工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2013-5

1、工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書崔國棟陳俊英高國慶編孫紅亮王良輝楊萍姓名學(xué)號斑級授課老師成績西南交通大學(xué)2012年 5 月 實(shí)驗(yàn)須知1、實(shí)驗(yàn)不得無故缺席，否則取消期未考試資格；2、工程材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)1-5 在教學(xué)后隨課進(jìn)展進(jìn)行做題；實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的報告在所有實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)一交；3、材料精品課程材料綜合在相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后安排，做實(shí)驗(yàn)前必須在材料精品課程網(wǎng)頁（網(wǎng)址是： HYPERLINK /gccl/ /gccl/）報名做材料綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教室在五號教學(xué)樓5406-5410進(jìn)行；4、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室一定要攜帶鉛筆（2B、 1H 各一支）和橡皮擦等；5、實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真做好預(yù)習(xí)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，了解?shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟，

2、以及注意事項(xiàng)；6、實(shí)驗(yàn)過程中必須服從指導(dǎo)教師的指導(dǎo)，嚴(yán)格遵守安全及設(shè)備操作規(guī)章制度；7、損壞設(shè)備、儀器根據(jù)情節(jié)輕重按學(xué)校規(guī)定進(jìn)行全部或部分賠償；8、在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真記錄好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)完畢后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可并簽字后方能離開實(shí)驗(yàn)室；9、實(shí)驗(yàn)報告格式在本指導(dǎo)書后；交實(shí)驗(yàn)報告時同時還必須附上指導(dǎo)教師簽字的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果；實(shí)驗(yàn)部分成績占期末總成績的20%，即占考試成績總分中20 分；在考試內(nèi)容中涉及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分占20%，即20 分。隨堂練習(xí) TOC o 1-5 h z 實(shí)驗(yàn)一金屬材料的硬度和沖擊韌性測定（3）實(shí)驗(yàn)二鐵碳合金組織觀察（5）第一實(shí)驗(yàn)部分鐵碳合金平衡顯微鏡組織觀察（5）第二實(shí)驗(yàn)

3、部分鐵碳合金非平衡顯微鏡組織觀察（8）實(shí)驗(yàn)三鑄鐵金相組織觀察（11）實(shí)驗(yàn)四有色金相組織觀察（14）實(shí)驗(yàn)五常規(guī)熱處理工藝實(shí)驗(yàn)（16）材料綜合實(shí)驗(yàn) HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 綜合實(shí)驗(yàn)熱處理工藝、性能、與顯微組織分析綜合實(shí)驗(yàn)（17）附錄附錄一（24）附錄二（27）附錄三（30）實(shí)驗(yàn)一 金屬材料的硬度和沖擊韌性測定了解材料硬度測定原理及方法；了解布氏和洛氏硬度的測量范圍及其測量步驟和方法；了解顯微硬度的測量范圍及方法；了解沖擊韌性設(shè)備的測定原理、方法；了解脆性、韌性材料沖擊后的斷口及沖擊值的區(qū)別。硬度試驗(yàn)的物理意義和工程意義；布氏硬度和洛氏硬度

4、的原理，適用范圍；沖擊試驗(yàn)的原理，沖擊韌性的物理意義和工程意義。測定 HRC 和 HB兩塊鋼樣品其中一塊經(jīng)淬火處理（測量HRC），一塊經(jīng)退火處理（測量HB）；測 HRC 所用壓頭為120 金剛石圓錐，壓力為150kg（ 其中預(yù)加壓力P0 10kg）用淬火后的樣品在洛氏硬度計(jì)測三個點(diǎn)的硬度數(shù)據(jù)，然后將三個數(shù)據(jù)求平均值，得出該材料淬火后的HRC。（ 4）測HB 所用壓頭為D 2.5mm淬火鋼球，壓力P 187.5k g（其中預(yù)加壓力P0 10kg）；用退火后的樣品在布氏硬度計(jì)上測2 個壓痕， 每個壓痕在垂直的兩個方向各測一個直徑數(shù)值，求該數(shù)值的平均查表可得出HB（用內(nèi)插外推法查表），再將兩個壓痕的

