材料科学与工程基础实验实验报告详解

郑州航院材料成型及控制工程专业

材料科学与工程基础实验

课设报告

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一、综述

1. 马氏体组织综述

马氏体是将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。马氏体通常有片状、板条状，但金相观察中通常表现为针状。高的强度和硬度是马氏体的主要特征之一，通常低碳马氏体具有良好的强度和一定的韧性，高碳马氏体强度高、韧性大。

回火马氏体一般是淬火钢经低温回火（150~250℃）所得组织。有成分不均匀的过饱和的 a-固溶体与高度弥散分布的碳化物FeXC所组成，基本上保持了淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具、量具、冷冲模具、滚动轴承以及渗碳件等。低温回火后的工件硬度一般在60HRC以上。

2. 索氏体组织综述

索氏体是钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物，索氏体组织属于珠光体类型的组织，但其组织比珠光体组织细，索氏体具有良好的综合机械性能。

回火索氏体由淬火钢高温回火（500~650℃）所得组织，是较细小的铁素体与球状渗碳体的混合物。具有良好的机械性能，硬度一般在28-33HRC.习惯上将淬火钢加高温回火相结合的热处理工艺称为调质，其目的是获得强度，硬度、塑性和韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330。

3. 屈氏体组织综述

屈氏体是通过奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细。

回火屈氏体淬火钢经中温回火(350~500℃)所得组织，是极细小的铁素体与球状渗碳体的混合物。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。

二、实验过程

1. 热处理加工方法、过程

（1）T8号钢：

①淬火

将试样置于780ºC炉膛内，保温6分钟左右，取出试样对其进行油冷。

②低温回火

将试样置于220ºC炉膛内，保温20分钟左右，取出试样空冷。

（2）45号钢

①淬火

将试样置于840ºC炉膛内，保温6分钟左右，取出试样对其进行油冷。

②高温回火

将试样置于560ºC炉膛内，保温20分钟左右，取出试样空冷。

（3）20号钢

①淬火

将试样置于860ºC炉膛内，保温8分钟左右，取出试样对其进行水冷。

②低温回火

将试样置于220ºC炉膛内，保温20分钟左右，取出试样空冷。

2. 硬度测试方法、过程

将经过热处理以后的钢试样擦磨去除表面污垢和氧化层后，置于洛氏硬度机上测量硬度，为了减小测量误差，应进行多次测量，记录数据。

3. 金相试样加工方法、过程

取样后，为了获得一个平整的表面，同时去掉取样时有组织变化的部分，在不影响观察的前提下，可将棱角磨平，并将观察面磨平，一定要将切割时的变形层磨掉。将砂纸铺在平板上，一手按住砂纸，一手拿样品在砂纸上单向推磨，用力要均匀，使整个磨面都磨到，与上道磨痕方向垂直磨制，磨到前道磨痕完全消失时再更换砂纸，分别使用180目、320目、400目、600目、800目、1000目的砂纸依次进行打磨，除去表面的明显的凹坑和划痕，获得光洁的试样平面。于金相显微镜下观察无可见划痕和凹坑后，置于磨抛机上抛光，消除细小划痕。待摩抛完成后，将待观察表面使用成分4%的硝酸酒精进行腐蚀一分钟左右，用清水（必要时用酒精）进行清洗表面。然后，将试样放于金相显微镜下观察其组织。

三、实验结果

1. 热处理加工结果

1）T8钢：淬火后得到马氏体和残余的奥氏体，其硬度、强度高，塑性、韧性差。低温回火得到稳定的回火马氏体组织，其强度、硬度高、耐磨性好，但塑性、韧性相对提高。

2）45号钢：经正常淬火后得到马氏体组织。后经560℃高温回火后得到回火索氏体组织。

3）20号钢：经淬火后得到马氏体。后经220℃低温回火得到回火马氏体。

2.硬度测试结果

1）样品原始硬度（HRC）

2）热处理后硬度(以T8号钢为例,HRC)

3、组织分析结果

（1）热处理之前20号钢金相观察

（2）热处理前45号钢金相观察

（3）热处理之前T8号钢的金相观察

四、实验结果分析

1、T8钢硬度、组织

2、45钢硬度、组织

次数

1 2 3 平均 内部组织 淬火 55.0 55.5 55.7 55.4 马氏体 高温回火

25.7

25.8

26.4

25.9

回火索氏体

次数 处理方式 1 2 3 平均 内部组织

淬火

63.8 64.4 64.5

64.2 马氏体、残余奥氏体

低温回火 57.6 58.0 58.2 57.9 回火马氏体

注：淬火时由于冷速较快，大于C曲线的临界冷却速度，所以可以得到马氏体当高温回火时温度较高，回复较彻底，得到的铁素体中时球状的渗碳体，因

2. 硬度、组织横向、纵向比较

硬度横向、纵向比较：对实验数据分析可以得出，含碳量相同的钢（45钢或T8钢）随着热处理工序淬火、低温回火、高温回火的进行，其硬度逐渐降低；含碳量不同的钢（45钢和T8钢），在相同实验条件下，其硬度值也是不相同的，随着含碳量的增加，硬度逐渐增加。

组织的横向、纵向比较：含碳量相同的钢，在不同热处理条件（淬火、低温回火、中温回火、高温回火）后，其组织依次为：马氏体、回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体。这些组织的强度、硬度逐渐下降，塑性、韧性逐渐上升。回火索氏体具有良好的综合机械性能。

五、结论

根据T8号钢实验结果，并结合查询45号钢和20号钢的文献的数据，可以得出如下结论：

（1）不同热处理得到的硬度和组织是不同的。

（2）通常情况下，因为含碳量的不同，不同牌号的钢在相同的热处理条件下的硬度和组织是不同的。

（3）实际操作中应该根据对材料硬度和组织的要求选择不同的热处理工艺六、参考文献：

【1】金属切削常用材料及热处理手册；机械工业出版社；第1版；2008年8月

【2】材料科学基础；上海交大出版社；胡赓祥蔡珣；第3版；2010年5月

【3】金属学与热处理原理；哈尔滨工业大学出版社；崔钟圻刘北兴，第3版，2007．2