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工程材料综合实验 一、实验目的： 1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织； 2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系； 3、了解碳钢的热处理操作； 4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响； 5、观察热处理后钢的组织及其变化； 6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。 7．铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的组织，其相变过程均按Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。 二、实验设备及材料： 1、金相显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等； 2、金相图册、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等； 3、各种铁碳合金的显微样品（表4—3）、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10） 表4—3 编号 材料 处理过程 浸蚀剂 放大倍数 1 工业纯铁 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 2 20钢 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 3 45钢 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 4 60钢 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 5 T8钢 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 6 T12钢 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 7 亚共晶白口铁 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 8 共晶白口铁 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 9 过共晶白口铁 退火状态 3～4％硝酸酒精溶液 100～400 三、实验内容： 三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢， 均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。 1、铁碳合金平衡组织观察 2、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。做实验前完成。 3、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。 4、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。 5、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。 四、实验步骤： 1、实验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理沦方面的准备； 2、在显微镜下观察和分析表4—3铁碳合金的平衡组织，识别钢和铸铁组织形态的特征，根据Fe—Fe3C相图分析各合金的形成过程；建立成分，组织之间相互关系的概念。 3、绘出所观察的显微组织示意图，画时应抓住组织形态的典型特征，并在图中表示出来。 4、根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量： C%=＋ 式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积（％）。 5、观察平衡组织并测硬度： （1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2）观察并拍摄显微组织； （3）测试硬度。 6、进行热处理。 7、观察热处理后的组织并测硬度： （1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2）观察并拍摄显微组织。 （20#、45#、T10）碳钢热处理工艺： 五、实验现象、数据记录及分析处理： 测定（20#、45#、T10）碳钢硬度数据表 钢种 热处理工艺 硬度值HRB/HRC 换算为HV 显微组织 加热温度℃ 冷却方式 1 2 3 平均 20# 860 空冷 81 HRB 83 HRB 81 HRB 82 HRB 156 珠光体+铁素体 45# 880 水冷 13 HRC 13 HRC 14 HRC 13.3 HRC 212 珠光体+铁素体 T10 880 水冷 52 HRC 54 HRC 53 HRC 53 HRC 560 珠光体+二次渗碳体 1．根据所观察的显微组织近似确定一种亚共析钢的含碳量. 由3#显微组织图得：P≈56，F≈44，代入公式C%=＋ 得： C%=≈0.448352 含碳量ω（C）≈0.448%，接近于0.45%，所以3#显微图为45#碳钢铁碳合金的平衡组织显微图。 2．（20＃钢、 45＃钢、 T10钢）热处理试样结果分析. 20#钢：碳质量分数为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢。含碳量为0.20%（万分之