5、硬度數(shù)值求平均值得出該材料退火后的材料的HB。 （要求每組同學(xué)測二個壓痕直徑值）。（ 6）硬度計(jì)的操作見附錄一。測定ak值（ 1）觀察橫梁式彎曲沖擊試驗(yàn)方法測定鋼試樣的a k 值；（ 2）所用材料為T10 高碳鋼和A3 低碳鋼；每種材料試樣各1 塊，所開缺口為U型，斷口截面積為10 8mm；（ 3）記錄各次沖擊試樣所消耗的沖擊功AK 值，然后公式求出a k值，再算術(shù)平均求出各材料的ak值；（ 4）比較韌、脆性兩種材料斷口及沖擊值的差異。測量硬度前為什么要進(jìn)行打磨？HRC、 HB 和 HV 的試驗(yàn)原理有何異同？HRC、 HB 和 HV 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？各自適用范圍是什么？舉例說明和 HV 適用于

6、哪些材料及工藝？試分析硬度試驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因？為什么 ak值表現(xiàn)出很大的分散性？影響ak值的因素有哪些？韌、脆性材料斷口有何區(qū)別？韌、脆性材料哪個ak值高？（請將解答做在指導(dǎo)書后面的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)報告中）五、問答題HRC、 HB 和 HV 的試驗(yàn)原理有何異同？HRC、 HB 和 HV 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？各自適用范圍是什么？舉例說明HV 適用于哪些材料及工藝？HRC、 HBHRC、 HB 和為什么 ak值表現(xiàn)出很大的分散性？影響ak值的因素有哪些？韌、脆性材料斷口有何區(qū)別？韌、脆性材料哪個ak值高？5、對沖擊實(shí)驗(yàn)中的問題，其韌性斷口與脆性斷口的形貌有何區(qū)別？實(shí)驗(yàn)二鐵碳合金組織觀察第一部分鐵碳合金平衡組

7、織分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨鹣鄻悠返闹苽浼案g過程；了解金相顯微鏡的構(gòu)造、成像原理，學(xué)習(xí)金相顯微鏡的使用方法；了解鐵碳合金在平衡狀態(tài)下高溫到室溫的組織轉(zhuǎn)變過程；分析鐵碳合金平衡狀態(tài)室溫下的組織形貌；5加深對鐵碳合金的成分、組織和性能之間關(guān)系的理解。6畫出常用鐵碳合金的組織形貌。金相試樣的制備過程（見附錄二）。金相顯微鏡的成像原理（見附錄三）。工業(yè)純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵和過 共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過程。鐵素體、珠光體、滲碳體、萊氏體組織的相組成、組織特征、性能特點(diǎn)以及成分 范圍。了解金相樣品的制備過程（閱附錄二）。了解金相顯微鏡結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)使用方法（閱附錄三，了

8、解金相顯微鏡結(jié)構(gòu)，具體使用在綜合實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行）。觀察表 1 中樣品的顯微組織（在網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室中觀察）。攜帶鉛筆（2B、 1H 各一支）和橡皮擦等在網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室中做實(shí)驗(yàn)。用鉛筆畫表1 中 1、 4、 5 和2（或3）共四個樣品的顯微組織；每一種樣品都各畫在一個35mm 40mm 的圓內(nèi)，并用箭頭標(biāo)出圖中各相組織（用符號表示），在圓的下方標(biāo)注材料名稱，熱處理狀態(tài)，放大倍數(shù)和浸蝕劑等。估計(jì) 20 鋼、 45 鋼中P 和 F 的相對量（即估計(jì)所觀察視場中P 和 F 各自所占的面積百分比），并應(yīng)用Fe-Fe3C 相圖利用杠桿原理從理論上計(jì)算這兩種材料的P 和F 組織相對量，與實(shí)驗(yàn)估計(jì)值進(jìn)行比較。五、討論內(nèi)容杠

9、桿原理的理論和實(shí)驗(yàn)意義是什么？Fe-C合金平衡組織中，滲碳體可能有幾種存在方式和組織形態(tài)？試分析它對性能有什么影響？鐵碳合金的C%與平衡組織中的P 和 F 組織組成物的相對數(shù)量的關(guān)系是什么？六、畫出以下平衡金相組織示意圖珠光體 P 組織在低倍觀察和高倍觀察時有何不同？為什么？表 1 Fe-C合金平衡組織觀察樣品狀態(tài)序號材料熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)浸蝕劑組織及特征1工業(yè)純鐵退火4004%硝酸酒精單一等軸晶F（少量夾雜），在顯微鏡中只能見F 晶界及夾雜220#退火400同上F（白色晶粒）+P（黑色晶粒）345#退火400同上同上，但P 量多4T8退火400同上片狀P，無晶界顯示5T12退火100同上沿晶

