壓下量和冷卻方式對(duì)低碳鋼組織和硬度的影響-本科綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：壓下量和冷卻方式對(duì)低碳鋼組織和硬度的影響學(xué)院：材料與冶金學(xué)院專業(yè)：材料成型及控制工程姓名：王金銘班級(jí)：成型2班學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師：郭瑞華老師目 錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、 實(shí)驗(yàn)材料3三、 實(shí)驗(yàn)方案3四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材31、 金相切割機(jī)32、 加熱爐（箱式爐）33、 二輥可逆式試驗(yàn)軋機(jī)3五、 實(shí)驗(yàn)步驟41、 試樣準(zhǔn)備和切割鑲嵌42、 加熱43、 軋制44、 磨樣、拋光45、 腐蝕與拍照56、 顯微硬度測(cè)定5六、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析61、 觀察和分析Q235不同壓下量，不同冷卻方式的金相組織62、 分析造成金相組織不同的原因73、 分析不同冷卻速度對(duì)硬度的影響84、 實(shí)驗(yàn)

2、誤差分析8七、 總結(jié)9八、 參考文獻(xiàn)9一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)室二輥可逆軋機(jī)對(duì)Q235鋼進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)，分析其在相同加熱溫度、軋制溫度、壓下量的條件下，冷卻方式對(duì)材料組織的影響。2.認(rèn)識(shí)和熟練使用實(shí)驗(yàn)中的各種儀器。3培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和自主能力。二、實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)材料所用試樣為低合金鋼Q235，其主要成分見(jiàn)表1。表1 Q235化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)%牌號(hào) C Mn Si S PQ235 0.120.22 0.300.60 0.30 0.04 0.04三、實(shí)驗(yàn)方案把試樣Q235放入加熱爐中加熱，當(dāng)爐溫達(dá)到1000時(shí)，保溫20分鐘，在取出試樣前調(diào)整好二輥可逆式實(shí)驗(yàn)軋機(jī)。保溫完成后取出試樣在軋機(jī)中進(jìn)行軋制，壓下量

3、分別為10%和28%，軋制完成后分別水冷和空冷至室溫。冷卻后將試樣切割，打磨，拋光，腐蝕。然后把經(jīng)過(guò)一系列處理之后的試樣放在金相顯微鏡下觀察，如果有清晰的組織就可以進(jìn)行拍照標(biāo)注。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材 1.金相切割機(jī)QG-2金相試樣切割機(jī)（以下簡(jiǎn)稱切割機(jī)）是利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪來(lái)截取金相試樣，它廣泛地適用于金相實(shí)驗(yàn)室切割各種金屬材料。由于本機(jī)附有冷卻裝置，用來(lái)帶走切割時(shí)所產(chǎn)生的熱量，因而避免了試樣遇熱而改變其金相組織。2.加熱爐（箱式爐）主要供金屬機(jī)件或合金鋼機(jī)件在空氣中進(jìn)行熱處理加工之用。與控制柜配合使用，可手動(dòng)或自動(dòng)控制電爐的溫度。箱式電阻爐結(jié)構(gòu)主要由爐體、爐襯、爐底板、加熱元件、爐門及控制

4、系統(tǒng)等部分組成。3.二輥可逆式實(shí)驗(yàn)軋機(jī)二輥軋機(jī)分為可逆式和不可逆式，現(xiàn)在一般都是采用可逆式。二輥軋機(jī)主要是通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥將軋件咬入軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)來(lái)料尺寸的變化完成軋鋼的。軋制板材時(shí)軋輥工作面是平面，通過(guò)壓下裝置調(diào)節(jié)輥縫大小來(lái)實(shí)現(xiàn)板材厚度的變化。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.試樣準(zhǔn)備和切割鑲嵌將準(zhǔn)備的試樣切割，后用鑲嵌機(jī)鑲嵌成成品。2.加熱（1）將加熱爐手動(dòng)控制，預(yù)設(shè)爐內(nèi)溫度為1000。（2）將加熱爐設(shè)置成自動(dòng)控制進(jìn)行加熱。（3）安排兩人隨時(shí)觀察加熱爐，保證電流不超過(guò)25A，若有異常則立即關(guān)閉加熱爐，改為手動(dòng)控制，電流正常以后再改為自動(dòng)控制。（4）當(dāng)爐溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度并保溫完成后，取出試樣在軋機(jī)上進(jìn)行軋制。（5

