材控材卓专业 《材料制备及其组织性能 研究》 实验讲义 材料学院实验教学中心 1147
1 / 47 材控材卓专业 《材料制备及其组织性能 研究》 实验讲义 材料学院实验教学中心
目录 第一部分钢的热处理及组织观察 一、热处理 1、实验目的. 2、实验原理 3 3、实验方法指导 7 二、组织观察 1、金相试样的制备 9 2、金相组织观察分析.… 3、实验内容 …21 第二部分钢热处理后的力学性能测试 3 、硬度式验 1、布氏硬度试验 23 2、洛氏硬度试验 .26 二、拉伸试验 30 1、试验目的 .30 2、试验设备 20 3。试样 30 4、试验原理 .31 5、试验步骤 .33 6、试验结果处理。 35 三、冲击试验 37 1、式验目的 2 试验原理 37 试验方法与步骤 41 4、试验数据率理 ...42 第三部分实验报告 43 一、预习报告 42 二、实验报告 43 1实验目的 2.实验仪器、实验材料 43 .43 3.实验内容 43 4.实验结果 43 5结里分析 A6 6.思考题 47 2147
2 / 47 目录 第一部分 钢的热处理及组织观察..............................................................................3 一、热处理............................................................................................................3 1、实验目的..................................................................................................3 2、实验原理..................................................................................................3 3、实验方法指导..........................................................................................7 二、组织观察........................................................................................................9 1、金相试样的制备......................................................................................9 2、金相组织观察分析................................................................................11 3、实验内容................................................................................................21 第二部分 钢热处理后的力学性能测试....................................................................23 一、硬度试验......................................................................................................23 1、布氏硬度试验........................................................................................23 2、洛氏硬度试验........................................................................................26 二、拉伸试验......................................................................................................30 1、试验目的................................................................................................30 2、试验设备................................................................................................30 3、试样........................................................................................................30 4、试验原理................................................................................................31 5、试验步骤................................................................................................33 6、试验结果处理........................................................................................35 三、冲击试验..............................................................................................37 1、试验目的................................................................................................37 2、试验原理................................................................................................37 3、试验方法与步骤....................................................................................41 4、试验数据整理........................................................................................42 第三部分 实验报告....................................................................................................43 一、 预习报告.....................................................................................................43 二、实验报告......................................................................................................43 1. 实验目的.................................................................................................43 2. 实验仪器、实验材料.............................................................................43 3. 实验内容.................................................................................................43 4. 实验结果.................................................................................................43 5. 结果分析.................................................................................................46 6. 思考题.....................................................................................................47
