金屬材料工程《綜合課程設(shè)計(jì)I》

1、 理學(xué)院金屬材料專(zhuān)業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)一 1 實(shí)訓(xùn)目的 通過(guò)訓(xùn)練，使學(xué)生把課堂上所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能應(yīng)用于實(shí)踐中，從而鞏固和提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)水平、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手和獨(dú)立工作能力。為學(xué)生畢業(yè)擇業(yè)、適應(yīng)社會(huì)、服務(wù)社會(huì)打下良好基礎(chǔ)。2 實(shí)訓(xùn)地點(diǎn) 理學(xué)院三坡八棟一樓材料工程實(shí)驗(yàn)室101,104,117,118,119,120,122室等。3 實(shí)訓(xùn)時(shí)間本課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)時(shí)間安排在開(kāi)課學(xué)期考試周前兩周進(jìn)行，由實(shí)訓(xùn)班級(jí)學(xué)習(xí)委員協(xié)助教師完成分組（具體分組數(shù)目和學(xué)生名單按實(shí)際班級(jí)），提前通知各位學(xué)生，了解時(shí)間地點(diǎn)內(nèi)容安排及相關(guān)指導(dǎo)教師。指導(dǎo)教師應(yīng)提前一周以上做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。時(shí)間初定為：周一、周二、周三下

2、午。請(qǐng)準(zhǔn)時(shí)。每次一個(gè)大組參加。4 實(shí)訓(xùn)對(duì)象金屬材料專(zhuān)業(yè)各班學(xué)生實(shí)驗(yàn)分組：分為6個(gè)大組，一組10人。一大組可以分為3個(gè)小組，每小組3-4人。5 指導(dǎo)教師梁建烈、祝金明、尹彩流、蒙潔麗、朱其明、陳 玲、藍(lán) 奇、崔雪鴻、李光豐6 實(shí)訓(xùn)紀(jì)律和守則一、學(xué)生在實(shí)訓(xùn)期間必須遵紀(jì)守法，講文明、講禮貌，虛心好學(xué)，充分展現(xiàn)一名當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)有的良好精神風(fēng)貌。要按指定的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，不得遲到、早退,各組組長(zhǎng)要認(rèn)真做好實(shí)習(xí)期的考勤。二、每次實(shí)驗(yàn)前，要仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，基本了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，目的，實(shí)驗(yàn)步驟及機(jī)器和儀器的主要原理與使用方法等。三、以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)管理使用的設(shè)備，并組織分工和統(tǒng)一

3、指揮。四、要愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)室的一切設(shè)備，非指定使用的機(jī)器設(shè)備不得亂動(dòng)，以免發(fā)生危險(xiǎn)或損壞事故。五、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如機(jī)器或儀器發(fā)生故障應(yīng)立即向?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)人員報(bào)告，進(jìn)行檢查以便及時(shí)排除故障，保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要清理機(jī)器、儀器工具。如有損壞、應(yīng)及時(shí)向?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)人員報(bào)告，聽(tīng)候處理。七、要保持實(shí)驗(yàn)室的清潔和安靜，養(yǎng)成良好的科學(xué)作風(fēng)。八、實(shí)驗(yàn)完畢后，要認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行討論。九、實(shí)訓(xùn)結(jié)束，學(xué)生要認(rèn)真寫(xiě)個(gè)人實(shí)訓(xùn)總結(jié)及自評(píng)實(shí)習(xí)成績(jī)（分優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格等五個(gè)等級(jí)），指導(dǎo)教師要根據(jù)學(xué)生實(shí)訓(xùn)期間的表現(xiàn)等情況寫(xiě)出實(shí)訓(xùn)評(píng)語(yǔ)和實(shí)訓(xùn)成績(jī)（分優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格等五個(gè)等級(jí)）。7

4、 考核要求要求同學(xué)在實(shí)訓(xùn)期間，認(rèn)真學(xué)習(xí)，弄清原理，掌握相關(guān)器件的工作方法及維護(hù)維修要求，熟練使用儀器設(shè)備。安全完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。指導(dǎo)教師應(yīng)分組分段講解，分段考核，實(shí)際考核同學(xué)的動(dòng)手實(shí)踐能力。實(shí)習(xí)結(jié)束后，根據(jù)同學(xué)的實(shí)訓(xùn)表現(xiàn)（含考勤、規(guī)范操作、遵守實(shí)驗(yàn)室安全制度等）（30%）、要求：請(qǐng)參加實(shí)訓(xùn)的同學(xué)按時(shí)向指導(dǎo)老師報(bào)到，作為考勤憑證。實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）、要求：實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須手寫(xiě)，實(shí)驗(yàn)圖片打印粘貼在報(bào)告相關(guān)處。分組考核成績(jī)（40%）綜合給出同學(xué)本次實(shí)訓(xùn)成績(jī)?？己艘螅簩?shí)訓(xùn)結(jié)束，報(bào)告提交后選定時(shí)間分三大組在對(duì)應(yīng)指導(dǎo)老師處進(jìn)行考核。8 訓(xùn)練實(shí)習(xí)內(nèi)容8.1 金相顯微鏡的使用及金相試樣的制備8.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）&