10、界白色網(wǎng)狀Fe3CII， 晶內(nèi)黑色P（局部少量的片狀 P）6亞共晶白口鑄鐵退火100同上組織為P+L e， 黑色樹枝狀為P， L e是 Fe3C（白色）和 P（均勻分布黑色小點(diǎn)或條狀組織）用鉛筆畫表1 中 1-6 共六個樣品的顯微組織；并用箭頭標(biāo)出圖中各組織（用符號表示），在圓的下方標(biāo)注試樣編號、材料名稱、熱處理狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑。放大倍數(shù)：400材 料：工業(yè)純鐵熱處理狀態(tài)：退火材 料： 20 鋼熱處理狀態(tài)：退火放大倍數(shù)：400材 料： 45 鋼熱處理狀態(tài)：退火熱處理狀態(tài)：退火熱處理狀態(tài)：退火熱處理狀態(tài)：退火七、問答題杠桿原理的理論和實(shí)驗(yàn)意義是什么？Fe-C合金平衡組織中，滲碳體可能有幾種

11、存在方式和組織形態(tài)？試分析它對性能有什么影響？鐵碳合金的C%與平衡組織中的P 和 F 組織組成物的相對數(shù)量的關(guān)系是什么？珠光體 P 組織在低倍觀察和高倍觀察時不何不同？為什么？5估計(jì)20 鋼、 45 鋼中 P 和 F 的相對量（即估計(jì)所觀察視場中P 和 F 各自所占的面積百分比），并應(yīng)用Fe-Fe3C 相圖利用杠桿原理從理論上計(jì)算這兩種材料的組織相對量，與實(shí)驗(yàn)估計(jì)值進(jìn)行比較。第二部分鐵碳合金非平衡顯微鏡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆仗间摕崽幚砉に嚰安僮鞣椒ǎ徽莆砧F碳合金非平衡的組織形態(tài)特征；加深熱處理工藝對鋼組織和性能影響的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理（由學(xué)生預(yù)習(xí)時準(zhǔn)備）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織特征和性能特

12、點(diǎn)。CCT 圖和 TTT 圖的應(yīng)用。鋼淬火回火時的組織轉(zhuǎn)變、組織特征和性能特點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察表 2 中樣品的顯微組織。表 2Fe-C合金非平衡組織觀察樣品狀態(tài)序號材料熱處理工藝放大倍數(shù)浸蝕劑組織及特征145840油冷（或空冷+水冷）1003%HNO 3酒精網(wǎng)狀T+M+A245840水冷4003%HNO 3酒精M+A3T12900水冷+200回火4003%HNO 3酒精粗大針狀M +A445840水冷+600回火4003%HNO 3酒精S5T12850爐冷（球化）4003%HNO 3酒精粒狀F + Cem四、實(shí)驗(yàn)要求攜帶鉛筆和橡皮擦等在網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室觀察表2 中各種組織；用鉛筆畫表2 中各種樣品

13、顯微組織。每一種樣品都各畫在35mm40mm 的圓內(nèi)。并用箭頭標(biāo)出圖中各組織（用符號表示）在圓的下方標(biāo)注材料名稱、熱處理 工藝、放大倍數(shù)和浸蝕劑等。五、討論內(nèi)容碳鋼的平衡組織和非平衡組織各有哪些？CCT 圖和Fe-Fe3C 相圖的應(yīng)用各有什么限制條件？45鋼淬火后硬度HRC35 40，其組織是什么？造成硬度偏低的原因有哪些？表 2 中 2、 3 兩種樣品組織在形態(tài)和性能上有什么差異？含 C 量為1.1%的工具鋼加熱至900淬火后發(fā)現(xiàn)硬度不足，脆性很大，試分析原因，并提出改進(jìn)措施。六、畫出以下平衡金相組織示意圖用鉛筆畫表2 中各樣品顯微組織。并用箭頭標(biāo)出圖中各組織（用符號表示）在圓材 料： 45

14、 鋼材 料： 45 鋼材 料： T12腐 蝕： 4%硝酸酒精 熱處理狀態(tài)：淬火腐 蝕：4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：油淬腐 蝕： 4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：淬火+低溫回火放大倍數(shù)：400材 料： 45 鋼腐 蝕： 4% 硝酸酒精熱處理狀態(tài)：高溫回火放大倍數(shù)： 400材料：T12 鋼腐蝕：4% 硝酸酒精熱處理狀態(tài)：球化退火七、討論1. 碳鋼的平衡組織和非平衡組織各有哪些？CCT 圖和Fe-Fe3C 相圖的應(yīng)用各有什么限制條件？45 鋼淬火后硬度HRC35 40，其組織是什么？造成硬度偏低的原因有哪些？表 2 中2、 3 兩種樣品組織在形態(tài)和性能上有什么差異？含 C 量為1.1%的工具鋼加熱至900淬火后

