鎂鋰合金LA91熱處理及組織觀察

1、西安航空學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)材料創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)熱處理保溫時(shí)間對(duì) LA91鎂合金硬度的影響實(shí)驗(yàn)學(xué)生班級(jí)實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名同組學(xué)生姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間 2019.6.24 2019.7.5實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 材料研究中心實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定指導(dǎo)教師簽字 年 月 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，將學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)及 專(zhuān)業(yè)知識(shí)靈活地應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，加深理解專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課中的基 本概念、重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。.研究不同熱處理工藝下的組織變化。3,研究不同的退火熱處理工藝對(duì)鎂鋰合金硬度的影響二、實(shí)驗(yàn)主要儀器和設(shè)備箱式電阻爐、拋光機(jī)、金相顯微鏡、洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)、布氏硬度計(jì)三、實(shí)驗(yàn)方法與步驟設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考慮可行性一一切

2、割樣品做標(biāo)記一一熱處理一一制 作金相試樣并觀察（粗磨、倒圓角、拋光、腐蝕液配置、腐蝕、 觀察）一一使用三種硬度儀測(cè)硬度記錄數(shù)據(jù)1設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考慮可行性：通過(guò)小組分工并查閱鎂鋰合金和熱處理 相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)為鎂鋰合金 LA1退火熱處理實(shí)驗(yàn)。2切割樣品：使用砂輪或鋸條將實(shí)驗(yàn)材料鎂鋰合金 LA91切割為 1520mm勺試樣，并做好標(biāo)記防止錯(cuò)亂，標(biāo)記按照試樣編號(hào)及熱 處理工藝進(jìn)行。3.熱處理：采用到溫入爐的加熱方法，待爐溫升至指定溫度后放 入試樣，本次實(shí)驗(yàn)為恒溫 280C ,并保溫不同的時(shí)間，之后用不 同的冷卻方式冷卻至室溫進(jìn)行之后操作。具體熱處理工藝編號(hào)按 照表格試樣編號(hào)及熱處理工藝進(jìn)行。編號(hào)123

3、45加熱溫度/C無(wú)280280280280保溫時(shí)間/h無(wú)2142冷卻方式無(wú)空冷空冷空冷水冷試樣編號(hào)及熱處理工藝3制作金相試樣并觀察：通過(guò)金相砂紙打磨柱體試樣的一個(gè)圓平面，倒圓角之后使用拋光機(jī)對(duì)光滑面進(jìn)行拋光， 配置好腐蝕液(采 用污水乙酸1ml、硝酸1ml、蒸儲(chǔ)水150ml、草酸1g均勻混合的 試劑)，隨后使用蒸儲(chǔ)水和無(wú)水乙醇清洗，之后進(jìn)行腐蝕，再次清 洗使用電吹風(fēng)快速烘干，輕放于金相顯微鏡載物臺(tái)上，再換用 200-500倍度數(shù)物鏡進(jìn)行觀察分析并拍照保留文件(若腐蝕效果 不理想需重復(fù)拋光和腐蝕步驟)。4三種硬度儀測(cè)硬度：在打磨掉試樣表面氧化物和雜質(zhì)分別使用 洛氏硬度儀、布氏硬度儀、維氏硬度儀測(cè)

4、五組試樣的硬度并記錄。4.1維氏硬度測(cè)試步驟(1)選擇實(shí)驗(yàn)力值，設(shè)定實(shí)驗(yàn)力保持時(shí)間(2)將物塊放置在載物臺(tái)上調(diào)節(jié)試樣高度， 使試樣表面在目鏡中 獲得清晰成像；(3)壓下加載開(kāi)關(guān)，壓頭自動(dòng)轉(zhuǎn)到試樣表面，在試驗(yàn)力的作用下， 金剛石頭對(duì)試樣表面進(jìn)行加載(4)保持一定時(shí)間后卸載(5)轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡，在試樣表面看到一個(gè)清晰的十字架壓痕(6)調(diào)節(jié)十字架，使目鏡中的十字架與試樣表面十字架重合，使 目鏡中的兩根直線(xiàn)相切，調(diào)節(jié)結(jié)束以后，按下?lián)u桿按鈕(7)將搖桿旋轉(zhuǎn)90度，十字架對(duì)齊，調(diào)節(jié)目鏡中的兩根直線(xiàn)的 位置將試樣上的十字架夾在兩直線(xiàn)之間，按下?lián)u桿按鈕(8)屏幕上顯示硬度數(shù)值，記錄(9)轉(zhuǎn)盤(pán)反向旋轉(zhuǎn)，卸去試樣洛氏硬

