工程材料及機(jī)制基礎(chǔ)試驗(yàn)指導(dǎo)書new

1、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書高峰莆田學(xué)院電子信息工程系 測控教研室目 錄實(shí)驗(yàn)一 金屬材料的硬度試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 鐵碳合金平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)三 碳鋼熱處理后的顯微組織觀察實(shí)驗(yàn)四 鑄鐵顯微組織觀察實(shí)驗(yàn)一 金屬材料的硬度試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解硬度測定的基本原理及應(yīng)用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。二、概 述金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗

2、力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外，硬度與其它機(jī)械性能(如強(qiáng)度指標(biāo)及塑性指標(biāo)和)之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說硬度的大小對于機(jī)械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。硬度的試驗(yàn)方法很多，在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測定硬度，壓入法又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是：(1) 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最軟(即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力)，因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。 (2)金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系； 式中： 材料的抗拉強(qiáng)度值； HB布氏硬度值；系數(shù)。 退火狀態(tài)的碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 有

3、色金屬合金 (3)硬度值對材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有定性的參考價(jià)值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)圖紙上對機(jī)械性能的技術(shù)要求，往往只標(biāo)注硬度值，其原因就在于此。(4)硬度測定后由于僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。(5)設(shè)備簡單，操作迅速方便。三、布氏硬度(HB)(一)布氏硬度試驗(yàn)的基本原理 布氏硬度試驗(yàn)是施加一定大小的載荷，將直徑為的鋼球壓入被測金屬表面(如圖1-1所示)保持一定時(shí)間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積求出平均應(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號HB表示。其計(jì)算公式如下： (11) 式中： HB 布

4、氏硬度值； 載荷（kgf）；（1kgf=9.8N）根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度九和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分的球面積為： (12)式中：鋼球直徑(mm)；壓痕深度(mm)。由于測量壓痕直徑d要比測定壓痕深度容易，故可將(12)式中改換成d來表示，這可根據(jù)圖1-1(b)中的關(guān)系求出： (13)將式(12)和(13)代入式(11)即得： (14)式中只有是變數(shù)，故只需測出壓痕直徑，根據(jù)已知和值就可計(jì)算出值。在實(shí)際測量時(shí)，可由測出之壓痕直徑直接查表得到HB值。由于金屬材料有硬有軟，所測工件有厚有薄，若只采用同一種載荷(如3000kgf)和鋼球直徑(如10mm)時(shí)，則對硬的金屬適合，而

5、對極軟的金屬就不適合，會(huì)發(fā)生整個(gè)鋼球陷入金屬中的現(xiàn)象；若對于厚的工件適合，則對于薄件會(huì)出現(xiàn)壓透的可能，所以在測定不同材料的布氏硬度值時(shí)就要求有不同的載荷和鋼球直徑。為了得到統(tǒng)一的、可以相互進(jìn)行比較的數(shù)值，必須使戶和刀之間維持某一比值關(guān)系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是使壓入角保持不變。根據(jù)相似原理由圖1-1(b)中可知和的關(guān)系是： 或 (15)以此代入式(14)得： (16)式(16)說明，當(dāng)值為常數(shù)時(shí)，為使HB值相同，也應(yīng)保持為一定值。因此對同一材料而言，不論采用何種大小的載荷和鋼球直徑，只要能滿足常數(shù)，所得的HB值是一樣的。對不同材料來說，所得的HB值也是可以進(jìn)行比較

6、的。按照GB231-63規(guī)定，比值有30、10和25三種，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)和適用范圍可參考表1-1。（二）布氏硬度測定的技術(shù)要求 1. 試樣表面必須平整光潔，以使壓痕邊緣清晰，保證準(zhǔn)確測量壓痕直徑。2壓痕距離試樣邊緣應(yīng)大于(鋼球直徑)，兩壓痕之間距離應(yīng)不小于。3用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕直徑d時(shí)，應(yīng)從相互垂直的兩個(gè)方向上進(jìn)行，取其平均值。4為了表明試驗(yàn)條件，可在HB值后標(biāo)注，如，即表示此硬度值是在mm，秒的條件下得到的。(三)布氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作1 HB -3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。其主要部件及作用如下： (1)機(jī)體與工作臺：硬度機(jī)有鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前臺面上安裝了絲杠座，其