15、發(fā)現(xiàn)硬度不足，脆性很大，試分析原因，并提出改進(jìn)措施。實(shí)驗(yàn)三鑄鐵金相組織觀察從組成物和形態(tài)上區(qū)別白口鑄鐵與灰口鑄鐵；掌握灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵及球墨鑄鐵中石墨形態(tài)的特征；認(rèn)識鑄鐵在鑄造狀態(tài)下的三種不同基體；石黑化進(jìn)行的不同程度對鑄鐵顯微組織的影響。石墨的形態(tài)差異對鑄鐵性能的影響。可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的形成機(jī)理。觀察表 3 中所列金相樣品的顯微組織。表 3 鑄鐵顯微組織觀察樣品狀態(tài)序 號材料處理工藝浸蝕劑放大倍數(shù)組織特征1灰口鑄鐵鑄態(tài)3%HNO 3酒精100F+G 片2同上同上同上同上F+P+G 片3同上同上同上同上P+G 片4球墨鑄鐵同上不浸蝕同上鋼基體+G 球5可鍛鑄鐵同上同上同上鋼基體+G 團(tuán)四、

16、實(shí)驗(yàn)要求攜帶鉛筆和橡皮擦等進(jìn)行網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室上做實(shí)驗(yàn)；用鉛筆畫出表3 中的 1、 4、 5 種顯微組織；每一樣品都各畫在一個35mm40mm的圓內(nèi)。并用箭頭標(biāo)出圖中各顯微組織，在圓下方標(biāo)注材料名稱、工藝狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑等。五、討論內(nèi)容鑄鐵的石墨形態(tài)有幾種？鑄鐵在鑄造狀態(tài)下的基體組織有幾種？從化學(xué)成分、組織、性能說明鑄鐵與鋼的區(qū)別。不同基體的灰口鑄鐵性能有哪些差別？4三種鑄鐵的使用范圍是什么？六、鑄鐵金相組織分析用鉛筆畫出顯微組織；并用箭頭標(biāo)出圖中各顯微組織，在圓下方標(biāo)注材料名稱、 工狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑。材 料：灰口鑄鐵材 料： 球墨鑄鐵材 料：可鍛鑄鐵未腐蝕熱處理狀態(tài)：鑄造未腐蝕熱處理狀

17、態(tài)：鑄造未腐蝕 熱處理狀態(tài)：鑄造放大倍數(shù)：400材 料：鐵素體基體灰口鑄鐵腐 蝕： 4% 硝酸酒精熱處理狀態(tài)：鑄造放大倍數(shù)： 400材 料：鐵素體+ 珠光體基體球墨鑄鐵腐 蝕：4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：鑄造七、討論內(nèi)容1. 鑄鐵的石墨形態(tài)有幾種？鑄鐵在鑄造狀態(tài)下的基體組織有幾種？2. 從化學(xué)成分、組織、性能說明鑄鐵與鋼的區(qū)別。3. 不同基體的灰口鑄鐵性能有哪些差別？4. 三種石墨形態(tài)的鑄鐵使用范圍是什么？實(shí)驗(yàn)四有色金屬顯微組織觀察1認(rèn)識了解Al-Si 合金變質(zhì)與未變質(zhì)的組織形態(tài)；2認(rèn)識了解-黃銅的顯微組織；3了解不銹鋼的顯微組織；4認(rèn)識了解軸承合金的顯微組織。5鑄造 Al-Si 合金的變質(zhì)處理原

18、理。觀察表 4 中所列金相樣品的顯微組織。表 4 鑄鐵顯微組織觀察樣品狀態(tài)序 號材料處理工藝浸蝕劑放大倍數(shù)組織特征1Al-Si 合金鑄態(tài)、變質(zhì)0.5%HF 水溶液400Al+(Al+Si) 共晶2同上鑄態(tài)、未變質(zhì)0.5%HF 水溶液同上Al+Si 針3-黃銅鑄態(tài)、冷擠壓3%FeCl3+10%HCl 水溶液同上單相（有孿晶）攜帶鉛筆和橡皮擦等進(jìn)行網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室上做實(shí)驗(yàn)；畫出表 4 中各種試樣的顯微組織；每一樣品都各畫在一個35mm 40mm 的圓內(nèi)。并用箭頭標(biāo)出圖中各組織，在圓下方標(biāo)注材料名稱、工藝狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑等。五、討論內(nèi)容鑄造 Al-Si 合金變質(zhì)前后組織和性能有什么差異？有哪兩種黃銅

