反应堆材料实验报告讲解

中国科学技术大学

核科学技术学院

反应堆材料实验课程

实验报告

实验名称：铁碳合金金相组织观察及硬度测试学生姓名：

学号：

专业班级：

指导老师：

一．实验目的

1.掌握金相样品的制备流程，可独立完成金相样品的制备；

2.了解淬火和回火热处理过程，并掌握RAFM钢回火态和淬火态的判断方法；

3.理解热处理对金属材料结构和性能的影响；

4.了解腐蚀对于金属晶界观察的影响；

5. 学会使用高倍显微镜来识别金属晶界。

二．实验原理

1.热处理原理

⑴淬火：将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到马氏体以下（或马氏体附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

⑵回火：将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。

⑶过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）

图1 过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）

过冷奥氏体（指加热保温后形成的奥氏体冷却到临界点Ar1以下时，尚未转变的奥氏体）等温转变动力学曲线是表示不同温度下过冷奥氏体转变量与转变时间关系的曲线。由于通常不需要了解某时刻转变量的多少，而比较注重转变的开始和结束时间，因此常常将这种曲线绘制成温度—时间曲线，简称C曲线。C曲线是过冷奥氏体转变的动力学图。从图中可以看出过冷奥氏体转变的组织和性能可以分为3个区：珠光体（由铁素体和渗碳体相间而成的片状或粒状混合物）型转变区(A1-550℃)、贝氏体（由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，但不是层片状）型转变区(在240-550℃之间，其中又以350℃左右为界为上、下贝氏体两个转变区) 、马氏体（马氏体是碳在体心立方α-Fe 中的过饱和固溶体）型转变区(Ms-Mf) 。

2. 预磨与抛光原理

样品表面在预磨前宏观上是光滑的，上面留有三个小孔，但是在

微观上是十分粗糙的，有各种腐蚀留下的痕迹，需要使用600#砂纸与1000#砂纸预磨。600#砂纸是指在砂纸的单位面积上有600个突出的颗粒，颗粒直径大小在m

μ

~

10；1000#砂纸是指在砂纸单位面积上有

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1000个突出的颗粒，颗粒直径大小在m

μ

5。预磨的结果是样品表面

7

~

的粗糙度降低并且表面磨损痕迹沿同一方向。预磨之后使用抛光机对样品抛光，抛光过程中要变洒水别研磨，研磨膏使用紫色型号，抛光方向与预磨方向要大致垂直，抛光结果是样品表面可以像镜子一样反光。

3.腐蚀

实验选择饱和苦味酸作为腐蚀剂，腐蚀既不能不足，也不能太充分，腐蚀不足的话，在显微镜下观察时颜色会很浅，找不到晶界。腐蚀很深的话，观察时也不容易找到明显的晶界。腐蚀的原理是晶界处较晶内其能量要高，能量高的地方稳定性就低，容易发生化学反应，被腐蚀，晶界被腐蚀的速度要大于晶内被腐蚀的速度，所以，晶界和晶内的差别就会显现出来。

4.金相判断

淬火形成的马氏体钢形成的晶界较短晶粒颗粒小，回火形成的过冷奥氏体钢形成的晶界较长晶粒颗粒较大。

5.硬度测试

使用洛氏硬度仪测量硬度。淬火形成的马氏体钢硬度相对于回火形成的过冷奥氏体钢小，这是因为过冷奥氏体钢随着冷却速度增加，过冷度增大，组织变细，硬度增高。

三．实验器材

1.RAFM钢样品两个（一个用于观察淬火态金相（17#），一个用于观察回火态金相（18#））；

2. 预磨机，洛氏硬度仪，显微镜；

3. 饱和苦味酸，酒精，600#和1000#砂纸，紫色研磨膏。

四．实验步骤

1.预磨

⑴在金相试样预磨机的磨盘中装入600#砂纸，打开调节水阀旋钮让水不停地流入磨盘，但是水量不宜过大，保证连续不断地流入即可；

⑵按下预磨机开按钮，磨盘开始旋转工作，此时可以把镶嵌好的样品放入磨盘中开始磨，在磨过程中用手固定好样品，使样品平稳地与磨盘砂纸面接触；

⑶预磨中每隔一段时间要取出样品，看看样品表面的情况，选择一个合适的方向进行预磨，最后磨至样品表面平整、划痕方向一致，即可换800#砂纸继续磨；

⑷关闭调节水阀旋钮，按下预磨机关按钮，磨盘停止旋转，取下600#砂纸，用抹布擦干磨盘表面，装上800#砂纸，并将样品表面冲洗干净；

⑸重复⑴—⑷步，800#砂纸可以使样品表面划痕变得更细；

⑹换上1000#砂纸，重复⑴—⑷步，1000#砂纸可以使样品表面划痕变得很精细。

2.抛光

在抛光机上涂上紫色研磨膏，抛光方向与预磨方向垂直，抛光时要向棉布上适时滴水。直到样品表面预磨痕迹消失，同时像镜面一样反光，停止抛光。

3.腐蚀

用清水冲洗样品表面，然后在用酒精擦拭，最后用配好的苦味酸腐蚀抛光好的样品表面30～50秒，此时样品表面已经不再反光。4.金相观察拍照

将样品放在显微镜下，调节平移旋钮寻找合适的观察区，直到找到样品的晶界，然后拍照保存。

5.硬度测试

将样品放在硬度测试机上按照相应的操作流程测出样品的硬度，并记录下来。

五．实验结果

1.金属样品腐蚀后的显微组织照片

⑴32#样品：

图2 32#样品（淬火态CLAM钢）腐蚀后金相显微组织照片（400倍）

⑵7#样品

图3 7#样品（淬火态CLAM钢）腐蚀后金相显微组织照片（400倍）

2.硬度

32#

次数第一次第二次第三次平均值硬度