综合实验报告.pdf
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1、精品文档 . 专业综合实践报告 学院:材料科学与工程学院 专业:金属材料科学与工程 学号:18 姓名:汪逸飞 指导老师:黄维刚冯庆芬朱达川 实验时间: . 班级:金材班 组员:朱亮周思吟黄青青成萍 赵大炜汪逸飞王宝岳潘兴 二一六年一月 精品文档 . 一前言 经过大三一学年的专业知识的学习,使我们对专业知识有了更进一步的的认 识。本学期通过综合实验的训练,使得我们对专业有了进一步感观上的认识,从 实验工艺的制定到实验的实施再到最后数据结果的整理与分析,培养了我们积极 动手的能力。 本次实验主要包括 40Cr,W18Cr4V ,Q235实验热处理工艺的制定, 拉伸试验与 冲击实验,力学性能的测定,
2、以及端淬实验。 二热处理工艺 (一) 40Cr 1. 简介 40Cr 钢是淬透性良好的合金调质钢,调质处理后具有良好的综合力学性能,良 好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。其中C%=0.37%0.44%,Cr%=0.8%1.1% , Ac1为 743, Ar1 为 693, Ac3为 782, Ar3 为 730, Ms为 355, Acm=780 。 正火温度 850870,硬度 179229HBS 。对 40Cr 钢的热处理有四种:、正火、 淬火+低温回火、淬火 +中温回火、淬火 +高温回火。 2. 热处理工艺 2.1 正火加热至 90010,保温 20 分钟,空冷。 2.2 淬火加热至 8
3、5010,保温 20 分钟,油冷。 精品文档 . 2.3 不同温度回火 2.3.1 淬火低温回火:加热至20010 保温 1小时,空冷。 2.3.2 淬火中温回火:加热至45010 保温 1小时,空冷。 2.3.3 淬火高温回火:加热至60010 保温 1小时,水冷。 精品文档 . (二) W18Cr4V 1 简介 W18Cr4V 即常见的钨系高速钢, 属于莱氏体钢, 是高速钢应用最长久的一种。 和其它高速钢一样,常被称为“白钢”、 “锋钢”或“风钢” (空冷即可淬火)。 其化学成分为:含碳量 0.7 0.8%, 含钨量 17.5 19% , 含铬量 3.80 4.4%, 含钒量 1.0 1.
4、4%,含硅量小于 0.4%,含锰量小于 0.4%,含钼量小于 0.3%。 可见合金含量高,淬透性好,过冷奥氏体稳定性好,热处理工艺复杂。 2 热处理工艺 先预热,预热温度 850,保温时间系数 10min;淬火温度 1250,保温时 间系数为8min,然后油冷。测定其洛氏硬度,若 HRC 63,表示淬火合格,否 则需重新淬火, 合格则观察所得样品的金相组织,并采集金相照片。 然后进行下 一步回火工艺,将 8 个试样分成 8 组,分别于 100、200、 300、 、 400、 、 500、550、600、7008 个温度下进行回火,保温 60 分钟,接着空冷至 室温。最后再测定其硬度(其中对每
5、一个试样采集 3 个样本点)。 (三) Q235 1. 简介 Q235为普通碳素结构钢。 Q代表的是这种材质的屈服, 后面的 235,就是指 这种材质的屈服值,在235Mpa左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值 减小。 Q235A,Q235B ,Q235C ,Q235D ,这是等级的区分,所代表的,主要是冲 击的温度有所不同而已。 Q235是碳素结构钢 , 一般称普碳钢,一般是不热处理的,Q235 截面不大时, 可以进行淬火低温回火处理。 可以用于制作直径不太大的4.8 级螺栓等。另外 进行渗碳淬火等表面处理也是可以的。 2,热处理工艺 2.1 正火:加热到 90010,保温时间 20m
6、in,空冷。 精品文档 . 2.2.1淬火:加热至 85010,保温 20 min ,油冷。 2.2.2 低温回火:加热至200,保温 1 小时,空冷。 (四)端淬 热处理工艺 850加热保温 40min 然后水冷。水冷方式:将试样的一端用水进行水冷。 然后再用硬度机每间隔1.5mm测定其硬度。 三. 力学性能的测定及分析 (一)硬度实验 1.40Cr 1.1 不同热处理后通过实验数据整理可得 不同热处理状态下40Cr 的硬度 热处理工艺硬度/HRC 平均值 /HRC 试样 1 试样 2 试样 3 正火16 14 12 14 淬火+低回47 43 48 46 精品文档 . 淬火+中回37 36
7、 38 37 淬火+高回22 22 21 22 数据分析:( 1)正火比回火的硬度要低,因为存在马氏体相变强化。 (2 )此数据并未区别“ U ”型和“V”型缺口,因为局部缺口并不影响材料的硬 度。 (3)而在淬火中, 淬火加低温回火得到的组织是回火马氏体,硬度高塑韧性低; 淬火加中温回火得到的组织是回火托氏体和回火索氏体,硬度和塑韧性适中; 淬 火加高温回火得到的组织是回火索氏体,硬度低塑韧性好,故得到以上曲线。 1.2 40Cr不同温度下回火后硬度 40Cr 不同温度回火后硬度变化 温度/ 100 200 300 400 500 600 700 硬度/HRC 78 55 41 35 27
