【正文】 伸結(jié)束，關(guān)閉電源，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)如下表：表31 試樣分組序號(hào)123預(yù)設(shè)變形5%10%15%實(shí)際變形%%%9． 將8個(gè)試件用切割機(jī)分別切割成三段，其中一段l=6063mm，另外兩段l=2023mm。 10. 用砂輪機(jī)對(duì)各個(gè)切割試件端面進(jìn)行打磨，將毛刺去除。11. 對(duì)試件進(jìn)行編號(hào)如下圖34所示，其中9號(hào)試件滲碳后進(jìn)行沖擊韌性實(shí)驗(yàn)；其余試件用于觀察金相組織以及滲碳層深度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。表32 試件編號(hào)序號(hào)12345條件400℃，%400℃，%400℃，%700℃，%700℃，%序號(hào)678910條件700℃，%900℃，%900℃，%900℃，% 實(shí)驗(yàn)原理滲碳過(guò)程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程。1. 分解滲碳介質(zhì)的分解產(chǎn)生活性碳原子(用[C]表示)：2CO—→CO2 +[C]CH4—→2H2 +[C]2. 吸收活性碳原子被鋼件表面吸收后即溶到表層奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加。3. 擴(kuò)散表面含碳量增加便與心部含碳量出現(xiàn)濃度差，表面的碳遂向內(nèi)部擴(kuò)散。碳在鋼中的擴(kuò)散速度主要取決于溫度，同時(shí)與工件中被滲元素內(nèi)外濃度差和鋼中合金元素含量有關(guān)。滲碳的結(jié)果取決于上述三個(gè)基本過(guò)程的關(guān)系。通過(guò)調(diào)整上述三個(gè)過(guò)程的關(guān)系，應(yīng)滿足如下主要的滲碳層質(zhì)量的要求：1. 到達(dá)規(guī)定的滲碳層厚度(滲碳層厚度一般是從零件表層開(kāi)始測(cè)量到珠光體與鐵素體各占50%處)。2. ~%范圍內(nèi)。如含碳濃度過(guò)低(％)，則達(dá)不到所要求的高硬度，高耐磨性。如果含碳濃度過(guò)高(%)，則過(guò)剩碳化物較多，也使?jié)B碳層強(qiáng)度，尤其是疲勞強(qiáng)度下降，特別當(dāng)碳化物以針狀或網(wǎng)狀形式存在時(shí)由于馬氏體被這些脆性組織所割裂，對(duì)滲碳層強(qiáng)度起著特別有害的影響。3. 含碳量沿深度的變化(也稱濃度梯度)要和緩，表層和心部之間的過(guò)渡區(qū)無(wú)明顯分界，以避免在使用過(guò)程中產(chǎn)生滲層剝落現(xiàn)象。4. 過(guò)共析、共析層應(yīng)占整個(gè)滲碳層厚度的60~70％，最低限度應(yīng)不小于50％，這樣，使淬火后得到大致均勻的硬度，也不妨礙對(duì)滲碳層的最后研磨。 實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)備1. 切割機(jī)2. 粗砂紙3. 砂輪機(jī)4. 游標(biāo)卡尺5. 滲碳罐6. 滲碳件（85%木炭+15%BaCO3）7. 箱式電阻爐S*2410型，爐膛尺寸為：300 200 120（mm）8. 滲碳罐9. 耐火泥實(shí)驗(yàn)所用滲碳劑成分為：85%木炭+15%BaCO3，呈顆粒狀，如下圖35所示。性能：硬度高、活性強(qiáng)、滲速快，在滲碳時(shí)不破碎、不塌箱、收縮小，使工件表面得以均勻滲碳。木炭粉碎后精篩，灰粉少、雜質(zhì)少、含碳量高，滲箱內(nèi)氣流暢通，縮短了滲碳周期。存放：滲碳劑應(yīng)貯存在干燥處，未用完的滲碳劑應(yīng)密封防潮。