5、#160; 掌握金相試樣制備的基本方法2）  掌握金相顯微鏡的使用方法8.1.2原理概述（一）金相顯微鏡的構(gòu)造光學(xué)金相顯微鏡的構(gòu)造一般包括放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三部分，其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關(guān)鍵部分。(二) 使用顯微鏡時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)l)操作者的手必須洗凈擦干，并保持環(huán)境的清潔、并保持環(huán)境的清潔、干燥； 2)用低壓鎢絲燈泡作光源時(shí)，接通電源必須通過(guò)變壓器，切不可誤接在220V電源上；3)更換物鏡、目鏡時(shí)要格外小心，嚴(yán)防失手落地；4)調(diào)節(jié)物體和物鏡前透鏡間軸向距離(以下簡(jiǎn)稱(chēng)聚焦)時(shí)，必須首先弄清粗調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)向與載物臺(tái)升降方向的關(guān)系。初學(xué)者應(yīng)該先用粗調(diào)旋鈕將物鏡調(diào)至盡量靠近物體，但絕不

6、可接觸。然后仔細(xì)觀察視場(chǎng)內(nèi)的亮度并同時(shí)用粗調(diào)旋鈕緩慢將物鏡向遠(yuǎn)離物體方向調(diào)節(jié)。待視場(chǎng)內(nèi)忽然變得明亮甚至出現(xiàn)映象時(shí)，換用微調(diào)旋鈕調(diào)至映象最清晰為止。6)用油系物鏡時(shí)，滴油量不宜過(guò)多，用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干；7)待觀察的試樣必須完全吹干，用氫氟酸浸蝕過(guò)的試樣吹干時(shí)間要長(zhǎng)些，因氫氟酸對(duì)鏡片有嚴(yán)重腐蝕作用。（三）金相試樣制備金相試樣制備過(guò)程一般包括：取樣、粗磨、細(xì)磨、拋光和浸蝕五個(gè)步驟。1. 鑲嵌從需要檢測(cè)的金屬材料和零件上截取試樣稱(chēng)為"取樣"。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種，對(duì)于軟材料可以用鋸、車(chē)、刨等方法；對(duì)于硬材料可以用砂輪切片機(jī)或線(xiàn)切割

7、機(jī)等切割的方法，對(duì)于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無(wú)論用哪種方法都應(yīng)注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸并無(wú)統(tǒng)一規(guī)定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長(zhǎng)為1520mm，高為1218mm比較適宜。對(duì)那些尺寸過(guò)小、形狀不規(guī)則和需要保護(hù)邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機(jī)械夾持的辦法。金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料(如聚氯乙烯)，熱凝性塑料(如膠木粉)以及冷凝性塑料(如環(huán)氧樹(shù)脂+固化劑)作為填料進(jìn)行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在專(zhuān)用設(shè)備一鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。第三種屬于冷鑲填料，冷鑲方法不需要專(zhuān)用設(shè)備，只將適宜尺寸(約l520mm)的鋼管、塑料管或紙殼管放在平滑的塑料(或玻

8、璃)板上，試樣置于管內(nèi)待磨面朝下倒入填料，放置一段時(shí)間凝固硬化即可。2.粗磨粗磨的目的主要有以下三點(diǎn)：1)修整 有些試樣，例如用錘擊法敲下來(lái)的試樣，形狀很不規(guī)則，必須經(jīng)過(guò)粗磨，修整為規(guī)則形狀的試樣；2)磨平 無(wú)論用什么方法取樣，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時(shí)去掉切割時(shí)產(chǎn)生的變形層，必須進(jìn)行粗磨；3)倒角 在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。黑色金屬材料的粗磨在砂輪機(jī)上進(jìn)行，具體操作方法是將試樣牢牢地捏住，用砂輪的側(cè)面磨制。在試樣與砂輪接觸的一瞬間，盡量使磨面與砂輪面平行，用力不可過(guò)大。由于磨削力的作用往往出現(xiàn)試樣磨面的上半部分磨削量偏大，故需人為

9、地進(jìn)行調(diào)整，盡量加大試樣下半部分的壓力，以求整個(gè)磨面均勻受力。另外在磨制過(guò)程中，試樣必須沿砂輪的徑向往復(fù)緩慢移動(dòng)，防止砂輪表面形成凹溝。必須指出的是，磨削過(guò)程會(huì)使試樣表面溫度驟然升高，只有不斷地將試樣浸水冷卻，才能防止組織發(fā)生變化。砂輪機(jī)轉(zhuǎn)速比較快，一般2850r/min，工作者不應(yīng)站在砂輪的正前方，以防被飛出物擊傷。操作時(shí)嚴(yán)禁戴手套，以免手被卷入砂輪機(jī)。3.細(xì)磨粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進(jìn)行細(xì)磨。細(xì)磨，可分為手工磨和機(jī)械磨兩種。（1）手工磨手工磨是將砂紙鋪在玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣在砂紙上作單向推磨。用砂輪粗磨后的試樣，要依次由01號(hào)磨至05號(hào)(