5、）軋制完成后，軋件空冷。3.軋制表2 Q235軋制參數(shù)試樣編號(hào)試樣代號(hào)及厚度尺寸（mm）軋制溫度軋制道次道次壓下率冷卻方 式軋前 厚度軋后厚度1號(hào)9.668.721000110%水冷2號(hào)9.666.95100028%空冷4.磨樣、拋光（1）將冷卻后的試樣用切割機(jī)分塊兒切開(kāi)并用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，將尖角部分打磨掉，并且打磨出一個(gè)比較平整的平面。（2）將試樣用砂紙進(jìn)行打磨，先用粗砂紙，然后分別用是120、240、360、500、600的砂紙進(jìn)行打磨。（3）再一張砂紙上打磨時(shí)，保證始終在一個(gè)方向上，一個(gè)平面上進(jìn)行打磨。（4）當(dāng)一張砂紙打磨的只有一個(gè)方向上的劃痕時(shí)，換較細(xì)的砂紙打磨，此時(shí)方向必須旋轉(zhuǎn)90，

6、當(dāng)將前面的劃痕完全蓋住時(shí)，即可換另一張較細(xì)的砂紙打磨，以下操作依次進(jìn)行。（5）用最后一張砂紙打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整無(wú)劃痕方可。（6）用拋光機(jī)進(jìn)行拋光，在拋光時(shí)，一邊拋光，一邊向拋光機(jī)上加水和拋光液，加水防止試樣表面溫度過(guò)高而氧化，拋光液中有小顆粒，有助于試樣拋光。（7）試樣拋光以后表面光滑如鏡且無(wú)劃痕即可。5.腐蝕與拍照（1）將拋光后的試樣用酒精溶液清洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干；（2）把4的硝酸酒精溶液滴在試樣表面，晃動(dòng)使溶液均勻，便于腐蝕；（3）5-10分鐘后用酒精溶液清洗試樣，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干；（4）將試樣置于光學(xué)顯微鏡鏡頭上方，調(diào)整焦距，便可以在電腦上清晰地觀察到試樣的顯微組

7、織；（5）調(diào)整顯微鏡，使鏡頭上下左右移動(dòng)，觀察顯微組織，選出效果好的部分顯微組織進(jìn)行拍照；（6）選出不同的放大倍數(shù)進(jìn)行拍照，分別為100、200、500、1000倍；（7）拍完以后進(jìn)行標(biāo)注。6.顯微硬度測(cè)定（1）將絲杠頂面及工作臺(tái)上下端面擦凈,將工作臺(tái)置于絲杠臺(tái)上;（2）將試件支撐面擦凈置于工作臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)手輪是工作臺(tái)緩慢上升并頂起壓頭，至小指針走向紅點(diǎn)，大指針旋轉(zhuǎn)3圈垂直向上為止;（3）旋轉(zhuǎn)指示器外殼，使C,B之間長(zhǎng)刻線與大指針對(duì)正；（4）拉動(dòng)加荷手柄，施加主試驗(yàn)力，指示器的大指針按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)；（5）當(dāng)指示針停止下來(lái)后，即可將卸荷手柄推回，卸除主試驗(yàn)力；（6）從指示器上相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)；（7

8、）轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使試件下降，再移動(dòng)試件，按以上（2）-（6）步驟進(jìn)行新的試驗(yàn)；（8）試驗(yàn)結(jié)束后用防塵罩將機(jī)器蓋好。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1.觀察和分析Q235不同壓下量，不同冷卻方式的金相組織采用不同的壓下，不同的冷卻方式（空冷和水冷兩種方式）來(lái)觀察所獲得的組織。圖1為Q235鋼1000加熱，熱軋鋼壓下率為28%，放大倍數(shù)分別為200倍和500倍。圖2為Q235鋼1000加熱，熱軋鋼壓下率為10%，放大倍數(shù)分別為200倍和500倍。 圖1 Q235鋼1000加熱，壓下28%空冷。（a）空冷 放大倍數(shù)200 （b）空冷 放大倍數(shù)500 圖2 Q235鋼1000加熱，壓下10%水冷。（c）水冷 放大倍數(shù)200