另外滲碳前應(yīng)保持干凈，無(wú)油污、水份和銹斑。 圖35滲碳劑 圖36 砂輪機(jī)圖 37切割機(jī) 圖38 箱式電阻爐S*2410型 實(shí)驗(yàn)步驟零件在滲碳溫度下保溫時(shí)間視滲碳層深度要求而定，表32列出了滲碳深度與滲碳保溫時(shí)間的關(guān)系。表33：滲碳層深度、保溫時(shí)間、滲碳溫度之間的關(guān)系表滲碳層深度（mm）保溫時(shí)間（h）滲碳溫度（℃）880900920940960980本實(shí)驗(yàn)滲碳保溫時(shí)間均為4小時(shí)，%，%，%的試件，在400℃、700℃、900℃三組不同滲碳溫度下滲碳，作為對(duì)比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。由于影響滲碳速度的因素較多如材料的化學(xué)成分，滲碳劑的配比和質(zhì)量，以及爐子類型和滲碳箱的形狀，大小等等，故上列數(shù)據(jù)只能作為制定工藝的參考。1. 試樣分組 第一組 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)試件，滲碳溫度：400℃ 第二組 4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)試件，滲碳溫度：700℃ 第三組 7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)試件，滲碳溫度：900℃2. 裝罐實(shí)驗(yàn)采用的滲碳箱尺寸為：長(zhǎng)200mm，寬80mm，高90mm。裝罐方案如下：1）將第一組包括三個(gè)變形率的試件裝罐，先在滲碳罐底部鋪35mm左右的滲碳劑，然后將三個(gè)試件按變形率4%,8%,14%的順序均勻的放在滲碳罐里。用滲碳劑填滿罐，后普度大約40mm。蓋上盒蓋。第二組，第三組試樣也是如此。2）把耐火泥用清水均勻攪勻，在滲碳罐蓋子四周進(jìn)行封蓋，防止?jié)B碳過(guò)程中氣體的逸出。3）將密封好的三個(gè)滲碳罐放在空氣中風(fēng)干。3. 裝爐、升溫與冷卻 采用零件在低溫入爐升溫的方法。由于固體滲碳時(shí)零件裝于密封的滲碳箱內(nèi)，熱量要通過(guò)箱殼及箱內(nèi)滲碳劑傳遞到零件上，如果控制不當(dāng)，容易造成爐溫與零件實(shí)際溫度或箱內(nèi)表層和中心的溫度差很大，零件滲碳深度不均勻。因此，一般制定工藝時(shí)，以緩慢的加熱速度升至滲碳溫度。零件的滲碳溫度一般為880～980℃。，選用中下限溫度；，選用中上限溫度。本實(shí)驗(yàn)滲碳溫度取940℃。滲碳完畢，先使?jié)B碳件隨箱冷卻至650℃，然后取出滲碳罐置于空氣中冷卻。 出現(xiàn)的問(wèn)題1. 滲碳箱陰干后出現(xiàn)裂縫，甚至耐火泥脫落。分析發(fā)現(xiàn)耐火泥未加鹽（或水玻璃），導(dǎo)致粘性太低，必須向耐火泥中加入35%的鹽，重新密封。2. 有少數(shù)試樣滲碳后表面有一小塊未滲到。這可能是由于滲碳劑顆粒較大，導(dǎo)致滲碳?xì)夥詹痪鶆?，?yīng)在裝箱之前將滲碳劑細(xì)心搗碎。 滲碳件的性能測(cè)試 金相試驗(yàn)1. 試樣1） 將各組試件用砂輪機(jī)打磨，使得端面是一個(gè)平面即可。2） 鑲嵌金相試樣由于試樣較細(xì)，如直接打磨會(huì)破壞表面的滲碳層，因此為保護(hù)滲碳層，須將試樣鑲嵌后，再磨金相。鑲嵌材料不宜過(guò)長(zhǎng)，否則難以控制所需鑲嵌粉的量。取編號(hào)為奇數(shù)的12個(gè)滲碳件，從每個(gè)滲碳件上截取10mm左右長(zhǎng)度的材料作為鑲嵌試樣。2. 器材、設(shè)備鑲嵌粉（熱鑲嵌用黑色膠木粉 圖310）、鑲嵌機(jī)1臺(tái)（圖311）、勺子1個(gè)、量筒1只 圖39 滲碳件 圖310 鑲嵌粉 圖311 鑲嵌機(jī) 3. 