1、專業(yè)綜合實踐報告學(xué) 院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè)：金屬材料科學(xué)與工程學(xué) 號： 2012141423018姓 名： 汪逸飛指導(dǎo)老師：黃維剛馮慶芬朱達(dá)川實驗時間：2016 .1班 級：金材2班組 員：朱亮周思吟黃青青成萍趙大煒汪逸飛王寶岳潘興二0一六年一月一.刖百經(jīng)過大三一學(xué)年的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，使我們對專業(yè)知識有了更進一步的的認(rèn) 識。本學(xué)期通過綜合實驗的訓(xùn)練，使得我們對專業(yè)有了進一步感觀上的認(rèn)識， 從 實驗工藝的制定到實驗的實施再到最后數(shù)據(jù)結(jié)果的整理與分析，培養(yǎng)了我們積極動手的能力。本次實驗主要包括40Cr, W18Cr4V Q235實驗熱處理工藝的制定，拉伸試驗與 沖擊實驗，力學(xué)性能的測定，以及

2、端淬實驗。二.熱處理工藝（一） 40Cr簡介40Cr 鋼是淬透性良好的合金調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。其中C%=%， %Cr%=%，%Ac1 為 743，Ar1 為 693 C , Ac3 為 782 C , Ar3 為 730 C , Ms為 355 C , Acm=780C。正火溫度 850870C,硬度179229HBs對40Cr鋼的熱處理有四種：、正火、淬火 +低溫 回火、淬火+中溫回火、淬火+高溫回火。熱處理工藝正火 加熱至 900 10，保溫20分鐘，空冷。不同溫度回火 淬火低溫回火：加熱至淬火中溫回火：加熱至淬火高溫回火：加熱至淬

3、火 加熱至 850 10，保溫不同溫度回火 淬火低溫回火：加熱至淬火中溫回火：加熱至淬火高溫回火：加熱至200 10 保溫1小時，空冷。450 10 保溫1小時，空冷。600 10 保溫1小時，水冷。W18Cr4V簡介W18Cr4V 即常見的鎢系高速鋼， 屬于萊氏體鋼， 是高速鋼應(yīng)用最長久的一種。和其它高速鋼一樣，常被稱為“白鋼”、 “鋒鋼”或“風(fēng)鋼” （空冷即可淬火）。其化學(xué)成分為：含碳量%，含鎢量19%，含鉻量%，含釩量%，含硅量小于%，含錳量小于%，含鉬量小于%?？梢姾辖鸷扛?，淬透性好，過冷奧氏體穩(wěn)定性好，熱處理工藝復(fù)雜。熱處理工藝先預(yù)熱，預(yù)熱溫度850C,保溫時間系數(shù)10min；淬火

4、溫度1250C,保溫時 間系數(shù)為8min,然后油冷。測定其洛氏硬度，若 HRO63,表示淬火合格，否 則需重新淬火， 合格則觀察所得樣品的金相組織， 并采集金相照片。 然后進行下 一步回火工藝， 將 8 個試樣分成8 組， 分別于 100 、200、 300、 、 400、500、550、 600、700 8 個溫度下進行回火，保溫60 分鐘，接著空冷至室溫。最后再測定其硬度（其中對每一個試樣采集3 個樣本點）。（三）Q2351.簡介Q235為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的235,就是指 這種材質(zhì)的屈服值，在235Mpa&右。并會隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值 減小。Q23

5、5A, Q235B Q235C Q235D這是等級的區(qū)分，所代表的，主要是沖 擊的溫度有所不同而已。Q235是碳素結(jié)構(gòu)鋼，一般稱普碳鋼，一般是不熱處理的，Q235截面不大時， 可以進行淬火+低溫回火處理?？梢杂糜谥谱髦睆讲惶蟮募壜菟ǖ?。 另外進行 滲碳淬火等表面處理也是可以的。2,熱處理工藝正火：加熱到90010,保溫時間20min,空冷。淬火：加熱至85010,保溫20 min,油冷。低溫回火：加熱至200,保溫1小時，空冷。（四）端淬熱處理工藝850 C加熱保溫40min然后水冷。水冷方式：將試樣的一端用水進行水冷。 然后再用硬度機每間隔測定其硬度。三.力學(xué)性能的測定及分析（一）硬度實驗