8、24 22 精品文档 . 数据分析: 40Cr 随着所采用的热处理回火温度的升高,其硬度越来越低。是因 为随着温度的升高,回火组织产生回火马氏体回火索氏体+回火托氏体回火 索氏体的转变。而索氏体硬度很低,马氏体硬度较高,故随着40cr 回火温度的 升高,回火后组织的硬度越来越低。 2.W18Cr4V 数据分析:( 1)随着回火温度升高,硬度普遍降低,但硬度总体维持在很高的 水平,原因是高速钢合金度高,钢中碳主要与铬、钨、钼和钒(碳化物的形成元 素)等形成碳化物,以提高硬度、耐磨性及红硬性。过冷奥氏体稳定性好,以及 W18Cr4V 不同温度回火后硬度变化 温度/ 100 200 300 400
9、500 550 600 700 硬度/HRC 66 65 61 61 64 65 63 46 精品文档 . 二次硬化等等导致。 (2)300回火与 400回火数据变化不明显。出现的原因如下:、回火热处 理工艺不当,温度未严格控制,导致温度偏高;、未将表面氧化皮打掉,所以 出现反常;、随机误差。 (3)550-570出现二次硬化。 一是合金马氏体在高温回火时合金碳化物的脱 溶,引起马氏体回火二次硬化; 二是残留奥氏体的二次淬火,消除大量的残余奥 氏体,即回火后冷却时转变为马氏体。 钢的二次硬化能力实际上仅取决于合金马 氏体二次硬化的过程:析出物的本质和数量,而与残留奥氏体二次淬火无关。 (二)拉
10、伸试验 本试验在室温下( 18满足 10-35的要求)分别进行退火、正火和 淬火三种不同热处理状态下的低碳钢试样的拉伸试验,结合拉伸曲线, 观察拉伸 过程中弹性变形、 塑性变形等各阶段的实验现象。通过比较, 分析不同热处理状 态下的试样呈现不同强度与塑性性能的原因。热处理后的试样在拉伸试验机上进 行拉伸试验, 试验机以规定的速率均匀地拉伸试样,试验机可自动绘制出拉伸曲 线图。载荷不增加而仍继续发生明显塑性变形的现象叫做屈服。产生屈服时的应 力,称屈服点或称物理屈服强度,用S表示。在试样拉伸到屈服点时,测力指 针有明显的抖动, 可分出上、下屈服点 ReH与 Rel, 试样断裂时测得拉伸强度Rm
11、, 材料的 和可将试验断裂后的试样拼合, 测量其伸长和断面缩小而计算出来。 取原试样标距是直径的10 倍:(:断后伸长率;:断面收缩率): =(L1-L0)/L0 ,式中 L1 为试样拉断后测得的标距长,L0为试样原来的标距。 =(AoA1)/Ao ,式中 Ao 试样原始横截面积, A1为缩颈处最小面积( A= D2/4)。 .40Cr . 、的测定 mm 2 40Cr 正火( 900) 试样原长 L0/cm 断后长 L1/cm 平 均 Ao/mm 2 A1/mm 2 平 均 1 10 12.31 0.231 0 0.22 73 78.54 34.21 0.564 4 0.516 7 2 10
12、 12.20 0.220 0 78,54 38.48 0.510 0 3 10 12.31 0.231 0 78.54 41.17 0.475 8 40Cr 中温回火( 400) 试样原长 /cm 断后长 度/cm 平 均 Ao/mm 2 A1/mm 2 平 均 1 10 10.64 0.064 0 0.06 33 78.54 47.78 0.391 6 0.398 8 2 10 10.66 0.066 0 78.54 46.57 0.407 0 精品文档 . 3 10 10.60 0.060 0 78.54 47.29 0.397 9 40Cr 高温回火( 600) 试样原长 /cm 断后长
13、 度/cm 平 均 0.18 27 Ao/mm 2 A1/mm 2 平 均 1 10 11.76 0.176 0 78.54 35.05 0.553 7 0.558 1 2 10 11.78 0.178 0 78.54 35.47 0.548 4 3 10 11.94 0.194 0 78.54 33.59 0.572 3 结论:断面收缩率和伸长率是金属塑形的指标,因而可以表征金属塑性的大 小。和越大,则金属塑形越好。正因如此,从上表可得出以下结论: (1)40cr 经回火后塑性提高,且回火温度越高,塑性越好。 (2)40cr 正火后的塑性比低温回火好。原因是正火得到是珠光体组织,而低温 回火
14、的得到的是回火马氏体。珠光体是片层状的,主要是有铁素体(面新结构) 和渗碳体相见排布, 而马氏体的体心立方, 自然珠光体的塑性比马氏体好,从而 出现了上表的现象。 ReH.Rel 以及 Rm 的测定 40Cr 正火( 900) 试样Rm ReH Rel Rp0.2 1 653 444 429 433 2 645 434 429 425 3 649 429 426 435 40Cr 中温回火( 400) 试样Rm ReH Rel Rp0.2 1 1460 1140 1140 2 1460 855 835 3 1410 985 980 40Cr 高温回火( 600) 试样Rm ReH Rel Rp
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