10、或06號(hào))。操作時(shí)必須注意：1)加在試樣上的力要均勻，使整個(gè)磨面都能磨到；2)在同一張砂紙上磨痕方向耍一致，并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙磨痕完全消失時(shí)才能換用下一道砂紙。3)每次更換砂紙時(shí)，必須將試樣、玻璃板清理干凈，以防將租砂粒帶到細(xì)砂紙上。4)磨制時(shí)不可用力過(guò)大，否則一方面因磨痕過(guò)深增加下一道磨制的困難，另一方面因表面變形嚴(yán)重影響組織真實(shí)性。5)砂紙的砂粒變鈍磨削作用明顯下降時(shí)，不宜繼續(xù)使用，否則砂粒在金屬表面產(chǎn)生的滾壓會(huì)增加表面變形。6)磨制銅、鋁及其合金等軟材料時(shí)，用力更要輕，可同時(shí)在砂紙上滴些煤油，以防脫落砂粒嵌入金屬表面。（2）機(jī)械磨目前普遍使用的機(jī)械磨設(shè)備是預(yù)磨機(jī)。電

11、動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋪著水砂紙的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，磨制時(shí)，將試樣沿盤(pán)的徑向來(lái)回移動(dòng)，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤(pán)邊緣。機(jī)械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴(yán)重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應(yīng)該采用手工磨制。4.拋光拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上的細(xì)微磨痕，得到光亮無(wú)痕的鏡面。拋光的方法有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中最常用的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行，將拋光織物(粗拋常用帆布，精拋常用毛呢)用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤(pán)上。啟動(dòng)開(kāi)關(guān)使拋光盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化

12、鐵拋光粉加水的懸浮液)滴灑在盤(pán)上即可進(jìn)行拋光，拋光時(shí)應(yīng)注意：1)試樣沿盤(pán)的徑向往返緩慢移動(dòng)，同時(shí)逆拋光盤(pán)轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光快結(jié)束時(shí)作短時(shí)定位輕拋。2)在拋光過(guò)程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤(pán)的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤(pán)過(guò)臟或帶有粗大顆粒時(shí)，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。3)拋光時(shí)間應(yīng)盡量縮短，不可過(guò)長(zhǎng)，為滿(mǎn)足這一要求可分粗拋和精拋兩步進(jìn)行。4拋有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時(shí)，最好在拋光盤(pán)上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。機(jī)械拋光與細(xì)磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋光時(shí)，拋光織物纖維帶動(dòng)稀疏分布的極微細(xì)的磨料顆粒產(chǎn)生磨削作用，將試樣拋光。目前，人造金剛石研磨膏

13、(最常用的有W0.5 W1.0 W15 W25 W3.5五種規(guī)格的溶水性研磨膏)代替拋光液，正得到日益廣泛的應(yīng)用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進(jìn)行拋光，拋光速度快，質(zhì)量也好。5.浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來(lái)，但是要分析金相, 組織還必須進(jìn)行浸蝕。浸蝕的方法有多種，最常用的是化學(xué)浸蝕法，利用浸蝕劑對(duì)試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸蝕作用將組織顯露出來(lái)。純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過(guò)程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，

14、大體上仍保持原拋光平面。在明場(chǎng)下觀察，可以看到一個(gè)個(gè)晶粒被晶界(黑色網(wǎng)絡(luò))隔開(kāi)。如浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象，這是因?yàn)槊總€(gè)晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。兩相合金的浸蝕與單相合金不同，它主要是一個(gè)電化學(xué)浸沒(méi)過(guò)程，在相同的浸蝕條件下，具有較高負(fù)電位的相(微電池陽(yáng)極)被迅速溶解凹陷下去；具有較高正電位的相(微電池陰極)在正常電化學(xué)作用下不被浸蝕，保持原有的光滑平面。結(jié)果產(chǎn)生了兩相之間的高度差。以共析碳鋼層狀珠光體浸蝕為例，層狀珠光體是鐵素體與滲碳體相間隔的層狀組織浸蝕過(guò)程中，因鐵素體具有較高的負(fù)電位而被溶解，滲碳體因具有較

15、高的正電位而被保護(hù)，另外在兩相交界處鐵素體一側(cè)因被嚴(yán)重浸蝕形成凹溝。這樣在顯微鏡下可以看到滲碳體周?chē)幸缓谌?，顯示出兩相的存在。多相合金的浸蝕，同樣也是一個(gè)電化學(xué)溶解過(guò)程，原理與兩相合金相同。但多相合金的組成相比較復(fù)雜，用一種浸蝕劑來(lái)顯示多種相是難以作到的，只有采用選擇浸蝕法及薄膜浸蝕法等專(zhuān)門(mén)方法才行?；瘜W(xué)浸蝕的方法雖然很簡(jiǎn)單，但是只有認(rèn)真對(duì)待才能制備出高質(zhì)量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗同時(shí)用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過(guò)多的水，吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時(shí)證明未經(jīng)過(guò)浸蝕的試樣是無(wú)法分析組織的。經(jīng)檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化

