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萍赵大炜汪逸飞王宝岳潘兴二０一六年一月一．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%=%~%，Cr%=%~%，Ac1为743℃，Ar1为693℃，Ac3为782℃，Ar3为730℃，Ms为355℃，Acm=780℃。

正火温度850~870℃，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℃、700℃8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）。

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℃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。

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℃回火与400℃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）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σS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δ和ψ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：（δ：断后伸长率；ψ：断面收缩率）:δ=（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。

ψ=（Ao—A1）/Ao ，式中 Ao试样原始横截面积，A1为缩颈处最小面积（A=πD2/4）。

１.40Cr2小。

Ψ和δ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。

数据分析：对比40cr600℃高温回火的应力-应变曲线和40cr900℃正火的应力-应变曲线，可发现900℃正火的应力-应变曲线形状与600℃高温回火的应力-应变曲线大致相同，但600℃高温回火的40cr组织的抗拉强度比900℃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900℃正火的40cr组织大。

说明40cr材料600℃高温回火得到的组织比900℃正火得到的组织塑韧性好。

２.Q235小。

Ψ和δ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。

数据分析：对比Q235 900℃正火应力-应变曲线和Q235 200℃低温回火应力-应变曲线可发现Q235 900℃正火应力-应变曲线在各个阶段抗拉强度都比Q235 200℃低温回火应力-应变曲线大，且Q235 200℃低温回火应力-应变曲线的屈服阶段不明显。

说明Q235 900℃正火得到的组织塑韧性较好。

（三）拉伸断口分析40Cr 200℃回火 40Cr 400℃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，α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℃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 900℃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℃正火 40Cr 200℃低温回火40Cr 400℃中温回火 40Cr 600℃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。