6、不同熱處理后通過實驗數(shù)據(jù)整理可得不同熱處理狀態(tài)卜40Cr的硬度熱處理工藝硬度/HRC平均值/HRC試樣1試樣2試樣3正火16141214淬火+低回47434846淬火+中回37363837淬火+局回22222122數(shù)據(jù)分析：(1)正火比回火的硬度要低，因為存在馬氏體相變強化。(2 )此數(shù)據(jù)并未區(qū)別“ U型和V型缺口，因為局部缺口并不影響材料的硬(3)而在淬火中，淬火加低溫回火得到的組織是回火馬氏體， 硬度高塑韌性低； 淬火加中溫回火得到的組織是回火托氏體和回火索氏體， 硬度和塑韌性適中；淬 火加高溫回火得到的組織是回火索氏體，硬度低塑韌性好，故得到以上曲線。40Cr不同溫度下回火后硬度40Cr

7、不同溫度回火后硬度變化溫度/ C100200300400500600700硬度/HRC78554135272422數(shù)據(jù)分析：40Cr隨著所采用的熱處理回火溫度的升高，其硬度越來越低。是因 為隨著溫度的升高，回火組織產(chǎn)生回火馬氏體一回火索氏體+回火托氏體一回火索氏體的轉(zhuǎn)變。而索氏體硬度很低，馬氏體硬度較高，故隨著 40cr回火溫度的 升高，回火后組織的硬度越來越低。W18Cr4 Vb同溫度回火后硬度變化溫度/ C100200300400500550600700硬度/HRC6665616164656346數(shù)據(jù)分析：(1)隨著回火溫度升高，硬度普遍降低，但硬度總體維持在很高的 水平，原因是高速鋼合金

8、度高，鋼中碳主要與銘、鴇、鑰和銳(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及紅硬性。過冷奧氏體穩(wěn)定性好，以及 二次硬化等等導(dǎo)致。300c回火與400c回火數(shù)據(jù)變化不明顯。出現(xiàn)的原因如下：、回火熱處 理工藝不當(dāng)，溫度未嚴(yán)格控制，導(dǎo)致溫度偏高；、未將表面氧化皮打掉，所以 出現(xiàn)反常；、隨機誤差。550c -570 C出現(xiàn)二次硬化。一是合金馬氏體在高溫回火時合金碳化物的脫 溶，引起馬氏體回火二次硬化；二是殘留奧氏體的二次淬火，消除大量的殘余奧 氏體，即回火后冷卻時轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。鋼的二次硬化能力實際上僅取決于合金馬 氏體二次硬化的過程：析出物的本質(zhì)和數(shù)量，而與殘留奧氏體二次淬火無關(guān)。（二）拉伸

9、試驗本試驗在室溫下（18C滿足10c ?35c的要求）分別進行退火、正火和 淬火三種不同熱處理狀態(tài)下的低碳鋼試樣的拉伸試驗，結(jié)合拉伸曲線，觀察拉伸過程中彈性變形、塑性變形等各階段的實驗現(xiàn)象。 通過比較，分析不同熱處理狀 態(tài)下的試樣呈現(xiàn)不同強度與塑性性能的原因。 熱處理后的試樣在拉伸試驗機上進 行拉伸試驗，試驗機以規(guī)定的速率均勻地拉伸試樣， 試驗機可自動繪制出拉伸曲 線圖。載荷不增加而仍繼續(xù)發(fā)生明顯塑性變形的現(xiàn)象叫做屈服。產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力，稱屈服點或稱物理屈服強度，用S表示。在試樣拉伸到屈服點時，測力指 針有明顯的抖動，可分出上、下屈服點ReH與Rel,試樣斷裂時測得拉伸強度 Rm 材料的6和也

10、可將試驗斷裂后的試樣拼合，測量其伸長和斷面縮小而計算出來。取原試樣標(biāo)距是直徑的10倍：（6:斷后伸長率；巾：斷面收縮率）： 6 = （L1-L0） /L0 ,式中L1為試樣拉斷后測得的標(biāo)距長，L0為試樣原來的標(biāo)距。 巾=（Ao A1） /Ao ,式中Ao試樣原始橫截面積，A1為縮頸處最小面積（A=tt D2/4）。1 .40Cr1.16、巾的測定mmi40Cr 正火( 900C)試樣原長L0/cm斷后長L1/cm66平 均Ao/mrn-，2A1/mm巾山平 均11021078,5431040Cr中溫回火（400C）試樣原長/cm斷后長度/cm66平 均Ao/mrn-，2A1/mm巾山平 均11