鑲嵌步驟、方法1） 打開(kāi)電源，開(kāi)啟鑲嵌機(jī)；2） 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄上旋，取出壓頭，放入試樣；3） 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄下旋至底部，加入約9ml鑲嵌粉(9ml/cm)，壓緊壓頭，封住上端口；4） 轉(zhuǎn)動(dòng)手柄上旋至紅燈亮；5） 鑲嵌機(jī)上黃燈亮為加熱，黃燈滅為保溫。黃燈滅開(kāi)始計(jì)時(shí)，第一次鑲嵌保溫15min,以后均為8min；6） 保溫結(jié)束，取出試樣，鑲嵌完畢。4. 注意的問(wèn)題1） 試樣用于鑲嵌的一端要平穩(wěn)；2） 要注意控制加入鑲嵌粉的量。5. 磨金相對(duì)已鑲嵌的試樣磨金相，以觀察其滲碳層組織并測(cè)量硬度。具體操作步驟為：砂輪機(jī)打磨——砂紙打磨——拋光——清水清洗——酒精清洗——風(fēng)干——4%硝酸酒精腐蝕——清水清洗——酒精清洗——風(fēng)干。下面圖33310分別為經(jīng)3h、4h、5h滲碳后的金相試樣。 圖312 400℃金相試樣 圖313 700℃金相試樣 圖314 900℃金相試樣6. 實(shí)驗(yàn)器材1） 鋼鋸 2） 砂輪機(jī) 3） 鑲嵌機(jī) 4） 鑲嵌粉5） 1～04號(hào)細(xì)砂紙若干6） 拋光粉 7） 拋光機(jī) 8） 無(wú)水乙醇 9） 吹風(fēng)機(jī)10）4%硝酸酒精溶液12.）XJL—02A金相顯微鏡圖315 砂紙圖 316 吹風(fēng)機(jī)圖 317 拋光機(jī)7. 金相圖片將經(jīng)過(guò)4%硝酸酒精腐蝕過(guò)的金相試樣放在100倍的金相顯微鏡下觀察，找到各試樣的滲碳層組織，即從表面向內(nèi)依次為過(guò)共析區(qū)（珠光體+網(wǎng)狀滲碳體）、共析區(qū)（珠光體）、亞共析區(qū)（珠光體+鐵素體，且鐵素體的量由外向內(nèi)不斷增加），直至原始組織，如下圖316～325所示。實(shí)驗(yàn)中所用金相顯微鏡的型號(hào)為YXU60C。 圖318 1號(hào)試件 圖319 2號(hào)試件400℃，%，100x 400℃，%，100x 圖320 3號(hào)試件 圖321 4號(hào)試件400℃，%，100x 700℃，%，100x 圖322 5號(hào)試件 圖323 6號(hào)試件700℃，%，100x 700℃，%，100x 圖324 7號(hào)試件 圖325 8號(hào)試件900℃，%，200x 900℃，%，200x 圖326 9號(hào)試件 圖327 10號(hào)試件940℃，5h，200x 原始試件 沖擊試驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)原理一次沖擊彎曲試驗(yàn)原理如圖328所示。試驗(yàn)在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，將試樣水平放置于試驗(yàn)機(jī)支座上。沖擊時(shí)將具有一定質(zhì)量G的擺錘舉至具有一定高度H1的位置，使其獲得一定位能GH1[10]。釋放擺錘沖斷試樣后擺錘的剩余能量為GH2，則擺錘沖斷試樣失去的位能為GH1GH2，此即為試樣變形和斷裂所吸收的功，稱為沖擊吸收功，以AK表示，單位為J。具體的實(shí)驗(yàn)方法及操作規(guī)范可參考GB 22984和GB210680。 圖328 沖擊實(shí)驗(yàn)原理 圖329 沖擊試驗(yàn)機(jī)2. 沖擊后試樣 圖330 試樣3 圖331 試樣6 圖332 試樣93. