《金属材料综合实验指导书》金属12级.doc

- 金属材料工程专业金属材料综合实验指导书材料科学与工程学院 2015 年8月 1 目录实验一冷却速度对碳钢连续冷却转变组织及其性能的影响第02页实验二淬火碳钢经不同温度回火后的显微组织和性能变化第07页实验三热处理工艺对高速钢组织和性能的影响第13页实验四碱性次磷酸盐化学镀镍第19页实验五酸性次磷酸盐化学镀镍第21页实验六钢铁的化学氧化第24页 2 实验一冷却速度对碳钢连续冷却转变组织及其性能的影响一、实验目的 1. 通过观察和分析碳钢在不同的冷却速度下发生的连续冷却转变, 了解冷却速度对碳钢的显微组织和力学性质的影响规律, 加深对钢的连续冷却转变曲线和淬火临界冷却速度等概念的理解; 2 .熟悉碳钢的基本热处理工艺(退火、正火、淬火等) 的操作要领; 3 .掌握碳钢热处理温度的选定原则,加深对 Fe-Fe 3C 相图的认识和理解; 4 .了解奥氏体连续冷却转变动力学曲线的意义及其在制定热处理工艺时的应用。三、实验原理在实际生产中,零件在热处理时,奥氏体大多是在连续冷却过程中进行转变的。过冷奥氏体以不同冷却速度连续冷却时发生的转变,可用连续冷却转变曲线来表示。图 1 所示为 45钢( % C) 的连续冷却转变曲线,可以代表连续冷却转变曲线的一般型式。图 1 45钢的连续冷却转变动力学曲线从图 l 中可以看到代表不同冷却速度的冷却曲线、铁素体析出线,珠光体转变开始和终了线, 贝氏体转变开始线和马氏体转变开始线。这些线将图形分割成不同的区域,即过冷奥氏体区、铁素体析出区、珠光体转变区,贝氏体转变区和马氏体转变区。在转变完成后,高温区转变产物是珠光体,中温区转变产物是贝氏体,低温区转变产物是马氏体,与等温转变基本相同。所不同的是,等温转变得到的组织产物是均匀的,而连续冷却转变是在一个温度范围内发生的转变过程,因此转变产物是不均匀的。在某些冷却速度条件下, 会得到混合的组织。如 45 钢在一定的冷速下可得到“铁素体+ 细珠光体(即屈氏体) + 贝氏体+ 马氏体”的混合组织。奥氏体冷却转变时全部得到珠光体类型组织的最快的冷却速度叫做上临界冷却速度,冷却速度超过上临界冷却速度就开始有马氏体出现。奥氏体冷却转变时全部得到马氏体组织的最低的冷却速度叫做下临界冷却速度,即一般而言的临界冷却速度。因此,冷却速度低于上临界冷却速度得到不均匀的珠光体类型的组织,高于下临界冷却速度则全部得到马氏体组织。在上、下临界冷却速度之 3 间得到的为混合组织。在连续冷却转变曲线上,一般还标出个中冷却组织的转变量。此外,还给出不同冷却速度下冷却产物的硬度值。碳钢的连续冷却转变曲线因含碳量不同而有所不同。由于碳是阻碍贝氏体转变的元素,因此在大于 %C 的过共析钢中, 没有中温贝氏体转变部分, 只有高温和低温转变。在上下临界冷却速度之间的冷却速度下, 在高温区, 奥氏体先部分转变为珠光体, 然后中止转变, 在中温区不发生转变, 直到 M s 点以下才发生马氏体转变。在共析钢中,可以发生少量的贝氏体转变,但数量较少,因此在有的共析钢的连续冷却转变曲线中常常被忽略而未画出。在低、碳钢中,贝氏体转变则是很明显的。在实际生产中,钢的连续冷却转变有退火、正火和淬火等几种形式。 1. 退火常用的退火工艺有完全退火、球化退火、去应力退火等。完全退火的主要目的是改善组织、细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。一般常用于一些对强度要求不高的亚共析成分的碳钢及合金钢零件的最终热处理,也常作为某些重要零件的预先热处理。经过完全退火以后,亚共析钢的室温组织为“块状铁素体+ 珠光体”;球化退化的目的主要是改善组织、降低硬度、改善切削加工性, 为后面的淬火做准备, 以减少工件淬火时的变形和开裂。主要用于共析成分和过共析成分的碳钢及合金钢, 它能使钢中的层片状珠光体和网状渗碳体发生球化,得到硬度更低韧性更好的粒状珠光体组织。在 T12 钢球化退火后的组织中, 亮白色的圆颗粒为渗碳体, 亮白色的基体为铁素体。画组织示意图时,只需画出圆颗粒渗碳体,其余的基体就是铁素体。 2. 正火正火与退火明显的区别就是冷却速度较快,得到的组织要比退火组织细。其主要目的是细化组织,适当提高硬度和强度,改善切削加工性能。一般用于普通结构件作为最终热处理, 或作为低碳钢的预先热处理,或消除过共析钢中的网状渗碳体。在 45 钢正火组织中, 亮白色的铁素体比退火组织明显减少, 暗黑色的组织为细珠光体或屈氏体。在 T12 钢正火组织中, 二次渗碳体不再是退火态中的网状, 而是不连续的网状或颗粒状,画组织示意图时,先画出不连续网状或颗粒状的渗碳体, 再画出珠光体组织。 3. 淬火淬火的主要目的是获得马氏体组织,提高零件的硬度和耐磨性,是发挥钢铁材料性能潜力的重要手段之一。将 45 钢加热到 760 ℃(即A C1