灰铸铁力学性能测试(长安大学)
长安大学工程材料实验报告
长安大学工程材料实验报告
班级：
姓名：
学号：
材料学院热加工实验室
实验一：硬度实验
简述实验仪器和实验过程：
实验数据：
实验材料热处理压头载荷(公斤) 硬度值(HRC) 45钢正火
45钢淬火
T12钢正火
T12钢淬火
分析与思考
1：钢的化学成分与洛氏硬度值的关系
2、钢的化学成分相同,热处理方法不同,硬度值如何变化?
3、简述HRA, HRB, HRC的压头类型，载荷重量，应用范围。
符号压头类型载荷(公斤) 硬度有效范围使用范围HRA 大于70
HRB 25~100
HRC 20~67
实验二：金相常识与铁碳平衡组织观察与分析简述实验仪器与实验过程
实验数据与绘图
分析与思考：
1：随着化学成分的变化,铁碳合金的组织和性能分别有什么变化?
2：正常情况下,铁素体的形状、颜色及硬度范围? 珠光体的形状、颜色及硬度范围? 渗碳体的形状、颜色及硬度范围?
实验三:钢的非平衡组织和铸铁组织的观察和分析简述实验仪器与实验过程
实验数据与绘图
分析与思考
1：亚共析钢正火组织形态特征是什么?
2：45钢和T12淬火组织硬度范围和组织形态有那些差别? 3：简述灰铸铁和球墨铸铁的石墨形态和基体组织形态。
灰铸铁的硬度测定方法
灰铸铁的硬度测定方法灰铸铁是一种广泛应用于制造业的材料，其硬度是衡量其性能的重要指标。
本文将详细介绍灰铸铁的硬度测定方法，帮助读者了解并掌握这一领域的知识。
一、概述灰铸铁是一种含碳量较高的铁碳合金，具有良好的铸造性能、减震性和耐磨性。
硬度是灰铸铁的一项重要力学性能指标，通常用来评估其抗磨损能力及适用范围。
灰铸铁的硬度测定方法主要有以下几种：二、布氏硬度测定法布氏硬度测定法是灰铸铁硬度测定的常用方法，其原理是通过一定的载荷将硬度计压头压入材料表面，根据压痕直径计算硬度值。
具体步骤如下：1.清理试样表面，确保无油污、锈蚀等杂物。
2.选择适当的载荷，通常为500kgf、750kgf或1000kgf。
3.将硬度计压头垂直于试样表面，施加预定载荷，保持一定时间（一般为10-15秒）。
4.移除载荷，测量压痕直径。
5.根据布氏硬度公式，计算硬度值。
三、洛氏硬度测定法洛氏硬度测定法主要用于测定灰铸铁的表面硬度，其原理与布氏硬度测定法类似，但载荷较小，压头形状不同。
具体步骤如下：1.清理试样表面，确保无油污、锈蚀等杂物。
2.选择适当的洛氏硬度计和压头，通常使用金刚石压头。
3.将硬度计压头垂直于试样表面，施加预定载荷，保持一定时间（一般为5-10秒）。
4.移除载荷，测量压痕深度。
5.根据洛氏硬度公式，计算硬度值。
四、里氏硬度测定法里氏硬度测定法是一种便携式硬度测定方法，适用于现场检测。
其原理是通过敲击方式，将硬度计压头压入材料表面，根据压痕深度计算硬度值。
具体步骤如下：1.清理试样表面，确保无油污、锈蚀等杂物。
2.选择适当的里氏硬度计和压头。
3.将硬度计压头垂直于试样表面，进行敲击。
4.读取压痕深度，根据里氏硬度公式，计算硬度值。
五、结论灰铸铁的硬度测定方法主要有布氏硬度测定法、洛氏硬度测定法和里氏硬度测定法。
在实际应用中，可根据需要选择合适的测定方法。
灰铸铁力学性能测试(长安大学).
