工程材料实验报告
- 格式：doc
- 大小：21.92 MB
- 文档页数：11
工程材料综合实验
机械设计制造及其自动化12-4
实验者：袁鹏 学号：12041425
张航 学号：12041426
刘彤 学号：12043210
一 实验目的
1、区别和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。
二 实验设备及材料
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（0）低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳
钢T1
三 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。
4、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）。
样 品 加热温度 保温时间 冷却方式
20# 780℃ 15min 空冷
45# 780℃+高温回火600℃ 15min 淬火加600℃高温
回火
T10 1100℃ 15min 淬火(水冷)
5、测试硬度
样 品 20# 45# T10
硬 度 25HRB 56HRB
6、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
7、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样 品 成分 组织 性能
20# W(C)=0.20% F+P 冲压性与焊接性良好
45# W(C)=0.45% F+M回 经热处理后可获得良好的综
合机械性能
T10 W(C)=1.0% A+M残余 硬度高，韧性适中
四 实验步骤：
8、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） 观察并绘制显微组织；
（3） 测试硬度。
9、进行热处理。
10、 观察热处理后的组织并测硬度：
（1） 制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；
（2） 观察并绘制显微组织。
五 实验报告
11、 三种材料在退火状态下显微组织和性能（硬度）的异同；
样 品 显微组织 性能（硬度）
20# F+P 75（HRB）
45# F+M 25（HRB）
T10
A+M
56（HRB）
12、 每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）的异同；
样 品 显 微 组 织 性能（硬度）
20# 热处理前 20#钢平衡态组织为：铁素体＋珠光体，正火后组织为铁素体＋索氏体，
84（HRB）
热处理后 正火处理后亚共析钢的组织得到细化。热处理后组织的硬度比热处理前组织的硬度减小了。
75（HRB）
45# 热处理前 45#钢调质之前的组织是珠光体+铁素体， 94.7（HRB）
热处理后 调质之后为大部分的回火索氏体和少量的铁素体，45#钢的晶粒得到细化，组织变的更加均匀
25（HRB）
T10 热处理前 T10钢在淬火之前的组织为珠光体和二次渗碳体 92（HRB）
热处理后 淬火处理之后的成分为针状马氏体和残余的奥氏体 56（HRB）
13、 总结出碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系。
样 品 成 分 组 织 性 能 应 用
20# W(C)=0.20% F+P 冲压性与焊接性良好 冲压件及焊接件，经过
热处理(如渗碳)也可以
制造轴，销等零件。
45# W(C)=0.45% F+M回 经热处理后可获得良好的综合机械性能 齿轮，轴类，套筒等
T10 W(C)=1.0% A+M残余 硬度高，韧性适中 钻头，刨刀，丝锥，手
锯条等刃具及冷作模
具等。
图片分析
图1 工业纯铁╳100 图2 工业纯铁╳400
图3 珠光体+铁素体╳100 图4 珠光体+铁素体╳400
图5 珠光体+铁素体╳100 图6 珠光体+铁素体╳400
铁素体
珠光体
铁素体
珠光体
珠光体
铁素体
珠光体
铁素体
铁素体
图7 亚共析钢╳100 图8 亚共析钢╳400
图9 共析钢╳100 图10 共析钢体╳400