16、。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時(shí)即刻取出，用流動(dòng)水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過(guò)多的水和酒精，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干，完成整個(gè)制備試樣的過(guò)程。8.1.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1)觀察金相顯微鏡的構(gòu)造與光路；2)操作顯微鏡，比較熟練地掌握聚焦方法，了解孔徑光闌、視場(chǎng)光闌和濾光片的作用；3)熟悉物鏡、目鏡上的標(biāo)志并合理選配物鏡和目鏡；4)分別在明場(chǎng)照明和暗場(chǎng)照明下觀察同一試樣，分析組織特征及成因；5)借助物鏡測(cè)微器確定目鏡測(cè)微器的格值。6)按粗磨細(xì)磨機(jī)械拋光浸蝕的步驟制備金相試樣； 7)對(duì)比觀察浸蝕前，浸蝕后試樣的金相形貌。8

17、.1.4材料及設(shè)備1)金相顯微鏡構(gòu)造與光路圖；2)作為教具的可拆顯微鏡12臺(tái)；3)練習(xí)操作的金相顯微鏡(至少配備2個(gè)物鏡和2個(gè)目鏡)1015臺(tái)；4)備有暗場(chǎng)照明裝置的金相顯微鏡23臺(tái)；5)配備測(cè)微目鏡和物鏡測(cè)微器的金相顯微鏡23臺(tái)；6)供觀察的金相試樣。7)待磨試樣、砂輪機(jī)、金相砂紙及玻璃板、拋光機(jī)、拋光液、吹風(fēng)機(jī)、金相顯微鏡、浸蝕劑、酒精、夾子、脫脂棉、吸水紙。8.1.5實(shí)驗(yàn)步驟1)理解金相顯微鏡的原理、構(gòu)造、使用與維護(hù)； 2)在具體了解了某臺(tái)顯微鏡構(gòu)造和光路的基礎(chǔ)上反復(fù)練習(xí)聚焦，直到熟練掌握；3)反復(fù)改變孔徑光闌、視場(chǎng)光闌的大小，加或不加濾光片，觀察同一視場(chǎng)映象的清晰程度；4)將同一試樣分

18、別放在明場(chǎng)照明和暗場(chǎng)照明顯微鏡上進(jìn)行對(duì)比觀察，并畫(huà)出所觀察的組織圖；5)借助物鏡測(cè)微器確定目鏡測(cè)微器的格值，并按要求對(duì)組織進(jìn)行實(shí)地測(cè)量；6磨樣 領(lǐng)取待磨試梓，用砂輪機(jī)粗磨，用金相砂紙細(xì)磨，進(jìn)行機(jī)械拋光； 7)浸蝕前觀察 對(duì)拋光后洗凈，吹干的試樣進(jìn)行浸蝕前的檢查；8)浸蝕 將拋光合格的試樣置于浸蝕劑中浸蝕；9)觀察金相組織 對(duì)浸蝕后的試樣進(jìn)行觀察，聯(lián)系化學(xué)浸蝕原理對(duì)組織形態(tài)進(jìn)行分析。如浸蝕程度過(guò)淺，可重新浸蝕；若過(guò)深，待重新拋光后才能浸蝕；若變形層嚴(yán)重，反復(fù)拋光一浸蝕12次后再觀察組織清晰度的變化。8.2 金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)8.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍。2、 了解布氏

19、、洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。8.2.2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(cè)量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外硬度與其他機(jī)械性能（如強(qiáng)度指標(biāo)Rm/ b及塑性指標(biāo)A/和Z/）之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。所以從某種意義上說(shuō)硬度的大小對(duì)于機(jī)械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。測(cè)量硬度的方法很多，在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來(lái)測(cè)定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是： 實(shí)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

20、是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。 金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系： b=K*HB 式中： b 材料的抗拉強(qiáng)度值； HB布氏硬度值 K 系數(shù) 退火狀態(tài)的碳鋼 K0.340.36 合金調(diào)質(zhì)鋼 K0.330.35 有色金屬合金 K0.330.53 硬度值對(duì)材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有一定的參考價(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(duì)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。 硬度測(cè)量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)。 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。8.2.3布氏硬度試驗(yàn)8.2.3.1布氏硬度試驗(yàn)的基本原理布氏硬度

21、試驗(yàn)是施加一定大小的載荷P，將直徑為D的鋼球壓入被測(cè)金屬表面（如圖3-1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F凹 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(hào)HB表示。 圖3-1 布氏硬度試驗(yàn)原理圖其計(jì)算公式如下： HBP/F凹 （3-1）式中： HB布氏硬度值； P載荷（Kgf）；（1 Kgf9.8N） F凹凹痕面積（mm2）。根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分的球面積為： (3-2)式中：D鋼球直徑（mm）； h壓痕深度（mm）由于測(cè)量壓痕直徑d要比測(cè)定壓痕深度h容易，故可將（3-1）式中h改換成d來(lái)表示，這可根

