工程材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告及指導(dǎo)書(shū)

1、工程材料及成型工藝實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)主編 工程材料教研室 南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院20098前言材料、信息和能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的三大支柱，且人類(lèi)文明的發(fā)展就是以材料為標(biāo)志的。材料學(xué)科的實(shí)踐性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是理論教學(xué)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它不僅可培養(yǎng)工科學(xué)生的動(dòng)手能力，鞏固理論知識(shí)，還可激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)激情和創(chuàng)新精神，練就過(guò)硬本領(lǐng)，迎接未來(lái)的各種挑戰(zhàn)。通過(guò)工程材料及成型工藝課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生在掌握各種工程材料和熱成形技術(shù)的基本理論和基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，熟悉各類(lèi)材料成分、組織與性能之間的關(guān)系，掌握各種材料成形方法的工藝特點(diǎn)和強(qiáng)化材料的主要技術(shù)途徑，了解新近發(fā)展的各類(lèi)新型高性能結(jié)構(gòu)材料和各種先進(jìn)的材料成形

2、技術(shù)，初步具備根據(jù)零件使用條件和性能要求，合理選用材料和毛坯成形方法及制訂零件加工工藝路線的能力。然而，由于本課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也非常重要，在顏銀標(biāo)主任的提議和組織下，我教研室老師結(jié)合當(dāng)前工程材料的最新發(fā)展、機(jī)械類(lèi)本科生的教學(xué)特點(diǎn)以及未來(lái)工作的實(shí)際需要，共同編寫(xiě)了本課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。具體分工如下：實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2李友榮執(zhí)筆，實(shí)驗(yàn)3徐躍編寫(xiě)，實(shí)驗(yàn)4、實(shí)驗(yàn)5及實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的插圖由朱和國(guó)完成。由于水平有限，錯(cuò)誤難免，敬請(qǐng)指正！工程材料教研室目錄實(shí)驗(yàn)1 鐵碳合金平衡組織的觀察 3實(shí)驗(yàn)2 鋼的熱處理 7實(shí)驗(yàn)3 金屬零件失效及原因分析 12實(shí)驗(yàn)4 工程材料的選材分析 15實(shí)驗(yàn)5 常見(jiàn)工程材料的組

3、織觀察 17實(shí)驗(yàn)1 鐵碳合金平衡組織的觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察鐵碳合金平衡狀態(tài)下的顯微組織。2）了解鐵碳合金成分、組織與性能的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）用放大倍數(shù)為400600倍的顯微鏡觀察下列成分鐵碳合金的顯微組織，了解其形態(tài)。樣品號(hào)牌號(hào)狀態(tài)浸蝕劑顯微組織觀察要點(diǎn)1純鐵完全退火4硝酸酒精溶液F白色等軸晶為鐵素體，黑色線條為鐵素體晶界220鋼完全退火4硝酸酒精溶液FP白色為鐵素體，黑色塊為片狀珠光體345鋼完全退火4硝酸酒精溶液FP白色為鐵素體，黑色塊為片狀珠光體4T8鋼完全退火4硝酸酒精溶液P層片狀珠光體5T10鋼完全退火4硝酸酒精溶液PFe3C基本為片狀珠光體，白色網(wǎng)絡(luò)狀為二次滲碳體6T10鋼

4、完全退火苦味酸鈉溶液PFe3C基本為片狀珠光體，黑色網(wǎng)絡(luò)狀為二次滲碳體7T10鋼球化退火4硝酸酒精溶液FFe3C鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體8亞共晶生鐵鑄態(tài)4硝酸酒精溶液PFe3CLe黑色枝晶狀為細(xì)珠光體（初生奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物），基體為共晶萊氏體9共晶生鐵鑄態(tài)4硝酸酒精溶液Le白色基體為滲碳體，黑色為珠光體2）繪出上述觀察的各成分鐵碳合金的組織示意圖。3）分析鐵碳合金成分與組織之間的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)原理圖1Fe碳平衡相圖C%wt.本實(shí)驗(yàn)主要是研究鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。所謂平衡狀態(tài)是指合金中一切相的變化都是按狀態(tài)圖進(jìn)行。這種狀態(tài)只有在極緩慢的冷卻時(shí)才可能達(dá)到。鐵碳合金的平衡組織可以根據(jù)F

5、e碳平衡相圖（圖1）進(jìn)行分析。從相圖可知，所有的碳鋼和白口鑄鐵在室溫時(shí)的組織均由鐵素體和滲碳體兩相所組成。由于含碳量的不同，鐵素體和滲碳體相的相對(duì)數(shù)量、形態(tài)及分布是不一樣的，從而構(gòu)成了各種不同特征的組織。 圖2 工業(yè)純鐵組織 200× 圖3 20鋼的顯微組織200× 組織：F 組織：F（白塊）+P（黑塊）1）鐵素體（F）是碳溶于Fe中的固溶體，有較高的塑性，但硬度低，經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色大粒狀或塊狀（見(jiàn)圖2）。鋼中隨含碳量的增加，鐵素體量減少。鐵素體較多時(shí)呈塊狀分布見(jiàn)圖3、圖4。當(dāng)含碳量接近共析成分時(shí)，往往呈斷續(xù)網(wǎng)狀，分布在珠光體周?chē)ㄒ?jiàn)圖5）。 圖4

6、 40鋼的顯微組織 330× 圖5 60鋼的顯微組織118× 組織：FP 組織：F（白色網(wǎng)狀）+P（黑色）2）滲碳體（Fe3C,Cm）是鐵與碳的化合物，含碳量為6.69。滲碳體的硬度很高，可達(dá)HB800，但脆性很大，強(qiáng)度和塑性也差。一次滲碳體（Cm）是從液態(tài)合金中析出的，呈長(zhǎng)條狀（板狀，見(jiàn)圖11）；二次滲碳體（Cm）是由奧氏體中析出的，在奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后，呈網(wǎng)狀分布在珠光體的邊界上，見(jiàn)圖7；三次滲碳體（Cm）是由鐵素體中析出的，通常呈不連續(xù)薄片狀存在于鐵素體晶界處，數(shù)量極微，可忽略不計(jì)。滲碳體的抗浸蝕能力強(qiáng)，經(jīng)3-5硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色（圖6，圖7），這與亞共析鋼