7、中裝有絲杠，絲杠上裝立柱和工作臺，可上下移動(dòng)。(2)杠桿機(jī)構(gòu)：杠桿系統(tǒng)通過電動(dòng)機(jī)可將載荷自動(dòng)加在試樣上。(3)壓軸部分：用以保證工作時(shí)試樣與壓頭中心對準(zhǔn)。(4)減速器部分：帶動(dòng)曲柄及曲柄連桿，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及反轉(zhuǎn)時(shí)，將載荷加到壓軸上或從壓軸上卸除。(5)換向開關(guān)系統(tǒng)：是控制電機(jī)回轉(zhuǎn)方向的裝置，使加、卸載荷自動(dòng)進(jìn)行。2操作前的準(zhǔn)備工作： (1)把根據(jù)表11選定的壓頭擦拭干凈，裝入主軸襯套中。 (2)按表1-1選定載荷，加上相應(yīng)的砝碼。 (3)安裝工作臺。 當(dāng)試樣高度<120mm肘應(yīng)將立柱安裝在升降螺桿上，然后裝好工作臺進(jìn)行試驗(yàn)。 (4)按表1-1確定持續(xù)時(shí)間T，然后將緊壓螺釘擰松，把圓盤上的時(shí)

8、間定位器(紅色指示點(diǎn))轉(zhuǎn)到與持續(xù)時(shí)間相符的位置上。 (5)接通電源，打開指示燈，證明通電正常。 3操作程序： (1)將試樣放在工作臺上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使壓頭壓向試樣表面直至手輪對下面螺母產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)為止。 (2)按動(dòng)加載按鈕，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)少即開始加載荷。此時(shí)因緊壓螺釘已擰松，圓盤并不轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)紅色指示燈閃亮?xí)r，迅速擰緊緊壓螺釘，使圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)。達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)即自動(dòng)停止。 (3)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪降下工作臺，取下試樣用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑值，以此值查表即得HB值。四、洛氏硬度(HR)(一)洛氏硬度試驗(yàn)的基本原理洛氏硬度同布氏硬度一樣也屬壓入硬度法，但它不是測定壓痕面積；而是根據(jù)壓痕深度來確

9、定硬度值指標(biāo)。其試驗(yàn)原理如圖1-3所示。 洛氏硬度試驗(yàn)所用壓頭有兩種：一種是頂角為的金剛石圓錐，另一種是直徑為或的淬火鋼球。根據(jù)金屬材料軟硬程度不一，可選用不同的壓頭和載荷配合使用，最常用的是HRA、HRB和HRC。這三種洛氏硬度的壓頭、負(fù)荷及使用范圍列于表1-2。洛氏硬度測定時(shí)，需要先后兩次施加載荷(預(yù)載荷和主載荷)，預(yù)加載荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好，以保證測量結(jié)果準(zhǔn)確。圖1-3中0-0位置為未加載荷時(shí)的壓頭位置，1-1位置為加上10kgf預(yù)加載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為，2-2位置為加上主載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為，包括由加載所引起的彈性變形和塑性變形，卸除主載荷后，由于彈性變形

10、恢復(fù)而稍提高到3-3位置，此時(shí)壓頭的實(shí)際壓入深度為。洛氏硬度就是以主載荷所引起的殘余壓入深度()來表示。但這樣直接以壓入深度的大小表示硬度，將會(huì)出現(xiàn)硬的金屬硬度值小，而軟的金屬硬度值大的現(xiàn)象，這與布氏硬度所標(biāo)志的硬度值大小的概念相矛盾。 為了與習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念相一致，采用一常數(shù)(K)減去()的差值表示硬度值。為簡便起見又規(guī)定每0。002mm壓入深度作為一個(gè)硬度單位(即刻度盤上一小格)。(二) 測定洛氏硬度的技術(shù)要求1. 根據(jù)被測金屬材料的硬度高低，按表1-2選定壓頭和載荷。2. 試樣表面應(yīng)平整光潔，不得有氧化皮或油污以及明顯的加工痕跡。3. 試樣厚度應(yīng)不小于壓入深度的10倍。4.