22、據(jù)圖3-1(b) 中Oab的關(guān)系求出。 (3-3)將式（3-2）和（3-3）代入式（3-1）即得： (3-4) 式中只有d是變數(shù)，故只需測(cè)出壓痕直徑d，根據(jù)已知D和P值就可計(jì)算出HB值。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，可由測(cè)出之壓痕直徑d直接查表得到HB值。由于金屬材料有硬有軟，所測(cè)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(duì)硬的金屬適合，而對(duì)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(duì)于厚的工件適合，則對(duì)于薄件會(huì)出現(xiàn)壓透的可能，所以在測(cè)定不同材料的布氏硬度值時(shí)就要求有不同的載荷P和鋼球直徑D。為了得到統(tǒng)一的、可以相互進(jìn)行比較的數(shù)值，必須使P和D之間維持某一比

23、值關(guān)系，以保證所得到的壓痕形狀的幾何相似關(guān)系，其必要條件就是壓入角保持不變。根據(jù)相似原理由圖3-1（b）中可知d和的關(guān)系是： (3-5)以此代入式（3-4）得： (3-6)式（3-6）說(shuō)明，當(dāng)值為常數(shù)時(shí)，為使HB值相同，也就保持為一定值。因此對(duì)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(mǎn)足=常數(shù)，所得的HB值是一樣的。對(duì)不同材料來(lái)說(shuō)，所得的HB值也是可以進(jìn)行比較的。按照GB231-63規(guī)定，比值有30、10和2.5三種，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)和適用范圍可參考表3-1。表3-1 布氏硬度試驗(yàn)規(guī)范材料硬度范圍（HB）試樣厚度(mm)P/D2鋼球直徑D(mm)載荷P(kgf)載荷保持時(shí)間(s)黑色

24、金屬140-4501406-34- 2<2>66-3<330101052.51052.53000750187.5100025062.51010銅合金及鎂合金36-130>66-3<3101052.5100025062.530鋁合金及軸承合金8-35>66-3<32.51052.525062.515.6608.2.3.2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3-2所示。其主要部件及作用如下：（1）機(jī)體與工作臺(tái)：硬度機(jī)有鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前臺(tái)面上安裝了絲杠座，其中裝有絲杠，絲杠上裝立柱和工作臺(tái)，可上下移動(dòng)。（2）杠桿機(jī)構(gòu)：

25、杠桿系統(tǒng)通過(guò)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(duì)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(kāi)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。圖3-2 HB-3000布氏硬度試驗(yàn)機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖1指示燈；2壓頭；3工作臺(tái)；4立柱；5絲杠；6手輪；7載荷砝碼；8壓緊螺釘；9時(shí)間定位器；10加載按鈕2、操作前的準(zhǔn)備工作：（1）根據(jù)表3-1選擇壓頭，且將壓頭擦拭干凈，裝入主軸襯套中。（2）根據(jù)表3-1選定載荷，加上相應(yīng)的砝碼。（3）安裝工作臺(tái)。當(dāng)試樣高度120mm時(shí)，應(yīng)將立柱安裝在升降螺桿上，然后

26、安裝好工作臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)。（4）根據(jù)表3-1確定持續(xù)時(shí)間T，然后將壓緊螺釘擰松，把圓盤(pán)上的時(shí)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(kāi)指示燈，證明通電正常。3、操作程序：（1）將試樣放在工作臺(tái)上，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)手輪，工作臺(tái)上升，使壓頭壓向試樣表面直到手輪與下面螺母產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)為止。（2）按動(dòng)加載按鈕，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，即開(kāi)始加載荷。此時(shí)因壓緊螺釘已擰松，圓盤(pán)并不轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)紅色指示燈閃亮?xí)r，迅速擰緊壓緊螺釘，使圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，轉(zhuǎn)動(dòng)自動(dòng)停止。（3）逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)手輪，使工作臺(tái)降下。取下試樣用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量壓痕直徑d值，并查表確定硬度HB數(shù)值。4、注意事項(xiàng)（1）安裝

27、砝碼時(shí)，一定將吊桿的本身重量187.5公斤加進(jìn)去。（2）試樣厚度應(yīng)不小于壓痕直徑的10倍。試驗(yàn)后，試樣背面及邊緣呈顯變形痕跡時(shí)，則試驗(yàn)無(wú)效。（3）壓痕直徑d應(yīng)在以下范圍內(nèi)，否則無(wú)效。0.24D<d<0.6D（4）壓痕中心至試樣邊緣應(yīng)大于D，兩壓痕中心大于2D。（5）試樣表面必須平整光潔無(wú)氧化皮，以使壓痕邊緣清晰，保證精確測(cè)量壓痕直徑d。（6）用顯微鏡測(cè)量壓痕直徑d時(shí)，應(yīng)從相互垂直的兩個(gè)方向上讀取，取其平均值。HB-3000B、HB-3000C是在HB-3000基礎(chǔ)上改進(jìn)的，具有比HB-3000硬度計(jì)操作更方便、測(cè)量更精確等特點(diǎn)。8.2.4洛氏硬度8.2.4.1 洛氏硬度試驗(yàn)的基本原

