材料的选用及其热处理 前后的组织分析共17页
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程，正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样，完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项（一）硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是：（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
（2）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：σb=K·HB式中：σb——材料的抗拉强度值HB——布氏硬度值K——系数退火状态的碳钢K=0.34~0.36合金调质钢K=0.33~0.35有色金属合金K=0.33~0.53（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度高，这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。
（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。
钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告---精品管理资料
钢的热处理及热处理后的显微组织观察实验报告罗毅晗2014011673一、实验目的（1）熟悉钢的几种基本热处理操作：退火、正火、淬火、回火。
（2）了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对45钢热处理后性能（硬度）的影响.（3）观察碳钢热处理后的显微组织.二、概述钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
进行热处理时,加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。
三、实验内容加热温度冷却方法回火温度洛氏硬度洛氏硬度洛氏硬度平均值860℃水冷﹨52。
0 52。
1 52。
6 52。
2 860℃油冷﹨20。
2 23.4 19。
1 20.9 860℃空冷﹨94.1 94.6 94.2 94.3 860℃炉冷﹨86。
0 85.2 85。
7 85。
6 860℃水冷200℃51.9 52。
0 52。
1 52。
0 860℃水冷400℃34。
8 35.3 35。
7 35。
3 860℃水冷600℃20.3 21。
5 19.6 20.5显微组织观察45钢860℃气冷索氏体+铁素体45钢860℃油冷马氏体+屈氏体45钢860℃水冷马氏体45钢 860℃水冷+600℃回火回火索氏体T12钢 760℃球化退火球化体T12钢 780℃水冷+200℃回火回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体T12钢 1100℃水冷粗大马氏体+残余奥氏体四、实验分析1。
火温度而言，淬火温度越高，硬度越高.但是一旦达到过高温度会导致形成的马氏体，使得力学性能恶化.2.火介质而言，硬度大小：空冷>炉冷>水冷〉油冷。
3。
火温度而言，回火温度越高,硬度越低.图像：分析原因：①据铁碳相图，淬火温度升高，45钢（亚共析钢)中铁素体含量减少，珠光体含量提高，而珠光体硬度很高，铁素体硬度低，导致硬度提高。
②根据C曲线，对亚共析钢的连续冷却，空冷生成F+S，炉冷生成F+P，水冷产生M，油冷产生T+M。
机械设计中材料的选材与热处理PPT课件
⑻铸钢：ZG＋数字＋数字
（前边数字表示屈服强度值，后边数字表示抗拉强度值） 如：ZG270-500
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结构钢
㈠普通结构钢
普通碳素结构钢 普通低合金结构钢
1、普通碳素结构钢：碳含量是在0.06％～0.38％，杂质比较多，但价格 便宜，成本低，适用于要求不高的机械零件和工程构件
a、普通钢 b、优质钢 c、高级优质钢
按S、P的含量分的，S、P含量越多，脆性越 大，质量也就越差高级优质钢：S、P去的特别好
分类方法比较多，按习惯叫即可，如45＃钢可被称为中碳钢、结构钢、优质钢
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4、牌号
⑴普通碳素结构钢：用Q＋数字（屈服强度数值）表示
⑵优质碳素结构钢：用钢中平均碳含量分数的两位数字表示， 单位为万分之几，也就是说用碳含量万分之几表示
抗拉强度→
伸长率←
弹行模量→
硬度→
冲击韧度←
性能
减震性←
疲劳极限→
热疲劳抗力←
耐磨性→
可加工性←