11、021031040Cr高溫回火（600C）試樣原長/cm斷后長度/cm66平 均Ao/mrn-，2A1/mm巾山平 均110210310結(jié)論：斷面收縮率里和伸長率6是金屬塑形的指標(biāo)， 因而可以表征金屬塑性的大小。甲和6越大，則金屬塑形越好。正因如此，從上表可得出以下結(jié)論：40cr經(jīng)回火后塑性提高，且回火溫度越高，塑性越好。40cr正火后的塑性比低溫回火好。原因是正火得到是珠光體組織，而低溫 回火的得到的是回火馬氏體。珠光體是片層狀的，主要是有鐵素體（面新結(jié)構(gòu)） 和滲碳體相見排布，而馬氏體的體心立方，自然珠光體的塑性比馬氏體好， 從而 出現(xiàn)了上表的現(xiàn)象。以及Rm的測定40Cr 正火( 900C)

12、試樣RmReHRel1653444：4294332645434429425364942942643540Cr中溫回火（400C）試樣RmReHRel1146011401140214608558353141098598040Cr高溫回火（600C）試樣RmReHRel175052552027755555553745515510數(shù)據(jù)分析：對比40cr600 c高溫回火的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和40cr900 c正火的應(yīng)力- 應(yīng)變曲線，可發(fā)現(xiàn)900c正火的應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀與600c高溫回火的應(yīng)力-應(yīng) 變曲線大致相同，但600c高溫回火的40cr組織的抗拉強度比900c正火的40cr 組織大，且強化階段與局

13、部塑形變形階段的抗拉強度都比900c正火的40cr組織大。說明40cr材料600c高溫回火得到的組織比900c正火得到的組織塑韌性 好。2 .Q235Q235低溫回火(200 C)試樣原長L0/cm斷后長L1/cm66平 均A ， 2Ao/mmA1/mrn巾山平 均110210310Q235正火( 900C)試樣原長L0/cm斷后長L1/cm66平 均Ao/mrn-，2A1/mm巾山平 均110210310結(jié)論：斷面收縮率里和伸長率6是金屬塑形的指標(biāo)， 因而可以表征金屬塑性的大小。甲和6越大，則金屬塑形越好。正因如此，從上表可得出以下結(jié)論：Q235鋼正火塑性跟低溫回火相似。原因是 Q235的含

14、碳量在之間屬于低碳鋼，而 低碳鋼具有良好的塑性，只存在加工應(yīng)力影響塑性，加工應(yīng)力低溫回火即可消除, 故正火和低溫回火的塑性差別不大。以及Rm的測定Q235正火( 900C)試樣RmReHRel139027227127823902852762843390279274278Q235低溫回火（200 C）試樣RmReHRel141826025726454202642612698419252249252數(shù)據(jù)分析：對比Q235 900c正火應(yīng)力-應(yīng)變曲線和Q235 200c低溫回火應(yīng)力-應(yīng) 變曲線可發(fā)現(xiàn) Q235 900c正火應(yīng)力-應(yīng)變曲線在各個階段抗拉強度都比Q235200c低溫回火應(yīng)力-應(yīng)變曲線大，

15、且Q235 200c低溫回火應(yīng)力-應(yīng)變曲線的屈服 階段不明顯。說明Q235 900c正火得到的組織塑韌性較好。（三）拉伸斷口分析40Cr 200C回火40Cr 200C回火40Cr 400C回火40Cr 900 正火40Cr淬火+高溫回火分析：正火冷卻速度較快，但低于臨界冷卻速度，所以還是析出先共析鐵素體和 珠光體，但是冷卻速度相對退火快，所以生成的珠光體團比退火小，珠光體層片 狀間距也比退火小。珠光體的力學(xué)性能和層片間距很大關(guān)系， 片間距小，強度高， 所以相對于退火態(tài)試樣，正火試樣的屈服強度和抗拉強度值都顯得有提升，由于 組織為珠光體和鐵素體，塑形仍然較好。40Cr鋼高溫回火溫度已經(jīng)足夠高，

16、到達(dá)再結(jié)晶溫度，a相鐵素體在結(jié)晶，由以前馬氏體板條形狀再結(jié)晶為等軸狀， 彌散細(xì)小的滲碳體才是聚集長大，金相 組織為回火索氏體。這種熱處理方式又稱調(diào)制處理，得到材料綜合力學(xué)性能好， 強度值和塑性配合較好，強度值相比中溫回火繼續(xù)下降，但是塑性值上升。Q235 200端口對接Q235 200斷口形貌Q235 900端口對接Q235 900斷口形貌分析：上圖兩個Q235端口對接圖片的端口都有明顯的頸縮現(xiàn)象，是由于 Q235 是低碳鋼，低碳鋼是典型的塑性材料，拉伸時會發(fā)生屈服，會產(chǎn)生很大的塑性變 形，斷裂前有明顯的頸縮現(xiàn)象，拉斷后斷口呈凸凹狀。而 Q235 200c的斷面與 正應(yīng)力垂直，斷口呈亮灰色，斷