7、中的網(wǎng)狀鐵素體很難區(qū)分。若用苦味酸鈉溶液浸蝕后，二次滲碳體在顯微鏡下呈黑色，就能比較清楚地區(qū)分出亞共析鋼中的鐵素體與過(guò)共析鋼中的二次滲碳體了。 圖6 T8鋼的顯微組織 400× 圖7 T12鋼的顯微組織400× 組織：P（片狀） 組織：P（層片狀）+Fe3C（白色網(wǎng)狀）3）珠光體（P）是鐵素體和滲碳體的共析混合物。片狀珠光體一般是經(jīng)退火得到的。它是鐵素體和滲碳體交替分布的層片狀組織（見(jiàn)圖6、圖7）。經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍數(shù)顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織。在高倍（600倍以上）下觀察時(shí)，珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體都呈亮白色，而邊界呈黑色（見(jiàn)

8、圖8）。在中倍（400倍左右）下觀察時(shí)，白亮色滲碳體被黑色邊界所“吞食”，而成為細(xì)黑條。這時(shí)看到的珠光體是寬白條鐵素體和細(xì)黑條滲碳體的相間混合物。在低倍（200倍以下）觀察時(shí)，寬白條的鐵素體和黑條的滲碳體很難分辨。此時(shí)，珠光體為黑塊狀組織（見(jiàn)圖9）。球狀珠光體是共析鋼或過(guò)共析鋼經(jīng)球化退火，使?jié)B碳體球化后而得到的。經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后球狀珠光體為白亮色鐵素體基體上均勻分布著白亮色滲碳體小顆粒，其邊界為黑圈。 圖8 T12鋼的顯微組織 600× 圖9 亞共晶白口鐵顯微組織150×組織：P（白色塊狀）Fe3C（黑色網(wǎng)狀） 組織：P（黑色團(tuán)狀）+Fe3CLd 圖10 共晶白口鐵

9、顯微組織 400× 圖11 過(guò)共晶白口鐵顯微組織150×組織：Ld（小黑色條、點(diǎn)、白色Fe3C基體） 組織：Fe3C（白色寬條）+Ld（小黑色條、點(diǎn)、白色Fe3C基體）4）萊氏體（Le）在室溫時(shí)是珠光體和滲碳體的混合物。此時(shí)滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體兩種，但它們相連在一起，而分辨不開(kāi)。經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后，萊氏體的組織特征是，在白亮色的滲碳體基體上均勻分布著許多黑點(diǎn)（塊）狀或條狀珠光體（見(jiàn)圖10）。萊氏體的硬度很高，達(dá)HB700，性脆。一般存在于含碳量大于2.11的白口鑄鐵中。亞共晶白口鑄鐵的組織包括：萊氏體、呈黑粗樹(shù)枝狀分布的珠光體和周?chē)琢寥Φ亩螡B碳體（圖

10、9）。二次滲碳體與萊氏體中的滲碳體相連，無(wú)法區(qū)別。過(guò)共晶白口鑄鐵的組織由萊氏體和長(zhǎng)白條一次滲碳體組成，（圖11）。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料金相顯微鏡、標(biāo)準(zhǔn)試樣、金相砂紙等。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）清潔試樣表面；2）觀察各種不同成分的合金試樣；3）比較不同成分合金組織的差別，并繪制不同組織的形貌圖。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）繪制不同成分的組織形貌圖；2）分析不同組織形貌的產(chǎn)生原因。七、注意事項(xiàng)1）注意安全即儀器設(shè)備的合理正確使用；2）注意成分與組織形貌之間的關(guān)系；八、實(shí)驗(yàn)思考題1）鐵碳平衡相圖的不足之處是什么？2）簡(jiǎn)述組織與相的區(qū)別與聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)2 鋼的熱處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）熟悉碳鋼的幾種基本熱處理（退火、正火

11、、淬火及回火）操作方法。2）了解加熱溫度、冷卻速度、回火溫度等因素對(duì)碳鋼熱處理后性能（硬度）的影響。3）了解合金元素對(duì)淬火鋼回火穩(wěn)定性的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）按表1所列工藝條件進(jìn)行各種熱處理操作。2）測(cè)定熱處理后的全部試樣的硬度，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。3）各小組將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列同行業(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告表中。4）將表中的數(shù)據(jù)以硬度（HRC）回火溫度（）為坐標(biāo)作曲線（畫(huà)出40鋼及40Cr鋼兩條曲線）。5）簡(jiǎn)要分析淬火溫度、冷卻方式、回火溫度對(duì)鋼組織及性能的影響，以及合金元素對(duì)淬火鋼回火后硬度的影響。三、實(shí)驗(yàn)原理鋼的熱處理就是將鋼通過(guò)加熱、保溫和冷卻改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能的一種操作

12、方法。常用熱處理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。熱處理操作中，加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式是最重要的三個(gè)基本工藝因素，正確地選擇熱處理規(guī)范，是確保熱處理成功的關(guān)鍵。1）加熱溫度（1） 退火加熱溫度 亞共析鋼的退火加熱溫度是Ac33050；共析鋼和過(guò)共析鋼的退火加熱溫度是Ac12040，目的是得到球狀珠光體，降低硬度，改善高碳鋼的切削加工性能。（2） 正火加熱溫度 亞共析鋼正火加熱溫度是Ac33050；過(guò)共析鋼正火加熱溫度是Accm3050。（3） 淬火加熱溫度 亞共析鋼淬火加熱溫度是Ac33050；過(guò)共析鋼淬火加熱溫度是Ac13050。（4）回火溫度 鋼淬火后必須進(jìn)行回火，回火的溫度決定

