工程材料实验实验指导书.doc

工程材料实验指导书 刘贤坤 五邑大学机电工程系 2011.3 目录 实验一 铁碳合金平衡组织观察与分析……………………2 实验二 碳钢的热处理及其性能分析………………………5 实验一 铁碳合金平衡组织观察与分析 实验目的 1．观察和分析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的平衡组织的影响，加深对相图的理解。 3.了解与掌握金像显微镜的构造和使用。 实验原理 认识铁碳合金的平衡组织是分析鉴别钢铁材料质量及性能的基础。 所谓平衡组织是指铁碳合金以极为缓慢的冷却速度冷至室温所得到的组织。在一般工业生产及实验条件下，经退火的碳钢组织可以看成是平衡组织。铁碳合金的平衡组织主要是指工业纯铁、碳钢和白口铸铁组织。 由相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织组成物有铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体，而组成相主要是铁素体和渗碳体两个基本相。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的析出条件、质量分数、形态与分布均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。 1、工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金，室温显微组织为铁素体和少量三次渗碳体，铁素体硬度在80HB左右，而渗碳体硬度高达800HB，工业纯铁中的渗碳体量很少，故塑性、韧性好，而硬度、强度低,不能用作受力零件。 2、碳钢 含碳量在（0.0218—2.11）%之间的铁碳合金，高温下为单相的奥氏体组织，塑性好，适应于锻造和轧制，广泛应用于工业上，根据含碳量和室温组织，可将其分为三类：亚共析钢、共析钢和过共析钢。 1）亚共析钢 含碳量在（0.0218—0.77）%之间的铁碳合金，室温组织为铁素体和珠光体，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应的增加，显微组织中铁素体呈白色，珠光体呈暗黑色或层片状。 2）共析钢 含碳量为0.77%，其显微组织由单一的珠光体组成，即铁素体和渗碳体的混合物，在光学显微镜下观察时，可看到层片状的特征，即渗碳体呈细黑线状和少量白色细条状分布在铁素体基体上，若放大倍数低，珠光体组织细密或腐蚀过深时，珠光体片层难于分辨，而呈现暗黑色区域 3）过共析钢 含碳量在（0.77—2.11）%之间，室温组织为珠光体和网状二次渗碳体，含碳量越高，渗碳体网愈多、愈完整。当含碳量小于1.2%时，二次渗碳体呈不连续网状，强度、硬度增加，塑性、韧性降低，当含碳量大于或等于1.2%时，二次渗碳体呈连续网状，使强度、塑性、韧性显著降低，过共析钢含碳量一般不超过（1.3—1.4）%，二次渗碳体网用硝酸酒精溶液腐蚀呈白色，若用苦味酸钠溶液热腐蚀后，呈暗黑色。 3、白口铸铁 含碳量在（2.11—6.69）%之间，室温下碳几乎全部以渗碳体形式存在，故硬度高，但脆性大，工业上应用很少。按含碳量和室温组织将其分为三类。 1）亚共晶白口铸铁 含碳量在（2.11—4.3）%之间，室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体Ld组成。用硝酸酒精溶液腐蚀后，在显微镜下呈现枝晶状的珠光体和斑点状的莱氏体，其中二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，不易分辨。 2）共晶白口铸铁 含碳量为4.3%，室温组织由单一的莱氏体组成，经腐蚀后，在显微镜下，变态莱氏体呈豹皮状，由珠光体，二次渗碳体及共晶渗碳体组成，珠光体呈暗黑色的细条状及斑点状，二次渗碳体常与共晶渗碳体连成一片，不易分辨。呈亮白色。 3）过共晶白口铸铁 是含碳量大于4.3%的白口铸铁，在室温下的组织由一次渗碳体和莱氏体组成，经硝酸酒精溶液腐蚀后，显示出斑点状的莱氏体基体上分布着亮白色粗大的片状的一次渗碳体。 几种典型铁碳合金的平衡组织 序号 材料名称 处理状态 侵蚀剂 放大倍数 平衡组织 1 工业纯铁 退火 4%硝酸酒精溶液 400X F 2 20号钢 退火 4%硝酸酒精溶液 400X F+P 3 45号钢 退火 4%硝酸酒精溶液 400X F+P 4 T8 退火 4%硝酸酒精溶液 400X P 5 T12 退火 4%硝酸酒精溶液 400X P+ 6 亚共晶白口铸铁 退火 4%硝酸酒精溶液 400X P++ 7 共晶白口铸铁 退火 4%硝酸酒精溶液 400X 8 过共晶白口铸铁 退火 4%硝酸酒精溶液 400X + 实验内容及要求 观察上表所列样品的显微组织及其特征； 分析不同含碳量对组织形成的影响； 绘出所观察样品的显微组织、标出其组织物，并分析其形成过程。 实验二 碳钢的热处理及其性能分析 一、实验目的 1.熟悉碳钢的几种基本热处理操作； 2.了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计； 3.了解与掌握金像试样制备的过程； 4.分析与研究加热温度、冷却速度及热处理温度等主要因素对碳钢组织和性能的影响。 二、实验说明 钢的热处理就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