《机械工程材料》实验指导书

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1、....《机械工程材料》实验指导书主编：孙维连班级：姓名：学号：........实验一铁碳合金平衡组织分析一、实验目的1)观察和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织。2)分析和研究碳的质量分数，在相形成过程中的影响，研究组织组成物的本质和特征。3)学会使用金相显微镜。二、概述碳素钢和铸铁材料，其显微组织与性能有密切的关系。“1．碳素钢和白口铸铁的平衡组织所谓平衡组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。在铁碳合金中，平衡组织是指碳素钢和白口铸铁的显微组织。这些组织在室温时，均由铁素体和渗碳体两相组成。由于碳的质量分数不同，造成铁素体和渗碳体这两个基本

2、相的相对数量，析出条件以及分布情况均不同，呈现各种不同的组织形态。铁碳合金在室温下的显微组织，见表1—1。表1-1铁碳合金在室温下的显微组织材料wc(％)显微组织工业纯铁<0.0218F(见图5-6b)亚共析钢O．0218～0.77F+P(见图5-8b)碳钢共析钢O.77P(见图5-7b)过共析钢O．77～2.11P+Fe3CI(见图5-9b)亚共晶白口铸铁2.11～4.3P+Fe3CII＋L／d(见图5-11b)白口铸铁共晶白口铸铁4.3L／d(见图5-10b)过共晶自口铸铁4.3～6.69Fe3Cl+L／d((见图5-12b)2．各种相组成物和组织组

3、成物特征．(1)铁素体(F)是碳固溶于a—Fe中的固溶体。铁素体是体心立方晶格，有磁性，塑性好，硬度低。工业纯铁经过金相试样制备后，在金相显微镜下观察，可见多边形等轴晶粒(教材图5—6b)。随着钢中碳的质量分数增加，铁素体减少，增加了新的组织(即珠光体P)，铁素体呈块状分布(见教材图5—8b)40钢显微组织。当碳的质量分数接近共析成分时，铁素体呈断续的网状分布在珠光体周围。(2)渗碳体(Fe3C)是碳与铁形成的化合物，其碳的质量分数为6.69％，质硬而脆，耐腐蚀。用4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，见教材图5—9b。渗碳体有多种形态：一次渗碳体F

4、e3CI。是直接从液相中析出来的，呈宽直白条状；二次渗碳体Fe3CII。是由奥氏体(A)中析出的，常呈网状分布在珠光体的边界上。此外，还有球粒状，小........条块等形态。渗碳体的硬度高，是硬而脆的相，强度和塑性差。(3)珠光体(P)是铁素体和渗碳体的机械混合物，即铁素体片与渗碳体片相互交替排列形成片层状组织。以不同的放大倍数显微镜进行金相观察，结果如下：在400倍时，为宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体，类似人的指纹纹路。见图1—1400×下的珠光体。在高放大倍数时，为平行相间的宽条铁素体和窄条渗碳体均为白色，边界为黑色，见图1-22000×下的珠光体

5、。图1—1400×下的珠光体图1—22000×下的珠光体(4)莱氏体(L／d)在室温时是珠光体和渗碳体的机械混合物。渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体。两者相连无界线，无法分辨开。金相显微镜观察，莱氏体的组织特征是在亮白色的渗碳体的基体上分布着许多黑色点状或条状的珠光体(见教材图5—10b，共晶白口铸铁的显微组织)。莱氏体硬度高，性脆。一般存在于碳的质量分数大于2.11％的白口铸铁中，高合金钢的铸造绢织中也出现。在亚共晶白口铸铁中，莱氏体基体上分布着黑色树枝状和豆粒状的珠光体。其周围常有一圈白亮的二次渗碳体，但与L／d中的渗碳体混为一体，分辨不清，见教材

6、图5—11b。在过共晶白口铸铁中，莱氏体基体上，分布着宽直白条的一次渗碳体，见图5—12b。三、实验内容及报告1)学会金相显微镜的使用。通过金相显微镜，观察平衡组织试样，研究组织特征。2)在直径36mm圆内绘制观察到的金相组织图，需用细实线标明组织构成物，注明浸蚀剂，试样材料，放大倍数，见表1—2。表1-2铁碳合金平衡组织试样编号材料热处理浸蚀剂1工业纯铁4％硝酸酒精溶液245退火3T84T125亚共晶白口铸铁铸态6共晶白口铸铁7过共晶白口铸铁........四、注意事项1)金相显微镜是精密光学仪器，操作要认真。2)绘图使用铅笔。不要将试样中杂质及划痕画

7、出。3)不要触摸试样表面，如有模糊不清试样，请老师重新更换。实验二碳素钢的热处理一、实验目的1)了解碳素钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)的工艺方法和主要设备。2)研究碳的质量分数，加热温度，冷却速度，回火温度对钢性能的影响。3)熟悉硬度计的使用。二、热处理工艺碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。1．加热温度(1)退火亚共析钢加热至Ac3+(30℃～50℃)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Acl+(100C～200C)(球化退火)，得到粒状渗碳体，硬度降低，以利切削加

8、工。(2)正火亚共析钢加热至Ac3+(30℃～50℃)；过共析钢加热至Accm+