材料加工原理綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)-資料下載頁(yè)
2024-08-12 05:43本頁(yè)面
【正文】 體；(7) T12鋼：780℃水淬，粒狀碳化物+隱晶馬氏體；(8) T12鋼：1020℃水淬，粗大片狀馬氏體；(9) 65Mn：930℃加熱后在450℃等溫30秒再水冷，上貝氏體+馬氏體；(10) 65Mn：930℃加熱后在320℃等溫8分后，下貝氏體+馬氏體；(11) 40鋼：840℃水淬+150℃回火，回火馬氏體；(12) 40鋼：840℃水淬+400℃回火，回火屈氏體；(13) 40鋼：840℃水淬+600℃回火，回火索氏體；(14) 921鋼：1020℃空冷，粒狀貝氏體。四、 實(shí)驗(yàn)儀器及材料：金相顯微鏡。上述全套金相樣品及金相組織照片。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果，包括描繪指定的顯微組織（用鉛筆畫(huà)在φ35mm白紙上，再剪切在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上）； 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論與個(gè)人體會(huì)。六、 思考討論題： 珠光體、貝氏體和馬氏體類(lèi)型的組織其形貌上有何差別？為什么有這些差別？ 不同奧氏體化溫度和冷速對(duì)鋼的淬火組織有些什么影響？為什么會(huì)有影響？ 奧氏體中的含碳量對(duì)馬氏體的形態(tài)有何影響？ 幾種回火組織之間有些什么差別？ 實(shí)驗(yàn)九 鋼的淬透性測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握端淬實(shí)驗(yàn)方法，具體測(cè)定45鋼及40Cr鋼的端淬曲線并加以比較，對(duì)淬透性的概念加深理解，及從實(shí)驗(yàn)所得的端淬曲線求出兩種鋼的臨界淬火直徑。2．分析淬火溫度對(duì)T10鋼淬硬層深度的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理：淬透性是鋼重要工藝性能之一，是評(píng)價(jià)鋼的重要指標(biāo)。因?yàn)榇阃感缘拇笮≈苯佑绊懙綑C(jī)械性能，特別是對(duì)于一些要求綜合性能較高的機(jī)械零件，總是希望采用淬透性好的材料來(lái)制造。所以了解和掌握淬透性的測(cè)定方法是具有實(shí)際意義的。三、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟： 端淬法：（每組4人測(cè)定兩種鋼種45鋼和40Cr或T10鋼及GCr15鋼）(1) 把試樣放入預(yù)先加熱到規(guī)定溫度（亞共析鋼，Ac3＋30～50℃，過(guò)共析鋼Ac1＋30～50℃）的電爐中加熱，到溫（看顏色），保溫30分鐘。(2) 然后用鉗子鉗住試樣頂頭（φ=30）處，很快地（時(shí)間不超過(guò)5秒）將試樣放在端淬設(shè)備架子上，立即打開(kāi)水龍頭對(duì)試樣一端（φ=25）進(jìn)行噴水冷卻，如圖1所示。噴水過(guò)程必須仔細(xì)控制水柱的穩(wěn)定性，噴水時(shí)間不得少于10分鐘，然后將試樣投入水中冷卻（為了固定冷卻條件，規(guī)定：，噴水柱的自由高度為65177。10mm，冷卻水溫不超過(guò)25℃）。 φ=30100mm 硬度 水離淬火端距離 圖. 1 圖. 2 (3) 試樣全部冷卻后，在試樣側(cè)面磨出一條寬為2～5mm的平面，放在專(zhuān)用夾具上進(jìn)行硬度測(cè)試，專(zhuān)用夾具上帶有刻度，測(cè)定一次硬度，依次向內(nèi)推進(jìn)，直到硬度值穩(wěn)定為止，將硬度值、淬火端距離關(guān)系劃在方格紙上，便得到所謂的端淬曲線（如圖2），我們由此定性地估計(jì)出鋼的淬透性高低。注：試驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題：a、 為了防止試樣在加熱時(shí)頂端脫碳，所以將試樣放在一套筒內(nèi)，筒內(nèi)裝有木炭加以保護(hù)，到溫取出后很快地將試樣頂端的木炭屑去除干凈。b、 端淬設(shè)備是自制的，比較粗糙，所以在噴淬前，將水柱高度調(diào)整好，使水壓保持穩(wěn)定，并將龍頭開(kāi)關(guān)作好標(biāo)記。c、 噴淬前將夾具擦干，不得有水，以免影響冷速。 淬火溫度對(duì)淬硬層深度的影響（1） 取原始組織為球化退火態(tài)的T10鋼圓柱體（φ20100）；即l/24，分別加熱到780℃，840℃，930℃保溫30分鐘淬入鹽水中。（2） 沿試樣長(zhǎng)度l/2處割開(kāi)（切割時(shí)必須用水冷，以防止回火）。取一半磨制，用4%硝酸酒精腐蝕即可看出淬硬層與未淬硬層區(qū)域，未淬硬層部分呈黑色（圖3）。我們就可觀察淬火溫度對(duì)淬硬層深度的影響。（試樣已由實(shí)驗(yàn)室制備好）四、 實(shí)驗(yàn)用儀器及試樣尺寸：1． 中溫電爐。2． 端淬設(shè)備。3． 洛氏硬度計(jì)及專(zhuān)用打硬度的夾具。4． 試樣：端淬試樣（尺寸見(jiàn)圖4）材料：45，40Cr，T10, GCr15 圖3 圖4圓柱體：φ20（淬火已由實(shí)驗(yàn)室作好，需用宏觀及金相測(cè)量淬硬層）五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)4040Cr距淬火端距離(mm)HRC距淬火端距離(mm)HRC 繪制兩種鋼的端淬曲線，并比較分析； 淬火端到半馬氏體距離鋼號(hào)從淬火端到半馬氏體距離40 40Cr 40CrNiMo T10 GCr15 六、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及體會(huì)； 描述所觀察到的組織，需說(shuō)明鋼號(hào)、奧氏體溫度及冷卻條件； 結(jié)合課堂所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行分析。 