试验指导书工程材料试验教学中心河南科技大学.doc

金属材料学 实 验 指 导 书 工程材料实验教学中心 河南科技大学材料科学与工程学院 学 生 实 验 守 则 1、实验前，必须仔细阅读实验指导书，熟悉实验目的、原理、方法和要求。 2、到实验室后，必须严格遵守实验室的制度和纪律，遵守各项操作规程。 3、实验时，应集中注意力，认真做好实验。注意培养自己实事求是的科学态度，如实记录实验数据。 4、必须尊重指导教师的指导，注意人身安全，爱护仪器设备。如发生事故，应立即向指导老师报告。 5、爱护公共财物，除本实验所用的仪器外，不得动用其它设备。 6、实验完毕后，必须将实验现场及仪器设备整理干净，恢复原状。在实验记录送交指导老师检查签字后，经指导老师同意，方可离开实验室。 7、试验目的和要求，认真仔细分析实验数据，完成实验报告，并在规定时间内送交指导老师批改。 目 录 实验一 高速钢及其显微组织分析 ……………………………….1 实验二 铸铁及其显微组织分析 …………………………………...6 实验三 有色金属及其显微组织分析….………………… ……. ..10 实验一 高速钢及其显微组织分析 实验目的: 观察及分析高速钢在铸态及正常热处理、过热、过烧等状态下的显微组织和缺陷，供分析高速钢及其热处理做参考。 内容说明: 图1 高速钢变温截面图 Fe-18%W-4%Cr-C系C1－M6C，C2-Fe3C 高速钢的铸态组织： 高速钢因含有大量合金元素，虽然含碳量只有0.7—0.8%,已属莱氏体钢，其结晶过程及铸造组织很复杂。W18Cr4V高速钢状态图用图1近似表示。当W18Cr4V钢平衡凝固时，发生下列反应： 开始结晶时析出δ（高温α）固溶体； 冷到1400℃发生L+δ→γ的包晶反应； 在1345℃附近很窄的温度范围进行L+δ→γ＋M6C的包晶反应，M6C指Fe3W3C类的复杂碳化物，当冷速快，扩散不够充分，包晶反应来不及进行，发生δ→γ＋M6C的反应，称δ共析。 在1330～1300℃之间发生L→γ＋M6C的共晶反应，一直到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，其中碳化物呈鱼骨状，骨骼之间为γ相。 凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出合金碳化物，在870～800℃之间发生L+ M6C→α的包析反应，冷到800℃左右发生共析反应γ→α＋M6C＋Fe3C。实际上W18Cr4V钢在共晶结晶时还出现VC，并在随后冷却时，由奥氏体中析出VC和M23C6型碳化物，在低温下未发现Fe3C存在。 在实际铸锭凝固时冷却速度大于平衡冷却，其包晶反应不能进行完毕，仍有部分δ（高温α）相被保留下来，在继续冷却时发生共析分解δ→γ＋M6C，随后γ相再发生共析反应。这种转变产物金相形态呈黑色，称为“黑色组织”。 γ相的共析反应也可能被抑制而过冷到低温，转变为马氏体和残余奥氏体，形成“白亮组织”。 高速钢的锻造和退火： 综上分析，可知高速钢的铸态组织十分复杂且不均匀，由于铸态组织中存在粗大、很脆、硬度约为HV900～1000鱼骨状共晶碳化物，严重割裂了基体，必须经过锻轧将其破碎，使其尽可能成为均匀分布的颗粒状碳化物。高速钢锻造时应镦粗－拔长反复多次，锻后其硬度较高（HRC35～40）,不便于切削加工，应进行退火。高速钢的AC1在820～860℃范围，故退火温度为870～880℃，保温2～3小时，大部分合金碳化物未溶入奥氏体，此时奥氏体中合金元素含量不多，冷却时易转变成粒状珠光体和剩余碳化物。退火后W18Cr4V钢的硬度约为HB207～255，碳化物体积百分数约为30％，其中M6C为16～19％，M23C6为9％，MC为1.5～2％。 高速钢的正常淬火及三次回火后的组织： 正常淬火组织：高速钢的优越性只有在正确的淬火和回火之后才能发挥出来。其淬火温度较一般合金工具钢要高得多。因为温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金度亦高。只有合金度高的马氏体才有高的红硬性。对高速钢红硬性作用最大的合金元素W（Mo）及V 只有在1000℃以上时，其溶解量才急速增加。温度超过1300℃时，各元素的溶解量虽还有增加，但奥氏体晶粒急剧长大，甚至在晶界处发生溶化现象。因而，淬火钢的韧性大大下降。所以，在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度愈高，其红硬性愈好。 由于高速钢的导热性差，而淬火温度又极高，故常常分两段或三段加热。即先在800～850℃预热，然后再加热至淬火温度。大型及复杂的刃（工）具应当采用两次预热，第一次在500～600℃，第二次在800～850℃。 淬火通常在油中进行，或采用分级淬火法。高速钢的正常淬火组织是20～30%A+60～65%M+K。经8～10%硝酸酒精溶液侵蚀后，未溶的K及A晶界显露出来，合金度较高的M呈白亮色。 三次回火后的组织：为了消除淬火内应力，稳定组织，减