金相實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGEPAGE1廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院課程報(bào)告報(bào)告題目:金相實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)班級(jí):機(jī)械111姓名:鄧永明學(xué)號(hào):1107200014組別：第六組指導(dǎo)老師:胡一丹完成日期:2013.10.18一.熱處理工藝分析1.正火（1）工藝內(nèi)容：正火(英文名稱：normalizing)，又稱?；菍⒐ぜ訜嶂罙c3(A是指加熱時(shí)自由鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度，一般是從727℃到912℃之間)或Acm(Acm是實(shí)際加熱中過共析鋼完全奧氏體化的臨界溫度線)以上30~50℃，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝。其目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。根本目的是去除材料的內(nèi)應(yīng)力、降低材料的硬度為接下來的加工做準(zhǔn)備。（2）工藝特點(diǎn)：正火主要用于鋼鐵工件。一般鋼鐵正火與退火相似，但冷卻速度稍大，組織較細(xì)。有些臨界冷卻速度很小的鋼，在空氣中冷卻就可以使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這種處理不屬于正火性質(zhì)，而稱為空冷淬火。與此相反，一些用臨界冷卻速度較大的鋼制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到馬氏體，淬火的效果接近正火。鋼正火后的硬度比退火高。正火時(shí)不必像退火那樣使工件隨爐冷卻，占用爐子時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，所以在生產(chǎn)中一般盡可能用正火代替退火。對(duì)于含碳量低于0.25%的低碳鋼，正火后達(dá)到的硬度適中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火為切削加工作準(zhǔn)備。對(duì)含碳量為0.25～0.5%的中碳鋼，正火后也可以滿足切削加工的要求。對(duì)于用這類鋼制作的輕載荷零件，正火還可以作為最終熱處理。高碳工具鋼和軸承鋼正火是為了消除組織中的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準(zhǔn)備。正火與退火的不同點(diǎn)是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。對(duì)于形狀復(fù)雜的重要鍛件，在正火后還需進(jìn)行高溫回火（550-650℃）高溫回火的目的在于消除正火冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，提高韌性和塑性。正火后的組織：亞共析鋼為F+S，共析鋼為S，過共析鋼為S+二次滲碳體，且為不連續(xù)。（3）應(yīng)用范圍：①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。②用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理(淬火+高溫回火）作為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處理。③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。⑤用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時(shí)較大的開裂傾向。⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件。⑦過共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時(shí)滲碳體全部球?；?。2.退火（1）工藝內(nèi)容：退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度），大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的。退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。還有一些專用退火方法，如不銹耐酸鋼穩(wěn)定化退火；軟磁合金磁場退火；硅鋼片氫氣退火；可鍛鑄鐵可鍛化退火等。（2）工藝特點(diǎn)：(1)降低硬度，改善切削加工性.(2)消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；(3)細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。(4)均勻材料組織和成分，改善材料性能。（3）應(yīng)用范圍：在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。①完全退火：用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。②球化退火：用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙?，從而降低了硬度。③等溫退火：用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。④再結(jié)晶退火：用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。⑤石墨化退火：用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。⑥擴(kuò)散退火：用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。⑦去應(yīng)力退火：用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。2.淬火（1）工藝內(nèi)容：將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火4類。（2）工藝特點(diǎn)：使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。（3）應(yīng)用范圍：淬火工藝在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械中重要零件，尤其在汽車、飛機(jī)、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時(shí)相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火(對(duì)于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時(shí)相變的內(nèi)容，有分級(jí)淬火，等溫淬火和欠速淬火等。二.實(shí)驗(yàn)步驟與制樣方法1.取材：分別經(jīng)過淬火、退火、正火熱處理加工過#45鋼各一塊、粗糙程度不同的的砂紙六張（五張濕用一張干用）、牙膏適量（拋光時(shí)作潤滑用）、適量稀硝酸溶液實(shí)驗(yàn)儀器：洛氏硬度計(jì)水磨拋光機(jī)電吹風(fēng)金相顯微鏡2.制樣：（1）分別將三塊#45鋼在干用砂紙上打磨，分別把上下兩表面的氧化皮抹掉直至出現(xiàn)較為光亮的平面（打磨時(shí)只能朝其中一個(gè)方向移動(dòng)而不是來回移動(dòng)）。（2）用洛氏硬度計(jì)在其中一個(gè)光亮的平面上測量硬度，選擇不同的點(diǎn)測量三次并記錄好數(shù)據(jù)。（3）測量好硬度之后，先使用最粗糙的一張砂紙對(duì)#45鋼的另外一個(gè)平面進(jìn)行打磨，打磨時(shí)同樣只能朝一個(gè)方向移動(dòng)，可以加適量水降低溫度，打磨至平面上的磨痕全部朝同一個(gè)方向。然后換粗糙程度低一級(jí)的砂紙對(duì)#45鋼試樣繼續(xù)進(jìn)行打磨，打磨的方向在原來的方向上旋轉(zhuǎn)90度，即垂直于磨痕方向。重復(fù)上述操作，直至在粗糙程度最低的一張砂紙上打磨至較為光滑沒有明顯劃痕即可。（4）將剛才打磨好的光滑平面放到拋光機(jī)上打磨，打磨前可以先在拋光機(jī)的打磨平面上涂上牙膏層，打磨時(shí)#45鋼試樣應(yīng)在打磨平面上不斷重復(fù)畫“8”字移動(dòng)，且適時(shí)要在打磨平面上滴水降低溫度。拋光時(shí)間根據(jù)熱處理工藝的不同而不同，直至將該試樣平面拋至像鏡子一樣光亮且沒有劃痕即可。（5）將打磨好的#45鋼試樣用電吹風(fēng)吹干，然后在剛才打磨好的平面上滴上適量的稀硝酸溶液，稀硝酸溶液應(yīng)覆蓋整個(gè)打磨表面。待腐蝕完畢后迅速?zèng)_洗干凈然后吹干。3.拍照：把加工好的#45鋼式樣用金相顯微鏡觀察并拍下照片。三.金相照片及其性能和組織分析第一組測量的硬度值為：14HRC13.5HRC14HRC組織分析：先共析鐵素體和珠光體，黑色為珠光體，白色為鐵素體。屬于片狀珠光體，由于為連續(xù)冷卻，故片狀珠光體的片間距大小不一。在外力作用下，將引起不均勻的塑性變形，并導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而使鋼的強(qiáng)度和應(yīng)當(dāng)合塑性都降低。

粒狀珠光體比片狀珠光體具有更好的力學(xué)性能，因此許多重要的機(jī)器零件都要通過熱處理獲得碳化物呈顆粒狀的回火索氏體組織。根據(jù)硬度和組織分析，可以確定該#45鋼試樣是經(jīng)過退火處理過的。第二組測量的硬度值為：17HRC17.5HRC15.5HRC組織分析：基體為片狀珠光體，白色為鐵素體，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)狀分布，晶粒大小極不均勻，大晶粒約為