11、兩相鄰壓痕及壓痕離試樣邊緣的距離均不應(yīng)小于3mm。5. 加載時(shí)力的作用線，必須垂直于試樣表面。(三) 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作1 H-100型杠桿式洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，其主要部分及作用如下：(1)機(jī)體及工作臺：試驗(yàn)機(jī)有堅(jiān)固的鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前面安裝有不同形狀的工作臺，通過手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，借助螺桿的上下移動(dòng)而使工作臺上升或下降。(2)加載機(jī)構(gòu)：由加載杠桿(橫桿)及掛重架(縱桿)等組成，通過杠桿系統(tǒng)將載荷傳至壓頭而壓入試樣，借扇形齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可完成加載和卸載任務(wù)。 (3)千分表指示盤：通過刻度盤指示各種不同的硬度值(如圖1一5所示)。2操作規(guī)程如下：(1)根據(jù)試樣預(yù)期硬度按表1-2確定

12、壓頭和載荷，并裝入試驗(yàn)機(jī)。 (2)將符合要求的試樣放置在試樣臺上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤小指針指到“0”為止，此時(shí)即已預(yù)加載荷10kgf。然后將表盤大指針調(diào)整至零點(diǎn)(HRA、HRC零點(diǎn)為0，HRB零點(diǎn)為30)。此時(shí)壓頭位置即為圖1-3中的1-1位置。(3)按動(dòng)按鈕，平穩(wěn)地加上主載荷。當(dāng)表盤中大指針反向旋轉(zhuǎn)若干格并停止時(shí)，持續(xù)34秒(此時(shí)壓頭位置為圖1-3中的2-2位置)，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖柄，直至自鎖為止，即卸除主載荷。此時(shí)大指針退回若干格，這說明彈性變形得到恢復(fù)，指針?biāo)肝恢梅从沉藟汉鄣膶?shí)際深度(此時(shí)壓頭位置相當(dāng)于圖1-3中的3-3位置)。由表盤上可直接讀出洛氏硬度值，H

13、RA、HR0讀外圈黑刻度，I-IRB讀內(nèi)圈紅刻度。(4)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，取出試樣，測試完畢。五、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)(一)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1分成兩大組，分別進(jìn)行布氏和洛氏硬度試驗(yàn)，并相互輪換。 2在進(jìn)行試驗(yàn)操作前必須事先閱讀并弄清布氏和洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及注意事項(xiàng)。 3按照規(guī)定的操作順序測定試樣的硬度值(HB和HRC)。(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 1HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)； 2。H-100型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)； 3讀數(shù)放大鏡； 4，試樣：毫米45鋼和T12鋼，正火及淬火狀態(tài)。 (三)注意事項(xiàng) 1。試樣兩端要平行，表面應(yīng)平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測試。 2圓柱形試樣應(yīng)放在帶有“擴(kuò)型槽

14、的工作臺上操作，以防試樣滾動(dòng)。 3。加載時(shí)應(yīng)細(xì)心操作，以免損壞壓頭。 4。加預(yù)載荷(10kgf)時(shí)若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應(yīng)停止加載，立即報(bào)告，檢查原因。 5。測完硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。6金剛鉆壓頭系貴重物件，質(zhì)硬而脆，使用時(shí)要小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)禁與試樣或其它物件碰撞。 7應(yīng)根據(jù)硬度試驗(yàn)機(jī)使用范圍，按規(guī)定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用范圍將不能獲得準(zhǔn)確的硬度值。 (四)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1簡述布氏和洛氏硬度試驗(yàn)原理。 2測定45鋼正火試樣的布氏硬度值HB(預(yù)期硬度HB>140)，并填下表： 3. 測定鋼的洛氏硬度值（HRC）,并填寫下表；材料壓頭載荷（kgf）硬度值(

15、HRC)平均硬度值（HRC）實(shí)驗(yàn)二 鐵碳合金平衡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、 研究和了解鐵碳合金(碳鋼及白口鑄鐵)在平衡狀態(tài)下的顯微組織。 2.、分析成分(含碳量)對鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系。二、概 述鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)，所謂平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下(如退火狀態(tài)，即接近平衡狀態(tài))所得到的組織。我們可根據(jù)相圖來分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織(如圖2-1所示)。鐵碳合金的平衡組織主要是指碳鋼和白口鑄鐵組織，其中碳鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料，它們的性能與其顯微組織密切有關(guān)。此外，對碳鋼和白口鑄鐵顯微組