19、？它們各有什么特點(diǎn)和應(yīng)用？（請將討論內(nèi)容和金相組織畫到指導(dǎo)書后面的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)報告中）六、有色金屬畫出表 4 中各樣品的顯微組織；每一樣品都各畫在一個35mm 40mm 的圓內(nèi)。并用箭頭標(biāo)出圖中各組織，在圓下方標(biāo)注材料名稱、狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑。討論內(nèi)容：材 料：熱處理狀態(tài)：材 料：熱處理狀態(tài)：材 料：熱處理狀態(tài)：1. 鑄造 Al-Si 合金變質(zhì)前后組織和性能的什么差異？2. 有哪兩種黃銅？它們各有什么物點(diǎn)和應(yīng)用？實(shí)驗(yàn)五常規(guī)熱處理實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獬Ｒ?guī)熱處理的操作方式；掌握常規(guī)熱處理（退火、正火、淬火、回火）的工藝及熱處理后的組織與性能；加深認(rèn)識熱處理工藝對鋼組織與性能的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容掌握熱處理的工藝

20、操作；掌握熱處理的工藝曲線；各種熱處理工藝處理后的組織；觀察各種熱處理工藝處理后的組織形貌；實(shí)驗(yàn)要求認(rèn)識各熱處理方式（退火、正火、淬火、回火）的工藝操作；畫出各熱處理方式處理后的所獲得的組織與形貌。討論內(nèi)容比較各熱處理（退火、正火、淬火、回火）工藝的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程、 性能變化、用途和適用的鋼種、零件的范圍；第二實(shí)驗(yàn)部分用鉛筆畫表2 中各樣品顯微組織。并用箭頭標(biāo)出圖中各組織（用符號表示）在圓的下方標(biāo)注材料名稱、熱處理工藝、放大倍數(shù)和浸蝕劑。放大倍數(shù)：400材 料： 45 鋼腐 蝕： 4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：正火放大倍數(shù)： 400材 料： 45 鋼腐 蝕：4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：淬火放大

21、倍數(shù)：400材 料： 45 鋼腐 蝕：4%硝酸酒精熱處理狀態(tài)：油淬綜合實(shí)驗(yàn)1、了解金相試樣的制備過程；2、了解金相顯微鏡的構(gòu)造、成像原理及金相顯微鏡的使用方法；3、預(yù)測不同熱處理工藝后的金相組織，并說明各種組織對應(yīng)的熱處理工藝；4、了解同一種材料平衡狀態(tài)下及經(jīng)不同的熱處理工藝處理后組織發(fā)生了什么變化；5、了解熱處理設(shè)備及其溫度控制方式；6、掌握熱處理工藝的操作過程及方法；7、通過實(shí)際操作進(jìn)一步加深對加熱原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)步驟1、分組： 8-12 人 / 組；2、了解熱處理設(shè)備、溫度控制方式、冷卻介質(zhì)及熱處理工藝操作；。3、實(shí)驗(yàn)的技術(shù)要求，制定材料的熱處理工藝（在實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)時完成，包括加熱溫度

22、、保溫時間、冷卻介質(zhì)等）：4、熱處理工藝操作步驟（加熱、保溫冷卻硬度測定回火硬度測定），工件尺寸： 20mm 10mm。實(shí)驗(yàn)流程：試樣加熱、保溫、冷卻處理打試樣淬火后的硬度再進(jìn)行回火工藝打試樣回火后的硬度。5、 測定鋼進(jìn)行相應(yīng)的熱處理處理后的實(shí)際硬度（包括 淬火后 HRC 和 淬火 +回火后的 HRC或 HB），填入表5中。6、金相組織分析（用鉛筆畫組織示意圖）低碳馬氏體（ 20 鋼淬火后的金相組織）高碳淬火馬氏體+殘余奧氏體（ T8 淬火金相組織）。淬火馬氏體+網(wǎng)狀屈氏體+少量殘余奧氏體（45鋼油冷后的金相組織）。 45 鋼淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)）：回火索氏體7、數(shù)據(jù)整理交實(shí)驗(yàn)老師簽名實(shí)驗(yàn)結(jié)束