13、于最終所要求的組織和性能。按加熱溫度，可將回火分為低溫、中溫、高溫回火三類(lèi)。低溫回火 是在150250進(jìn)行回火，所得的組織是回火馬氏體，硬度約為HRC60。目的是降低淬火后的應(yīng)力，減少鋼的脆性，保證鋼的高硬度。低溫回火常用于高碳鋼切削刀具、量具和軸承等工件的處理。中溫回火 是在350500進(jìn)行回火 ，所得組織為回火屈氏體，硬度約為HRC3545左右。目的是獲得高的彈性極限，同時(shí)具有較好的韌性。主要用于中高碳鋼彈簧的熱處理。高溫回火 是在500650進(jìn)行回火，所得組織為回火索氏體，硬度為HRC2535。目的是獲得既有一定強(qiáng)度、硬度，又具有良好沖擊韌性的綜合機(jī)械性能。把淬火后經(jīng)高溫回火的處理工藝稱

14、調(diào)質(zhì)處理。它主要用于中碳結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器零件的熱處理。鋼中如含有鉻（Cr）、鉬（Mo）、釩（V）等合金元素時(shí)，它們阻礙鋼中的原子擴(kuò)散過(guò)程，因而在同樣的回火溫度下與碳鋼相比，可起到延緩馬氏體分解和阻礙碳化物聚集長(zhǎng)大的作用，從而使鋼的硬度下降緩慢。這就是說(shuō)合金元素延緩了鋼的回火轉(zhuǎn)變過(guò)程，提高了鋼的回火穩(wěn)定性。2）保溫時(shí)間為了使工件各部分的溫度均勻，完成組織轉(zhuǎn)變，并使碳化物完全溶解和奧氏體成分均勻一致，必須在淬火加熱溫度下保溫一定時(shí)間，通常將工件升溫和保溫所需時(shí)間計(jì)算在一起，統(tǒng)稱為加熱時(shí)間。熱處理加熱時(shí)間必須考慮許多因素，例如鋼的化學(xué)成分、工件尺寸、形狀、裝爐量、加熱爐類(lèi)型、爐溫和加熱介質(zhì)等。可根據(jù)熱處理

15、手冊(cè)中介紹的經(jīng)驗(yàn)公式估算，也可以由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。實(shí)際工作中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算加熱時(shí)間，一般規(guī)定，在空氣介質(zhì)中，升到規(guī)定溫度后的保溫時(shí)間，碳鋼按工件厚度每毫米需一分至一分半鐘估算；合金鋼按每毫米兩分鐘估算。在鹽浴爐中，保溫時(shí)間可縮短12倍。3）冷卻方式熱處理中必須施以正確的冷卻方式，才能獲得所要求的組織及性能。退火一般采用隨爐冷卻。正火（或?；┒嗖捎每諝饫鋮s，大件常進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。圖1 鋼的理想淬火冷卻曲線淬火的冷卻速度一方面要大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；另一方面冷卻速度應(yīng)盡量緩慢，以減少內(nèi)應(yīng)力，避免變形和開(kāi)裂。理想的淬火冷卻方法應(yīng)當(dāng)是，工件在奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650550）快冷

16、，超過(guò)臨界冷卻速度而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（300100）以下慢冷。理想淬火冷卻曲線如圖41所示。常用的淬火介質(zhì)有水及水溶液（510NaCl、NaOH）和油等。淬火方法有單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等。以共析鋼為例，不同冷卻速度將有不同的組織對(duì)應(yīng)。其產(chǎn)物分別有珠光體、貝氏體和馬氏體三種。珠光體轉(zhuǎn)變中，隨著冷卻速度的提高，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織變細(xì)，根據(jù)組織的粗細(xì)程度的不同又分為珠光體、索氏體和屈氏體三種，三者沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，只是粗細(xì)程度的不同。見(jiàn)圖2。貝氏體根據(jù)冷卻速度的不同分為上貝氏體和下貝氏體兩種，見(jiàn)圖3。馬氏體的形貌取決于含碳量，低碳（小于0.2%）時(shí)為板條狀，見(jiàn)圖4，當(dāng)含碳量高于1.0%

17、時(shí)，則為針狀，見(jiàn)圖5，當(dāng)碳含量為0.2%1.0%時(shí)，馬氏體則為針狀板條混合狀。abc圖2 珠光體組織(500×)a珠光體 b索氏體 c屈氏體ab上貝氏體顯微組織a-540× b-1300×ab下貝氏體顯微組織a-540× b-1300× 圖3 貝氏體馬氏體板條ab馬氏體片a板條狀馬氏體b針狀馬氏體ab 圖4 馬氏體表1 實(shí)驗(yàn)任務(wù)表鋼號(hào)加熱溫度()保溫時(shí)間(分)原始硬度(HRB)冷卻方式硬度（HRC）回火溫度()回火時(shí)間(分)回火后的硬度(HRC)123平均123平均40850空冷油冷水冷200水冷400水冷600750水冷40r850水冷200

18、水冷400水冷600四、實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)材料箱式淬火爐、金相顯微鏡、各種成分的金屬試樣等。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）熟悉并了解碳鋼的幾種基本熱處理（退火、正火、淬火及回火）原理。2）按表1所列工藝條件進(jìn)行各種熱處理操作。3）測(cè)定熱處理后的全部試樣的硬度，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。4）將表中的數(shù)據(jù)以硬度（HRC）回火溫度（）為坐標(biāo)作曲線（畫(huà)出40鋼及40Cr鋼兩條曲線）。5）簡(jiǎn)要分析淬火溫度、冷卻方式、回火溫度對(duì)鋼組織及性能的影響，以及合金元素對(duì)淬火鋼回火后硬度的影響。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）測(cè)定熱處理后的全部試樣的硬度，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。2）將表中的數(shù)據(jù)以硬度（HRC）回火溫度（）為坐標(biāo)作曲線（畫(huà)出40鋼及40