28、理 洛氏硬度同布氏硬度一樣也屬于壓入硬度法，但它不是測(cè)定壓痕面積，而是根據(jù)壓痕深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)。其試驗(yàn)原理如圖3-3所示。圖3-3 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)所用壓頭有兩種：一種是頂角為120°的金剛石圓錐，另一種是直徑為1/16"（1.588mm）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3-2。 表3-2 常見(jiàn)洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范及使用范圍標(biāo)尺所用符號(hào)/壓頭總負(fù)荷kgf表盤(pán)上刻度顏色測(cè)量范圍相當(dāng)維氏硬度值應(yīng)用范圍HRA 金剛石圓錐60黑色70-85390-900

29、碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層表面硬化層HRB1/16"鋼球100紅色25-10060-240軟鋼（退火態(tài)、低碳鋼正火態(tài)）、鋁合金HRC金剛石圓錐150黑色20-67249-900淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化層表注： (1)金剛石圓錐的頂角為120°+30'，頂角圓弧半徑為0.21±0.01mm(2)初負(fù)荷均為10公斤圖3-4 H-100型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1支點(diǎn)；2指示器；3壓頭；4試樣；5試樣臺(tái)；6螺桿；7手輪；8彈簧；9按鈕；10杠桿；11縱桿；12重錘；13齒輪；14油壓緩沖器；15插銷(xiāo)；16轉(zhuǎn)盤(pán)；17小齒輪；18扇齒輪洛氏硬度測(cè)定時(shí)，需要先

30、后兩次施加載荷（初載荷及主載荷），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(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。圖3-3中0-0位置為未加載荷時(shí)的壓頭位置，1-1位置為加上10 Kgf預(yù)加載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為h1，2-2位置為加上主載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為h2，h2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h3。洛氏硬度就是以主載荷所引起的殘余壓入深度（h=h3-h1）來(lái)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

31、硬度越高的概念相一致，采用一常數(shù)（K）減去（h3-h1）的差值表示硬度值。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)又規(guī)定每0.002mm壓入深度作為一個(gè)硬度單位（即刻度盤(pán)上一小格）。洛氏硬度值的計(jì)算公式如下： 式中：h1預(yù)加載荷壓入試樣的深度（mm）；h3卸除主載荷后壓入試樣的深度（mm）；K常數(shù)，采用金剛石圓錐時(shí)K0.2（用于HRA、HRC）；采用鋼球時(shí)K0.26（用于HRB）。 因此上式可改為： HRC（或HRA） HRB 8.2.4.2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3-4所示，其主要部分及作用如下：（1）機(jī)體及工作臺(tái)：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(tái)，

32、通過(guò)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，借助螺桿的上下移動(dòng)而使工作臺(tái)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(guò)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(pán)：通過(guò)刻度盤(pán)指示各種不同的硬度值（如圖3-5所示）。圖3-5 洛氏硬度指示盤(pán)2、操作規(guī)程：（1）根據(jù)試樣預(yù)期硬度按表3-2確定壓頭和載荷，并裝入試樣機(jī)。（2）將試樣置于工作臺(tái)上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直到表盤(pán)小指針指在“3”或“小紅點(diǎn)”處，此時(shí)即已預(yù)加載荷10Kgf。然后將表盤(pán)大指針調(diào)整至零點(diǎn)（HRA、HRC零點(diǎn)為0，HRB零點(diǎn)為30），稍差一些可轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)盤(pán)調(diào)整對(duì)準(zhǔn)。（3）

33、向前拉動(dòng)右側(cè)下方水平方向的手柄，以施加主載荷。（4）當(dāng)指示器指針停穩(wěn)后，將右后方弧形手柄向后推，卸除主載荷。（5）讀數(shù)。采用金剛石壓頭（HRA、HRC）時(shí)讀外圈黑字，采用鋼球壓頭（HRB）時(shí)讀內(nèi)圈紅字。（6）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，使工作臺(tái)下降，取下試樣，測(cè)試完畢。3、注意事項(xiàng)：（1）試樣表面需平整光潔，不得帶有油、氧化皮、裂縫、凹坑等?？捎眉?xì)砂輪或砂紙將工件表面磨平，磨制過(guò)程中工件表面溫度不得超過(guò)150。（2）根據(jù)工件的大小與形狀選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髋_(tái)，以保證試件能平穩(wěn)的安放在工作臺(tái)上，并使被測(cè)表面與壓頭保持垂直。（3）根據(jù)被測(cè)金屬材料的硬度高低，按表3-2選擇壓頭、載荷。（4）試樣厚度應(yīng)不小于壓痕深度的

