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：2012141423018姓名：汪逸飞指导老师：黄维刚冯庆芬朱达川实验时间：2016.1班级：金材2班组员：朱亮周思吟黄青青成赵大炜 汪逸飞 王宝岳 潘兴二0—六年一月一．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，以及端淬实验二．热处理工艺（一） 40Cr1.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%=%~%, Cr%=%~%, Acl为743°C, Ari 为 693C, Ac3 为 782C, Ar3 为 730C, Ms 为 355C, Acm=780C正火温度 850~870C，硬度179~229HBS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.热处理工艺正火 加热至900±10，保温20分钟，空冷淬火 加热至850±10，保温20分钟，油冷不同温度回火淬火+低温回火：加热至200±10保温1小时，空冷淬火+中温回火：加热至450±10保温1小时，空冷淬火+高温回火：加热至600±10保温1小时,水冷二） W18Cr4V1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－－%，含钨量－－19%，含铬量－－%，含钒量－－%，含 硅量小于%，含锰量小于%，含钼量小于%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850C，保温时间系数10min；淬火温度1250C，保温时 间系数为8min,然后油冷测定其洛氏硬度，若HRC263，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 100C、200C、、300C、、400C、、 500C、550C、600C、700C8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（其中对每一个试样采集 3 个样本点）三）Q2351.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，热处理工艺正火：加热到900±10，保温时间20min，空冷淬火：加热至850±10，保温20 min，油冷 低温回火：加热至200，保温1小时，空冷四）端淬热处理工艺850°C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测定其硬度三.力学性能的测定及分析（一）硬度实验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16141214淬火+低回47434846淬火+中回37363837淬火+高回22222122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/°c100200300400500600700硬度/HRC78554135272422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f回火索氏体+回火托氏体f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W18Cr4V不同温度回火后硬度变化温度/C100200300400500550600700硬度/HRC6665616164656346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 二次硬化等等导致2) 300°C回火与400°C回火数据变化不明显出现的原因如下：①、回火热处 理工艺不当，温度未严格控制，导致温度偏高；②、未将表面氧化皮打掉，所以 出现反常；③、随机误差3) 550C-570C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）拉伸试验本试验在室温下（18°C满足10°C 35°C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oS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, 材料的6和V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：（6：断后伸长率；V：断面收缩率）： 6= （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 V = （Ao一A1） /Ao，式中Ao试样原始横截面积，A1为缩颈处最小面积（A二n D2/4）1.40Cr1.1 6、V的测定mm240Cr 正火（900°C）试样原长L0/cm断后长L1/cm66平 均Ao/mm2A1/mm2VV平 均11021078,5431040Cr中温回火（400°C）试样原长/cm断后长 度/cm66平 均Ao/mm2A1/mm2VV平 均11021031040Cr高温回火（600°C）试样原长/cm断后长 度/cm66平 均Ao/mm2A1/mm2VV平 均110210310结论：断面收缩率甲和伸长率6是金属塑形的指标，因而可以表征金属塑性的大小甲和6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。
以及 Rm 的测定40Cr 正火（900C）试样RmReHRel16534444294332645434429425364942942643540Cr中温回火（400°C）试样RmReHRel1146011401140214608558353141098598040Cr高温回火（600°C）试样RmReHRel175052552027755555553745515510数据分析：对比40cr600°C高温回火的应力-应变曲线和40cr900°C正火的应力- 应变曲线，可发现900C正火的应力-应变曲线形状与600C高温回火的应力-应 变曲线大致相同，但600C高温回火的40cr组织的抗拉强度比900C正火的40cr 组织大，且强化阶段与局部塑形变形阶段的抗拉强度都比900C正火的40cr组 织大说明40cr材料600C高温回火得到的组织比900C正火得到的组织塑韧性 好2 .Q235试样原长L0/cm断后长L1/cm66平 均Ao/mm2A1/mm2血平 均110210310Q235 正火（9002）试样原长L0/cm断后长L1/cm66平 均Ao/mm2A1/mm2血平 均110210310结论：断面收缩率甲和伸长率6是金属塑形的指标，因而可以表征金属塑性的大 小。
