机械工程材料实验指导书（12版南湖）-目录 - 图文

工程材料实验指导书

王殿梁 编

工程材料实验指导书

目录

实验一 冷塑形变形对Q235组织和性能的影响 ................. 1

一、实验目的 .......................................................................................................... 1 二、实验原理 .......................................................................................................... 1 三、实验步骤 .......................................................................................................... 3 五、实验报告要求 .................................................................................................. 7

实验二 铁碳合金平衡结晶后的金相显微组织分析 .............. 8

一、实验目的 .......................................................................................................... 8 二、实验原理 .......................................................................................................... 8 五、实验报告要求 ................................................................................................ 13

实验三 碳钢的热处理 ..................................... 14

一、实验目的 ........................................................................................................ 14 二、实验原理 ........................................................................................................ 14 三、实验步骤 ........................................................................................................ 17 四、实验设备、仪器、材料 ................................................................................ 18 五、实验报告要求 ................................................................................................ 18

实验一 冷塑形变形对Q235组织和性能的影响

一、实验目的

1、了解拉伸冷塑形变形过程中Q235钢金相显微组织的影响； 2、了解Q235钢在冷拉伸变形前后的强度、硬度变化； 3、学会布氏硬度的测定方法；

4、学会材料金相试样的制备方法和金相显微镜的使用方法。

二、实验原理

1、冷塑形变形对材料组织的影响

金属在外力作用下，将发生尺寸及形状的永久改变，即塑形变形。金属经冷塑形变形后，显微组织（如晶粒）发生明显的改变。如图1-1为低碳钢（Q235）在不同拉伸变形条件下的纵向断面金相显微组织，材料的原始组织（图1-1（a））为多边形等轴状，随着变形的增加，等轴晶粒沿拉伸方向伸长，晶粒由多边形变为长条形，变形越大，晶粒伸长的程度越显著。当变形量很大时（图1-1（d）），晶界变得模糊不清，各晶粒难以分辨，而呈现如纤维状的条纹，即“纤维组织”。 2、冷塑形变形对材料性能的影响

金属进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，而其塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化（也称为加工硬化）。图1-1为低碳钢（Q235）在不同拉伸变形过程中的真实应力-应变关系曲线。从O点至P点为弹性变形阶段；P点至C点为屈服阶段；C点以后为塑性变形阶段，塑形变形开始时（C点）强度为260MPa，而后随塑形变形量（应变）的增加，强度逐渐增加，至K点时强度达到950 Mpa。产生冷变形强化的原因，通常被认为在塑性变形过程中，随变形量的增加，位错密度增加，并发生一系列交互作用，使位错运动受阻；同时晶粒也会出现破碎，变成细条状。金属的变形程度愈大，位错密度愈高，位错运动的阻力愈大，塑性变形抗力也愈大，则其强度和硬度升高，而塑性韧性下降。

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冷变形强化在实际生产中具有重要的意义。首先这是一种重要的强化材料的手段，尤其对用热处理不能强化的材料来说，显得更为重要。其次，冷变形强化有利于金属的变形均匀。因为金属的变形部分产生硬化，将使变形向未变形或变形较少的部分继续发展。第三，冷变形强化可以提高构件在使用过程中的安全性，构件一旦超载，产生塑性变形，可防止构件突然断裂。

(a) (b)

50?m (d)

50?m (c)

50?m

图1-1 低碳钢（Q235）在不同拉伸变形条件下的纵向断面金相显微组织

(a) d=8.0mm； (b) d=7.5mm； (c) d=7.0mm； (d) d=5.9mm

50?m （“d”为拉伸后钢棒的直径，原始直径为10mm）

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五、实验报告要求

1、明确实验目的。 2、简述实验的原理。

3、写出实验设备、仪器以及实验材料。 4、写出实验的操作步骤。

5、画出所观察过的组织示意图，并注明材料名称、组织、放大倍数。显微组织画在直径为30mm的圆内，并将组织组成物名称以箭头引出标明。

6、计算45、T12钢试样的显微组织中珠光体所占的面积百分数。

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实验三 碳钢的热处理

一、实验目的

1、了解碳钢的热处理（淬火）的工艺方法和操作过程。 2、了解碳钢淬火后的组织和性能。

二、实验原理

钢的热处理工艺过程是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来。通过这样的工艺过程能使内部组织结构发生了变化，从而改变了钢的性能。钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。不同的热处理方法得到的材料性能有所不同，本实验主要是研究碳钢经淬火处理后，组织与性能的演变。

淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，经过保温后使其奥氏体化，在以大于临界冷却速度进行冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。碳钢淬火后得到的组织为马氏体加一定数量的残余奥氏体。淬火的目的就是获得马氏体组织。提高钢的硬度和耐磨性。例如，过共析钢退火后硬度为25HRC，而淬火后硬度可达62～65HRC。