19、Cr鋼兩條曲線）。3）簡(jiǎn)要分析淬火溫度、冷卻方式、回火溫度對(duì)鋼組織及性能的影響，以及合金元素對(duì)淬火鋼回火后硬度的影響。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）注意安全，尤其時(shí)淬火時(shí)的冷卻過(guò)程。2）保持現(xiàn)場(chǎng)的安靜，注意觀察試樣顏色的變化。 八、實(shí)驗(yàn)思考題1）熱處理的基本條件是什么？是否所有的材料均可采用熱處理工藝來(lái)改善、提高材料的性能？2）熱處理的理想冷卻介質(zhì)是什么？3）介質(zhì)的冷卻速度與鋼的淬透性是否有關(guān)聯(lián)？影響淬透性的因素有哪些？4）顯微鏡所觀察到的顯微組織對(duì)材料的性能有何影響？實(shí)驗(yàn) 金屬零件失效及原因分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握金屬零件磨損、疲勞和腐蝕等破壞的形式。掌握每種破壞形式不同工藝條件下的特點(diǎn)。

20、 2. 通過(guò)金屬零件的破壞現(xiàn)象，分析形成的原因。3. 掌握磨擦實(shí)驗(yàn)機(jī)、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容金屬零件失效及原因分析包括磨擦實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)、腐蝕實(shí)驗(yàn)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握金屬零件磨損、疲勞和腐蝕破壞的形式和形成原因，從而加深學(xué)生對(duì)金屬材料的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生科學(xué)使用材料和分析解決材料破壞問(wèn)題的能力。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料磨擦實(shí)驗(yàn)機(jī)、疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)。采用08、T12、2Cr13、45、40Cr等材料, 根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制備試樣。四、實(shí)驗(yàn)原理1. 磨損理論摩擦是指兩個(gè)相互接觸的表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面間產(chǎn)生的阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的現(xiàn)象，按照物體運(yùn)動(dòng)

21、時(shí)接觸面的變化不同，又可以分為滑動(dòng)磨擦和滾動(dòng)摩擦 。由于出現(xiàn)磨擦，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)受到影響和干擾，使系統(tǒng)的一部分能量以熱量形式發(fā)散和以噪音形式消失，同時(shí)，摩擦效果還往往伴隨著表面材料的逐漸消失，即磨損。磨損是零部件失效的一種基本類(lèi)型。通常意義上來(lái)講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。零部件失去原有設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為失效。失效包括完全喪失原定功能；功能降低和有嚴(yán)重?fù)p傷或隱患，繼續(xù)使用會(huì)失去可靠性和安全性。磨損按照表面破壞機(jī)理特征，磨損可以分為磨料磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損和微動(dòng)磨損等。前三種是磨損的基本類(lèi)型，后兩種只在某些特定條件下才會(huì)發(fā)生。為了反映零件的磨損，

22、常常需要用一些參量來(lái)表征材料的磨損性能。常用的參量有以下幾種：(1)磨損量 由于磨損引起的材料損失量稱為磨損量，它可通過(guò)測(cè)量長(zhǎng)度、體積或質(zhì)量的變化而得到，并相應(yīng)稱它們?yōu)榫€磨損量、體積磨損量和質(zhì)量磨損量。(2)磨損率 以單位時(shí)間內(nèi)材料的磨損量表示，即磨損率I=dV /dt (V為磨損量,t為時(shí)間）。(3)磨損度 以單位滑移距離內(nèi)材料的磨損量來(lái)表示，即磨損度E=dV/dL (L為滑移距離）。(4)耐磨性 指材料抵抗磨損的性能，它以規(guī)定摩擦條件下的磨損率或磨損度的倒數(shù)來(lái)表示，即耐磨性=dt/dV或dL/dV。(5)相對(duì)耐磨性 指在同樣條件下，兩種材料（通常其中一種是Pb-Sn合金標(biāo)準(zhǔn)試樣）的耐磨性之

23、比值，即相對(duì)耐磨性w=試樣標(biāo)樣。機(jī)械零件的磨損失效常經(jīng)歷一定的磨損階段，可以將磨損失效過(guò)程分為三個(gè)階段。(1)跑合磨損階段。新的摩擦副在運(yùn)行初期，由于對(duì)偶表面的表面粗糙度值較大，實(shí)際接觸面積較小，接觸點(diǎn)數(shù)少而多數(shù)接觸點(diǎn)的面積又較大，接觸點(diǎn)粘著嚴(yán)重，因此磨損率較大。但隨著跑合的進(jìn)行，表面微峰峰頂逐漸磨去，表面粗糙度值降低，實(shí)際接觸面積增大，接觸點(diǎn)數(shù)增多，磨損率降低，為穩(wěn)定磨損階段創(chuàng)造了條件。為了避免跑合磨損階段損壞摩擦副，因此跑合磨損階段多采取在空車(chē)或低負(fù)荷下進(jìn)行；為了縮短跑合時(shí)間，也可采用含添加劑和固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑材料，在一定負(fù)荷和較高速度下進(jìn)行跑合。(2)穩(wěn)定磨損階段。這一階段磨損緩慢且穩(wěn)定