16、織的觀察和分析，有助于加深對相圖的理解。從相圖上可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素體()和滲碳體()這兩個(gè)基本相所組成。但是由于含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件以及分布情況均有所不同，因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。 各種不同成分的鐵碳合金在室溫下的顯微組織見表21。用侵蝕劑顯露的碳鋼和白樓鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾種基本組織組成物。(1) 鐵素體（）是碳在中的固溶體。鐵素體為體心立方晶格，具有磁性和良好的塑性，硬度較低。用34%硝酸酒精溶液侵蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的等軸晶粒；亞共析鋼中鐵素體成塊狀分布；當(dāng)含碳量接近于共析成分時(shí)，鐵素體則呈斷狀的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍

17、。(2) 滲碳體（） 是鐵和碳形成的一種化合物，其中碳含量為6.67%，質(zhì)硬而脆，耐腐蝕性強(qiáng)，經(jīng)34%硝酸酒精溶液侵蝕后，滲碳體成亮白色，若用苦味酸鈉溶液侵蝕，則滲碳體能被染成暗黑色或棕紅色，而鐵素體仍為白色，由此可以區(qū)別鐵素體和滲碳體。按照成分和形成條件的不同，滲碳體可以呈現(xiàn)不同的狀態(tài)：一次滲碳體（初生相）是直接由液體中析出的，故在白口鑄鐵中程粗大的條片狀；二次滲碳體（次生相）是從奧氏體中析出的，往往成網(wǎng)絡(luò)狀沿奧氏體晶界分布；三次滲碳體是由鐵素體析出的，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)。(3) 珠光體（） 是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，在一般退火處理情況下是由鐵素體

18、與滲碳體相互混合交替排列形成的層片狀組織。 經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織(如圖22所示)。在高倍放大時(shí)能清楚地看到珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí)，由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度，這時(shí)珠光體中的滲碳體就只能看到是一條黑線，當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)較低時(shí)，珠光體的片層就不能分辨，而呈黑色。 高碳工具鋼(過共析鋼)經(jīng)球化退火處理后還可獲得球狀珠光體。 ·上述各類組織組成物的機(jī)械性能見表22。(4) 萊氏體()是在室溫時(shí)珠光體及二次滲碳體和滲碳體所組成的機(jī)械混合物。含碳量為43%的共晶白口鑄鐵在時(shí)形成由奧氏體和滲

19、碳體組成的共晶體，其中奧氏體冷卻時(shí)析出二次滲碳體，并在以下分解為珠光體。萊氏體的顯微組織特征是在亮白色的滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀的珠光體。二次滲碳體和共晶滲碳體連在一起，從形態(tài)上難以區(qū)分。萊氏體的金相特征可參看圖2-7。根據(jù)組織特點(diǎn)及碳含量的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵三大類。三、工業(yè)純鐵純鐵在室溫下具有單相鐵素體組織。含碳量<002%的鐵碳合金通常稱為工業(yè)純鐵，它為兩相組織，即由鐵素體和少量三次滲碳體組成。圖2-3所示為工業(yè)純鐵的顯微組織，其十黑色線條是鐵素體的晶界，而亮白色基底則是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒，在某些晶界可處以看到不連續(xù)的薄片狀三次滲碳體。四、鋼

20、(一)亞共析鋼亞共析鋼的含碳量在0.02%0.8%范圍內(nèi)，其組織由鐵素體和珠光體所組成。隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多，兩者的相對量可由杠桿定律求得。例如：含碳量為0.45%的鋼(45鋼)珠光體的相對量為，鐵素體的相對量為。另外，也可通過直接在顯微鏡下觀察珠光體和鐵素體各自所占面積的百分?jǐn)?shù)，近似地計(jì)算出鋼的碳含量，即碳含量，其中為珠光體所占面積百分?jǐn)?shù)。例如：在顯微鏡下觀察到有50%的面積為珠光體，50%的面積為鐵素體，則此鋼的含碳量(室溫下鐵素體含碳量極微，約為o008%，可忽略不計(jì))，即相當(dāng)于40鋼。圖2-4所示為亞共析鋼(20鋼和45鋼)的顯微組織，其中