综合实验:灰铸铁力学性能测试一、实验目的：目的是培养学生，理论联系实际的学风，独立动脑分析问题，独立动手解决问题，独立设计实验方案，独立完成实验全过程，独立总结实验过程的实际工作能力和初步的创新能力。
二、实验内容我们小组拿到的是灰铸铁试样，由小组8人进行不同的热处理工艺，如表所示：工艺编号 1 2 3 4 5 6 7 8 正火℃无86无无无无无无淬火℃无无860（水）860（水）860（油）860（油）860（油）860（油）回火℃无无无560 无560 460 260我选择的工艺是第7组.二、实验步骤：2.对灰铸铁进行淬火，温度860℃，保温10分钟，淬火介质为油。
3.测试淬火后试样的硬度值（洛氏硬度试验机）。
4.对试样进行回火处理，温度460℃，保温60分钟，取出后空冷。
5.测试回火后的试样硬度值（洛氏硬度试验机）。
6.通过打磨、研磨、抛光、侵蚀，在金相显微镜下观察试样经过处理后的金相组织，观察后拍照。
三、实验结果：1.试样硬度表（HRC）1 2 3 4 5 6 7 8试样编号次数120.9 11.6 42.7 -10.0 —-5.5 8.9 28221.0 13.3 41.9 0.0 —-6.3 4.7 31.2319.6 11.1 40.6 -8.5 —-4.7 8.8 26.1422.9 10.0 35 -20.0 —-3.7 7.0 30.9521.7 10.3 54.6 -11.3 —-6.5 8.0 31.521.22 11.26 42.96 -9.96 23.0¹-5.34 7.48 29.54平均45#²—15.0 60.0 21.0 26.0 16.0 ——1、此数据为我的式样测得的平均值；2、45钢的硬度数据综合了其他组同学的数据；3、一般资料上面对于铸铁硬度的表示采用的是布氏硬度，但由于布氏硬度测量麻烦，故我们采用洛氏硬度表示，必要时可进行硬度换算。
长安大学材料成型及控制工程专业综合实验报告上
长安大学材料学院材料成型及控制工程专业综合实验姓名：学号：指导老师：实验日期：2015年5月目录第一部分金属力学性能试验 (2)第二部分金相综合分析 (7)第三部分钢的热处理 (11)第四部分铸造综合设计试验 (13)第五部分参考文献 (14)第一部分金属力学性能实验实验一静拉伸试验一试验目的掌握拉伸试验机和引申义等设备仪器的使用方法。
掌握钢材的强度指标σb、σs、（σ0.2）、σk及塑性指标δ、ψ的测试方法。
对拉伸试样断口进行初步宏观分析，并说明其韧脆性。
二试验用设备与仪器静拉伸试验在万能材料试验机上进行，万能材料试验机有机械式和油压式，最新的电子拉伸试验机。
三试样试验用的试样为光滑圆柱形，直径为10毫米。
四测试过程在试样上打好标距100mm，并分成10格。
检查设置，调整使之处于工作状态。
装好试样，放好记录仪及记录纸。
试验在20±10℃的温度范围内进行，如试验温度超多了。
这个限制，试验报告中应给予说明。
试验拉伸速度，在达到σs或σ0.2之前，应力增加速度不大于9.8MP/S，对do=100mm的试验，即为764.4N/S，屈服后，活动夹头移动速度不大于0.5L/min，整个加载过程必须平衡而无冲击。
1 屈服点σs的测定对有明显屈服现象的材料其屈服点可借助于试验机测力表盘的指针或拉伸曲线来确定之，也就是拉伸曲线上的屈服平台的恒定载荷或第一次下降的最小载荷即为PS,用下式计算：2 屈服强度σ0.2的确定对拉伸曲线上无明显屈服现象的材料，则必须测其屈服强度。
屈服强度σ0.2为试样在拉伸过程中标距部分残余伸长达原标距长度的0.2%时之应力。
残余伸长量0.2%是根据需要人为规定的数值实验二、硬度试验（一）布氏硬度试验1、布氏硬度试验原理：d)-D-D(DπDhπ22F=布氏硬度用符号HB表示，布氏硬度的测定原理是在直径为D（毫米）的淬火钢球上施加规定的负荷P（公斤力），压入试样表面，保持一定的时间后卸除负荷。
灰铸铁的金相,拉力
>80~150
>150~300
180
160
-
-
-
(155)
145
135
170
150
-
-
-
-
140
130
165
145
130
120
HT250
>20~40
>40~80
>80~150
>150~300
220
200
-
-
-
(190)
180
165