24、，磨損率保持基本不變，屬正常工作階段。(3)劇烈磨損階段。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定磨損后，由于摩擦副對(duì)偶表面間的間隙和表面形貌的改變以及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機(jī)械效率下降、精度喪失、產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲、摩擦副溫度迅速升高，最終導(dǎo)致摩擦副完全失效。2. 疲勞理論機(jī)械零件受到大小、方向隨時(shí)間呈周期性變化的交變載荷作用，盡管交變應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，但在交變載荷的長(zhǎng)期作用下，零件發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞強(qiáng)度是指材料抵抗無(wú)限次應(yīng)力循環(huán)也不疲勞斷裂的強(qiáng)度指標(biāo)，交變負(fù)荷-1s為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不均勻，從而造成應(yīng)力傳遞的不平衡，有的地方會(huì)成為應(yīng)力集中區(qū)。與此同時(shí)，金屬內(nèi)部的缺陷處還存在許多

25、微小的裂紋。在力的持續(xù)作用下，裂紋會(huì)越來(lái)越大，材料中能夠傳遞應(yīng)力部分越來(lái)越少，直至剩余部分不能繼續(xù)傳遞負(fù)載時(shí)，金屬構(gòu)件就會(huì)全部毀壞。早在100多年以前，人們就發(fā)現(xiàn)了金屬疲勞給各個(gè)方面帶來(lái)的損害。但由于技術(shù)的落后，還不能查明疲勞破壞的原因。直到顯微鏡和電子顯微鏡相繼出現(xiàn)之后，使人類(lèi)在揭開(kāi)金屬疲勞秘密的道路上不斷取得新的成果，并且有了巧妙的辦法來(lái)對(duì)付這個(gè)大敵。金屬疲勞所產(chǎn)生的裂紋會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)災(zāi)難。然而，也有另外的妙用?，F(xiàn)在，利用金屬疲勞斷裂特性制造的應(yīng)力斷料機(jī)已經(jīng)誕生?？梢詫?duì)各種性能的金屬和非金屬在某一切口產(chǎn)生疲勞斷裂進(jìn)行加工。這個(gè)過(guò)程只需要12秒鐘的時(shí)間，而且，越是難以切削的材料，越容易通過(guò)這種

26、加工來(lái)滿足人們的需要。疲勞斷口保留了整個(gè)斷裂過(guò)程的所有痕跡，記錄了很多斷裂信息。具有明顯區(qū)別于其他任何性質(zhì)斷裂的斷口形貌特征，而這些特征又受材料性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小及環(huán)境因素的影響，因此對(duì)疲勞斷口分析是研究疲勞過(guò)程、分析疲勞失效原因的重要方法。一個(gè)典型的疲勞斷口往往由疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)三個(gè)部分組成，具有典型的“貝殼”狀或“海灘”狀條紋的特征，這種特征給疲勞失效的鑒別工作帶來(lái)了極大的幫助。3. 腐蝕理論金屬腐蝕是金屬材料受周?chē)橘|(zhì)的作用而損壞。金屬的銹蝕是最常見(jiàn)的腐蝕形態(tài)。金屬腐蝕與防腐蝕問(wèn)題與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人民生活息息相關(guān)，幾乎所有金屬材料都是在一定環(huán)境中使用。金

27、屬材料在使用過(guò)程中受環(huán)境的作用，往往隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸受到損毀或性能下降，通常稱之為“腐蝕”或“老化”。自然環(huán)境主要是指大氣、海水、土壤、酸堿等環(huán)境，它們對(duì)金屬材料都會(huì)發(fā)生腐蝕作用。腐蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。這會(huì)顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加轉(zhuǎn)動(dòng)件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。金屬材料使用量的90%以上是鋼鐵，全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設(shè)備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元，一般看來(lái)，由于腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)民

28、經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的24%，由此可見(jiàn)，金屬腐蝕問(wèn)題十分嚴(yán)重和普通。金屬在腐蝕過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來(lái)說(shuō)就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。這種腐蝕過(guò)程一般通過(guò)兩種途徑進(jìn)行，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕：金屬表面與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸 , 通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。五、實(shí)驗(yàn)方法和步驟1. 磨擦實(shí)驗(yàn)方法和步驟實(shí)驗(yàn)采用08、T12材料，做成標(biāo)準(zhǔn)試樣，在磨擦實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)，觀察兩種材料在相同實(shí)驗(yàn)載荷100N，不同時(shí)間30、45分鐘實(shí)驗(yàn)條件下的磨損情況；08在相同時(shí)間45分鐘，不同實(shí)驗(yàn)載荷100N、500N條件下的磨損情況，并分析

29、其原因。2. 疲勞實(shí)驗(yàn)方法和步驟實(shí)驗(yàn)采用45、40Cr材料，45的疲勞強(qiáng)度為280MPa，40Cr的疲勞強(qiáng)度為552MPa，做成標(biāo)準(zhǔn)試樣，在疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)，觀察45在285MPa、350MPa、觀察40Cr材料在560MPa、700MPa不同載荷實(shí)驗(yàn)條件下的疲勞破壞情況，觀察斷口并分析其原因。3. 腐蝕實(shí)驗(yàn)方法和步驟實(shí)驗(yàn)采用45、2Cr13材料，做成10×50×5試樣，分別放入10%HCl、10%H2SO4、50%HCl、50%H2SO4溶液中進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，采用10分鐘、30分鐘不同放入時(shí)間工藝條件，觀察兩種材料在實(shí)驗(yàn)溶液中的腐蝕情況，總結(jié)出鋼鐵材料腐蝕的不同，并分

30、析其腐蝕原因。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)要求語(yǔ)言通順、表達(dá)清晰、論述準(zhǔn)確、層次分明、重點(diǎn)突出。報(bào)告中要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象，要重點(diǎn)加以論述，并且用所學(xué)的理論知識(shí)加以分析原因，以達(dá)到鍛煉提高學(xué)生書(shū)寫(xiě)學(xué)術(shù)報(bào)告的能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生注意力高度集中，認(rèn)真按照設(shè)備的使用規(guī)程來(lái)操作。2. 實(shí)驗(yàn)要求的保護(hù)裝備要齊全，以免學(xué)生受到傷害。3. 嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，學(xué)生分工明確，并做好實(shí)驗(yàn)記錄。八、思考題1. 金屬材料磨損到什么程度機(jī)械零件不能使用？2. 金屬材料疲勞極限是什么？3. 金屬材料腐蝕

