材料实验（热处理原理、材料表面处理） - 图文

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《材料实验（3）》

金属材料专业实验

金属材料实验室

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昆明理工大学材料与冶金工程学院

实验一、实验一、实验三、实验四、实验五 实验一、实验二、

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目录

热处理原理、工艺及设备实验

碳钢的热处理组织及性能（3学时）--------------------------------2 钢的奥氏体晶粒大小的测定（3学时）-----------------------------5 化学热处理组织观察（2学时）----------------------------------------10 钢的热处理缺陷分析（2学时）----------------------------------------13 结构钢的淬透性曲线测定（3学时）---------------------------------15

金属表面工程实验

铝及铝合金的阳极氧化（6学时）--------------------------------------19钢铁工件上电沉积锌（6学时）-----------------------------------------21

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实验一、 碳钢热处理后的组织与性能（3学时）

一、实验目的：

1、 了解热处理设备结构组成，掌握热处理的基本操作方法。 2、 建立热处理工艺与钢的成分、组织及性能之间的关系。 二、实验内容：

（一）、热处理设备在实验室中由教师针对设备进行介绍及讲解。 （二）、热处理工艺参数的选择：

热处理工艺参数包括：加热温度、加热时间和冷却方式等。

各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点AC1、AC3、ACCm、来确定的。碳钢及低合金钢的加热经验公式如表2—1。其加热时间通常根据零件的有效厚度来计算，但应考虑装炉量及装炉方式加以修正，其经验公式及数据如表2—2。

表2—1 加热温度的经验公式

热 处 理 工 艺 退 火 加 热 温 度（℃） 亚 共 析 钢 AC3+（20—50） 共 析、钢 过 共 析 钢 AC1+（20—50） ACCm+（30—50） AC1+（30—70） 畚 注 τ：加热时间（ min） K:加热系数（min／mm） D：零件有效厚度（mm） 正 火 加 热 温 度（℃） AC3+（50—150） 淬 火 加 热 温 度（℃） AC3+（30—70） 表2—2 加热时间经验公式 热处理 加热时间公式工 艺 （min） 退 火 正 火 淬 火 加热设备 加热系数K（min／mm）碳素钢 箱式炉 箱式炉 盐浴炉 箱式炉 盐浴炉 1.5 1 0.2—0.4 1—1.2 0.2—0.4 低合金钢 2 1.2 0.2—0.4 1.5 0.4 τ=KD τ=KD τ=KD 冷却方式则根据零件的材料、性能要求及热处理的工艺不同而异。 （三）、热处理后的组织结构类型： 1、 珠光体：

珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，因热处理工艺不同，珠光体中的渗碳体具有不同的形态。 （1）、若热处理工艺为普通的退火或正火时，其显微组织为片层状，称为片状珠光体。由于普通的退火或正火的冷却速度不同，因而珠光体的片间距离也不同，正火的冷却速度大于退火的冷却速度，因此正火后得到的组织比普通退火的细小，这些组织可能是索氏体或屈氏体。根据片间距不同，珠光体类型的组织的性能也不同： a、 珠光体（P）：片间距离Δ0＞0.4μm,硬度为HB180左右它在光学显微镜下放大

500倍下,可清晰地看出片层状情况.

b、 索氏体(S): 片间距离Δ0=0.2～0.4μm，硬度为HB250左右，放大1000～1500

倍时才能分辨出其片层状的特征。 c、 屈氏体（T）：片间距离Δ0＜0.2μm，硬度为HB350～400左右，它需在电子显

微镜下放大5000倍以上才能分辨出片层状的特点。

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T8钢 退火获得的珠光体（HB206） 20#钢 淬火获得的板条马氏体（HRC48）（2）、马氏体：

马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。当钢的碳含量较低时，淬火后所得的是一束束尺寸大体相同的平行条状马氏体，称为板条马氏体，又叫低碳马氏体。若含碳量较高时，淬火后得到的是针状马氏体，又叫高碳马氏体。

低碳马氏体具有足够的硬度、强度和高的塑性、韧性。高碳马氏体硬度高，脆性大，塑性和韧性差。

45#钢 淬火获得的马氏体（HRC58） T12钢 淬火获得的马氏体及粒状渗碳体（HRC65）

（3）、残余奥氏体：

、残余奥氏体是钢在淬火过程中残留下来的未转变的过冷奥氏体，它与一般奥氏体在本质上无任何区别，它同样是碳在γ-Fe中的固溶体，其含碳量的多少与钢的含碳量及热处理工艺有关。 4、淬火钢回火后的组织：

淬火钢经不同温度回火得到不同转变产物。 （1）、回火马氏体：

淬火钢在低温（150～250℃）回火后的转变产物。因为马氏体析出碳化物，马氏体的碳浓度降低，正方度减小。回火马氏体比淬火马氏体更容易腐蚀，故在显微镜下呈现暗黑色。回火马氏体硬而耐磨，强度高而韧性差。 （2）、回火屈氏体：

淬火钢在中温回火（350～500℃）回火后的转变产物。其组织状态为极细的渗碳体和铁素体的机械混合物，但还保持了马氏体的方向性。回火屈氏体的屈强比（бS／бb）高，弹性好。 （3）、回火索氏体：

淬火钢在高温（550～650℃）回火的转变产物。其组织状态为粒状渗碳体和铁素体

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的机械混合物，由于α相已进行了再结晶，因而无马氏体的方向性。回火索氏体具有较高的综合机械性能。淬火加高温回火的操作又称调质。

热处理后的组织及性能之间的关系是：奥氏体化后，随着冷却速度的增大，所得组织的硬度、强度提高而塑性、韧性降低。

淬火回火时，随着回火温度的升高，硬度和强度逐渐降低，而塑性、韧性逐步提高。

45#钢 淬火后600℃回火获得的索氏体（HRC28）

放大6800倍下的回火索氏体

三、实验步骤：

1、 首先按照处理工艺规范进行退火、正火、淬火、回火（高、中、低）处理，每

个人完成其中的一项处理工艺过程。

2、 处理后测定每个试样的硬度值，记入表8—3； 四、实验报告要求：

1、 实验原始数据表（按表8—3的形式）。

2、 比较分析各种热处理工艺条件下的试样组织特征。

3、 分析珠光体型的索氏体、屈氏体与索氏体、回火屈氏体的组织、有什么不同，

它们在什么条件下获得的。

材料名称 表8—3

编号 1 2 3 4 5 6

热处理工艺参数 退火： 正火： 水淬： 水淬后低温回火： 水淬后中温回火： 水淬后高温回火： 组织组成物 浸蚀剂 放大倍数 硬度（HRC）

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