《11级金属材料专业综合实验指导书.docVIP

? 《专业综合实验》 实 验 指 导 书 李丽 编 沈阳大学机械工程学院 课程编码 课程类别：集中试验必修课 适用层次：本科 适用专业：金属材料工程 周 数：2 适用学期:第7学期 撰写人：李丽 审核人：张正贵 教学院长：牛建平 实验目的与要求 专业综合实验是材料类各专业的一个重要的实践教学环节。由于它对前继课程的涵盖性以及与生产实际的密切联系，所以在培养学生的综合实验能力和提高综合素质方面具有不可替代的作用。专业综合实验是学生在校期间第一次较全面的实验能力训练，在学生总体培养目标中占有重要地位。通过对一般通用材料的化学成分、显微组织分析、建立热处理工艺与性能之间的联系，使学生掌握含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度对组织性能的影响，熟悉材料分析的基本方法；对学生进行热处理工程师的基本训练，使学生学会现使用现代的实验方法。加深学生对以学过的专业基础及专业课的理解，为学生的毕业设计打下坚实的基础。 要求学生查阅一定数量的相关资料，根据自己的题目制订热处理工艺及实验方案，自己动手实施热处理、测定材料的化学成分及强度、塑性、韧性、硬度等。照出的显微组织要清晰、典型，最后整理实验数据、写出实验报告。 二、实验类型 综合型实验 三、实验原理及说明 （一）退火及正火 将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺称为退火。 退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力，细化晶粒，改善组织，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。 按加热温度退火可分为两大类：一类是在临界温度(Ac1或Ac3)以上的退火，又称相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、扩散退火和球化退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括软化退火、再结晶退火及去应力退火等。 正火是将钢材或钢件加热到Ac3 (或Accm)以上适当温度，保温适当时间后在空气中冷却（或风冷），得到珠光体类组织的热处理工艺。正火的目的是获得一定的硬度、细化晶粒，消除组织中的缺陷，如过共析钢，可消除连续的二次网状渗碳体，获得比较均匀的组织和性能。但正火组织中片状珠光体比退火要细，亚共析钢中珠光体数量多，铁素体数量少，强度、硬度较退火高。 钢的退火工艺很多，主要有：扩散退火，完全退火，球化退火，再结晶退火，消除应力退火等。根据冷却方式不同，退火又可分为连续退火和等温退火等。各种退火方法的加热温度与铁-碳相图的关系见图1-1。 进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素，正确选择这三者的规范，是热处理成功的基本保证。 加热温度的选择 退火加热温度一般亚共析钢加热至AC3十(20～30)℃；共析钢和过共析钢加热至AC1十(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。 正火加热温度一般亚共析钢加热至AC3十(30～50)℃；过共析钢加热至Accm十(30～50)℃，加热到奥氏体单相区。 保温时间的确定 完全退火： 对于亚共析钢保温时间不宜过长，一般在箱式电炉保温，按经验公式加以估算，0.5～2min/mm。退火后的冷却速度应缓慢（一般随炉冷），以保证得到珠光体，避免温度过高。 退火和正火的选用。 生产上退火和正火工艺的选择根据钢种，冷热加工工艺，零件的使用性能及经济性能综合考虑，如要求热处理后有一定的强度、硬度，可选正火工艺；要求有一定的塑性，尽量降低强度、硬度，得到接近平衡组织，则应选择退火工艺。正火与退火相比较，正火的强度与韧性较高，塑性相仿。对过共析钢，完全退火时因有网状渗碳体存在，其强度、硬度、韧性均低于正火。球化退火，因其所得组织为球状珠光体，故其综合性能优于正火。正火与完全退火的主要区别在于冷却速度不同，导致性能上的差别。正火生产周期短，工艺成本低。 图1-1 退火及正火加热温度示意图 选用的原则为： Wc=0.25~0.5%中碳用正火（代替退火），硬度 稍高，但还可以加工，并且成本低。 Wc=0.2~0.75%一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工。 Wc0.75%一般采用球化退火作为预备热处理，如有网状Fe3C存在，则应先正火消除Fe3C网。 （二）、钢的淬火与回火 把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上保温并随之以大于临界冷却速度（Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。淬火的主要目的是提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后