31、原因是什么？實(shí)驗(yàn)4 工程材料的選材分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解零件失效的形式、常用零件的工作條件。2）了解并靈活運(yùn)用選材的基本原則。3）掌握常用結(jié)構(gòu)零件的選材、制備、熱處理工藝的制定等。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共同分析軸、齒輪、槍管、壓縮螺旋彈簧及板簧的工作條件、使用性能、選材、工藝路線、熱處理工藝的作用。三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料 金相顯微鏡、熱處理爐、彈簧、板簧、槍管、齒輪、軸等。四、實(shí)驗(yàn)原理1）零件的失效失效是指由于某種原因?qū)е铝慵某叽?、形狀或材料的組織與性能發(fā)生變化而喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。，零件失效的類(lèi)型可歸納為變形、斷裂與表面損傷三種。根據(jù)喪失功能的程度，零件失效表現(xiàn)為下列三種情況：零件完全破斷，喪失

32、工作能力；零件已嚴(yán)重?fù)p傷，不能再安全工作；零件雖能安全工作，但已不能滿意地起到預(yù)期作用。2） 失效原因（1）零件設(shè)計(jì)不合理 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成應(yīng)力集中。對(duì)工作時(shí)的過(guò)載估計(jì)不足或結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算錯(cuò)誤，會(huì)造成零件不能承受一定的過(guò)載。對(duì)環(huán)境溫度、介質(zhì)狀況估計(jì)不足，會(huì)造成零件承載能力降低。（2）選材不當(dāng)未能正確判斷零件的失效形式，會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)選錯(cuò)材料。對(duì)材料性能指標(biāo)試驗(yàn)條件和應(yīng)用場(chǎng)合缺乏全面了解，使所選材料抗力指標(biāo)與實(shí)際失效形式不相符合而造成選材錯(cuò)誤。材料冶金質(zhì)量太差，由所選材料制成的零件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。（3）加工工藝不合理 成形工藝不當(dāng)會(huì)造成缺陷。如鑄造工藝不當(dāng)在鑄件中會(huì)造成縮孔、氣孔；鍛造工藝不

33、當(dāng)，造成過(guò)熱組織，甚至發(fā)生過(guò)燒；機(jī)加工不當(dāng)，造成深刀痕和磨削裂紋；熱處理工藝不當(dāng)，造成組織不合要求、脫碳、變形、開(kāi)裂等。這都是導(dǎo)致零件失效的重要原因。（4）安裝使用不當(dāng) 安裝時(shí)對(duì)中不好，配合過(guò)緊或過(guò)松，不按規(guī)程操作，維護(hù)不良等都可能導(dǎo)致零件失效。3）失效分析方法零件失效原因是相當(dāng)復(fù)雜的，可能是設(shè)計(jì)有誤，或材料選用不合理，或加工工藝不當(dāng)?shù)取Ｒ虼?，失效分析是一個(gè)涉及面很廣的復(fù)雜問(wèn)題，所以分析零件失效必須要有一個(gè)科學(xué)的方法。其工作程序大體為：（1）收集失效零件殘?bào)w，確定失效的源發(fā)部位。（2）整理失效零件的有關(guān)資料，如設(shè)計(jì)資料、加工工藝文件及使用記錄等。（3）對(duì)失效零件殘?bào)w進(jìn)行宏觀及微觀斷口分析，確定

34、失效的發(fā)源地及失效方式。（4）測(cè)定失效零件殘?bào)w樣品的必要數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)所依據(jù)的性能指標(biāo)及與失效有關(guān)的性能數(shù)據(jù)，材料的組織及化學(xué)成分是否符合要求，分析在失效零件上收集到的腐蝕產(chǎn)物的成分、磨屑的成分等。必要時(shí)還要進(jìn)行無(wú)損探傷、斷裂力學(xué)分析等，確定有無(wú)裂紋或其他缺陷。（5）綜合各方面的資料做出判斷，確定失效的原因，提出改進(jìn)措施、寫(xiě)出分析報(bào)告。零件失效的原因是多方面的。就材料而言，通過(guò)對(duì)零件工作條件和失效形式的分析，確定零件的使用性能要求，將使用性能具體轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的性能指標(biāo)，根據(jù)這些指標(biāo)來(lái)選用材料。3）選材的三原則（1）使用性能原則使用性能是保證零件實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的必要條件，是選材最主要的依據(jù)。使用性能

35、主要指零件在使用狀態(tài)下應(yīng)具有的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。零件必須滿足的使用性能要在對(duì)工作條件和失效形式分析的基礎(chǔ)上提出。（2）工藝性能原則在選材中，工藝性能也可成為選材考慮的主要依據(jù)。當(dāng)某一可選材料的性能很理想，但極難加工或加工成本很高時(shí)，選用該材料就沒(méi)有意義了。因此，選材時(shí)必須考慮材料的工藝性能。（3）經(jīng)濟(jì)性原則 材料的經(jīng)濟(jì)性也是選材的重要原則之一。從材料的經(jīng)濟(jì)性考慮，選材時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：材料的價(jià)格、 零件的總成本、國(guó)家的資源等4）齒輪的選材及其熱成型工藝（1）工作條件齒輪是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的零件之一，是機(jī)床、汽車(chē)、拖拉機(jī)等機(jī)器設(shè)備中的重要零件，主要用于傳遞扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和調(diào)

