材料工程基础实验

昆明理工大学

《金属材料工程基础》实验指导书

材冶学院实验中心

材料与冶金工程学院

2006年7月

实验一钢的热处理及性能

一、实验目的：

1、了解热处理设备结构组成，掌握热处理的基本操作方法。

2、建立热处理工艺与钢的成分、组织及性能之间的关系。

二、实验内容：

（一）、热处理设备在实验室中由教师针对设备进行介绍及讲解。

（二）、热处理工艺参数的选择：

热处理工艺参数包括：加热温度、加热时间和冷却方式等。

各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点A C1、A C3、A CCm、来确定的。碳钢及低合金钢的加热经验公式如表2—1。其加热时间通常根据零件的有效厚度来计算，但应考虑装炉量及装炉方式加以修正，其经验公式及数据如表2—2。

（三）、热处理后的组织结构类型：

1、珠光体：

珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，因热处理工艺不同，珠光体中的渗碳体具有不同的形态。

（1）、若热处理工艺为普通的退火或正火时，其显微组织为片层状，称为片壮珠光体。由于普通的退火或正火的冷却速度不同，因而珠光体的片间距离也不同，正火的冷却速度大于退火的冷却速度，因此正火后得到的组织比普通退火的细小，这些组织可能是索氏体或屈氏体。

根据片间距不同，珠光体类型的组织的性能也不同：

a、珠光体（P）：片间距离Δ0＞0.4μm,硬度为HB180左右它在光学显微镜下放大500倍下,

可清晰地看出片层状情况.

b、索氏体(S): 片间距离Δ0=0.2～0.4μm，硬度为HB250左右，放大1000～1500倍时才能

分辨出其片层状的特征。

c、屈氏体（T）：片间距离Δ0＜0.2μm，硬度为HB350～400左右，它需在电子显微镜下放

大5000倍以上才能分辨出片层状的特点。

（2）、马氏体：

马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。当钢的碳含量较低时，淬火后所得的是一束束尺寸大体相同的平行条状马氏体，称为板条马氏体，又叫低碳马氏体。若含碳量较高时，淬火后得到的是针状马氏体，又叫高碳马氏体。

低碳马氏体具有足够的硬度、强度和高的塑性、韧性。高碳马氏体硬度高，脆性大，塑性和韧性差。

（3）、残余奥氏体：

、残余奥氏体是钢在淬火过程中残留下来的未转变的过冷奥氏体，它与一般奥氏体在本质上无任何区别，它同样是碳在γ-Fe中的固溶体，其含碳量的多少与钢的含碳量及热处理工艺有关。

4、淬火钢回火后的组织：

淬火钢经不同温度回火得到不同转变产物。

（1）、回火马氏体：

淬火钢在低温（150～250℃）回火后的转变产物。因为马氏体析出碳化物，马氏体的碳浓度降低，正方度减小。回火马氏体比淬火马氏体更容易腐蚀，故在显微镜下呈现暗黑色。回火马氏体硬而耐磨，强度高而韧性差。

（2）、回火屈氏体：

淬火钢在中温回火（350～500℃）回火后的转变产物。其组织状态为极细的渗碳体和铁素体的机械混合物，但还保持了马氏体的方向性。回火屈氏体的屈强比（бS／бb）高，弹性好。

（3）、回火索氏体：

淬火钢在高温（550～650℃）回火的转变产物。其组织状态为粒状渗碳体和铁素体的机械混合物，由于α相已进行了再结晶，因而无马氏体的方向性。回火索氏体具有较高的综合机械性能。淬火加高温回火的操作又称调质。

热处理后的组织及性能之间的关系是：奥氏体化后，随着冷却速度的增大，所得组织的硬度、强度提高而塑性、韧性降低。

淬火回火时，随着回火温度的升高，硬度和强度逐渐降低，而塑性、韧性逐步提高。

三、实验步骤：

1、首先按照处理工艺规范进行退火、正火、淬火、回火（高、中、低）处理，每个人完成

其中的一项处理工艺过程。

2、处理后测定每个试样的硬度值，记入表8—3；

四、实验报告要求：

1、实验原始数据表（按表8—3的形式）。

2、比较分析各种热处理工艺条件下的试样组织特征。

3、分析珠光体型的索氏体、屈氏体与索氏体、回火屈氏体的组织、性能上有什么不同，它

们在什么条件下获得的。

实验二、铝硅合金熔铸及组织分析

一、实验目的：

1、了解及学习合金的熔铸全过程；

2、掌握铝硅合金的变质处理；

3、学会分析铝硅合金变质前后显微组织特征及性能；

二、实验说明：

在铸造合金中，以Ai—Si共晶为基的合金是最常用的，这主要是因为铸造性能好，硅在结晶时象石墨一样体积是膨胀的，收缩小，降低了铸件的热裂倾向，此外线膨胀系数很低，导热性好，广泛用于制造内燃机和压缩机的活塞。并且经过变质处理以后，可以提高强度和韧性。

三、实验内容：

铝硅合金是应用最广泛的一种铸造合金，常称为硅铝明，典型牌号为ZL102、含硅11—13％，从Ai—Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，而具有良好的铸造性能。当硅含量大于共晶成分时，铸造后得到的组织为粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体组成。粗大的硅晶体极脆，而严重地降低了合金的塑性，为了改善合金的性能，可采用变质处理。即再浇注前加入占合金总量2—3％变质剂（常用的变质剂为2∕3NaF+1∕3NCl的混合物）。由于钠能促进硅的形核，并能吸附在硅的周围阻碍硅晶体的张大，使合金组织细化。同时使合金的共晶点右移，而使原成分合金变为亚共晶，使变质后的合金组织成为初生α固溶体和细蜜共晶体（α+。Si）组成。由于共晶体中硅的细化，而使合金的强度与塑性显著改变。

四、实验程序；

加入金属硅

↘

1、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。

加入金属硅加入变质剂

↘↘

2、配料→熔化金属铝→700—750℃→待硅熔化后→进行搅拌→静置5分钟后→进行浇注。

3、磨制金相试样，观察及分析金相组织；

（1）、未经变质处理的组织：粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体。即（α+Si针状）共晶体+Si块。

（2）、经变质处理的组织：初生α固溶体和细蜜共晶体，即α+（α+Si点状）共晶体

（3）分别测定变质前后两种合金的布氏硬度值。

五、实验任务与要求：

1、说明合金实验方案及成分设计的要求。

2、绘出铝硅合金变质前后的金相组织。绘在一个直径30mm的圆内并注明材料、状态、组织、

放大倍数、浸蚀剂。

3、测定变质前后的试样的硬度，分析组织及性能之间的关系。