(210)
190
-
-
-
-
170
160
205
180
165
150
牌号
单铸试棒
抗拉强度
σb≥/Mpa
铸件
铸件壁厚
/mm
抗拉强度
σb≥/Mpa
HT100
100
>2.5~10
>10~20
>20~30
>30~40
130
100
90
80
HT150
150
>2.5~10
>10~20
>20~30
>30~40
175
145
130
120
HT200
200
>2.5~10
>10~20
>20~30
-
3.4~3.9
2.1~2.6
0.5~0.8
0.3
0.15
HT150
<30
30~50
>50
3.3~3.5
灰铸铁金相能力验证
灰铸铁金相能力验证一、引言灰铸铁是一种常见的铸铁材料，具有优良的机械性能和低成本的特点。
为了验证灰铸铁的金相能力，本文将从灰铸铁的组织结构、金相分析方法以及金相测试结果等方面进行深入探讨。
二、灰铸铁的组织结构灰铸铁的组织结构主要由铁素体、珠光体和渗碳体组成。
其中，铁素体是主要的组织相，珠光体是固溶体的析出相，而渗碳体则是由高温下的碳原子扩散形成的。
2.1 铁素体铁素体是由α-Fe组成的一种铁碳固溶体，其晶粒较大且呈板状排列。
铁素体的存在使得灰铸铁具有良好的韧性和可加工性。
2.2 珠光体珠光体是由铁素体中的C和Si等元素形成的一种固溶体。
珠光体的存在使得灰铸铁具有一定的硬度和耐磨性。
2.3 渗碳体渗碳体是由高温下的碳原子扩散形成的一种碳化物相，主要由Fe3C组成。
渗碳体的存在使得灰铸铁具有一定的强度和硬度。
三、金相分析方法金相分析是研究材料组织结构和性能的重要手段，对于灰铸铁的金相能力验证也是必不可少的。
3.1 金相试样的制备金相试样的制备是金相分析的第一步，通常需要将灰铸铁样品进行切割、打磨和腐蚀等处理，以获得适合金相观察的试样。
3.2 金相显微镜观察金相显微镜是金相分析的主要工具，可以观察灰铸铁的组织结构和相态。
通过金相显微镜的观察，可以得到灰铸铁的相组成、晶粒大小和分布等信息。
3.3 金相测试结果的分析根据金相显微镜观察得到的图像，可以进行金相测试结果的分析。
通过对相组成、晶粒大小和分布等进行定量分析，可以评估灰铸铁的金相能力。
四、金相测试结果根据金相分析的结果，可以得到灰铸铁的金相测试结果。
以下是一些常见的金相测试结果：1.相组成：灰铸铁中的相组成主要由铁素体、珠光体和渗碳体组成。
通过金相测试，可以确定各相的比例和分布情况。
2.晶粒大小：灰铸铁的晶粒大小对其力学性能和加工性能有重要影响。
金相测试可以测量灰铸铁中晶粒的大小和分布情况。
3.相间连续性：灰铸铁中不同相之间的连续性对其性能影响较大。
灰铸铁的硬度测定方法
灰铸铁的硬度测定方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：灰铸铁是一种广泛应用于机械制造领域的合金材料，具有较高的硬度和耐磨性。
为了确保产品质量和性能，对灰铸铁的硬度进行准确测定是非常重要的。
本文将介绍几种常用的灰铸铁硬度测定方法，帮助读者了解如何正确进行硬度测试。
一、布氏硬度试验布氏硬度试验是最常用的硬度测试方法之一。
该方法通过在试样表面施加一定负载，然后测量压痕的直径来确定硬度值。
对于灰铸铁材料，通常使用3.45mm球形钢珠作为压头，施加不同的负载进行测试。
根据硬度试验结果，可以得到不同位置的硬度分布情况，为产品的设计和制造提供参考依据。
洛氏硬度试验是另一种常用的硬度测试方法，适用于测定高强度和耐磨性材料的硬度。
该方法通过在试样表面施加一定负载，然后测量压痕的深度来确定硬度值。
对于灰铸铁材料，常用的负载包括60kg 和100kg，根据不同的负载和硬度等级来选择适当的测试方法。
洛氏硬度试验通常用于对材料进行快速检测和比较，可以帮助厂家快速了解产品的硬度性能。
四、超声速硬度试验总结灰铸铁的硬度测试是确保产品质量和性能的关键步骤。
通过选择合适的硬度测试方法和仪器，可以准确、快速地测定灰铸铁材料的硬度值，为产品设计和制造提供数据支持。
在进行硬度测试时，需要注意保持试样表面的平整和清洁，避免干扰和误差的产生。
希望本文介绍的灰铸铁硬度测定方法可以帮助读者更好地了解硬度测试的原理和方法，提高产品质量和生产效率。
【文章字数2000字】。