36、節(jié)速度，其工作時(shí)的受力情況如下：由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力；齒面相互滑動(dòng)和滾動(dòng)，承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦；由于換檔、啟動(dòng)或嚙合不良，齒部承受一定的沖擊。（2）失效形式a)齒根的疲勞斷裂，通常一齒斷裂引起數(shù)齒、甚至更多的齒斷裂，它是齒輪最嚴(yán)重的失效形式；b)齒面磨損，導(dǎo)致齒厚變小，齒隙增大；在交變接觸應(yīng)力作用下，齒面產(chǎn)生微裂紋并逐漸發(fā)展，最終齒面接觸疲勞破壞，出現(xiàn)點(diǎn)狀剝落；c)過(guò)載斷裂，主要是沖擊載荷過(guò)大造成齒斷。（3）性能要求a)高的彎曲疲勞強(qiáng)度；b)高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性；c)輪齒心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性。此外，對(duì)金屬材料，應(yīng)有較好的熱處理工藝性，如淬透性高，過(guò)熱

37、敏感性小，變形小等。（4）齒輪零件的選材根據(jù)工作條件，表1給出了一些齒輪的工作條件、選材、熱處理工藝和性能要求等情況。表1一些齒輪的工作條件、選材、熱處理工藝和性能要求序號(hào) 齒輪工作條件 鋼種 熱處理工藝硬度要求 1在低載荷下工作，要求耐磨性好的齒輪 15 (20)900950滲碳，直接淬火或預(yù)冷到780800淬火(水冷)；180200回火5863HRC 2速度<0.1ms，低載荷下工作的不重要的變速箱齒輪和掛輪架齒輪 45840860正火156217HB 3速度為2 ms，中等載荷下工作的高速機(jī)床走刀箱，變速箱齒輪 40Cr 42SiMn調(diào)質(zhì)后高頻加熱，乳化液冷卻，180200回水45

38、50HRC 4高速、重載荷、沖擊，模數(shù)>6的齒輪(如立車(chē)上的重要齒輪) 20SiMnVB20CrMnTi900950滲碳，預(yù)冷820850淬火，180200回火5863HRC 5高速、重載荷、形狀復(fù)雜要求熱處理變形小的齒輪 38CrMoAlA正火或調(diào)質(zhì)后500550滲氮850HV以上（5）工藝路線工藝路線的一般形式：下料鍛造預(yù)熱處理機(jī)加工終熱處理后序零件。工藝路線中的預(yù)熱處理和終熱處理取決于所選的齒輪材料。當(dāng)齒輪材料為低碳的滲碳鋼時(shí)，預(yù)熱處理為正火，其目的除了均勻組織、改善組織外，更主要的是提高鍛件的硬度便于切削加工。此時(shí)的終熱處理為滲碳低溫回火。齒輪的表面組織為高碳回火馬氏體，心部為低

39、碳回火馬氏體。如果所選材料為中碳鋼，則預(yù)熱處理為正火或退火，目的消除內(nèi)應(yīng)力，均勻組織，改善組織。終熱處理分調(diào)質(zhì)處理，使整過(guò)齒輪的組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w，但對(duì)軸頸部位還需進(jìn)行表面淬火低溫回火熱處理，使軸頸部位的表面獲得中碳回火馬氏體組織，以提高軸頸的耐磨性能。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1）弄清楚零件的工作條件，諸如所承載荷性質(zhì)、大小，工作環(huán)境溫度，介質(zhì)性質(zhì)，用戶要求等；并分析估計(jì)零件失效的方式和原因，提出零件的性能要求。2）將零件的性能要求量化為材料的性能指標(biāo)。3）根據(jù)材料的性能指標(biāo)，提出備選材料。備選材料可通過(guò)查閱有關(guān)手冊(cè)，參考相類(lèi)似零件提出。4）從使用性能、工藝性能及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，并進(jìn)行計(jì)算、

40、校核，從備選材料中確定理想的材料。5）通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)檢測(cè)、臺(tái)架試驗(yàn)和批量考核，最終確定選材方案。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）分析壓縮螺旋彈簧及板簧（圖1）的工作條件、使用性能、選材、工藝路線、熱處理工藝的作用。壓縮螺旋彈簧板簧圖1 彈簧形狀2）分析槍管的工作條件、使用性能、選材、工藝路線、熱處理工藝的作用。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1）應(yīng)結(jié)合實(shí)際工作條件并借助現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行選材分析； 2）選材時(shí)除了結(jié)合三原則外，還應(yīng)考慮材料實(shí)際供應(yīng)的條件。八、實(shí)驗(yàn)思考題 1）如何合理應(yīng)用選材的三原則？2）選材不當(dāng)時(shí)，能否通過(guò)熱處理的方式來(lái)彌補(bǔ)？試舉例說(shuō)明。3）工藝路線中的預(yù)熱處理能否?。繛槭裁?？試舉例說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)5 常用工程

41、材料的組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）觀察分析常用工程材料的顯微組織；2）了解工程材料的組織、成分、性能之間的關(guān)系；3）了解組織、組織組成物、相、相組成物四個(gè)基本概念之間的區(qū)別與聯(lián)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）觀察分析下列常用材料的顯微組織，見(jiàn)表1。2）繪出觀察到的金相圖。表1 常用工程材料的名稱、顯微組織編號(hào)名稱狀態(tài)顯微組織特征腐蝕劑1高速鋼鑄態(tài)Ld(魚(yú)骨狀)T(暗黑色)+M3硝酸酒精2高速鋼淬火態(tài)M(隱針狀)碳化物（顆粒狀）A3硝酸酒精3高速鋼回火態(tài)M（暗黑色基體）碳化物（白色顆粒）3硝酸酒精4灰口鑄鐵鑄態(tài)F（白色）+G（片狀）3硝酸酒精5可鍛鑄鐵鑄造石墨化退火F（白色）+G（團(tuán)絮狀）3硝酸酒精6球墨鑄鐵鑄