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钢
钢具有高的强度、韧性和塑性，并可用热处理方法改善 其力学性能和加工性能。
钢制零件的毛坯可用锻造、冲压、焊接或铸造等方法 取得，因此其应用极为广泛。
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• 牌号：QT500－7（QT：球铁的汉语拼音首字母，500代表最低抗拉强度值，7代表最低
延伸率值）
• 成分（QT500－7）： 碳含量：3.6％～3.8％，硅含量：2.5％～2.9％ 锰含量≤0.6% ， 硫含量≤0.025％，磷含量≤0.08％
碳钢热处理后组织观察演示文稿
是铁素体和渗碳体的机械 混合物，片层比索氏体更细 密，在亚共析钢中，当冷速较大时，屈氏体常沿原始 奥氏体晶界析出，呈黑色网状包围着马氏体。
45钢若加热到760C°，然后在水中冷却，这种淬 火称为不完全淬火。根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温 度加热，部分铁素体未溶入奥氏体中，经淬火后得到马 氏体和铁素体组织。
第二十页，共34页。
2、实验设备和材料 多媒体计算机、金相显微镜、碳钢热
处理后的组织试样一套及照片。
第二十一页，共34页。
四、实验报告要求
1、实验目的 2、画出所观察的显微组织示意图，并
标明：材料名称、状态、组织、放大倍数、侵 蚀剂。并将组织组成物名称以箭头引出标明。
3、分析45钢760C°水淬与45钢 860C°油淬组织的区别。若45钢淬火后 硬度不足，如何根据组织分析其原因是淬 火加热温度不足，还是冷却速度不够？
第九页，共组织
V4（相当于水冷） 时，得到的是马氏 体和残余奥氏体组 织。
V4
Vc
V1（相当于随炉缓冷）时， 奥氏体转变成珠光体。 V2（相当于空冷），得到的较 细的是珠光体，即索氏体。
V3（相当于油冷）时，得到 的是屈氏体和马氏体。
第十页，共34页。
共析钢C曲线
第十三页，共34页。
共析钢和过共析钢淬火前，通常是球化 退火组织，经正常加热淬火后，得到的马氏 体是细小的，在光学显微镜下分辨不出来它 的形态，故通常称为隐晶马氏体。T12钢正 常淬火组织为：隐晶马氏体和粒状碳化物及少
量残余奥氏体。
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45钢水淬组织为：混合马氏体（板条马氏体+针状
紧固件材料热处理后的组织分析
紧固件材料热处理后的组织分析摘要：紧固件材料经过热处理后会改变内部组织结构，以此有效提升其使用性能、结构寿命。
本文对实际生产中典型紧固件材料钛合金、高温合金、铝合金、合金钢进行了热处理后合格金相组织与缺陷组织的分析汇总。
对研究材料组织与性能、优化热处理工艺参数及提升产品质量具有指导意义。
关键词：紧固件；热处理状态；组织紧固件是应用广泛的连接用机械零件，90%以上的紧固件都使用金属材料，每种材料都具有其特有性能属性。
若想得到性能优良的紧固件，一般材料会经过热处理优化。
热处理是研究金属材料性能成分组织之间关系最常用的工艺方法，它可有效改变零件内部组织结构，让紧固件产品获得更优异的使用性能，达到高的质量和使用寿命[1]。
实际生产中不同热处理制度下材料的组织改变最明显，在工艺参数变化不大的范围内，组织可能由合格变为不达标，所以分辨清晰合格的材料组织对提升紧固件性能、热处理工艺优化及产品质量提升具有指导意义。
一钛合金组织分析钛合金具有低密度、高比强度、耐高温、抗腐蚀等优异的综合性能，是紧固件领域的最主要材料之一。
最常用的为α、α+β型，在室温稳定状态由α相及β相所组成，β相占比10%~50%。
可热处理强化。
TC4（Ti-6Al-4V）、TC16在国内紧固件行业应用最广泛。
可以在退火状态下使用，也可经固溶时效强化后使用。
（一）合格组织a图退火态组织为白色等轴初生α相+少量晶间β相（等轴组织）。
b图固溶处理会得到马氏体型α’相，次生针状α相、并含有少量残留的β相；时效过程中α’相和β相都分解成α+β相，故最终组织为等轴初生α相+含针状α相的β转变基体（双态组织）。
（二）缺陷组织钛合金在热处理过程中，最常见的组织缺陷情况为表面污染、过热及过烧。
a 图为钛合金热处理后组织表面被氧化或受污染，表现为α相层密集分布，变为硬脆相，影响使用性能。
针对紧固件而言，若出现b图网篮组织则为过热状态。
网篮组织为变形的β转变基体+板条状α相，有断续晶界α、或连续晶界α、或有大块α，不含有等轴α相。
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
与过冷奥氏体等温转变得到的屈氏体、 索氏体相比，在强度、硬度相同的同时，回 火屈氏体、回火索氏体的塑性和韧性更好， 原因是回火屈氏体、回火索氏体的渗碳体是 粒状的而后者为片状。
• 材料：经过不同热处理后金相试样一套
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
什么是碳钢的热处理?
