工程材料实验报告(完整版)

工程材料实验报告

专业：机械设计制造及其自动化10-1

姓名：郑杰，学号：10041127 姓名：周邵巍，学号：10041128 姓名：李欣欣，学号：10041129 姓名：谢强，学号：10041118

工程材料综合实验

●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

●碳钢热处理操作、组织观察和硬度测定

一、实验目的

运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论系统认识，并提高分析问题解决问题的能力。

通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的设备仪器：

1、分别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、浴磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；

2、金像砂纸、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

三个尺寸形状基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢、高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。

四、实验步骤：

1、观察平衡组织并测量硬度：

（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并绘制显微组织；

（3）测试硬度。

2、进行热处理。

3、观察热处理后的组织并测硬度

（1）制备金相试样（磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并绘制显微组织。

五、实验报告

3、Fe—Fe3C合金平衡相图

4、铁碳合金平衡组织观察

图1 工业纯铁

铁素体

图2 工业纯铁

铁素体

珠光体

图3 亚共析钢

珠光体

铁素体图4 20钢正火处理（加热至900后空冷）

珠光体

铁素体

图5共析钢调质处理

珠光体

图6过共析钢

图7 亚共晶白口铸铁

图8 共晶白口铸铁 珠光体

Fe3C Ⅱ 珠光体 Fe3C Ⅱ

Le ’

Le’

图9 过共晶白口铸铁

Fe3CⅠ

低温莱氏体图10 20#钢（加热到880℃+空冷）

图11 45#钢（调质处理）

图12 45#钢（未处理） 珠光体

铁素体

铁素体 索氏体

铁素体

珠光体

图13 T10钢（加热1100℃+淬火）

回火马氏

残余奥氏一、20#钢实验处理（李欣欣）

珠光体铁素体

1、20#钢概述

20#钢：碳质量分数为0.20%的优质碳素结构钢。含碳量为0.20%为亚共析钢，加热到880℃后，达到Ac3线以上，铁素体转化为奥氏体，再经过空冷后，20#钢的组织组成物为P（珠光体）+F（铁素体）。

2、性能与应用

在热处理前后显微组织是铁素体和珠光体。硬度较高。20#钢冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理(如渗碳)也可以制造轴，销等零件。适用于制造汽车、拖拉机及一般机械制造业中建造不太重要的中小型渗碳碳氮共渗等零件，如汽车上的手刹蹄片、杠杆轴、变速箱速叉、传动被动齿轮及拖拉机上凸轮轴、悬挂均衡器轴、均衡器内外衬套等；在热轧或正火状态下用于制造受力不大，而要求韧性高的各种机械零件；在重、中型机械制造业中，如锻制或压制的拉杆、钩环、杠杆、套筒、夹具等。在汽轮机和锅炉制造业中多用于压力≤6N/平方，温度≤450℃的非腐化介质中工作的管子、法兰、联箱及各种紧固件；在铁路、机车车辆上用于制造十字头、活塞等铸件。

3、热处理方式

加热至880℃，保温20分钟左右后，正火处理。得到的显微组织：P（珠光体）+F（铁素体）。其中图中层片状的是P（S）珠光体；白色块状的是F（铁素体）。正火后，组织细化晶粒，使组织均匀化，提高了钢的强度，硬度与韧性。正火提高其硬度，改善其切削加工性能。

珠光体按层间距珠光体组织习惯上分为珠光体P，索氏体S、屈氏体T。他们的大致形成温度及性能见表。

组织名称表示符号温度范围/℃硬度能分辨其片层的放大倍数

4、实验现象分析

从上面图片可以看出，P（珠光体，为黑色块状）较明显的可以看出；而F （铁素体，为白色块状）颜色有点暗，呈灰色。产生该现象的原因可能是由于抛光后的过度腐蚀或使用稀硝酸腐蚀不均匀导致，晶面受损，致使不能观察到易损的珠光体组织，并且亮度有点暗，不十分清晰；手工磨制不够精细，还有可能是由于加热温度不够所致。

5、实验心得

已经在课本上学会了铁碳相图的各种不同碳含量是的组织组成物，并掌握了它们不能结构所具有的不同性能，这次试验就是把我们所学的理论切实的应用到实习中，通过这次自己的操作加深了对钢的热处理的理解，及其主要功能与用途，以及对钢带来的影响，获益匪浅。

实验者:李欣欣

二、T10钢实验处理（周邵巍）

回火马氏体

残余奥氏体

（T10钢黑色条纹为针状马氏体）

1、现象及分析：在光学显微镜下，针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空间形同铁饼，一般在碳质量分数大于 1.0%时，则形成的大多数为针状马氏体和部分残余奥氏体。

2、T10钢的热处理过程：（淬火）

先将事先准备的T10钢坯放进1100℃的高温中加热，20分钟后取出进行低温回火，在经过打磨、抛光、用硝酸酒精腐蚀，最终做成能够在显微镜下能够成像式样。

3、热处理前后钢的组成：

T10钢在热处理之前组织组成物主要为铁素体（F）和珠光体（P），热处理之后在显微镜下观察看到的就是以上图显示的针状马氏体和部分残余奥氏体。

4、T10钢的物理特性：

T10是最常见的一种碳素工具钢，韧度适中，生产成本低，经热处理后硬度能达到60HRC以上，但是，此钢淬透性低，且耐热性差（250℃），在淬火加热时不易过热，仍保持细晶粒。韧性尚可，强度及耐磨性均较T7-T9高些，但热硬性低，淬透性仍然不高，且淬火变形大，晶粒细,在淬火加热时不易过热,仍能保持细晶粒组织;淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,所以耐磨性高,用于制造具有锋利刀口和有少许韧性的工具。适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧烈冲击振动而需要一定的韧性及具有锋利刃口的各种工具，也可用作不受较大冲击的耐磨零件。

序号 1 2 3 平均值

处理后硬度51 52 52 51.7 这种钢应用较广，适于制造切削条件较差、耐磨性要求较高且不受突然和剧