正火)3%硝酸酒精溶液200~450345860℃加热、油淬3%硝酸酒精溶液450~600445860℃加热、油淬3%硝酸酒精溶液450~600四:实验方法指导(1)领取一套金相试样,在金相显微镜下观察。
观察时要根据Fe—Fe3C相图和钢的C曲线来分析确定不同热处理条下各种组织的形成原因。
2)对于经过不同热处理后的组织,要采用对比的方式进行分析研究,例如,退火与正火、水淬与油淬、淬火马氏体与回火马氏体等。
(3)画出所观察到的、指定的几种典型显微组织形态特征,并注明组织名称、热处理条件及放大倍数等。
(4)在了解洛氏硬度计的构造及操作方法之后,测定45钢经不同热处理后的硬度,并记录所测得的硬度数据。
五:实验报告要求(1)写出实验目的。
(2)运用铁碳相图及相应钢种的C曲线,根据具体的热处理条件分析所得组织及特征,并画出所观察试样的显微组织示意图。
(3)列出全部硬度测定数据,分析冷却方法及回火温度对碳钢性能(硬度)的影响,画出回火温度同硬度的关系曲线,并阐明硬度变化的原因。
六:思考题(1)45钢淬火后硬度不足,如何用金相分析来判定是淬火加热温度不足还是令却速度不够?(2)45钢调质处理得道的组织和T12球化退火得到的组织在本质、形态、性能和用途上有何差异?(3)指出下列工件的淬火及回火温度,并说明回火后多获得的组织。
①45钢的小轴②60钢的弹簧③T12钢的锉刀实验四金相显微样品的制备及金相显微镜的使用一,实验目的1. 掌握金相样品的制备过程和基本方法;2. 了解金相显微镜的基本原理,构造,掌握显微镜的正确使用.二,实验原理利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析.它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术,在金属材料研究领域中占有很重要的地位.在现代金相显微分析中,使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜.这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍.显微镜的基本原理,构造及使用1. 显微镜的基本原理最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成.图1-1为相显微镜成像的光学原理示意图.图中AB为被观察的物体,对着被观察物体的透镜O1叫物镜;对着人眼的透镜O2叫目镜.物镜使物体AB形成放大的倒立实像A''B'',目镜再将A''B''放大成仍然倒立的虚像A"B".其位置正好在人眼的明视距离约250mm处.在显微镜中所观察的就是这个虚像A"B".1 显微镜的放大倍数放大倍数由下式确定:式中:M—显微镜总放大倍数;M物—物镜的放大倍数;M目—目镜的放大倍数;f物—物镜的焦距;f目—目镜的焦距;L—显微镜的光学镜筒长度;D—明视距离250mm.由上式可知:f物 ,f目越短或L越长,则显微镜的放大倍数越大.2 物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜能清晰分辨试样两点间最小距离的能力.物镜鉴别率的数学公式为:式中:d—物镜的鉴别率;λ—入射光源的波长;A—物镜的数值孔径,它表示物镜的聚光能力.由公式可知,波长λ越短,数值孔径A越大,则鉴别能力就越高d越小,在显微镜中就能看到更细微的部分.数值孔径A可由下列公式求出:式中:η—物镜与物体之间介质的折射率;φ—物镜孔径角的一半,即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度.η越大或物镜孔径角越大,则数值孔径越大,由于φ总是小于90,所以在空气介质η=1中使用时,数值孔径A一定小于1,这类物镜称干系物镜.当物镜上面滴有松柏油介质η=1.52时,A值最高可达1.4,这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜,每个物镜都有一个设计额定的A值,刻在物镜体上.3 显微镜的有效放大倍数由M=M目·M物知,显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合.