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關于工程材料綜合實驗報告
一，實驗目的
1、研究鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織；
2、分析含碳量對鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的相互關系；
3、了解碳鋼的熱處理操作；
4、研究加熱溫度、冷卻速度、回火溫度對碳鋼性能的影響；
5、觀察熱處理后鋼的組織及其變化；
6、了解常用硬度計的原理，初步掌握硬度計的使用。
二，實驗設備及材料
1、顯微鏡、預磨機、拋光機、熱處理爐、硬度計、砂輪機等；
2、金相砂紙、水砂紙、拋光布、研磨膏等；
3、三個形狀尺寸基本相同的碳鋼試樣（低碳鋼20＃、中碳鋼45＃、高碳鋼T10）
三，實驗內容
三個形狀尺寸基本相同的試樣分別是低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，
均為退火狀態(tài)，不慎混在一起，請用硬度法和金相法區(qū)分開。
1、設計實驗方案：三種碳鋼的熱處理工藝（加熱溫度、保溫時間、冷卻方式）
實驗中對低碳鋼20＃、中碳鋼45＃、高碳鋼T10進行如下表熱處理
2、選定硬度測試參數(shù)，一般用洛氏硬度。
3、熱處理前后的金相組織觀察、硬度的測定。
4、分析碳鋼成分—組織—性能之間的關系。
四，實驗步驟：
1、觀察平衡組織并測硬度：
（1）制備金相試樣（包括磨制、拋光和腐蝕）；（2）觀察并繪制顯微組織；（3）測試硬度。
2、進行熱處理。
3、觀察熱處理后的組織并測硬度：
（1）制備金相試樣（包括磨制、拋光和腐蝕）；（2）察并拍攝顯微組織。
五，實驗處理：
1,觀察和分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織
平衡組織一般指合金在極為緩慢冷卻的條件下所得到的組織。鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織，可以根據(jù)Fe-Fe3C相圖來分析，從相圖來看，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫下的顯微組織均由鐵素體和滲碳體所組成。但是由于碳含量的不同，結晶條件的差別，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、形態(tài)、分布和混合情況均不一樣，因而呈現(xiàn)各種不同特征的組織組成物。
2、鐵碳合金在室溫下的組織
3、鐵碳合金的成分--組織--性能關系
組織：在室溫下，碳質量分數(shù)不同時，合金的組織在變化。隨著碳質量分數(shù)的增大，組織按下列順序變化：F、F+P、P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Le’、Le’+Fe3CⅠ、Fe3C。性能：硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和相對數(shù)量，而受他們的形態(tài)影響比較小，隨著碳質量分數(shù)的增加，由于硬度高的Fe3C增多，硬度低的F減少，所以合金的硬度呈直線關系增大，由全部為F的硬度約為80HRB增大到全部為Fe3C時約800HRB。
強度是一個對組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳質量分數(shù)的增加，亞共析鋼中P增加而F高，F(xiàn)的強度值較低，所以亞共析鋼的強度隨碳質量分數(shù)的增大而增大。減少，P的強度比較高，其大小與細密程度有關，組織越細密則強度值越當碳質量分數(shù)超過共析成分之后，由于強度較低的Fe3CⅡ沿晶界出現(xiàn)，合金強度增高變慢，到W(C)為0.9%時，F(xiàn)e3CⅡ沿晶界形成完整的網(wǎng)，強度迅速降低，隨著碳質量分數(shù)的增加，強度繼續(xù)降低。塑性變形全部由F提供，所以隨碳質量分數(shù)的增加，F(xiàn)量不斷減少時，合金的塑性連續(xù)下降。
4、熱處理是將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相的組織結構來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。其基本的工藝過程有退火、正火、淬火、回火。它的特點是：只改變金屬材料內部組織結構，獲得所需性能，盡量避免改變零件的形狀。同樣的材料經過不同的熱處理方法，可以得到不同的內部組織，因此，熱處理工藝可以最大限度地發(fā)揮材料的潛力。
5、研究加熱溫度、冷卻速度、回火溫度對碳鋼性能的影響
淬火加熱溫度的選擇：對于亞共析鋼采用Ac3+30~50°，對于共析鋼和過共析鋼采用Ac1+20~40°。對于亞共析鋼如果淬火溫度過高，奧氏體晶粒就會粗大，淬火后嚴重影響和降低塑性和韌性，如果淬火溫度過低，奧氏體化就會不完全，淬火后會有鐵素體，導致淬火硬度不夠，強度降低。
對于共析鋼和過共析鋼，淬火溫度高了，同樣奧氏體晶粒就會粗大，同時碳化物溶入奧氏體過多，淬火后容易變形開裂，同時嚴重降低硬度和強度，如果溫度低了，碳化物溶入奧氏體過少，大部分碳化物保留下來，淬火后也容易變形開裂，奧氏體化后奧氏體含碳量過低，導致淬不上火，導致淬火后馬氏體硬度不夠，強度降低。
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