材料热处理原理与工艺实验指导书.doc

实验一 钢的晶粒度及渗碳层深度的测定 一、实验目的 1、掌握用弦计算法测定晶粒度的方法。 2、了解加热温度对钢的奥氏体晶粒度的影响。 3、熟悉钢的化学热处理渗碳层的显微组织特征。 4、掌握钢的渗碳层深度的测定方法。 二、概述 钢中晶粒大小直接影响其力学性能，评定晶粒大小的方法称晶粒测定法，影响奥氏体晶粒度的因素很多。加热温度和保温时间起着决定性作用。合金元素、原始组织状态、热加工、热处理等对奥氏体晶粒度也有一定的影响。钢晶粒度测定法很多，有比较法、面积法、截点法、弦计算法等。 渗碳的目的是为了使钢件表层获得高的硬度和耐磨性，而中心具有良好的冲击韧性，渗碳用钢均是低碳钢和低合金钢，如10、15、20、15Cr、20CrMnTi、20MnVB、20Cr、12Cr2Ni4A等等。 三、实验原理及内容 （一）、测定奥氏体晶粒度的试样及晶粒显示方法 测定奥氏体晶粒度的试样，应在交货状态的钢材上截取，试样的数量及取样部位按相应的标准规定执行。试样尺寸建议为：圆形试样直径10～20mm，矩形试样10×20mm。奥氏体晶粒度的显示方法主要有以下几种：渗碳法、网状F法、网状P法、加热缓冷法等，其中加热缓冷法适用于过共析钢，我们实验中采用过共析钢，故晶粒显示参照加热缓冷法，具体方法为：将一组试样经不同的温度加热、保温1.5h后，缓冷至600℃出炉。除去试样表面氧化层，制成金相试样，根据碳化物沿奥氏体晶界析出的网络测定钢的晶粒度。（用碱性苦味酸钠酒精溶液腐蚀使网状Fe3C变成黑色）。 （二）、钢的渗层组织及检查方法 1、渗碳后的显微组织 根据渗碳温度，渗碳时间及渗碳介质活性的不同，钢的渗碳层厚度与含碳量的分布也不同。一般渗碳层厚度约为0.5-1.7mm。渗碳层的含碳量，从表层向中心，含碳量逐渐下降。渗碳后钢的表面含碳量约在0.85～1.05% 之间。 碳钢与合金钢渗碳后的组织状态有很大差别。 碳钢经渗碳后退火状态下从表面至中心部分的显微组织，最表面第一层为过共析区（含碳量0.8-1.2%），由珠光体和网状二次渗碳体组成，而合金渗碳钢渗碳后则为珠光体和粒状碳化物组成；第二层为共析区（含碳量在0.8%左右），由层状珠光体组织构成；第三层为亚共析过渡区，直至钢中心部分出现原始组织的界限为止（含碳量由0.8%以下直到碳钢原始含碳量为止），由珠光体和先共析铁素组成；中心为亚共析区，即未渗碳前的原始组织。如果表层渗碳浓度不高，就可能没有过共析区出现。 碳钢渗碳后必须将钢件进行淬火及低温回火，其显微组织分布：正常淬火后，第一层（过共析区）和第二层（共析区）转变为马氏体和残余奥氏体，表层有少量碳化物分布。第三层（亚共析过渡区）转变为中碳马氏体，有时也会存在少量铁素体。心部组织为铁素体和珠光体。当渗碳件为低碳合金钢时，则心部为低碳马氏体和少量铁素体。 经淬火和回火后的组织，表层为高碳回火马氏体和粒状碳化物，过渡层为中碳回火马氏体，心部为低碳回火马氏体或原始心部组织。 2、渗碳层深度的检查 宏观检查：宏观检查又叫炉前快速检查渗碳层厚度。其方法是将与渗碳件同炉的试棒，在工件出炉前首先取出并淬入水中，然后敲断，对断口进行初步观察，渗碳层断口呈银灰色瓷状（表示淬硬层的深度）；而后把断口磨光，用3-4%硝酸酒精溶液腐蚀，从腐蚀颜色深浅来区分渗碳层深度，再用带有标尺的放大镜，测出大致深度。另外，也可用打硬度的方法测出渗碳层深度。凡在HRC50-55以上的洛氏硬度值均作渗碳层。检查结果如合乎要求，工件就可出炉。 微观检查：总渗碳层=过共析层+共析层+亚共析过渡层（一般测到约含碳量在 0.4-0.5%处）。 渗碳层深度的测量必须在平衡组织状态下进行。金相试片磨制后，用4%硝酸洒精溶液腐蚀。用金相法可以清楚地看到渗碳层的组织，而且渗碳层深度的测量也较准确。 四、实验方法 用弦计算法测定晶粒度的原则 1、当测量晶粒度准确度要求较高或晶粒为椭圆形时，可采用弦计算法。 2、等轴晶粒度的测定： （1）先进行初步观察，以确定晶粒的均匀程度，然后选择具有代表性部位和适合的倍数，选择倍数时先用100倍，当晶粒过大或过小时将显微镜放大倍数适当地缩小或放大，见表1。以在80mm直径的视场内不少于50个晶粒为限。 表1 加大倍数 晶 粒 度 级 数 100 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 50 1 2 3 4 5 6 7 8 － － － － － － 200 － － － － 1 2 3 4 5 6 7 8 － － 300 － － － － － 1 2 3 4 5 6 7 8 － 400 － － － － － － 1 2 3 4 5 6 7 8 （2）将选择部位的图像投影到毛玻璃上，计算被一条直线相交的晶粒数目，直线要有足够长度，以便与直线相