材料的制备及其组织性能综合实验是面向材控材卓专业的实验课，占8个学 时，本次实验课的主要内容分为两部分，第一部分是金属材料的热处理及热处理 后的显微组织观察，第二部分是金属材料热处理后的机械性能测试，包括硬度、 拉伸、冲击性能测试等。 第一部分钢的热处理及组织观察 一、热处理 1、实验目的 (1)了解钢的几种热处理操作（退火、正火、淬火、回火等）： (2)熟悉铁碳相图和冷却曲线： 2、实验原理 热处理在改善钢材性能，提高工件使用寿命方面起着重要的作用。例如汽车 后桥半轴，经热处理后其使用寿命大为提高，达数年之久。这是因为经过热处理 后，钢的内部组织发生了质的变化，从而引起了机械性能的改变，最后表现出使 用寿命的延长。 钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织， 从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。钢的热处理基本操 作有退火、正火、淬火、回火等。 热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序， 也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。F© F3C相图（图1一1）和C曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。 (1)加热温度的选择钢的退火、正火、淬火加热温度根据Fe一Fe3C相图 确定。 ①退火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3+(20一30)℃：共析钢和过共析 钢加热至Ac1+(20一30)℃（球化退火），目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改 3147
3 / 47 材料的制备及其组织性能综合实验是面向材控材卓专业的实验课，占 8 个学 时，本次实验课的主要内容分为两部分，第一部分是金属材料的热处理及热处理 后的显微组织观察，第二部分是金属材料热处理后的机械性能测试，包括硬度、 拉伸、冲击性能测试等。 第一部分 钢的热处理及组织观察 一、热处理 1、实验目的 （1）了解钢的几种热处理操作(退火、正火、淬火、回火等)； （2）熟悉铁碳相图和冷却曲线； 2、实验原理 热处理在改善钢材性能，提高工件使用寿命方面起着重要的作用。例如汽车 后桥半轴，经热处理后其使用寿命大为提高，达数年之久。这是因为经过热处理 后，钢的内部组织发生了质的变化，从而引起了机械性能的改变，最后表现出使 用寿命的延长。 钢的热处理是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织， 从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。钢的热处理基本操 作有退火、正火、淬火、回火等。 热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序， 也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe— Fe3C 相图（图 1－1）和 C 曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。 （1）加热温度的选择 钢的退火、正火、淬火加热温度根据 Fe—Fe3C 相图 确定。 ①退火加热温度 一般亚共析钢加热至 Ac3＋(20－30)℃；共析钢和过共析 钢加热至 Ac1＋(20－30)℃(球化退火)，目的是得到球状渗碳体，降低硬度，改
善高碳钢的切削性能。退火和正火加热温度范围选择见图1一2。 ②正火加热温度一般亚共析钢加热至Ac3+(30-50)℃：过共析钢加热至 Accm+(30一50)C,即加热到奥氏体单相区。 ③淬火加热温度 一般亚共析钢加热至Ac3+(30一50)℃，淬火后的组织为 均匀细小的马氏体。如果加热温度不足（低于A3),则淬火组织中将出现铁素 体，造成淬火后硬度不足：共析钢和过共析钢加热至Ac1+(30一50)℃，淬火后 的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬 度和耐磨性。过高的加热温度（高于Accm,),会因得到粗大的马氏体，过多的残 余A而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增加。淬火加热温度范围选择见图1一3。 B1493℃ a.6常℃Q51第C 液体+奥民体 12.06 10i 氏体 婴氏体+铁1 珠光体士密碳件+装氏代 法者体+光 珠光体+渗碳体 04 50 708 900 渗吸体盈（重鼠驾） 图1-1Fe一Fe3C相图 4147
4 / 47 善高碳钢的切削性能。退火和正火加热温度范围选择见图 1－2。 ②正火加热温度 一般亚共析钢加热至 Ac3＋(30－50)℃；过共析钢加热至 Accm＋(30－50)℃，即加热到奥氏体单相区。 ③淬火加热温度 一般亚共析钢加热至 Ac3＋(30－50)℃，淬火后的组织为 均匀细小的马氏体。如果加热温度不足（低于 Ac3），则淬火组织中将出现铁素 体，造成淬火后硬度不足；共析钢和过共析钢加热至 Ac1＋(30－50)℃，淬火后 的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬 度和耐磨性。过高的加热温度(高于 Accm，)，会因得到粗大的马氏体，过多的残 余 A 而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增加。淬火加热温度范围选择见图 1－3。 图 1－1 Fe—Fe3C 相图
1200 1100 1200 100 完全退火 1100 90 正火 1000 A+FeC 0 80 0 球化退火 0.40.81.21.620 0.40.81.21.62.0 C% C& 图1一2退火和正火的加热温度范围 图1一3淬火的加热温度范围 在各种热处理手册或材料手册中，都可查到各种钢的热处理温度。各种成分 碳钢的临界温度列于表1一1中。 表1一1碳钢的临界点 临界点（℃） 钢号 Acl Ac3或Accm Arl Ar3 碳 20 735 855 680 835 素结构钢 30 732 813 677 835 40 724 790 680 796 45 724 780 682 760 50 725 760 690 750 60 727 766 695 721 碳 T7 730 770 700 743 T8 730 700 T10 730 800 700 T12 730 820 700 T13 730 830 700 ④回火温度 钢淬火后都要回火、回火温度决定于最终所要求的组织和性 能（工厂中常常是根据硬度的要求）。按加热温度不同，回火可分为三类： 低温回火在150-250℃回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为HRC57 60,其目的是降低淬火应力，诚少钢的脆性并保持钢的高硬度。一般用于高碳钢 5147
5 / 47 图 1－2 退火和正火的加热温度范围 图 1－3 淬火的加热温度范围 在各种热处理手册或材料手册中，都可查到各种钢的热处理温度。各种成分 碳钢的临界温度列于表 1—l 中。 表 1－1 碳钢的临界点 类 别 钢号 临界点（℃） Ac1 Ac3 或 Accm Ar1 Ar3 碳 素 结 构 钢 20 735 855 680 835 30 732 813 677 835 40 724 790 680 796 45 724 780 682 760 50 725 760 690 750 60 727 766 695 721 碳 素 工 具 钢 T7 730 770 700 743 T8 730 － 700 － T10 730 800 700 － T12 730 820 700 － T13 730 830 700 － ④回火温度 钢淬火后都要回火、回火温度决定于最终所要求的组织和性 能(工厂中常常是根据硬度的要求)。按加热温度不同，回火可分为三类： 低温回火 在 150－250℃回火，所得组织为回火马氏体，硬度约为 HRC57— 60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。一般用于高碳钢