工程材料实验报告(样本)

实验日期：

成绩：

中国石油大学工程材料综合实验报告装控05-6班

工程材料综合实验

----碳钢成分-组织-性能实验●金相显微镜的构造及使用

●金相显微试样的制备

●铁碳合金平衡组织观察

●碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定

一、实验目的

1、别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；

2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织

与性能之间的相互关系；

3、了解碳钢的热处理操作；

4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；

5、观察热处理后钢的组织及其变化；

6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。

二、实验设备及材料

1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；

2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；

3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢

45＃、高碳钢T10）。

三、实验内容概述

1．钢的热处理

热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是

AC3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是

AC1+30~50℃，过共析钢的正火温度是ACcm+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。

碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。

过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。常见的有板条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%~1.0%）。

随转变温度的降低钢的硬度升高。

普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。过冷奥氏体快冷（大于临界冷速）叫淬火，得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。

随冷却速度增加，钢的硬度升高。

硬度是指材料对另一更硬物体（钢球或金刚石压头）压入其表面所表现的抵抗力。硬度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性意义。由于测量的方法不同常用的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)、维氏硬度(HV)和显微硬度(HV)。

布氏硬度适用于硬度较低的金属，如退火、正火的金属、铸铁及有色金属的硬度测定。洛氏硬度又有HRA、HRB、HRC三种，其中HRC适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的硬度。维氏硬度测定的硬度值比布氏、洛氏精确，可以测定从极软到极硬的各种材料的硬度，但测定过程比较麻烦。显微硬度用于测定显微组织中各种微小区域的硬度，实质就是小负荷(≤9.8N)的维氏硬度试验，也用HV表示。2．试样制备

要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样

(1)手工磨样

试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀，待磨面上旧磨痕消失，新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸，并且试样转90o 再磨。一般磨制到4号（粒度800）砂纸即可。

(2) 抛光

本实验采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。PG－2金相制样抛光机

化学抛光：靠化学药剂对试样表面不均匀溶解而得到光亮的抛光面，凸起部分溶解速度快，而凹下部分溶解速度慢。具体操作是用竹筷夹住浸有抛光剂的棉球均匀的擦试磨面，待磨痕基本去掉后，立即用水冲洗。

机械抛光：在专用的抛光机上进行，抛光织物（如呢料、金丝绒等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮液，试样轻压于旋转的抛光盘上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用，得到平整、光亮无划痕的磨面。

(3) 化学浸蚀

试样在浸蚀剂作用下，组织中电位低的部分为阳极，电位高的部分为阴极，低电位处于溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀。

3．观察金相显微组织

四. 实验步骤设计及数据记录与金相

显微组织图样处理：

1、实验中对低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10进行如下表热处理

表1 实验中钢热处理工艺参数

2

表2 实验中样品硬度测试参数

3、制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀，具体步骤如实验内容概述中2所示）

4、组织观察与显微摄影

制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时，动作轻、速度慢，由低倍到高倍进行观察，结合试样热处理工艺，观察与分析组织。

选择能说明组织特征的典型视场，确定合适的放大倍数及图象采集。

五、实验结果处理

1X400纯铁 含碳量<0.02% 2 X400i 铁素体+珠光体 含碳量0.02%~0.77%

4%硝酸酒精溶液 4％硝酸酒精溶液

3 X400铁素体+珠光体(F+P) 含碳量0.02%~0.77% 4X400铁素体+珠光体(网状F+P) 4％硝酸酒精溶液 含碳量0.02%~0.77% 4％硝酸酒精溶液

5X400珠光体（P ） 含碳量0.8% 6X400珠光体+网状渗碳体(P+Fe3C)

铁素体

铁素体

珠光体

珠光体 铁素体

珠光体

铁素体

珠光体 珠光体

Fe3C Ⅱ