如45倍的物镜乘以10倍的目镜或者15倍的物镜乘以30倍的目镜都是450倍.对于同一放大倍数,如何合理选用物镜和目镜呢应先选物镜,一般原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500~1000倍,即这个范围称为显微镜的有效放大倍数范围,若M1000A,则形成"虚伪放大",组织的细微部分将分辨不清.待物镜选定后,再根据所需的放大倍数选用目镜.4 景深:即垂直鉴别率,反映了显微镜对于高低不同的物体能清晰成像的能力.式中:M—放大倍数;R—半孔径角;λ—波长;n—介质折射率.由式可知n,R越大,景深越小;物距增加,景深增加.在进行断口分析时,为获得清晰的断口凹凸图像,景深不能太小.5 透镜的几何缺陷单色光通过透镜后,由于透镜表面呈球形,光线不能交于一点,则使放大后的象模糊不清,此现象称球面象差.多色光通过透镜后,由于折射率不同,使光线不能交于一点也会造成模糊图像,此现象称色象差.减小球面象差的办法:可通过制造物镜时采用不同透镜组合进行校正;调整孔径光栏,适当控制入射光束等办法降低球面象差.减小色象差办法:可通过物镜进行校正或采用滤色片获得单色光的办法降低色象差.2. 显微镜的构造图1-2为不同型式的金相显微镜的基本构造及光学行程.图1-2 金相显微镜的基本构造及光学行程金相显微镜分为台式,立时及卧式三种类型,各种类型又有许多不同的型号.虽然显微镜的型号很多,但基本构造大致相同,现以XJB-1型金相显微镜为例介绍显微镜的构造.金相显微镜通常由光学系统,照明系统和机械系统三大部分组成,有的显微镜还附有摄影装置.图1-3 XJB-1型金相显微镜的光学系统1-灯泡;2-聚光透镜组;3-聚光镜;4-半反射镜;5-辅助透镜;6-物镜组;7-试样;8-反光镜;9-孔径光阑;10-视场光阑;11-辅助透镜;12,13-棱镜;14-物镜XJB-1型显微镜的光学系统如图1-3所示.由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径光栏9,再经过聚光镜3聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照射到试样7的表面上,从试样反射回来的光线又经过物镜组6和辅助透镜5,由半反射镜4转向,经过辅助透镜以及棱镜造成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜的放大,就成为在目镜视场中能看到的放大影像.照明系统:由电源220V经变压器6~8V使灯泡6-8V,15w发光作为光源.还有聚光镜,孔径光栏,视场光栏等装置,组成显微镜的照明系统.机械系统及其它各部件:调焦装置:在显微镜体两侧有粗调和微调旋钮.随粗调旋钮的传动,支撑载物台的弯臂作上下移动.微调旋钮使其沿滑轨缓慢移动.载物台试样台:用于放置金相试样.载物台和下面托盘之间有导轨,用手推动,可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动,以改变试样的观察部位.孔径光栏:它是用于控制入射光束的粗细,以保证物像达到清晰的程度.视场光栏:它的作用是控制视场范围,使目镜中视场明亮而无阴影.在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉,用来调整光栏中心.3. 显微镜的使用规程及注意事项金相显微镜是一贵重精密光学仪器,使用时要细心谨慎.使用前应先了解显微镜的基本原理,构造及各主要部件的位置和作用,然后再按照使用规程和应注意事项进行操作.1 显微镜的使用规程:先将显微镜的插头插在低压6~8V变压器上,通过变压器接通电源.根据放大倍数选用所需物镜和目镜,分别安装在物镜座及目镜筒上.将试样放在载物台中心,并使观察面朝向物镜.用双手旋转粗调旋钮,将载物台降下,使样品靠近物镜,但不接触.然后边观察目镜边用双手旋转粗调旋钮,使载物台慢慢上升,待看到组织时,再旋转微调旋钮,直至图像清晰为止.2 使用注意事项:操作时要细心,动作要轻微.光学系统等重要部件不得自行拆卸.使用时如出现故障,应及时报告指导教师进行处理.