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《工程材料》 综合实验
主讲:王良辉 崔国栋
工程材料 综合实验 第 2 页
工艺 组织 性能
核心问题
实验目的 热处理工艺与金相组织、性能之间的对应关系
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实验内容
1. 热处理工艺2. 金相组织分析3. 硬度测试
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综合实验路径图
了解热处理设备及控制方式X5408
试样淬火工艺实验X5408
测 试 试 样淬 火 后 的硬度值X5406
回火保温时观察金相组织
金相组织观察5411
测试试样回火后的硬度值5408
试 样 回火X5408
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一、热处理工艺实验(一)注意事项1 、严禁在实验室内打闹、大声喧哗;2 、不得擅自操作各种仪器及仪表,否则后果
自负;3 、认真做好实验过程记录(数据无重复性),
熟悉热处理工艺操作流程;4 、热处理工艺操作时,注意观察实验过程,
分析异常现象产生的原因;
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(二)实验目的 1 、了解热处理设备及温度控制方式;2 、了解热处理工艺过程及冷却介质;3 、自已进行热处理工艺操作;4 、分析热处理后达不到技求要求时,金相组
织及性能是什么,正常情况又是什么
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(三)试样及热处理技术要求
1 、试样要求: 45 钢 ( 2 块)
60Si2Mn ( 1 块)
10×10×25mm Ф16mm
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2 、热处理技术要求:
材料 技术要求
45 钢 HB250-300
45 钢 HRC55-60
60Si2Mn HRC42-48
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热处理工艺曲线
(四)热处理工艺参数选择
升温
加 热 温 度 及保温时间 冷却
℃
时间
热处理工艺曲线: 三个主要工艺参数——加热温度、保温时间、冷却方式
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1 、热处理温度选择
根据相图
选择加热温度
材料 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms
45 钢 724 ℃
790 ℃ 682 ℃ 751 ℃ 320 ℃
60Si2Mn
755 ℃
810 ℃ 700 ℃ 770 ℃ 305 ℃
材料 淬火加热温度 回火加热温度45 钢 820-840 ℃ 根据技术要求决定60Si2Mn
840-860 ℃ 根据技术要求决定
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2 、热处理保温时间选择
根据加热计算的经验公式:
T—— 为加热时间( min 或 s )ɑ—— 加热系数( min/mm 或 s/mm )空气电阻
炉碳钢取 0.9—1.1 ,合金钢取 1.3—1.6K—— 装炉条件修正系数,通常取 1—1.5D—— 工件有效厚度( mm )
DKT
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3 、热处理工艺冷却方式选择
60Si2Mn45钢
γγAC3
MS
温度( )
时间(t)
水冷油冷
空冷
空冷
油冷水冷
时间(t)
温度( )
MS
AC3
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因此热处理工艺为:
材料 技术要求
淬火工艺 回火工艺
45 钢 HB250-300
840 ×30mi℃n 水冷
高温回火600 ×30min ℃ 空冷+ 水冷
45 钢 HRC55-60
840 ×30mi℃n 水冷
低温回火150 ×30min ℃ 空冷+ 水冷
60Si2Mn
HRC42-48
840 ×30mi℃n 油冷
中温回火460 ×30min ℃ 空冷+ 水冷
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热处理各工序过程中硬度值:
材料 技术要求 淬火工艺后硬度 回火工艺后硬度
45 钢 HB250-300 HRC57-61 HB250-300
45 钢 HRC55-60 HRC57-61 HRC55-60
60Si2Mn
HRC42-48 HRC58-62 HRC42-48
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以上热处理工艺的应用举例(自行车):
45 钢淬火 + 低温回火工艺:用于各种轴类,如自行车中轴(脚踏);
45 钢淬火 + 高温回火工艺:用于各种机械结构件,如自行车中轴锁紧螺母;
60Si2Mn 淬火 + 中温回火工艺:用于各种弹簧,如自行车座下面的三根弹簧。
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70 年代热处理控制系统
(五)所用热处理设备
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西南交通大学自制热处理控制系统
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井式热处理炉
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箱式热处理炉
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(六)热处理操作过程
工艺结束后:
试样出炉 → 试样搅拌冷却 → 去掉试样表面氧化皮 → 测试试样淬火、回火后硬度
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试样出炉
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试样搅拌冷却
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试样冷却后打磨氧化脱碳层
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(七)分析与讨论:
1、分析该试样热处理是否满足技术要求?
2 、若不满足技术要求请分析热处理操作过程是否正确?请说明理由?
3 、若不满足技术要求请分析实验所用材料是否正确?请说明理由?
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二、金相组织分析实验(一)注意事项:1. 禁止私自乱动仪器。2. 仪器设备操作需在老师讲授后按照正确的方法进行。(二)实验目的:1 . 认识典型材料不同工艺处理后 的金相组织。2 . 分析所给材料的金相组织形貌。
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显微镜的构造显微镜目镜
双筒显微镜目镜组
金相显微镜偏光镜片
显微镜物镜转换架
金相、生物的物镜
试样载物台及压板
光源强度调节旋钮
CCD 图像采集器
起偏镜
金相显微镜光源
金相显微镜滤光片
金相、生物光源切换按钮
试样横向、纵向移动杆
显微镜粗、细调焦手轮
显微镜电源
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(三)实验内容:
1. 钢的平衡组织 /非平衡组织(热处理组织)分析
2.铸铁组织分析3.其它合金组织分析
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45 钢 退火
F
P
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共析钢( T8 ) P 状态:退火
片状 P
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过共析钢( T12 )状态:退火
网状二次渗碳体
P
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T10 钢 球化退火
粒状 C’
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20 钢 淬火 + 低温回火
板条状回火 M
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T12 钢 淬火 + 低温回火
针状回火马氏体
A′
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45 钢 淬火 + 低温回火
回火马氏体 +残余奥氏体
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45 钢 油淬火
网状淬火屈氏体
M+A′
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45 钢 调质 回火索氏体
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GCr15 淬火 + 低温回火
回火马氏体+残余奥氏体
粒状碳化物(白色颗粒)
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渗碳 + 淬火表面组织
针状马氏体
残余奥氏体
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60S i2Mn 中温回火 T′
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P基灰口铸铁P +片状石墨
片状 G
P
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灰口铸铁 F +P基体
F
P
片状 G
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灰口铸铁 F基
F
片状 G
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灰口铸铁 等温淬火
下贝氏体
片状 G
三元磷共晶
上贝氏体
工程材料 综合实验 第 45 页可锻铸铁
P
F
团絮状石墨
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可锻铸铁
团絮状石墨
F
工程材料 综合实验 第 47 页 高速钢 淬火 + 三次回火
碳化物
回火马氏体+少量
残余奥氏体
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魏氏组织
粗大 P
针状、网状 F
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A3 钢 轧制 带状组织
P
F
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Al-Si 合金 变质处理
初生 α
α+β
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锡基轴承合金
初生 Sn
α+β
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分析思考:1 .总结碳钢随碳含量的增加其平衡组织
的变化规律.
2 . 碳钢的平衡组织中,渗碳体存在的方式和组织形态有几种,分析其对材料性能有什么影响.
3 . 材料的热处理工艺,组织和性能的关系如何.