實(shí)驗(yàn)十 鋁合金的時(shí)效硬化曲線測(cè)定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)測(cè)定鋁合金經(jīng)固溶處理后，在不同溫度保溫不同時(shí)間后的硬度變化，繪制時(shí)效硬化曲線，了解鋁合金的時(shí)效硬化規(guī)律。二、 實(shí)驗(yàn)原理：從過(guò)飽和固溶體中析出第二相（沉淀相）或形成溶質(zhì)原子聚集區(qū)以及亞穩(wěn)定過(guò)渡相的過(guò)程稱(chēng)為脫溶或沉淀，是一種擴(kuò)散型相變。具有這種轉(zhuǎn)變的最基本條件是，合金在平衡狀態(tài)圖上有固溶度的變化，并且固溶度隨溫度降低而減少，如圖1所示。如果將C0成分的合金自單相α固溶體狀態(tài)緩慢冷卻到固溶度線（MN）以下溫度（如T3）保溫時(shí)，β相將從α相固溶體中脫溶析出，α相的成分將沿固溶度線變化為平衡濃度C1，這種轉(zhuǎn)變可表示為：。β為平衡相，可以是端際固溶體，也可以是中間相，反應(yīng)產(chǎn)物為（α+β）雙相組織。將這種雙相組織加熱到固溶度線以上某一溫度（如T1）保溫足夠時(shí)間，將獲得均勻的單相固溶體α相，這種處理稱(chēng)為固溶處理。圖1 固溶處理與時(shí)效處理的工藝過(guò)程示意圖 若將經(jīng)過(guò)固溶處理后的C0成分合金急冷，抑制α相分解，則在室溫下獲得亞穩(wěn)的過(guò)飽和α相固溶體。這種過(guò)飽和固溶體在室溫或較高溫度下等溫保持時(shí)，亦將發(fā)生脫溶，但脫溶相往往不是狀態(tài)圖中的平衡相，而是亞穩(wěn)相或溶質(zhì)原子聚集區(qū)。這種脫溶可顯著提高合金的強(qiáng)度和硬度，稱(chēng)為沉淀強(qiáng)（硬）化或時(shí)效強(qiáng)（硬）化，是強(qiáng)化合金材料的重要途徑之一。 固溶處理所得的過(guò)飽和固溶體在時(shí)效過(guò)程中，其機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能等均隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效。室溫下產(chǎn)生的時(shí)效稱(chēng)為自然時(shí)效，高于室溫的時(shí)效稱(chēng)為人工時(shí)效。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料而言，最重要的是硬度和強(qiáng)度。按時(shí)效硬化曲線的形狀不同，可分為冷時(shí)效和溫時(shí)效，如圖2所示。冷時(shí)效是指在較低溫度下進(jìn)行的時(shí)效，其硬度變化曲線的特點(diǎn)是硬度一開(kāi)始就迅速上升，達(dá)一定值后硬度緩慢上升或者基本上保持不變。冷時(shí)效的溫度越高，硬度上升就越快，所能達(dá)到的硬度也就越高。在Al基和Cu基合金中。溫時(shí)效是指在較高溫度下發(fā)生的時(shí)效，硬度變化規(guī)律是：開(kāi)始有一個(gè)停滯階段，硬度上升極其緩慢，稱(chēng)為孕育期，一般認(rèn)為這是脫溶相形核準(zhǔn)備階段，接著硬度迅速上升，達(dá)到一極大值后又隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降。溫時(shí)效過(guò)程中將析出過(guò)渡相和平衡相。溫時(shí)效的溫度越高，硬度上升就越快，達(dá)最大值的時(shí)間就越短，但所能達(dá)到的最大硬度反而就越低。冷時(shí)效與溫時(shí)效的溫度界限視圖2 冷時(shí)效和溫時(shí)效過(guò)程硬度變化示意圖合金而異，A1合金一般約在100℃左右。本實(shí)驗(yàn)采用兩種鋁合金（鑄造鋁合金和變形鋁合金）進(jìn)行溫時(shí)效，在不同的時(shí)效溫度下等溫時(shí)效不同時(shí)間后冷卻，然后測(cè)試合金的硬度，繪制時(shí)效硬化曲線。三、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟因?yàn)楣倘芴幚砗蜁r(shí)效處理所需時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的試樣，同學(xué)只需分組測(cè)試不同溫度下的一系列不同時(shí)效時(shí)間的試樣的硬度，即可繪制出時(shí)效硬化曲線。A357(鑄造鋁合金)6061(變形鋁合金)固溶處理溫度(℃)時(shí)間（Hr）冷卻方式溫度(℃)時(shí)間（Hr）冷卻方式535870℃水淬5256室溫水淬時(shí)效處理溫度(℃)時(shí)間（Hr）冷卻方式溫度(℃)時(shí)間（Hr）冷卻方式165；180空冷170；185空冷一系列不同時(shí)效時(shí)間（Hr）：、2，3，4，6，8，10，12，16，20，24所需實(shí)驗(yàn)儀器：布氏硬度計(jì)四、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?． 實(shí)驗(yàn)條件：3． 實(shí)驗(yàn)曲線：4． 實(shí)驗(yàn)分析：（結(jié)合課程內(nèi)容對(duì)時(shí)效過(guò)程中的組織和性能變化進(jìn)行分析）5． 實(shí)驗(yàn)體會(huì)：39 / 39
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