34、10倍。兩相鄰壓痕中心距離及壓痕中心至試樣邊緣的距離不應(yīng)小于3mm。（5）加載時(shí)力的作用線(xiàn)必須垂直于試樣表面。4、洛氏硬度計(jì)的校驗(yàn)與調(diào)試：（1）先檢查硬度計(jì)安裝是否平穩(wěn)，把水平儀放在大工作臺(tái)上檢查水平（0.3/1000毫米以?xún)?nèi)）。（2）檢查與調(diào)試加載速度，在100公斤載荷空程（即未接觸工件）時(shí)，行程時(shí)間規(guī)定為4-6秒。如果發(fā)現(xiàn)太快或太慢，可將緩沖器油的螺母旋出或旋入一些。（3）調(diào)試：按標(biāo)準(zhǔn)塊檢查硬度示值超差時(shí)，可以調(diào)整測(cè)量杠桿的放大倍數(shù)。將調(diào)整螺母松開(kāi)，向后移動(dòng)調(diào)整板，增加放大倍數(shù)，會(huì)使硬度值變低；反之，向前移動(dòng)調(diào)整板，減少放大倍數(shù)，硬度值變高，再把螺釘擰緊，再用標(biāo)準(zhǔn)塊檢查，直到合格為止。必須

35、指出，有些硬度計(jì)由于預(yù)載荷、主載荷不準(zhǔn)確或刀口磨損，甚至結(jié)構(gòu)不合理，此時(shí)單靠調(diào)試測(cè)量杠桿可能達(dá)不到目的，應(yīng)送生產(chǎn)廠(chǎng)修理或調(diào)試。全洛氏硬度計(jì)操作說(shuō)明：全洛氏硬度計(jì)用途比較廣泛，它可以測(cè)量金屬、硬紙板、塑料等；根據(jù)工件的材質(zhì)，事先設(shè)置壓頭及載荷大小，TH-300洛氏硬度計(jì)采用洛氏測(cè)量原理，具有測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬，主試驗(yàn)力自動(dòng)加卸載，測(cè)量結(jié)果數(shù)字顯示并自動(dòng)打印。有以下特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)獨(dú)特 本硬度計(jì)采用特殊的壓頭結(jié)構(gòu)，可以測(cè)試普通硬度計(jì)無(wú)法測(cè)到的表面，如環(huán)狀、管狀零件內(nèi)表面。（2）測(cè)量范圍寬 可測(cè)HRA、HRB、HRC、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK、HRL、HRM、HRP、HRS、HRV

36、共15種標(biāo)尺的硬度。（3）輔助功能強(qiáng) 除一般硬度值測(cè)試外，具有以下輔助功能：上下線(xiàn)設(shè)置、超差判斷報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、求平均值、最大最小值；標(biāo)尺轉(zhuǎn)換，可將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為HB、HV、HLD以及強(qiáng)度b；曲面修正等。8.2.5實(shí)驗(yàn)用設(shè)備、材料 1、設(shè)備如下：HR-150A型洛氏硬度計(jì)HB-3000B型布氏硬度計(jì) 2、標(biāo)準(zhǔn)硬度塊若干20#、45#、60#、T8、T10正火態(tài)試樣若干；20#、45#、T10 淬火態(tài)試樣若干；經(jīng)拋光的45號(hào)鋼正火態(tài)試樣若干。樹(shù)脂塊若干。8.2.6實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、布氏硬度測(cè)量 取正火鋼20、45、T10及鑄鐵試樣各一個(gè)，打出壓痕，并從相互垂直的兩個(gè)方向上測(cè)量壓痕直徑，取其平均值，查

37、表求得HBS值，將數(shù)據(jù)填入表1中。 表1 布氏硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（正火態(tài)） 材料2045T10鑄鐵壓痕直徑/mm123平均123平均123平均123平均/HBS 2、洛氏硬度測(cè)量 取淬火態(tài)20、45、T8試樣各一個(gè)，用洛氏硬度計(jì)測(cè)量硬度值，將數(shù)據(jù)填入表2中。 表2 洛氏硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（淬火態(tài)） 材料2045T8HRC123平均123平均123平均換算成HBS/8.2.7實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2、簡(jiǎn)述布氏和洛氏硬度試驗(yàn)原理。 3、簡(jiǎn)述布氏、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)、操作步驟及注意事項(xiàng)。 4、將各試樣的硬度測(cè)量結(jié)果填入上述表中。8.3熱處理綜合實(shí)驗(yàn)8.3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)本次綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)會(huì)通過(guò)金相技術(shù)分析

38、判別不同材料；并了解不同材料，尤其是鋼在加熱、冷卻以及回火過(guò)程中發(fā)生的組織和性能的變化；熟悉熱處理設(shè)備、金相制樣設(shè)備和硬度計(jì)的操作和應(yīng)用；熟悉常規(guī)熱處理工藝并利用所學(xué)相關(guān)知識(shí)對(duì)熱處理缺陷進(jìn)行分析。8.3.2實(shí)驗(yàn)原理熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法，也是充分發(fā)揮金屬材料性能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝特點(diǎn)是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)一定時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來(lái)，通過(guò)這樣的工藝過(guò)程能使鋼的性能發(fā)生改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化，主要是由于鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可以發(fā)生一系列變化。采用不同的熱處理工藝過(guò)程，將會(huì)使鋼得到不

39、同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。8.3.2.1鋼的退火和正火 鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度AC1或AC3 以上，保溫一段時(shí)間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時(shí)奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。一般中碳鋼(如40、45鋼)經(jīng)退火后組織穩(wěn)定，硬度較低(HB180220)有利于下一步進(jìn)行切削加工。 正火則是將鋼加熱到Ac3或A cm以上3050，保溫后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體相對(duì)量較多，且片層較細(xì)密，所以性能有所改善。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對(duì)高碳鋼則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作準(zhǔn)備。不同