➢ 热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时
间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺。包含有 “四火”：退火、正火、淬火和回火。
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
•0
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
•过冷奥氏体等温转变产物
温度
A1~650℃ 650~600℃ 600~550℃ 550~350℃ 350 ℃ ~MS
Ms~MF
显微组织
性能
珠 光 体是 P 索氏体 S
片层间距：0. 3μm 片层间距：0.1~0. 3μm
碳钢的热处理后组织观 察(PPT30页)
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2020/11/30
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验目的
• 观察和研究碳钢经不同热处理后显 微组织的特点；
• 了解热处理工艺对钢组织和性能的 影响
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验仪器与材料
• 仪器： XJP-3A( 双目 ) 金相显微镜； XJP-3C( 双目 ) 金相显微镜；
热处理后组织分析
碳钢热处理后的组织（金相分析）一、概述碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。
1、共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。
例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1中的υ1）应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到υ2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到υ3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至υ4、υ5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ4）称为淬火的临界冷却速度。
图1 图23、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，如图2所示。
当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图2中υ1），转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大，即υ3>υ2>υ1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
因此，v1的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图6，图7）。
热处理中的材料选择与应用技术
热处理中的材料选择与应用技术热处理是在材料制备过程中不可或缺的一环，可以帮助改善材料的性能。
热处理中的材料选择和应用技术对于材料的性能提升至关重要。
本文将从材料的选择和应用技术两个方面来探讨热处理中的材料选择与应用技术。
一、材料选择在热处理的过程中，材料的选择至关重要，直接影响到材料的性能。
根据所需要的性能要求选择不同的材料。
1.1 钢材钢材是最常见的材料之一，广泛应用于机械、建筑等领域。
钢材的热处理通常包括退火、正火、淬火和回火等工艺。
在钢材的选择过程中需要注意材料的化学成分、机械性能和耐热性能等，并且需要根据使用条件选择相应的热处理工艺。
1.2 铝合金铝合金是一种轻质、高强度的材料，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
铝合金的热处理通常包括固溶处理、时效处理等工艺。
同样地，在铝合金的选择过程中需要注意其化学成分、机械性能和耐热性能等，并且需要根据使用条件选择相应的热处理工艺。
1.3 铜材铜材是一种优良的导电材料，广泛应用于电子、通讯等领域。
铜材的热处理通常包括退火、固溶处理等工艺。
同样地，在铜材的选择过程中需要注意其化学成分、机械性能和耐热性能等，并且需要根据使用条件选择相应的热处理工艺。
二、应用技术除了材料的选择，热处理中的应用技术同样对材料的性能提升至关重要。
2.1 热处理工艺参数选择热处理工艺参数的选择对热处理结果有非常大的影响。
在热处理前需要根据材料的性质和使用条件来选择合适的热处理工艺参数以实现所需要的性能指标。
2.2 热处理工艺控制对热处理过程的温度、时间和气氛等进行严格的控制，可以确保热处理的效果和稳定性。
在热处理时需要加强工艺控制，保证材料的质量。
2.3 热处理后的深加工在热处理后，材料的性能已经得到了提升，但如果进行合适的深加工，可以进一步提高材料的性能。
深加工可以包括机加工、表面处理、激光处理等多种方法。
三、结论总之，热处理中的材料选择和应用技术对于材料的性能提升至关重要。
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硬度） 金相组织照片
其他
已知材料的分析
材料牌号及名称
淬火前的组织图 及组织说明 淬火前的硬度（HB或 换算HRB） 淬火保温时间 的计算 （公式） 淬火冷却方式、
回火温度
回火理论硬度（HRC 或换算HV）
误差分析
用途
力学性能
含碳量及合金元素含 量 淬火后组织图及组织 说明 淬火温度
各种材料机械加工工艺性能对 比
材料 Y12 Y12Pb
Y45 45 30CrM0 40CrNiMoA 50CrV GCrl5 W18Cr4V
加工性指数 100 152
95 60 65 45 45 30 25
材料 18 8不锈钢 18 8易切削不 锈钢 灰铸铁 可段铸铁 铝 硬铝 铜 黄铜 磷青铜
加工性指数 25 45
处理工艺并实施, 7、对照处理前后的显微组织及晶粒度.