第二篇示例：灰铸铁是一种广泛应用于工业领域的合金材料，具有优良的机械性能和耐磨性。
在工程实践中，对灰铸铁的硬度进行准确测定具有重要意义，可以为工程设计和生产加工提供重要参考数据。
本文将介绍灰铸铁的硬度测定方法，希望能为相关领域的科研工作者和工程技术人员提供一些有益的参考。
一、硬度的概念及意义硬度是材料抵抗外力的能力，通常可以用来反映材料的抗压、抗划伤、抗变形等性能。
在工程实践中，硬度是材料性能的一个重要指标，可以用来评价材料的质量、强度和耐磨性等特性。
灰铁拉伸测试标准
灰铁拉伸测试标准
灰铸铁拉伸测试的标准如下：
1.灰铸铁拉伸试验应遵循GB/T 228.1《金属材料拉伸试验第1
部分：室温试验方法》的标准。
2.数值修约规则与极限数值的表示和判定应遵循GB/T 8170的规
定。
3.灰铸铁件的抗拉强度应遵循GB/T 9439的规定。
4.单轴试验用引伸计的标定应遵循GB/T 12160的规定。
5.静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测
力系统的检验与校准应遵循GB/T 16825.1的规定。
此外，测定灰铸铁拉伸时的强度性能指标，主要为抗拉强度m。
如果需要比较低碳钢与灰铸铁在拉伸时的力学性能和破坏形式，则还需要测定低碳钢拉伸时的强度及塑性性能指标，如下屈服强度、抗拉强度、断后伸长率A、断面收缩率Z。
请注意，这些标准可能会随时间而变化，具体应以最新的标准为准。
同时建议在进行灰铁拉伸测试时，遵循相关安全操作规程，避免发生危险。
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综合实验:灰铸铁力学性能测试
一、实验目的：
目的是培养学生，理论联系实际的学风，独立动脑分析问题，独立动手解决问题，独立设计实验方案，独立完成实验全过程，独立总结实验过程的实际工作能力和初步的创新能力。
二、实验内容
我们小组拿到的是灰铸铁试样，由小组8人进行不同的热处理工艺，如表所示：工艺编号 1 2 3 4 5 6 7 8
正火℃无860 无无无无无无
淬火℃无无860
（水）
860
（水）
860
（油）
860
（油）
860
（油）
860
（油）
回火℃无无无560 无560 460 260
我选择的工艺是第7组.
二、实验步骤：
2.对灰铸铁进行淬火，温度860℃，保温10分钟，淬火介质为油。
3.测试淬火后试样的硬度值（洛氏硬度试验机）。
4.对试样进行回火处理，温度460℃，保温60分钟，取出后空冷。
5.测试回火后的试样硬度值（洛氏硬度试验机）。
6.通过打磨、研磨、抛光、侵蚀，在金相显微镜下观察试样经过处理后的金相组织，观察后拍照。
三、实验结果：
1.试样硬度表（HRC）
试
样编号
次数
1 2 3 4 5 6 7 8 120.9 11.6 42.7 -10.0 —-5.5 8.9 28 221.0 13.3 41.9 0.0 —-6.3 4.7 31.2 319.6 11.1 40.6 -8.5 —-4.7 8.8 26.1 422.9 10.0 35 -20.0 —-3.7 7.0 30.9 521.7 10.3 54.6 -11.3 —-6.5 8.0 31.5
平均21.22 11.26 42.96 -9.96 23.0¹-5.34 7.48 29.54 45#²—15.0 60.0 21.0 26.0 16.0 ——
1、此数据为我的式样测得的平均值；
2、45钢的硬度数据综合了其他组同学的数据；
3、一般资料上面对于铸铁硬度的表示采用的是布氏硬度，但由于布氏硬度测量麻烦，故我们采用洛氏硬度表示，必要时可进行硬度换算。
四、实验分析：
灰口铸铁是指含有片状石墨组织的铸铁，这种铸铁因其断面呈灰黑色而得名，其基体组织则分为三种类型：铁素体、珠光体及铁素体+珠光体，从组织可以看出灰口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形式存在（如图8），片状石墨单晶体是由许多薄片晶层叠集而成，薄片晶之间存在着许多亚结构，普通铸铁的石墨晶体中，总是存在许多晶体缺陷。