23、。綜合實(shí)驗(yàn)熱處理工藝、性能、與顯微組織分析綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時間 ： 年 月 日 學(xué)號：姓名：一、熱處理工藝表 1 熱處理實(shí)驗(yàn)樣品的技術(shù)要求材料技術(shù)要求淬火工藝后硬度回火工藝后硬度樣品尺寸45 鋼 -1HB250-300HRC57-61HB250-300 16 1045 鋼 -2HRC55-60HRC57-61HRC55-60 16 1060Si2MnHRC42-48HRC58-62HRC42-48 12 10表 2 實(shí)際操作時的熱處理工藝材料淬火工藝回火工藝加熱溫度保溫時間冷卻方式加熱溫度保溫時間冷卻方式45 鋼 -145 鋼 -260Si2Mn表 3 硬度測試結(jié)果材料淬火硬度HRC金相組織回火硬

24、度HRC 或 HB金相組織1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)平均1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)平均45 鋼 -145 鋼 -260Si2Mn三、典型金相組織分析請?jiān)诜娇蛑刑砣虢鹣嘟M織。材質(zhì)：45 鋼 處理工藝：正火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：100材質(zhì)： 45 鋼 處理工藝：淬火 +低溫回火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)：45 鋼 處理工藝：調(diào)質(zhì)材質(zhì)： 45 鋼處理工藝：油淬火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400材質(zhì)： 45 鋼 處理工藝：正 火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：100材質(zhì)： 60Si2Mn 鋼 處理工藝：淬火+中溫回火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)：T10

25、鋼 處理工藝：球化退火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)： T12 鋼 處理工藝：淬火+低溫回火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)： 灰鑄鐵處理工藝：等溫淬火材質(zhì)：20Cr 鋼 處理工藝：淬火+低溫回火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)：可鍛鑄鐵處理工藝：鑄造腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)：可鍛鑄鐵處理工藝：鑄造腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400材質(zhì)：灰鑄鐵處理工藝：鑄 造材質(zhì)：灰鑄鐵處理工藝：鑄 造腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)： T8 處理工藝：退火腐蝕劑：4%硝酸

26、酒精放大倍數(shù)：400 材質(zhì)： T12 處理工藝：退火腐蝕劑：4%硝酸酒精放大倍數(shù)：100三、分析討論1、你做的45 鋼材料經(jīng)過淬火后硬度是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求？為什么？2、你在實(shí)驗(yàn)中采用了哪幾種淬火介質(zhì)？哪種冷卻介質(zhì)冷卻速度最快？3、鋼淬火后，為什么要進(jìn)行回火處理？回火工藝有哪幾種，各有什么用途？4、常規(guī)淬火熱處理后為什么表面要進(jìn)行打磨后才能測量硬度值？5、 T12 碳素工具鋼加熱到980淬火后發(fā)現(xiàn)硬度偏低，試分析原因？并提出改進(jìn)措施。HD-187.5 型硬度計(jì)的使用方法硬度計(jì)由機(jī)身、主軸杠桿機(jī)構(gòu)、加荷機(jī)構(gòu)、光學(xué)測量指示機(jī)構(gòu)、負(fù)荷變換機(jī)構(gòu)及試驗(yàn)臺升降機(jī)構(gòu)等部分組成，如下圖1 所示。圖 1 HD-

27、187.5 型硬度計(jì)結(jié)構(gòu)圖試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作試親的準(zhǔn)備試樣表面應(yīng)精細(xì)制備，使其光滑，不得帶有油脂、氧化皮、漆層、裂紋、顯著加工痕跡、凹坑和其它污物；（ 2）試樣表面通常為平面，對于曲面試樣，其曲率半徑不應(yīng)小于15mm。工作臺的選擇及安裝總負(fù)荷的預(yù)選：（ 1） HRC 按表 6 進(jìn)行預(yù)選表 6 洛氏硬度實(shí)驗(yàn)的壓頭、載荷數(shù)和適用范圍符號壓頭壓力有效測 量范圍大致相當(dāng)?shù)腍V 硬度范圍標(biāo)尺硬度P0+P(Kg)BHRB 1.588 鋼球10+902510060240CHRC頂角120。 金剛石圓錐10+1402067240900AHRA頂角120。 金剛石圓錐10+5070853909002） HB 按表