淬火的工艺参数包括加热温度、保温时间和冷却速度： 1、淬火加热温度的选择

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不同成分的碳钢淬火的加热温度有所不同，图3-1为在相图上表达的碳钢加热范围示意图。亚共析钢淬火加热后的组织为单相奥氏体，过共析钢淬火加热后的组织为奥氏体加二次渗碳体。在实际工程中，淬火加热温度可以通过查阅设计手册获得。表3-1为温度为各种碳钢在加热时的临界转变温度。临界温度+30～50℃就是淬火温度。根据图3-1和表3-1，可以确定45钢和T8钢的淬火加热温度分别为830℃和780℃。

图3-1 碳钢的淬火加热范围

表3-2各种碳钢的临界温度（近似值）

类别 钢号 40 碳素结构钢 45 50 60 T7 碳素工具钢 T8 T10 T12 临界温度 Ac1 724 724 725 727 730 730 730 730 Ac3或Accm 790 780 760 766 770 — 800 820 Ar1 680 682 690 695 700 700 700 700 Ar3 796 760 750 721 743 — — —

2、保温时间的确定

加热时间与钢的成分、工件的形状、尺寸及加热介质、加热方法等因素有关。

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一般按照经验公式3.1加以估算，表3—2为碳钢在电炉中的加热速度，本实验的实验试样为圆形，加热温度在800℃左右。加热速度按每毫米一分钟计算为宜。工件的有效厚度按工件直径的一半来取。

t???D 3.1

式中， t—加热时间（min）

?—加热速度（min/mm） D—工件有效厚度（mm）

表3-2碳钢在箱式炉中加热速度?（min/mm）

工件形状 加热温度（℃） 圆柱形 方形 保温时间 700 800 900 1000 1.5 1 0.8 0.4 2.2 1.5 1.2 0.6 3 2 1.6 0.8 板形 3、冷却速度的影响

加热保温后的碳钢在不同的冷却速度条件下，将得到不同的组织，图3-2为共析钢的等温转变曲线和连冷却转变曲线。为得到马氏体组织，淬火时的冷却速度应大于临界冷却速度。本实验用水做冷却介质，由于试样较小，散热很快，故实验中应采取最快的操作方式。一般是将一组试样捆绑在一组钢丝上，淬火时用火钳夹持钢丝，迅速放入水中，并在水中晃动火钳，加大冷却速度。

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图3-2 共析钢等温转变曲线与连续转变曲线

钢在淬火时，由于热应力和相变应力的作用，很容易引起开裂现象。另外，淬火后的马氏体和残余奥氏体属于过饱和的非稳态相，总有转变趋势，因此，淬火后的碳钢往往都要进行回火处理，本实验由于时间所限，取消了回火处理。所以，实验中可能会出现带有裂纹的试样。

三、实验步骤

1、试样装炉与保温

启动电炉，当温度升至预先设定的加热温度（45钢为830℃，T8钢为780℃）时，打开炉门，装入试样。关闭炉门，电炉重新启动，当炉温回到原设定温度后，开始记录保温时间。 2、淬火

到达保温时间后，打开炉门，迅速将所有试样一次投入淬火介质（水）中，并晃动火钳，力求介质温度均匀。

3、金相试样的制备与组织观察（参看实验一） 4、洛氏硬度测定

用洛氏硬度计测试淬火钢的洛氏硬度。该硬度计操作比较简单，指导教师在实验

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现场进行指导效果会更好。所以，这里不在陈述硬度计的原理与使用。

四、实验设备、仪器、材料

1、设备与仪器：

SX2-10-13箱式电炉及KSY-12-16S控温仪表；HR-150A型洛氏硬度计；4×C型台式金相显微镜，抛光机；电吹风。 2、材料：

45钢、T8试样若干；玻璃板；金相砂纸；抛光液（Al2O3水溶液）；化学浸蚀剂（4％硝酸酒精溶液）；无水酒精；脱脂药棉。

五、实验报告要求

1、明确本次实验目的。 2、简述实验的原理。

3、写出实验设备、仪器以及实验材料。

4、画出两种材料的淬火处理工艺曲线。标明加热温度和保温时间。 5、画出淬火后材料的金相显微组织示意图。并说明试样的洛氏硬度。

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现场进行指导效果会更好。所以，这里不在陈述硬度计的原理与使用。

四、实验设备、仪器、材料

1、设备与仪器：

SX2-10-13箱式电炉及KSY-12-16S控温仪表；HR-150A型洛氏硬度计；4×C型台式金相显微镜，抛光机；电吹风。 2、材料：

45钢、T8试样若干；玻璃板；金相砂纸；抛光液（Al2O3水溶液）；化学浸蚀剂（4％硝酸酒精溶液）；无水酒精；脱脂药棉。

五、实验报告要求

1、明确本次实验目的。 2、简述实验的原理。

3、写出实验设备、仪器以及实验材料。

4、画出两种材料的淬火处理工艺曲线。标明加热温度和保温时间。 5、画出淬火后材料的金相显微组织示意图。并说明试样的洛氏硬度。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yghg.html