5、度測(cè)定(1)將試樣放置在工作臺(tái)上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪使工作臺(tái)緩慢升起， 并頂起壓頭0.6mm指示器表盤(pán)小指針指在紅色標(biāo)點(diǎn)出，逆時(shí)針 旋轉(zhuǎn)表盤(pán)使大指針指在C或B處。(2)指針位置校準(zhǔn)后，即可向前拉動(dòng)加載手柄，使主載荷加于壓 頭。(3)當(dāng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)停頓下來(lái)3到4秒后，即可將卸荷手柄推回，卸 除主載荷。(4)從指示器上讀出大指針相應(yīng)的數(shù)值，采用金剛石壓頭，用表 圈外(黑色)進(jìn)行讀數(shù)，采用鋼球壓頭時(shí)，按表盤(pán)內(nèi)圈(紅色) 讀數(shù)。(5)逆時(shí)針?biāo)砷_(kāi)手輪，降下工作臺(tái)之后，即可稍稍挪到試樣，旋 轉(zhuǎn)新的位置繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)壓痕中心距離不應(yīng)小于3mm對(duì)同一試樣，最后在不同部位進(jìn)行不少于 3次的試驗(yàn)，以便得到可靠的 硬度數(shù)值

6、。(6)記錄數(shù)據(jù)布氏硬度的測(cè)定(1)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)力及加載載荷時(shí)間(2)將試樣放置在載物臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)手輪使試樣上升至頂住壓頭， 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)手輪至手輪空轉(zhuǎn)，停止旋轉(zhuǎn)。(3)按下STAR咳鈕，壓頭開(kāi)始加載，加載時(shí)間 30秒。(4)加載結(jié)束，反向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使載物臺(tái)下降取出試樣，(5)用讀數(shù)器讀出壓痕直徑，乘于 2,查表得出試樣的硬度值。四、實(shí)驗(yàn)記錄處理1金相組織圖圖1 編號(hào)：1 物鏡倍數(shù)：200圖2編號(hào)：1 物鏡倍數(shù)：500圖3編號(hào)：2 物鏡倍數(shù)：200圖4編號(hào)：2 物鏡倍數(shù)：500圖5編號(hào)：3 物鏡倍數(shù)：200圖6編號(hào)：3 物鏡倍數(shù)：500圖7 編號(hào)：4物鏡倍數(shù)：200圖8 編號(hào)：4物鏡倍數(shù)：500圖9 編號(hào)

7、：5物鏡倍數(shù)：200圖10編號(hào)：5物鏡倍數(shù)：5002.洛氏、布氏、維氏硬度1號(hào)試樣各項(xiàng)硬度值數(shù) 硬度123平均值HV331.6309.8310.7310.7HB45.145.145.145.1HRC79.17377.576.532號(hào)試樣各種硬度值數(shù) 硬度123平均值HV297.0308.0300.9301.9HB44444444HRC73.073.872.673.133號(hào)試樣各種硬度值數(shù)硬度、123平均值HV308.0309.8308.7309.07HB44.944.944.944.9HRC71.775.077.574.7384號(hào)試樣各種硬度值、次數(shù) 硬度123平均值HV298301.8300

8、.8300.2HB41.541.541.541.5HRC72.071.574.072.55號(hào)試樣各種硬度值數(shù) 硬度、123平均值HV311.6311.6311.6311.6HB45.945.945.945.9HRC78.176.677.877.50五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析為研究不同熱處理工藝對(duì)鎂鋰合金LA91顯微組織和硬度的影響，本次實(shí)驗(yàn)通過(guò)恒溫280C,對(duì)鎂鋰合金LA91試樣進(jìn)行時(shí)長(zhǎng) 各為60min、120min、240min的退火處理，并采用水冷和空冷兩 種冷卻方式進(jìn)行冷卻，圖1圖2為原始試樣顯微組織，圖3到圖 10為不同保溫時(shí)間及不同冷卻方式得到的顯微組織圖。（1）通過(guò)圖2 （未處理）和圖6 （