21、亮白色為鐵素體，晴黑色為珠光體。 (二)共析鋼含碳量為08%的碳鋼稱為共析鋼，它由單一的珠光體組成，組織如圖2-2所示。(三)過共析鋼含碳量超過08%的碳鋼稱為過共析鋼，它在室溫下的組織由珠光體和二次滲碳體組成。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。圖2-5表示含碳量為12%的過共析鋼的顯微組織。組織形態(tài)為層片相間的珠光體和細(xì)小的網(wǎng)絡(luò)狀滲碳體，經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體呈白色細(xì)網(wǎng)狀，如圖2-5(a)所示；若采用苦味酸鈉溶液浸蝕，滲碳體就被染成黑色，而鐵素體仍保留白色，如圖2-5(b)所示。 六、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo) (一)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)鐵碳合金相圖分析各

22、類成分合金的組織形成過程，并通過對鐵碳合金平衡組織的觀察和分析，熟悉鋼和鑄鐵的金相組織和形態(tài)特征，以進(jìn)一步建立成分與組織之間相互關(guān)系的概念。2實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)部分并閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，為實(shí)驗(yàn)做好理論方面的備。3. 在顯微鏡下對各種試樣進(jìn)行觀察和分析，并確定其所屬類型。4繪出所觀察到的顯微組織圖。畫圖時(shí)應(yīng)抓住組織形態(tài)的特征，并在圖中表示出來。5根據(jù)顯微組織近似地確定亞共析鋼(20鋼或45鋼)中的平均含碳量。(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 1金相顯微鏡； 2金相圖譜；3各種鐵碳合金的顯微樣品（見附件：金相顯微鏡樣品.jpg、金相顯微鏡樣品2.jpg）。(三)注意事項(xiàng)1在觀察顯微組織時(shí)，可先用低倍全面

23、地進(jìn)行觀察，找出典型組織，然后再用高倍大，對部分地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的觀察。2在移動(dòng)金相試樣時(shí)，不得用手指觸摸試樣表面或?qū)⒃嚇又氐饋?，以免引起顯微組織模糊不清，影響觀察。3畫組織圖時(shí)應(yīng)抓住組織形態(tài)的特點(diǎn)，畫出典型區(qū)域的組織，注意不要將磨痕或雜質(zhì)畫在圖上。 (四)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(見下頁)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 鐵碳合金平衡組織觀察日期 年 月 日 班級 學(xué)號 姓名 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾?實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器三、 用鉛筆畫出鐵碳合金平衡組織材料名稱 組織狀態(tài) 放大倍數(shù) 實(shí)驗(yàn)三 碳鋼熱處理后的顯微組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1觀察和研究碳鋼經(jīng)不同形式熱處理后顯微組織的特點(diǎn)。 2，了解熱處理工藝對鋼組織和性能的影響。二、概 述鐵碳合金

24、經(jīng)緩冷后的顯微組織基本上與鐵碳相圖所預(yù)料的各種平衡組織相符合，但碳鋼在不平衡狀態(tài)，即在快冷條件下的顯微組織就不能用鐵碳合金相圖來加以分析，而應(yīng)由過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖C曲線來確定。圖41為共析碳鋼的C曲線圖。按照不同的冷卻條件，過冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。通過金相顯微鏡觀察，可以看出過冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。共析碳鋼過冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織特征及性能如表41所示。三，鋼的退火和正火組織屬于亞共析成分的碳鋼(如40、45鋼等)一般采用完全退火，經(jīng)退火后可得到接近于平衡狀態(tài)的組織，其組織特征已在實(shí)驗(yàn)二中加以分析和觀察。過共析成分的碳素工具鋼(如T10、T

25、12鋼等)則都采用球化退火，T12鋼經(jīng)球化退火后組織中的二次滲碳體及珠光體中的滲碳體都將變成顆粒狀，如圖4-2所示。 圖中均勻而分散的細(xì)小粒狀組織就是粒狀滲碳體。45鋼經(jīng)正火后的組織通常要比退火的細(xì)，珠光體的相對含量也比退火組織中的多(如圖4-3所示)，原因在于正火的冷卻速度稍大于退火的冷卻速度。 四、鋼的淬火組織將45鋼加熱到760C(即以上，但低于)，然后在水中冷卻，這種淬火稱為不完全淬火。根據(jù)相圖可知，在這個(gè)溫度加熱，部分鐵素體尚未溶入奧氏體中。經(jīng)淬火后將得到馬氏體和鐵素體組織。在金相顯微鏡中觀察到的是呈暗色針狀馬氏體基底上分布有白色塊狀鐵素體，如圖4-4所示。45鋼經(jīng)正常淬火后將獲得細(xì)