灰口铸铁中的石墨与钢的基体相比，可以把灰铸铁的组织看做是“钢的基体”加上片状石墨的夹杂，石墨的力学性能几乎可以看做为“0” ，而片状石墨的存在相当于基体中许多小的裂纹，破坏了材料的连续性和整体性，减少了基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，是材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多，石墨片的量愈多，尺寸愈大，其其影响也愈大。
石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但使铸铁获得了许多钢没有的优良性能。
灰铸铁的金属基体与碳钢基本相似，但由于灰铸铁内的硅、锰含量与碳钢相比较高，它们能溶解于铁素体中使铁素体得到强化。
因此，铸铁中就金属基体而言，其本身的强度比碳钢要高。
例如，碳钢中铁素体的硬度约为80HBS，而灰铸铁中铁素体的硬度约为100HBS，一般情况下铁素体灰口铸铁的硬度在143~229HBS(<0.9~22.5HRC)[布氏硬度值数据来自参考资料6，175页表7-1]。
灰铸铁通常测定布氏硬度，因为布氏硬度试验范围适合测定铸铁，而且压痕面积大，能够覆盖较多显微组织，反映多相组织硬度综合值。
但是由于实验室设备有限，以及我们操作能力不足，故而测定的是灰铸铁的洛氏硬度HRC，在必要条件下可通过查表换算出其大概的布氏硬度。
有教材上说[7] ，灰口铸铁的布氏硬度值与同样基体的正火钢相近，这在上面硬度表中似乎得到说明。
基于以上原因老师指导我们按照45钢的热处理工艺处理灰铸铁，我们首先对灰铸铁试样进行了分析，在做金相分析后确定我们拿到的试样是铁素体基灰铸铁，如图1。
我的试样按照预先设定的实验步骤进行处理。
最后打硬度平均值为7.48，相当与布氏硬度170左右，属于143~229HBS范围之内，拍金相照片得到图6。
以下是不同工艺后拍的金相图片：
图1未热处理未腐蚀100×图2正火100×
图3 水淬100×图4油淬100×
图5油淬高温回火100×图6 油淬中温回火100×
图7油淬低温回火100×图8参考图片500×
图9 水淬高温回火100×
从硬度表中可以看出油淬之后回火硬度值在依次升高，但是有一个很大的问题就是水淬高温回火、油淬高温回火和中温回火之后铸铁硬度明显低于未经热处理或正火之后的铸铁硬度，其中油淬高温回火之后硬度变为负值为-5.34，这个硬度相当于布氏硬度156（洛氏0.9）之下。
那么这到底是怎么回事呢？
同组同学在老师的指导下测量了油淬高温回火之后试样铁素体基体的显微硬度，经测量基体硬度值为324.6HV、314.6HV、332.5HV，平均值为323.9HV，相当于34.0~34.5HRC（高于45钢的16HRC），约为321HBS>100HBS。
根据以上数据基本可以再次验证：
①铸铁中就金属基体而言，其本身的强度比碳钢要高；
②铸铁中石墨的存在不仅破坏基体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，明显降低了铸铁的硬度。
铁素体基体测量结果与45钢的硬度值进行比较基本符合事实，那么灰口铸铁硬度值在热处理之后为什么不升反降？
我分析其中原因，第一，估计是因为我们刚开始拿到的试样石墨含量不同导致试样开始硬度就差别很大，这一点可以对比图1、2、5、6、9，其中图5、9中的石墨相对粗大，而图6的石墨较图2明显多，所以可以推测石墨对灰铸铁低硬度有很大贡献，遗憾的是我们刚拿到试样时没有进行硬度测量对比，使得试样的可比性大大减弱，所以只能定性推测。
第二，淬火回火之后硬度降低，我估计还有一个原因就是灰铸铁中含石墨较多，而钢本身淬火之后就容易开裂出现裂纹，所以灰铸铁可能产生了许多微小裂纹（特别是水淬），回火时未能完全消失，导致硬度明显降低。
第三、有资料说道[6]，热处理只能改变灰铸铁的基体组织，而不能改变其石墨的存在状况，股利用热处理来提高灰口铸铁机械性能的效果并不大。
通常仅有以下少数几种热处理：
（一）消除内应力的退火；
（二）改善切屑加工性的退火；
（三）表面淬火。
然而我们在热处理时按照45钢的热处理工艺处理灰铸铁，这是否会给灰铸铁造成其它意料之外的不良影响，尚不清楚。
而这是否是造成以上结果的原因，我认为还有待进一步研究。
另外一个原因就是我们测量的是洛氏硬度，对于硬度值应该也有影响。