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表34 滲碳件沖擊韌性（ak）和吸收功（Ak）數(shù)據(jù) 序號(hào)369長(zhǎng)度mm545454沖擊韌性KJ吸收功KJ 滲碳層深度實(shí)驗(yàn) 鑲嵌樣品拍過(guò)金相組織后，在顯微鏡下用100倍帶有刻度目鏡測(cè)量試件滲碳層的深度，從試件邊緣到到鐵素體和珠光體各占50%時(shí)即為滲碳層厚度，讀出示數(shù)。數(shù)據(jù)如下表35所示：表35 滲碳層深度試樣號(hào)123456789滲碳層深度（mm） 試件硬度的測(cè)定在機(jī)械制造業(yè)中，主要采用壓入法測(cè)定材料的硬度，而壓入法測(cè)定材料的硬度又分布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等三種測(cè)定方法。不論用那種方法測(cè)得的硬度值，均表征材料表面抵抗外物壓入時(shí)引起塑性變形的能力。但是布氏、洛氏及維氏三種硬度試驗(yàn)法由于測(cè)定載荷較大，只能測(cè)得材料組織的平均硬度值[11]，而不能測(cè)定極小范圍內(nèi)的物質(zhì)，由于滲碳層深度較小，所以上述三種硬度方法均不適用。而顯微硬度便于測(cè)定微小區(qū)域內(nèi)的硬度值，所以試樣硬度的測(cè)定選用顯微維氏硬度。顯微硬度計(jì)主要用于測(cè)量微小、薄型試件、脆硬件的測(cè)試，通過(guò)選用各種附件或者升級(jí)各種結(jié)構(gòu)可廣泛的用于各種金屬（黑色金屬、有色金屬、鑄件、合金材料等）、金屬組織、金屬表面加工層、電鍍層、硬化層（氧化、各種滲層、涂鍍層）、熱處理試件、碳化試件、淬火試件 、相夾雜點(diǎn)的微小部分，玻璃、瑪瑙、人造寶石、陶瓷等脆硬非金屬材料的測(cè)試，在細(xì)微部分進(jìn)行精密定位的多點(diǎn)測(cè)量，壓痕的深層測(cè)試與分析，滲鍍層測(cè)試與分析，硬度梯度的測(cè)試，金相組織結(jié)構(gòu)的觀察與研究，涂鍍層厚度的測(cè)量與分析等。由于維氏硬度機(jī)器已壞，故不能做此實(shí)驗(yàn)。第4章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 滲碳層深度數(shù)據(jù)分析 拉伸變形率與滲碳層深度的關(guān)系表41 拉伸變形率與滲碳層深度數(shù)據(jù)試樣分組第一組試件第二組試件第三組試件試件編號(hào)123456789拉伸變形率%%%%%%%%%拉伸變形率400℃700℃900℃滲碳層深度（mm)將上表中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到origin軟件中，得到圖41。.圖41 滲碳層深度拉伸變形率關(guān)系曲線根據(jù)圖41三組不同保溫時(shí)間的試件在不同拉伸變形率下，各試件滲碳層深度的變化可以看出：1） 第一組試件，滲碳溫度為400℃，%時(shí)，；%時(shí)，；%時(shí)。滲碳層深度隨著拉伸變形率的增加而增長(zhǎng)，但后半增長(zhǎng)的速度減慢；2） 第二組試件，滲碳溫度為700℃，%時(shí)，；%時(shí)，；%時(shí)。滲碳層深度隨著拉伸變形率的增加而增長(zhǎng)，且后半增長(zhǎng)的速度明顯加快；3） 第三組試件，滲碳溫度為900℃，%時(shí)，；%時(shí)，；%時(shí)。滲碳層深度隨著拉伸變形率的增加而增長(zhǎng)，%后增長(zhǎng)不是很明顯；4） 第三組試件的滲碳層深度比一二組大，第二組試件的滲碳層深度大于第一組。因此，可以推出試件形變率越大，滲碳層深度越大。形變促進(jìn)滲碳時(shí)碳原子的擴(kuò)散是因?yàn)槔熳冃问沟锰间搩?nèi)部晶粒組織發(fā)生了為錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)滑移、孿生等現(xiàn)象，但是由于碳原子較大，很難擴(kuò)散到晶體間隙中，因此變形對(duì)神滲碳速率影響不是特別