工程材料綜合實驗
機械設計製造及其自動化12-4
實驗者：袁鵬學號：12041425
張航學號：12041426
劉彤學號：12043210
一實驗目的
1、區別和研究鐵碳合金在平衡狀態下的顯微組織；
2、分析含碳量對鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與效能之間的相互關係；
3、了解碳鋼的熱處理操作；
4、研究加熱溫度、冷卻速度、回火溫度對碳鋼效能的影響；
5、觀察熱處理後鋼的組織及其變化；
6、了解常用硬度計的原理，初步掌握硬度計的使用。
二實驗裝置及材料
1、 顯微鏡、預磨機、拋光機、熱處理爐、硬度計、砂輪機等；
2、 金相砂紙、水砂紙、拋光布、研磨膏等；
3、 三個形狀尺寸基本相同的碳鋼試樣（0）低碳鋼20＃、中碳鋼45＃、高碳鋼t1
三實驗內容
三個形狀尺寸基本相同的試樣分別是低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，均為退火狀態，不慎混在一起，請用硬度法和金相法區分開。
4、 實驗方案：三種碳鋼的熱處理工藝（加熱溫度、保溫時間、冷卻方式）。
5、 測試硬度
6、 熱處理前後的金相組織觀察、硬度的測定。
7、 分析碳鋼成分—組織—效能之間的關係。
四實驗步驟：
8、 觀察平衡組織並測硬度：
（1） 製備金相試樣（包括磨製、拋光和腐蝕）；
（2） 觀察並繪製顯微組織；
（3） 測試硬度。
9、 進行熱處理。
10、 觀察熱處理後的組織並測硬度：
（1） 製備金相試樣（包括磨製、拋光和腐蝕）；
（2） 觀察並繪製顯微組織。
五實驗報告
11、 三種材料在退火狀態下顯微組織和效能（硬度）的異同；
12、 每種材料在熱處理前後顯微組織和效能（硬度）的異同；
13、 總結出碳鋼成分—組織—效能—應用之間的關係。
**分析
圖1 工業純鐵╳100圖2 工業純鐵╳400
圖3 珠光體+鐵素體╳100圖4 珠光體+鐵素體╳400
圖5 珠光體+鐵素體╳100圖6 珠光體+鐵素體╳400
圖7 亞共析鋼╳100圖8 亞共析鋼╳400
圖9 共析鋼╳100圖10 共析鋼體╳400
圖11 過共析鋼╳100圖12過共析鋼 ╳400
圖13亞共晶白口鑄 ╳100圖14亞共晶白口鑄鐵╳400
圖15 共晶白口鑄鐵╳100圖16共晶白口鑄鐵╳400
圖17 過共晶白口鑄鐵╳100圖18過共晶白口鑄鐵╳400
t10 碳質量分數為1.00%（千分之十）的優質碳素工具鋼，硬度高，韌性適中。熱處理後為回火馬氏體和殘餘奧氏體。
熱處理工藝：
1100℃高溫加熱20分鐘，然後進行空冷。
硬度為 56 hrb
組織效能：
t10鋼退火狀態下：組織為珠光體和二次滲碳體。效能：硬度高，韌性適中。
實驗者：袁鵬
20#鋼：碳質量分數為0.20%（萬分之二十）的優質碳素結構鋼。
熱處理工藝：
淬火：860℃高溫下加熱20min，取出後空冷。
硬度為 38.63hrb
組織效能：
強度低，韌性和塑性好
實驗者：劉彤
45#：碳質量分數w(c)=0.45%鋼，經780℃+高溫回火600℃處理後，組織為細片狀及粗片狀珠光體，沿晶界析出白色條狀鐵素體。
熱處理工藝：
780℃+高溫回火600℃
硬度為25hbr
組織效能：
組織為細片狀及粗片狀珠光體，沿晶界析出白色條狀鐵素體。經熱處理後可獲得良好的綜合機械效能。
實驗者：張航
實驗分析
1.三種材料在退火狀態下顯微組織和效能（硬度）的異同；
2.每種材料在熱處理前後顯微組織和效能（硬度）的異同；
答：每種材料在熱處理前後顯微組織和效能（硬度）如下表所示：
3.總結出碳鋼成分—組織—效能—應用之間的關係。
答：對與在退火狀態下，隨著碳鋼含碳量的增加，組織中硬度高的滲碳體含量增加，硬度低的鐵素體減少，所以隨著材料的含碳量的提高，材料的硬度也相應的提高，而由於二次滲碳體是極其脆的相，沒有塑性，合金的塑性完全由鐵素體提供，所以隨著碳質量分數的提高，合金的塑性下降。材料的強度對組織形態很敏感，珠光體的強度比較高，鐵素體的強度低，所以，亞共析鋼的強度隨含碳量的增加而增加，當超過共析鋼成分以後，由於強度很低的二次滲碳體沿著晶界出現，強度增高變慢，當碳的含量達到0.
9%時，強度迅速降低，隨碳質量分數進一步增加，強度不斷下降，直到趨於滲碳體的強度。所以對於沒有進行其它的處理的鋼，如果要求有高的硬度而對強度和韌性沒有高的要求，如機器的底座，可以用含碳量高的材料甚至是鑄鋼。而t10剛是綜合性能很好的材料，韌性和強度、剛度都很好。
當材料進行了熱處理之後，如進行了淬火處理，形成馬氏體，馬氏體的強度隨著含碳量的增加而提高，但是高碳馬氏體硬而脆，塑性、韌性極差，低碳馬氏體不僅強度高，而且塑性、韌性也較好，使很好的材料。 在馬氏體通過高溫回火之後，其綜合機械效能最好，即強度、塑性和韌性都較好，廣泛應用於重要的機器結構件，特別是受交變載荷的構件，比如：連桿、軸、齒輪等
實驗總結
1、 通過金相顯微鏡觀察了各種鐵碳合金的組織形態，加深了對鐵碳合金的了解；
2、 製備了金相組織，並手工拋光然後在顯微鏡下觀察，體驗了拋光過程；
3、 對金屬進行熱加工，體驗了淬火的熱加工工藝，並測試了金屬熱加工處理前後的組織效能，體會了金屬熱加工的重要性；
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