17、面平齊，無剪切唇，具有明顯的脆性斷裂特征。而Q235 900c斷面不平，斷口灰暗，斷口中間有明顯的塑性斷裂特征。（四）沖擊實驗通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，得到下表：40Cr沖擊韌性ak實驗熱處 理工 藝吸收能JU平均V平均正火808480811612812淬火+ 低回81016117666淬火+ 中回10168116555淬火+ 高回12212111812082918486數(shù)據(jù)分析：通過對比上圖和上表中 U型缺口和V型缺口數(shù)據(jù)可知：U型缺口的吸收能普遍高于 V型缺口的吸收能。這是由于 V型缺口的缺口 底部形狀尖，造成工件上的應(yīng)力集中，因此V型缺口的吸收能較U型缺口的吸收 能低。40Cr經(jīng)過淬火+#溫

18、回火和淬火+中溫回火后的吸收能較低，可以說明經(jīng)過 淬火和中低溫回火后，工件較其它熱處理工藝后更脆。40Cr經(jīng)過淬火+高溫回火后的吸收能高于退火和正火的吸收能。四.光學(xué)金相分析金相腐蝕原理：對于純金屬，腐蝕很小，但在純金屬中有第二相時，由于電位 差，便會在第二相與金屬的接觸面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕出一個坑。在光鏡下， 沒有被腐蝕的，光被完全反射回來，顯示為白色，被腐蝕的地方，光就被散射開 了，亮度就很小。在視野里就形成襯度。也就是有了黑白。比如珠光體，是鐵素 體滲碳體片狀交互形成，所以其相界面都會被腐蝕，在光鏡下基本就成黑色(片 很細(xì))，片較粗是則看得到黑白相問。40Cr 900 C正火40Cr

19、200C低溫回火40Cr 400 C中溫回火40Cr 600C高溫回火分析：正火是加熱、保溫后在空氣中冷卻，其冷卻速度比爐冷快，珠光體轉(zhuǎn)變溫 度低，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多(偽共析)，珠光體片間距較小。 因此正火后獲得的珠光體比退火后的珠光體細(xì)，。正火后組織應(yīng)為鐵素體加珠光 體以及可能出現(xiàn)的魏氏組織。對比 3張圖，分別是低溫、中溫、高溫回火，放大 相同的倍數(shù)，可以很直觀的看出粒狀碳化物越來越多。40Cr鋼低溫回火：與淬火相似，金相組織很類似，為回火馬氏體，只是在回 火時過飽和的a相固溶體碳原子析出了一些。40Cr鋼中溫回火：由于回火溫度較高，所以有足夠動力使馬氏體中c原子能夠從過

20、飽和固溶體中析出，生成滲碳體，可以在金相圖中觀察到明顯回火托氏體， 為保持馬氏體外形的鐵素體和彌散分布的極其細(xì)小的滲碳體顆粒組成的復(fù)相組 織。40Cr鋼高溫回火：回火溫度已經(jīng)足夠高，到達(dá)再結(jié)晶溫度，a相鐵素體在結(jié)晶，由以前馬氏體板條形狀再結(jié)晶為等軸狀，彌散細(xì)小的滲碳體才是聚集長大， 金相組織為回火索氏體。Q235 200 回火Q235 900正火W18Cr4V 100 回火W18Cr4V 200 回火W18Cr4V 晶，由以前馬氏體板條形狀再結(jié)晶為等軸狀，彌散細(xì)小的滲碳體才是聚集長大， 金相組織為回火索氏體。Q235 200 回火Q235 900正火W18Cr4V 100 回火W18Cr4V 200 回火W18Cr4V 300回火W18Cr4V 400c回火W18Cr4V 500 回火W18Cr4V 550 回火W18Cr4V 600 回火W18Cr4V 700 回火分析：W18Cr4Vg 250c回火后組織如圖所示，由理論知識可知這是回火馬 氏體+合金K”量Ar。高碳鋼淬火后得到的隱針馬氏體在光學(xué)金相顯微鏡上是看 不出來的， 要到透射電鏡上觀察。 圖中白亮部分為彌散碳化物， 因為碳化物結(jié)構(gòu) 單一，組織均勻，不易被腐蝕，故對光反射成白色。圖中還有回火馬氏體（馬氏 體內(nèi)有大量孿晶，易被腐蝕從而因散射成黑色，為暗黑色基體）。高速鋼的中溫 回火得到的還是回火馬氏體 （因