实验步骤
1、 根据实验要求，写出预习报告，合格后方 可进行实验。
2、 参观热处理设备及温度控制方式、冷却介 质。
3、 选定材料的热处理工艺，并进行热处理工 艺操作（加热、保温—冷却——硬度测定—— 回火——硬度测定）。
4、 测定钢 淬火后及回火后的硬度。（HRC、 HBS、HV的选择）
4、热处理冷却时，搅拌速度会影响组织及性能？为什么？ 5、你了解的平衡组织有哪些？非平衡组织有哪些？其性
能有何差异？用那种热处理工艺可获得该组织？ 6、谈谈你做了综合实验后有哪些收获？
谢谢你的阅读
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实验目的
1、 了解热处理设备及温度控制方式； 2、 掌握热处理操作过程及钢的热处理工艺； 3、 加深对不同的热处理工艺将获得不同的金
相组织及硬度的理解； 4、 观察不同热处理后的组织形态，并说明各
种金相组织对应的热处理工艺。 5、国内外常用模具材料的牌号及其表示方法， 6、常规热处理方法的选择及应用范围,制定热
5、图像分析 。 6、数据整理交实验老师签名。
工程材料选用原则和方法
机械制造中，设计产品、设计工艺装备(刃 具、夹具、模具、量具等)以及生产零件时， 都会遇到选择材料，确定热处理方法，安排 加工工艺路线等方面的问题.合理地选择材 料与热处理工艺不仅能保证零件内在的质量， 同时直接关系到产品的经济效益。
材料选用的一般原则
1．材料的使用性 材料的力学性能、物理性能和化学性能，是选材
时首先应予保证的。 对于机器零件和工程构件，最重要的是力学性能。
如何才能准确地了解具体零件的 力学性能指标，这就要能正确地分析零件的受力状
态、载荷性质、工作温度、环境条件等几 方面。受力状态有拉、压、弯、扭、剪等；载荷性
实验报告内容
1、查阅有关资料，详细写出各材料的化学 成分（元素）、热处理工艺及工艺图、硬度 （淬火、回火、退火、正火）、锻造工艺、 用途、类别（冷模、热模、塑料模等）和使 用性能及使用要求。
2、简述你所用到的设备名称及用途； 3、制订所在小组材料的热处理工艺及淬
火（前后）和回火后硬度（HB、HRC、HV）； （已知材料） :
实际硬度（HRC或换 算HV）
淬火理论硬度（HRC 或换算HV） 回火保温 时间确定 （公式） 回火实际硬度（HRC 或换算HV）
热处理工艺曲线
讨论与分析题
1、 常用的淬火冷却方法有哪些？说明各自的特点及应用 范围？
2、钢中含碳量增加，或含合金元素量增加时，其热处理 工艺及性能有何变化？
3、分析45#钢 正常淬火后应获得什么组织？出现网状屈氏 体T+M+A'的原因？
相对价格 1
1．25 3～1.5 1．7
1．7～2．5 5 3 1．6 3～4 16～20
150～200
材料 格
铬不锈钢 铬镍不锈钢 普通黄铜 锡青铜、铝青铜 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 碳素铸钢件 铸造铝合金、铜合金 铸造锡基轴承合金 铸造铅基轴承合金
相对价 15 13～17 19 1．4 1．8 2～2．2 2．5～3 8～10 23 10
质有静态载荷、动态冲击载荷和动态交变载 荷等；工作温度可分为高温、低温；除应考虑以上
所提的机械性能外，还应考虑零件的特殊 要求和使用的环境。
材料选用的一般原则
2．材料的工艺性 在制造业中所谓的工艺就是将原材料经过
一系列的加工变为零件或机器的过程。材料 加工成零件的难易程度，将直接影响零件的 质量、生产效率和成本。表12—1给出了各 种材料机械加工工艺性能的相互对比
58～80 70～120 1000 1000 60 80 40
3．材料的经济性
在满足使用性能、工艺性能的前提下，选用 材料时应注意降低零件的总成本。零件的总 成本包括材料本身的价格、加工等直接成本 和其他一切间接所开支的成本，如运费与安 装等。
我国常用金属材料的相对价格
材料 碳素结构钢 低合金结构钢 优质碳素结构钢 易切钢 合金结构钢(除铬一镍) 铬镍合金结构钢(中合金钢) 滚动轴承钢 合金工具钢 低合金工具钢 高速钢 硬质合金
常用热处理方法相对加工费用
热处理方法
退火(电炉)
球化退火 正火 渗碳淬火+回火 氮化 软氮化
相对加工费
1
1．8 1 6 38 10
热处理方法
调质
刀具、模具(盐浴炉淬火及回火)
) 结构零件(盐浴炉淬火及回火 冷处理 高频感应加热淬火
相对加工费
2．5
6～7．5 3 3 按长度计算，比 一般渗碳淬火价廉
实验报告内容
４、通过磨片试验和多媒体分析软件，对材 料（未知材料）的金相组织进行分析，并指 出该材料的处理工艺和对应组织、用途、性 能、化学成分、应达到的强度、韧度、塑性、 硬度材料名称 牌号 含碳量 化学成分 试样制备过程 处理方法
用途 组织说明 放大倍数