28、 7 進(jìn)行預(yù)選打開機(jī)身右側(cè)下方的光源開關(guān)，使投影屏上能看到清晰的影象。將試樣放在工作臺上，轉(zhuǎn)動升降臺使試樣的測試面與壓頭接觸，繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動 TOC o 1-5 h z 手輪，使試樣繼續(xù)升高，此時投影屏上的基線（橫線）與左邊刻度“100”接近重合（上下偏移不大于5 格）。旋轉(zhuǎn)投影屏下的刻度微調(diào)鈕，使分析板上的刻度100 與投影橫線重合，此時預(yù)負(fù)荷 10kg 已施加在試樣上（見圖1）拉動加載手柄，則主負(fù)荷緩慢施加于試樣上，投影屏上的刻線慢回行而停止在一定位置上，此時標(biāo)尺所指示的壓痕深度，是在總負(fù)荷作用下試樣的彈性變形也計(jì)算在內(nèi)，因此不能以此作為硬度的讀數(shù)（見圖1）。將加載手柄拉向后方，使主負(fù)荷卸除

29、，此時試樣受10kg 的初載荷，壓痕的彈性已恢復(fù)。此時投影屏上橫線對準(zhǔn)標(biāo)尺的數(shù)字，即為洛氏硬度值（見圖1）。如果用金剛石圓錐壓頭，施加60、 150kg 負(fù)荷，則在投影屏的左邊讀出HRA或 HRC。如果用直徑1.588mm 的鋼球壓頭，施加100kg 負(fù)荷，則在投影屏的右邊讀出HRB。降下工作臺取出試樣。測量布氏硬度時，操作方法同上，但不在顯示屏上讀數(shù)。取下試樣后在讀數(shù)顯微鏡下測量壓痕尺寸。試驗(yàn)時必須保證所施加作用力與試樣表面垂直。試驗(yàn)過程中加載應(yīng)平穩(wěn)均勻，不得受任何沖擊或振動。兩壓痕間距不能太小，至少大于3 倍壓痕直徑以上。每個試樣試驗(yàn)次數(shù)不宜少于3 次。在施加負(fù)荷時，工作臺僅允許向上移動，

30、直至初負(fù)荷施加好為止，不準(zhǔn)中途退回再向上移動。降下工作臺時應(yīng)注意轉(zhuǎn)動手輪的旋轉(zhuǎn)方向。測量布（維）氏硬度時，操作方法同上，但不在投影屏上讀數(shù)。取下試樣后在讀數(shù)顯微鏡下測量壓痕尺寸。附錄二金相試樣的制備金相樣品的制備一般包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序?，F(xiàn)簡述如下：取樣和鑲嵌取樣部位及觀察面的選擇，必須根據(jù)被分析材料或零件的失效分析特點(diǎn)、加工工藝的性質(zhì)，以及研究目的等等因素來確定。進(jìn)行失效分析研究時，應(yīng)在失效部位完整地取樣。對于軋材，研究非金屬夾雜物的分析和材料表面缺陷時，應(yīng)垂直于軋制方向（即橫向）取樣；研究夾雜物的類型、形狀、材料變形度、帶狀組織等時，應(yīng)平行于軋制方面上（即縱向）取樣。對熱

31、處理后的零件，因?yàn)榻M織較均勻可任意選擇取樣部位和方向；對于表面處理過的零件，在表面部位取樣，要能較全面地觀察到整個表面層的變化。取樣時要注意方法，要避免因取樣導(dǎo)致觀察面的組織變化。一般軟材料可用鋸、車等方法；硬材料可用水冷砂輪切片機(jī)場割或電火花線切割；硬而脆的材料則可用錘擊；大件可用氧割。等等。試樣大小一般以手拿操作方便即可（如直徑1015mm，高10mm 的圓柱體）。若樣品過?。ㄈ缂?xì)絲、薄片）或形大辯論不規(guī)則，以及有特殊要求9 例如要求觀察表面組織），則必須進(jìn)行鑲嵌。鑲嵌方法有：低熔點(diǎn)合金的鑲嵌、電木粉鑲嵌、環(huán)氧樹脂鑲嵌等，此外還可用夾肯來夾持試樣。二、磨制軟材料粗磨可用銼刀銼平，一般鋼鐵用