甲和6越大，则金属塑形越好正因如此，从上表可得出以下结论：Q235钢正火塑性跟低温回火相似原因是Q235的含碳量在之间属于低碳钢，而 低碳钢具有良好的塑性，只存在加工应力影响塑性，加工应力低温回火即可消除, 故正火和低温回火的塑性差别不大以及Rm的测定Q235 正火（9002）试样RmReHRel139027227127823902852762843390279274278Q235低温回火（2002）试样RmReHRel141826025726454202642612698419252249252数据分析：对比Q235 9002正火应力-应变曲线和Q235 2002低温回火应力-应 变曲线可发现 Q235 9002正火应力-应变曲线在各个阶段抗拉强度都比 Q235 2002低温回火应力-应变曲线大，且Q235 2002低温回火应力-应变曲线的屈服 阶段不明显说明Q235 9002正火得到的组织塑韧性较好三）拉伸断口分析40Cr 2002回火40Cr 4002回火40Cr 900正火40Cr 淬火+高温回火 分析：正火冷却速度较快，但低于临界冷却速度，所以还是析出先共析铁素体和 珠光体，但是冷却速度相对退火快，所以生成的珠光体团比退火小，珠光体层片 状间距也比退火小。
珠光体的力学性能和层片间距很大关系，片间距小，强度高， 所以相对于退火态试样，正火试样的屈服强度和抗拉强度值都显得有提升，由于 组织为珠光体和铁素体，塑形仍然较好40Cr钢高温回火温度已经足够高，到达再结晶温度，a相铁素体在结晶， 由以前马氏体板条形状再结晶为等轴状，弥散细小的渗碳体才是聚集长大，金相 组织为回火索氏体这种热处理方式又称调制处理，得到材料综合力学性能好， 强度值和塑性配合较好，强度值相比中温回火继续下降，但是塑性值上升Q235 200端口对接 Q235 200断口形貌Q235 900端口对接 Q235 900断口形貌分析：上图两个Q235端口对接图片的端口都有明显的颈缩现象，是由于Q235 是低碳钢，低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变 形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状而Q235 200°C的断面与 正应力垂直，断口呈亮灰色，断面平齐，无剪切唇，具有明显的脆性断裂特征而Q235 900C断面不平，断口灰暗，断口中间有明显的塑性断裂特征四）冲击实验通过对实验数据的整理，得到下表：40Cr冲击韧性％实验 k热处 理工 艺吸收能JU平均V平均正火808480811612812淬火+ 低回81016117666淬火+ 中回10168116555淬火+ 高回12212111812082918486数据分析：通过对比上图和上表中U型缺口和V型缺口数据可知：（1） U型缺口的吸收能普遍高于V型缺口的吸收能。
这是由于V型缺口的缺口 底部形状尖，造成工件上的应力集中，因此V型缺口的吸收能较U型缺口的吸收 能低2） 40Cr经过淬火+低温回火和淬火+中温回火后的吸收能较低，可以说明经过 淬火和中低温回火后，工件较其它热处理工艺后更脆3） 40Cr经过淬火+高温回火后的吸收能高于退火和正火的吸收能四．光学金相分析金相腐蚀原理：对于纯金属，腐蚀很小，但在纯金属中有第二相时，由于电位 差，便会在第二相与金属的接触面发生电化学腐蚀，腐蚀出一个坑在光镜下， 没有被腐蚀的，光被完全反射回来，显示为白色，被腐蚀的地方，光就被散射开 了，亮度就很小在视野里就形成衬度也就是有了黑白比如珠光体，是铁素 体渗碳体片状交互形成，所以其相界面都会被腐蚀，在光镜下基本就成黑色（片 很细），片较粗是则看得到黑白相间40Cr 900°C正火 40Cr 200°C低温回火40Cr 400C中温回火 40Cr 600C高温回火分析：正火是加热、保温后在空气中冷却, 其冷却速度比炉冷快, 珠光体转变温 度低, 析出的先共析铁素体较少，珠光体数量较多（伪共析），珠光体片间距较小 因此正火后获得的珠光体比退火后的珠光体细,正火后组织应为铁素体加珠光 体以及可能出现的魏氏组织。
对比3张图，分别是低温、中温、高温回火，放大 相同的倍数，可以很直观的看出粒状碳化物越来越多40Cr钢低温回火：与淬火相似，金相组织很类似，为回火马氏体，只是在回 火时过饱和的a相固溶体碳原子析出了一些40Cr钢中温回火：由于回火温度较高，所以有足够动力使马氏体中c原子能 够从过饱和固溶体中析出，生成渗碳体，可以在金相图中观察到明显回火托氏体， 为保持马氏体外形的铁素体和弥散分布的极其细小的渗碳体颗粒组成的复相组 织40Cr钢高温回火：回火温度已经足够高，到达再结晶温度，a相铁素体在结晶，由以前马氏体板条形状再结晶为等轴状，弥散细小的渗碳体才是聚集长大 金相组织为回火索氏体Q235 200°C 回火Q235 900C 正火W18Cr4V 100C 回火W18Cr4V 200C 回火W18Cr4V 300C 回火W18Cr4V 400C 回火W18Cr4V 500C 回火W18Cr4V 550C 回火W18Cr4V 600C 回火W18Cr4V 700C 回火分析：W18Cr4V经250C回火后组织如图所示，由理论知识可知这是回火马 氏体+合金K+少量Ar高碳钢淬火后得到的隐针马氏体在光学金相显微镜上是看 不出来的，要到透射电镜上观察。
图中白亮部分为弥散碳化物，因为碳化物结构 单一，组织均匀，不易被腐蚀，故对光反射成白色图中还有回火马氏体（马氏 体内有大量孪晶，易被腐蚀从而因散射成黑色，为暗黑色基体）高速钢的中温 回火得到的还是回火马氏体（因为高碳高合金钢残余奥氏体稳定性很高，不喜出 大量弥散的碳化物，所以得不到中低碳钢的回火托氏体）高速钢经600C高温回火后得到的仍然是回火马氏体这一点可作如下解释: 高速钢淬火后的Ar中合金度很高，稳定性大，在回火加热过程中不分解，在500 —600C间保温时也仅从中析出合金碳化物五．端淬端淬是将标准尺寸的端淬试样（①25mmX 100mm）奥氏体化后，在专用设备上对 其一端面喷水冷却，后沿轴线方向的测出硬度-距水冷端距离的关系曲线的试验 方法，是测定钢的淬透性的方法之一 距离（mm）硬度（HRC）试样一试样一54564852313829302728232525212420232024232023202120201919191919191819181816171617151516141515151415141514141313131313451212数据分析：由上表可知，随着与水冷端距离的不断增大，两个试样的硬度都呈降 低的趋势，并且当距离大于6mm之后，硬度下降的趋势越来越不明显。
通过查找 相关资料可知端淬试验后端部表面（LW）最高硬度仅仅与含碳量有关，属于淬 硬性问题而随着与水冷端距离的增大，钢的淬火越来越不完全，所以硬度逐渐 降低距水冷端过远，钢基本没有产生淬火态组织六．总结通过这次综合实验的训练，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 的能力让我们对我们金属材料工程专业的专业知识和相关实验有了更深的理 解让我们学习了如何将书本上的知识实际运用在实验中的方法，对我们的专业知识学习很有帮助。