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工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
第一章金属材料的力学性能一、判定1.对同一机器中受力不同的零件，材料强度高的一般可不能变形，材料强度低的一般先产生变形。
×；2.对没有明显屈服现象的材料，其屈服强度可用条件屈服强度表示。
√；3.对同一金属材料，短试样的伸长率大于试样的伸长率。
√；4.布氏强度试验具有测定数据正确、稳定性高等优点，因此要紧用于各种成品件的硬度测定。
×；5.洛氏实验时，一般测试三次读数的算术平均值作为硬度值。
√；二、选择1.拉伸实验测定材料的AB;2.有一淬火钢成品零件，需进行硬度测定，应采纳D;三、咨询答题1.讲明拉伸曲曲折折曲曲折折折折线的绘制原理，画出低碳钢的拉伸曲曲折折曲曲折折折折线图，并标出开始出现屈服时的我载荷荷断裂前承受的最大载荷载曲曲折折曲曲折折折折线中的相应位置？答：试验时，将标准试样装夹在拉伸试验机上，缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力，直至拉断为止。
试验机自动记录装置可将整个拉伸过程中的拉伸力和伸长量描绘在以拉伸力F为纵坐标，伸长量l 为横坐标的图上，即得到力一伸长量曲曲折折曲曲折折折折线，如图示。
2.比立讲明布氏硬度实验和洛氏硬度实眼的优缺点及其应用？答：布氏硬度：优点：压痕大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，结果正确；缺点：因压痕大，不宜测试成品或薄片金属的硬度。
洛氏硬度：优点：操作迅速简便，由于压痕小，故可在工件外表或较薄的金属上进行试验；同时，采纳不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。
缺点：因压痕较小，对组织比立粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够正确。
四、应用题一批用同一钢号制成的规格相同的紧固螺栓，用于A\B两种机器中，使用中A机器中的出现了明显的塑性变形，B机器中产生了裂纹试从实际承受的应力值讲明出现上述咨询题的缘故，并提出解决该咨询题的两种方案？答：A机器中螺栓出现了塑性变形的缘故是实际受到的应力接近屈服极限即σ≧σs；B机器中出现裂纹的缘故是实际受到的应力接近强度极限即σ≧σb；解决该咨询题的两种方案(1)更换强度更高的螺栓材料；〔2〕增大螺栓的截面直径。
《钢的热处理》习题与思考题参考答案（一）填空题1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。
2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是 T回，一般用于高σe 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。
3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。
4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。
5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。
6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。
7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。
8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。
（二）判断题1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。
（×）2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。
当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。
（×）3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。
（×）4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。
（√）5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。
（×）6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。
（√）（三）选择题1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。
A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。
A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