26、針狀馬氏體，如圖4-5所示。由于馬氏體針非常細(xì)小，在顯微鏡中部日分清。若將淬火溫度提高到1000C（過熱淬火），由于奧氏體晶粒的粗化，經(jīng)淬火后將得到粗大針狀馬氏體組織，如圖4-6所示。若將45鋼加熱到正常淬火溫度，然后再油中冷卻，則由于冷卻速度不足（），得到的組織將是馬氏體和部分屈氏體（或很有少量貝氏體）。圖4-7為45鋼經(jīng)加熱到800C后油冷的顯微組織，亮白色為馬氏體，呈黑色塊狀分布于晶界處的為屈氏體。T12鋼在正常溫度淬火后的顯微組織如圖4-8所示，除了細(xì)小的馬氏體外尚有部分為溶入奧氏體的滲碳體（成亮白色顆粒）。當(dāng)T12鋼在較高溫度淬火時(shí)，顯微組織出現(xiàn)粗大的馬氏體，并且還有一定數(shù)量（153

27、0%）的殘余奧氏體（呈亮白色）存在于馬氏體針之間，如圖4-9所示。五、淬火后的回火組織鋼經(jīng)淬火后所得到的馬氏體和殘余奧氏體均為不穩(wěn)定組織，它們具有向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體的兩相混合物組織轉(zhuǎn)變的傾向。通過回火將鋼加熱，提高原子活動(dòng)能力，可促進(jìn)這個(gè)轉(zhuǎn)變過程的進(jìn)行。淬火鋼經(jīng)不同溫度回火后所得到的組織不同，通常按組織特征分為以下三種：()回火馬氏體淬火鋼經(jīng)低溫回火(150250)，馬氏體內(nèi)的過飽和碳原子脫溶沉淀，析出與母相保持著共格聯(lián)系的碳化物，這種組織稱為回火馬氏體。 回火馬氏體仍保持針片狀特征，但容易受浸蝕，故顏色要比淬火馬氏體深些，是暗黑色的針狀組織，如圖4-10所示。 (二)回火屈氏體淬火鋼經(jīng)中

28、溫回火（350500），得到在鐵素體基體中彌散分布著微小粒狀滲碳體的組織，稱為回火屈氏體。回火屈氏體中的鐵素體仍然基本保持原來針狀馬氏體的形態(tài)，滲碳體則呈微小粒狀，在電子顯微鏡不易分辨清楚，故呈暗黑色，如圖4-11（a）所示。用電子顯微鏡可以看到這些滲碳體質(zhì)點(diǎn)，并可以看出回火屈氏體仍然持有針狀馬氏體的位向，如圖4-11(b)所示。(三)回火索氏體淬火鋼高溫回火(500650)得到的組織稱為回火索氏體，其特征是已經(jīng)聚集長大了的滲碳體顆粒均勻分布在鐵素體基體上，如圖4-12(a)所示。用電子顯微鏡可以看出回火索氏體中的鐵素提已不呈針狀形態(tài)而呈等軸狀，如圖4-12(b)所示。六、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)（一）實(shí)

29、驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 每組領(lǐng)取一套樣品，在指定的顯微鏡下進(jìn)行觀察。觀察是根據(jù)相圖和奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖來分析確定各種組織的形成原因。2. 畫出所觀察到的幾種典型的顯微組織形態(tài)特征，并注明組織名稱、熱處理?xiàng)l件及放大倍數(shù)等。3本實(shí)驗(yàn)所研究的45鋼及T12鋼的熱處理工藝，顯微組織、浸蝕劑及放大倍數(shù)列于表42。(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 1金相顯微鏡； 2金相圖譜及放大金相圖片； 3各種經(jīng)不同熱處理的顯微樣品。 (三)注意事項(xiàng) 1. 對各類不同熱處理工藝的組織，觀察時(shí)可采用對比的方式進(jìn)行分析研究，例如正常淬火與不正常淬火，水淬與油淬，淬火馬氏體與回火馬氏體等。 2. 對各種不同溫度回火后的組織，可采用高倍放大進(jìn)行觀察，必要時(shí)參考有關(guān)金相圖譜。 (四)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（見下頁）實(shí)驗(yàn)報(bào)告 碳鋼熱處理后的顯微組織觀察日期 年 月 日 班級 學(xué)號 姓名 一、實(shí)驗(yàn)