42、態(tài)F（白色）+G（球狀狀）3硝酸酒精7硅鋁明變質(zhì)處理（枝晶狀）共晶體（細(xì)密基體）3硝酸酒精8雙相黃銅鑄態(tài)（白亮色）b（暗黑色）3FeCl3+10%HCl9錫基巴氏合金鑄態(tài)（暗黑色）b（白色塊狀）Cu3Sn3FeCl3+10%HCl三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和材料金相顯微鏡、鑄鐵、鋼、銅合金、鋁基復(fù)合材料等。四、實(shí)驗(yàn)原理常用工程材料主要包括：鋼、鑄鐵、有色金屬、金屬基復(fù)合材料等。1）鋼的顯微組織鋼即含碳量小于2.11的鐵碳合金，以含碳量為0.77%的共析鋼為界，可分為亞共析鋼、過(guò)共析鋼三種。其組織分別為F+P+Fe3C；P；P+ Fe3C.組織形貌見(jiàn)圖1，2，3。 圖1 20鋼的顯微組織200×

43、 圖2 T8鋼組織400×組織：F(白色)P(黑色) 組織：P(F+Fe3C) 圖3 T12鋼組織400× 組織：P（黑色）+Fe3C(網(wǎng)狀)注意：亞共析鋼中的Fe3C由于其含量極少，在其金相組織中未能顯現(xiàn)。它只是點(diǎn)狀分布于鐵素體的晶界。2）合金鋼的顯微組織合金鋼根據(jù)合金含量的不同可分為低合金（合金元素總量<5%）、中合金（合金元素總量在510）和高合金（合金元素總量>10%）三種。一般常用的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼都是低合金鋼。由于合金元素的加入，使鐵碳平衡相圖發(fā)生了變化，但其平衡態(tài)下的組織與相同含碳量的碳鋼的區(qū)別取決于合金元素的含量，當(dāng)合金元素的不高，即低合金

44、時(shí)，平衡態(tài)下的組織沒(méi)有太大的區(qū)別，如40Cr與40鋼調(diào)質(zhì)后的組織均為回火索氏體。再如GCr15鋼840油淬，低回后的顯微組織與T12鋼在780水淬，低回后的組織一樣。所不同的在于熱處理時(shí)獲取馬氏體的能力不同了，即淬透性發(fā)生了變化，即使冷卻速度較低也能獲得完整的馬氏體。如4Cr13即使室溫冷卻也能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。而當(dāng)合金元素含量較高時(shí)，平衡相圖的變化顯著了，其平衡態(tài)組織會(huì)發(fā)生較大的變化，如高速鋼W18Cr4V，為高合金工具鋼，其含碳量為0.70.8，與共析鋼相近，但其組織與T8鋼則有顯著的不同。此時(shí)，平衡相圖的E點(diǎn)左移，鑄態(tài)時(shí)為亞共晶組織，由萊氏體、樹(shù)枝狀的馬氏體和屈氏體組成，見(jiàn)圖4。萊氏體中

45、的共晶碳化物為粗大的魚(yú)骨狀，鑄態(tài)組織脆化，需進(jìn)行反復(fù)鍛造，擊碎共晶碳化物，使其均勻分布于基體中。鍛造后需進(jìn)行退火處理，以調(diào)整硬度，為機(jī)加工和后續(xù)的淬火作準(zhǔn)備。退火后的組織為顆粒狀的碳化物索氏體；為獲取高合金含量的馬氏體，即讓合金元素充分進(jìn)入奧氏體，淬火時(shí)的加熱溫度較高，達(dá)12701280，淬火厚的組織為隱針馬氏體顆粒狀碳化物30左右的殘余奧氏體，見(jiàn)圖5所示。為了減少殘余奧氏體的量，需對(duì)淬火后的組織進(jìn)行三次在560回火處理，此時(shí)的組織為回火馬氏體顆粒狀的碳化物少量的殘余奧氏體（殘余奧氏體的量<3%），見(jiàn)圖6。 圖 4 高速鋼的鑄態(tài)組織400× 圖5 高速鋼的淬火組織400

46、5;圖6 高速鋼的回火組織2）鑄鐵的顯微組織工業(yè)上使用的鑄鐵與鐵碳平衡相圖中的鑄鐵不同，平衡相圖中鑄鐵中碳的存在形式是碳化物Fe3C滲碳體，而工業(yè)鑄鐵中碳的存在形式除了少量的以Fe3C滲碳體存在，主要還是以單質(zhì)石墨形式存在，根據(jù)上石墨的形態(tài)不同可分為片狀的灰口鑄鐵、團(tuán)絮狀的可鍛鑄鐵、球狀的球墨鑄鐵及蟲(chóng)狀的蠕墨鑄鐵等四種，此時(shí)的組織可以看成是鋼基體石墨。而基體鋼則有F、F+P、P等三種。四種常見(jiàn)鑄鐵的組織分別見(jiàn)圖7、8、9、10。 圖7 灰口鑄鐵的顯微組織 200× 圖8 球墨鑄鐵的顯微組織200×組織：F（鋼基體）+G（片狀） 組織：F（鋼基體）+G（球狀）圖9 可鍛鑄鐵的顯微組織200× 圖10 蠕墨鑄鐵的顯微組織200×組織：F（鋼基體）+G（團(tuán)絮狀） 組織：FP（鋼基體）+G（蟲(chóng)狀）3）有色金屬的顯微組織除了鋼鐵以外的所有合金均稱為有色合金，主要有鎂合金、鋁合金、銅合金、鎳合金等。本實(shí)驗(yàn)主要觀察鋁合金和銅合金。鋁合金根據(jù)合金元素的種類(lèi)和含量的不同可分為鑄造鋁合金和形變鋁合金兩大類(lèi)，形變鋁合金根據(jù)能否熱處理強(qiáng)化又分為可形變強(qiáng)化鋁合金和不可形變強(qiáng)化鋁合金兩類(lèi)。在形變鋁合金中，合金元素的含量相對(duì)較少，根據(jù)其種類(lèi)的不同可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛造鋁四種，分別表示為L(zhǎng)F，