40、含碳量的碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的強(qiáng)度和硬度值見(jiàn)表1所示。表1 碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機(jī)械性能性 能熱處理狀態(tài)含 碳 量 (%)0.10.20.30.40.6硬度(HB)退 火120150160180230正 火130140160180220250強(qiáng)度Rm/b(MN/m2)退 火300330420500560670 正 火 3403604805506607008.3.2.2鋼的淬火所謂淬火就是將鋼加熱到Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過(guò)共析鋼)以上3050，保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻(V冷應(yīng)大于V臨)，以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。（1） 淬

41、火溫度的選擇 正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。淬火時(shí)的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)FeFe3C相圖確定。對(duì)亞共析鋼，其加熱溫度為Ac33050，若加熱溫度不足(低于Ac3)，則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強(qiáng)度及硬度的降低。對(duì)過(guò)共析鋼，加熱溫度為Ac13050，淬火后可得到細(xì)小的馬氏體與粒狀滲碳體。后者的存在可提高鋼的硬度和耐磨性。過(guò)高的加熱溫度(如超過(guò)Acm) 不僅無(wú)助于強(qiáng)度、硬度的增加，反而會(huì)由于產(chǎn)生過(guò)多的殘余奧氏體而導(dǎo)致硬度和耐磨性的下降。需要指出，不論在退火、正火及淬火時(shí)，均不能任意提高加熱溫度。溫度過(guò)高晶粒容易長(zhǎng)大，而且增加氧化脫碳和變形的傾向。各種不同成分碳鋼的

42、臨界溫度列于表2中。表2 名種碳鋼的臨界溫度(近似值) 類(lèi)別鋼 號(hào)臨 界 溫 度 ()Ac1Ac13或AccmAr1Ar3碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼207358556808353073281367779640724790680760457247806827505072576069072160727766695743T7730770700T8730700T10730800700T127308207002） 保溫時(shí)間的確定淬火加熱時(shí)間實(shí)際上是將試樣加熱到淬火溫度所需的時(shí)間及在淬火溫度停留所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所用的加熱介質(zhì)、加熱方法等因素有關(guān)，一般

43、按照經(jīng)驗(yàn)公式加以估算，碳鋼在電爐中加熱時(shí)間的計(jì)算列于表3。表3 碳鋼在箱式爐中加熱時(shí)間的確定加熱溫度()工 作 形 狀圓 柱 形方 形板 形保 溫 時(shí) 間分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度70080090010001.51.00.80.42.21.51.20.6321.60.8（3） 冷卻速度的影響冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織；在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以減小內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開(kāi)裂。為此，可根據(jù)C曲線(xiàn)圖(如圖2-2所示)，使淬火工件在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍(650550)進(jìn)行快冷(即與C

44、曲線(xiàn)的“鼻尖”相切)，而在較低溫度(300100)時(shí)的冷卻速度則盡可能小些。為了保證淬火效果，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)(如水、油等)和冷卻方法(如雙液淬火、分級(jí)淬火等)。不同的冷卻介質(zhì)不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻能力有所差別。各種冷卻介質(zhì)的特性見(jiàn)表4。表4 幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力冷 卻 介 質(zhì)在下列溫度范圍內(nèi)的冷卻速度(/秒)65055030020018的水60027026的水50027050的水10027074的水3020010%NaCl水溶液(18)110030010%NaOH水溶液(18)120030010%Na2CO3水溶液(18)800270礦物機(jī)器油(50)15030變壓器油(50)12

45、0258.3.2.3鋼的回火鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工往往會(huì)出現(xiàn)龜裂；一些精密的零件在使用過(guò)程中將會(huì)引起尺寸變化而失去精度，甚至開(kāi)裂。因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。表5為45鋼淬火后經(jīng)不同溫度回火后的組織性能。表5 45鋼經(jīng)淬火及不同溫度回火后的組織和性能類(lèi)型回火溫度()回火后的組織回火后硬度(HRC)性能特點(diǎn)低溫回火150250回火馬氏體殘余奧氏體碳化物5057高硬度，內(nèi)應(yīng)力減小中溫回火350500回火屈氏體3545硬度適中，有高的彈性高溫回火500650回火索氏體2033具有良好塑性、韌性和一定強(qiáng)度相配合的綜合性能 對(duì)碳鋼來(lái)說(shuō)，回火工藝的選擇主要是考慮回火溫度和保溫時(shí)間這兩個(gè)因素?；鼗饻囟龋涸趯?shí)際生產(chǎn)中通常以圖紙上所要求的硬度要求作為選擇回火溫度的依據(jù)。各種鋼材的回火溫度與硬度之間的關(guān)系曲線(xiàn)可從有關(guān)手冊(cè)中查閱?，F(xiàn)將幾種常用的碳鋼(45、T10和T12 )回火溫度與硬度的關(guān)系列于表6。也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式近