图11 过共析钢╳100 图12过共析钢 ╳400
图13亚共晶白口铸 ╳100 图14亚共晶白口铸铁╳400
珠光体
Fe3CⅡ
珠光体
珠光体
Fe3CⅡ
铁 素 体
珠光体
铁 素 体
珠 光 体
珠光体
Le’
珠光体
Fe3CⅡ
图15 共晶白口铸铁╳100 图16共晶白口铸铁╳400
图17 过共晶白口铸铁╳100 图18过共晶白口铸铁╳400
Le’
低温莱氏体
Fe3
C
T10 碳质量分数为1.00%（千分之十）的优质碳素工具钢，硬度高，韧性适中。
热处理后为回火马氏体和残余奥氏体。
热处理工艺：
1100℃高温加热20分钟，然后进行空冷。
硬度为
56 HRB
组织性能：
T10钢退火状态下：组织为珠光体和二次渗碳体。性能：硬度高，韧性适中。
实验者：袁鹏
残余奥氏体
回火马氏体
20#钢：碳质量分数为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢。
热处理工艺：
淬火：860℃高温下加热20min，取出后空冷。
硬度为
38.63HRB
组织性能：
强度低，韧性和塑性好
实验者：刘彤
珠光体
铁素体
45#：碳质量分数W(C)=0.45%钢，经780℃+高温回火600℃处理后，组织为细
片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。
热处理工艺：
780℃+高温回火600℃
硬度为
25HBR
组织性能：
组织为细片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。经热处理后可
获得良好的综合机械性能。
实验者：张航
回火索氏体
铁素体
实验分析
1.三种材料在退火状态下显微组织和性能（硬度）的异同；
2.每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）的异同；
答：每种材料在热处理前后显微组织和性能（硬度）如下表所示：
样 品 显 微 组 织 性能（硬度）
20# 热处理前 铁素体＋珠光体 84（HRB）
热处理后 铁素体＋索氏体
75（HRB）
45# 热处理前 珠光体+铁素体 94.7（HRB）
热处理后 大部分的回火索氏体和少量的铁素体 25（HRB）
T10 热处理前 珠光体和二次渗碳体 92（HRB）
热处理后 针状马氏体和残余的奥氏体 56（HRB）
3.总结出碳钢成分—组织—性能—应用之间的关系。
答：对与在退火状态下，随着碳钢含碳量的增加，组织中硬度高的渗碳
体含量增加，硬度低的铁素体减少，所以随着材料的含碳量的提高，材料
的硬度也相应的提高，而由于二次渗碳体是极其脆的相，没有塑性，合金
的塑性完全由铁素体提供，所以随着碳质量分数的提高，合金的塑性下降。
材料的强度对组织形态很敏感，珠光体的强度比较高，铁素体的强度低，
所以，亚共析钢的强度随含碳量的增加而增加，当超过共析钢成分以后，
由于强度很低的二次渗碳体沿着晶界出现，强度增高变慢，当碳的含量达
到0.9%时，强度迅速降低，随碳质量分数进一步增加，强度不断下降，
直到趋于渗碳体的强度。所以对于没有进行其它的处理的钢，如果要求有
高的硬度而对强度和韧性没有高的要求，如机器的底座，可以用含碳量高
样 品 显微组织 性能（硬度）
20# 白色颗粒为铁素体，黑色块状为珠光体 冲压性与焊接性良好
45# 灰黑色区为细片状及粗片状珠光体，沿晶界析出白色条状铁素体。 经热处理后可获得良好的
综合机械性能。
T10 组织为珠光体和二次渗碳体。 硬度高，韧性适中。
的材料甚至是铸钢。而T10刚是综合性能很好的材料，韧性和强度、刚
度都很好。 当材料进行了热处理之后，如进行了淬火处理，形成马氏体，
马氏体的强度随着含碳量的增加而提高，但是高碳马氏体硬而脆，塑性、
韧性极差，低碳马氏体不仅强度高，而且塑性、韧性也较好，使很好的材
料。 在马氏体通过高温回火之后，其综合机械性能最好，即强度、塑性
和韧性都较好，广泛应用于重要的机器结构件，特别是受交变载荷的构件，
比如：连杆、轴、齿轮等
实验总结
1、 通过金相显微镜观察了各种铁碳合金的组织形态，加深了对铁碳
合金的了解；
2、 制备了金相组织，并手工抛光然后在显微镜下观察，体验了抛光
过程；
3、 对金属进行热加工，体验了淬火的热加工工艺，并测试了金属热
加工处理前后的组织性能，体会了金属热加工的重要性；