9、280C-60min-空冷）對(duì)比可以9發(fā)現(xiàn)，具晶粒數(shù)目也有明顯增加，晶界也變得清晰，且晶粒粒度 更小，并出現(xiàn)球化趨勢(shì)，這是由于再結(jié)晶引起的；（2）通過(guò)圖5 （280C-60min-空冷）相圖可見(jiàn)，退火時(shí)間為 1小 時(shí)，合金內(nèi)a相分段球化，由于時(shí)間較短，表現(xiàn)為 a相發(fā)生了藕 節(jié)狀轉(zhuǎn)變，繼續(xù)延長(zhǎng)退火時(shí)間，a相沿藕節(jié)各個(gè)節(jié)點(diǎn)斷裂，退火2 小時(shí)后合金組織如相圖2此時(shí)合金內(nèi)完成了藕節(jié)沿節(jié)點(diǎn)斷裂的過(guò) 程，但球化后a相的形狀并不一致，一部分 a相仍處于球化過(guò)程 之中，形態(tài)也逐漸向球狀等能量較低的形態(tài)轉(zhuǎn)變，合金的完全軟 化在金相形貌方面反映為組織趨于均一，合金內(nèi)缺陷較少，由相 圖4可見(jiàn)，退火4小時(shí)后，合金內(nèi)a

10、相完成了球化轉(zhuǎn)變，均勻分 布于b相基體上，合金內(nèi)晶粒度適宜且晶粒尺寸相差不大，合金 內(nèi)缺陷較少（3）通過(guò)圖 3 （280C-120min-空冷）和圖 7 （280C -240min-空 冷）的對(duì)比可以看出，隨著保溫時(shí)間的加長(zhǎng)，晶界的球化趨勢(shì)在 減小；（4）通過(guò)2號(hào)試樣（280C-120min-空冷）和5號(hào)試樣（280c -120min-水冷）硬度數(shù)據(jù)對(duì)比分析得知，5號(hào)試樣硬度明顯大于2 號(hào)試樣；六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論（1）退火熱處理能夠明顯改善鎂鋰合金 LA91的硬度，選擇合適 的退火溫度為280c后，退火時(shí)間長(zhǎng)短主要影響合金軟化的進(jìn)程， 時(shí)間過(guò)短不利于相的充分球化及組織的均勻化。10(2)在等溫度下，

11、隨著退火保溫時(shí)間的增加，退火后合金的硬度呈減小趨勢(shì)。(3)在等溫度、等保溫時(shí)間下，普通熱處理中的淬火方式比退火方式更能顯著提高材料的硬度七、實(shí)驗(yàn)分析1.實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因(1)試樣表面氧化物造成分析誤差(2)試樣上下表面不平行造成觀測(cè)及硬度測(cè)量誤差(3)讀數(shù)和計(jì)算過(guò)程產(chǎn)生人為誤差2注意事項(xiàng)(1)粗磨時(shí)將試樣兩圓面磨為平齊，方便后續(xù)熱處理及進(jìn)金相觀 察。(2)制作金相試樣腐蝕過(guò)程中應(yīng)注意時(shí)間， 防止腐蝕過(guò)度或者腐 蝕時(shí)間太短。(3)切割試樣和熱處理過(guò)程時(shí)要注意安全。(4)試樣表面應(yīng)平坦光滑，無(wú)氧化物及外來(lái)污物，尤其不能有油污。(5)洛氏硬度測(cè)量時(shí)要保證試樣厚度大于壓痕厚度的十倍。(6)硬度測(cè)試環(huán)境要無(wú)振動(dòng)，無(wú)腐蝕介質(zhì)并讀數(shù)準(zhǔn)確。3思考題(1)熱處理過(guò)程中為什么要選擇到溫入爐的加熱方式？答：在平時(shí)的材料正火或退火時(shí)，一般是隨爐升溫，這樣便于消除材料內(nèi)的殘余應(yīng)力，同時(shí)，減少材料內(nèi)外的溫度梯度，從 而避免由于材料(特別是合金材料)內(nèi)外溫度梯度過(guò)大，形成裂 紋。目的都是為了防止變形或裂紋的產(chǎn)生。尺寸小的工件，由于 截面的原因，內(nèi)外溫差小，可以到溫裝爐，尺寸大的工件或高合 金鋼，由于熱傳遞困難，內(nèi)外溫差大，