显微镜各种镜头严禁用手指触摸或用手帕等擦拭,擦拭镜头需用镜头纸.显微镜的灯炮电压为6~8v,严禁直接插在220v的电源插座上.在旋转聚焦旋钮时,动作要慢,碰到阻碍时立即停止操作,并报告指导教师进行处理.使用完毕,关闭电源,将显微镜恢复到使用前状态,经指导老师检查无误后,方可离开实验室.金相显微试样的制备金相试样的制备包括取样,磨制,抛光和浸蚀等步骤.1.取样试样的选取应根据被检验材料或零件的特点,取其有代表性的部位.例如研究零件的失效原因时,应在失效部位取样,并在完好部位取样,以便对比分析.对于铸造合金,考虑到组织的不均匀性,应从表层到中心各个部位进行选取.对于轧材,研究表层缺陷和夹杂物的分布时应横向取样;研究夹杂物类型,形状,变形程度,带状组织时应纵向取样.对一般热处理后的零件,由于组织均匀,可任意取样取样时应保证试样观察面不发生组织变化,软材料取样可用锯,刨,车等方法,硬材料取样可用砂轮切片机等方法,脆性材料可用锤击等方法.试样尺寸不宜过大或过小,一般以手拿方便即可,其形状以便于观察为宜.2.磨制1 粗磨:粗磨目的是为了获得一个平整的表面,软材料试样可用锉刀锉平;钢铁材料可用砂轮机磨平.磨削时应注意试样对砂轮的压力不宜过大,以免在试样表面上形成较深的磨痕而增加细磨的困难,磨削时应不断用水冷却试样,以免受热引起组织变化,试样边缘要进行倒角,以免在细磨和抛光时划破砂纸和抛光绒布或造成试样从抛光机上飞出伤人.2 细磨:细磨分手工磨光和机械磨光两种.手工磨光是用手拿住试样在金相砂纸上进行.金相砂纸按粗细分为01,02,03,04,05号等.细磨时依次从01磨到05号,钢铁材料一般磨到04号即可,软材料如铝,镁等合金可磨到05号砂纸.细磨时必须注意:1 细磨时应将砂纸放在光滑平整物体如玻璃板上,手指拿住试样,并使磨面朝下,均匀用力由后向前推行磨削.在回程时,提起试样不与砂纸接触,以保证磨面平整而不产生弧度.2 每换一号砂纸时,应将试样转90°再磨,使磨削方向与前道磨痕方向垂直,以便观察前道磨痕是否全部消除.3 每更换一次砂纸之前,应把试样,玻璃和手洗净,以免把粗砂粒带到下一号细砂纸上去.另外,磨削软材料时,可在砂纸上涂一层润滑剂,如机油,甘油,肥皂水等,以免砂粒嵌入试样磨面.机械磨光是在预磨机上进行.预磨机是由电动机带动转盘,转盘分为蜡盘和砂纸盘两种.蜡盘就是把混有金刚砂的熔化石蜡浇在转盘上,待凝固车平后装在预磨机上就可使用.做成不同粗细的金刚砂蜡盘,在生产检验中被大量使用.砂纸盘是把水砂纸剪成圆形,用水玻璃粘在预磨机转盘上,水砂纸按粗细分为200,300,400,500,600,700,800,900号等,一般用200,400,600,800号水砂纸依次磨制即可,用蜡盘和水砂纸盘磨制时,要不断加水冷却.3. 抛光抛光由机械抛光,电解抛光,化学抛光等方法,使用最广的是机械抛光.机械抛光是在抛光机上进行.抛光机由电动机带动抛光盘,抛光盘上铺有不同的抛光布.粗抛时用帆布或粗呢,细抛时用绒布,细呢或丝绸等.抛光过程中要不断向抛光布上倒入适量的水与Cr2O3或Al2O3,MgO等悬浮液.试样的磨面应平正地压在旋转的抛光盘上,压力不宜过大,并使试样从抛光盘边缘到中心不断地作径向往复移动.待试样表面磨痕全部被抛掉而呈现光亮镜面时,抛光即可停止,并将试样用水或酒精洗干净后转入浸蚀.浸蚀经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察,只能看到一片亮光,除非某些金属夹杂物如MnS及石墨等外,不能辨别出各种组织及其形态.因此,必须用浸蚀剂对试样抛光面进行浸蚀,钢铁材料通常用3~5%硝酸酒精溶液.浸蚀方法是将待观察面浸入浸蚀剂中,或用玻璃棒缠少许脱脂棉蘸取浸蚀剂擦拭的方法.浸蚀时间要适当,当试样抛光亮面呈灰色时就可停止,并立即用清水或酒精清除残酸,用吹风机吹干后,即可在显微镜下进行观察.若试样浸蚀过度,显微组织模糊不清时,须重新抛光和浸蚀,若浸蚀不足,组织不能完全显露时,可进行补充浸蚀.三,实验设备及材料1. 设备:金相显微镜,抛光机,砂轮机.2. 各号金相砂纸,抛光布,抛光膏,脱脂棉,3~5%硝酸酒精溶液,试样,竹夹子等.四,实验报告要求1. 简述实验目的,实验内容.2. 简述金相试样的制备过程。