32、砂輪機(jī)磨平，打磨時用水冷，以防溫度升高引起組織變化。細(xì)磨可用手工磨或機(jī)械磨。手工磨是在金相砂紙上研磨。國產(chǎn)金相砂紙按粗到細(xì)分為01、 02、 03、 04、 05等號。研究磨時依次用01 號磨至 05號，且每換一號砂紙時將試樣轉(zhuǎn)90 （即與上道磨痕方向垂直），以便觀察上道磨痕是否被磨去。研究磨軟材料時，可在砂紙上涂一層潤滑劑，如機(jī)測、汽油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入試樣表面。為了加快研磨速度，可采用在轉(zhuǎn)盤上貼上水砂紙的預(yù)磨機(jī)時行機(jī)械磨。水砂紙按粗細(xì)有200、 300、 400、 500、 600、 700、 800、 900號等。用水砂紙盤磨樣時，應(yīng)不斷加水冷卻。同樣，每換一號砂紙時試樣用水

33、沖洗干凈，也調(diào)換90 方向。三、拋光為了使磨面成為鏡面，細(xì)磨后的試樣還需進(jìn)行拋光。拋光有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光等方法，其中使用最廣的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在專用拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光盤上裝不同材料的拋光布（粗拋時常用帆而或粗呢，精拋時沿拋光盤上不斷滴注拋光液（水或Al 2O3， Cr2O3， MgO 的懸浮液）或在拋光盤上涂極細(xì)的金剛石研磨膏。試樣磨面應(yīng)均勻地、平正地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上。待試樣表面磨痕全部消失且呈光亮的鏡面時，拋光過程就告結(jié)束。電解拋光是將試樣放入電解槽中，作為陽極，用不銹鋼板或鉛板作陰極，通以直流電流，使試樣表面凸起的磨痕被溶解而拋光。化學(xué)拋光是依靠化學(xué)溶液對試樣表面的電化學(xué)

34、溶解而獲得拋光表面的方法。四、浸蝕除觀察試樣中的某些非金屬夾雜物或鑄鐵中的石墨形態(tài)等情況外，金相樣品在拋光后還需進(jìn)行浸蝕處理。拋光后的試樣只有通過浸蝕后才使顯策組織顯現(xiàn)出來，如圖2 所示。金相顯微鏡光源的光線照到試樣表面，由于有的組織或是昌界易腐蝕而呈現(xiàn)凹凸不平，表面與入射光線垂直的組織將大部分把光線反射回去，在顯微鏡視場中呈白亮狀；而有些組織由于表面不垂直于入射光線，而使許多光線散射掉，只有很少的光線反射回去，在顯微鏡視場中呈灰暗狀。由此明暗不同產(chǎn)生襯度而形成圖象。金屬材料的常用化學(xué)浸蝕劑見表9（見下頁）。浸蝕時，可鈄試樣磨面浸入腐蝕劑中，也可用棉花沾浸蝕劑擦拭表面。浸蝕的深淺根據(jù)組織的特點(diǎn)

35、和觀察時的放大倍數(shù)來確定。高倍觀察浸蝕要輕一些。一般待試樣表面顏色稍發(fā)暗時間即可。浸蝕后用水沖洗，再用灑精清洗，最后用吹用機(jī)吹干或用吸水紙、棉花等吸干。2 金相顯微組織成像原理圖表 9 常用的金相試劑序 號試劑名稱成分適用范圍注意事項(xiàng)1硝酸酒精溶液硝酸HNO3酒精15 毫升100 毫升碳鋼及低合金鋼的 組織顯示硝酸含量按材料選擇，浸蝕 數(shù)秒鐘2苦味酸酒精溶 液苦味酸酒 精210 克100 毫升對鋼鐵材料的細(xì)密 組織顯示較清晰浸蝕時間為數(shù)秒鐘至數(shù)分 鐘3苦味酸鹽酸酒 精溶液苦味酸鹽酸HCl酒精15 克5 毫升100 毫升顯示淬火及淬火回 火后鋼的晶粒和組 織浸蝕時間較上例約快數(shù)秒 鐘至一分鐘4苛性鈉苦味酸 水溶液苛性鈉苦味酸水 H2O25 克2克100 毫升鋼中的滲碳體染成 暗黑色加熱煮沸浸蝕530 分鐘5氯化鐵鹽酸水 溶液氯化鐵FeCl3鹽酸水5克50 毫升100 毫升顯示不銹鋼，奧氏 體高鎳鋼，銅及銅 合金組織，顯示奧 氏體不銹鋼的軟化 組織浸蝕至顯現(xiàn)組織6王水甘油溶液硝酸 鹽酸