9、 (d)水冷 放大倍數(shù)500由a b c d 四圖可以觀察到馬氏體組織。對(duì)于Q235鋼亞共析鋼來(lái)說(shuō)，水冷屬于淬火。對(duì)淬火工藝而言，在鋼加熱到1000后，組織完全奧氏體化。其后冷卻速度大于臨界淬火速度1，得到馬氏體和殘留奧氏體組織。由a b c d 四圖可以觀察到黑色的珠光體和白色的鐵素體。對(duì)于Q235低合金鋼來(lái)說(shuō)，空冷屬于正火，空冷后的組織就為珠光體和少量的鐵素體。由于冷卻的速度較快，所以組織中鐵素體較少，珠光體組織較細(xì)2。2分析造成金相組織不同的原因?qū)235軋后冷卻速度對(duì)軋后組織的影響：圖3 低碳鋼冷卻曲線由冷卻曲線可知，不同的冷卻速度對(duì)軋后組織有很大的影響。1號(hào)樣為水冷，2號(hào)樣為空冷。由

10、于水冷冷卻速度大于空冷冷卻速度。根據(jù)冷卻曲線圖可看出水冷冷卻曲線不經(jīng)過(guò)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，直接降低到Ms點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，得到淬火馬氏體組織。2號(hào)樣為空冷，空冷冷卻曲線經(jīng)過(guò)珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變得到珠光體組織3。3分析不同冷卻速度對(duì)硬度的影響表3 試樣硬度表（HRB） 空冷 水冷 硬度1 64.7 83.6硬度2 66.8 85.2硬度3 66.6 82.4硬度4 66.6 84.3硬度5 67.0 81.8平均值 66.34 83.46由表3數(shù)據(jù)可知，水冷后得到的組織硬度比空冷的硬度高，冷卻速度不一樣鋼發(fā)生固態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度也不一樣，得到的組織也有很大差異，一般來(lái)說(shuō)冷卻速度越快

11、，鋼轉(zhuǎn)變的溫度越低，轉(zhuǎn)變后得到的組織的硬度也越高。主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度越低，原子的活動(dòng)能力也越低，得到的組織就越細(xì)，比如珠光體型組織的層片間距就隨形成溫度的降低而變小，如果冷卻速度足夠大就可以發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而得到馬氏體，它的硬度會(huì)更高4。 鋼中馬氏體的主要特征就是高強(qiáng)度、高硬度，而水冷的方式主要產(chǎn)生馬氏體，所以硬度相對(duì)于空冷主要產(chǎn)生的珠光體和鐵素體大5。4實(shí)驗(yàn)誤差分析1實(shí)驗(yàn)時(shí)軋制溫度不夠精確；2金相組織有黑點(diǎn)，腐蝕工作沒(méi)有做好；3組織及晶界不太清楚，磨得不到位；4壓下不夠用精確導(dǎo)致誤差；5從加熱爐中取出時(shí)，可能有溫降。七、總結(jié)本次綜合實(shí)驗(yàn)讓我學(xué)到了很多，制定方案的過(guò)程不能說(shuō)是復(fù)雜，但也不簡(jiǎn)單，我

12、通過(guò)查詢各類書(shū)籍，網(wǎng)絡(luò)檢索等方式，終于制定出了合適的實(shí)驗(yàn)方案。細(xì)心+耐心=成功！通過(guò)這三周的實(shí)驗(yàn)，我了解到了軋制的一般過(guò)程，學(xué)會(huì)了如何制備金相試樣，以及如何觀察金相組織。我自己也動(dòng)手制備了金相試樣，親自操作金相顯微鏡觀察金相組織并取得照片在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，從磨試樣到觀察組織，我反復(fù)做了好幾次，開(kāi)始時(shí)，所磨得式樣總是有劃痕，這讓我的自信心倍受打擊，終于在克服這個(gè)問(wèn)題后，下一個(gè)問(wèn)題又是接踵而至，腐蝕時(shí)間掌握不好，不是太輕就是腐蝕太嚴(yán)重。不過(guò)，最終還是成功的做出了試樣。得到了正確的組織。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)際動(dòng)手，我學(xué)會(huì)了使用加熱爐、砂輪機(jī)、軋機(jī)、切割機(jī)、顯微鏡等設(shè)備。這次綜合實(shí)驗(yàn)是我們將課本所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中的大好機(jī)會(huì)，也確實(shí)獲得了非常寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了自身的動(dòng)手能力。最后，感謝郭瑞華老師的細(xì)心指導(dǎo)，還有同學(xué)們的支持，有了你們，我才能順利完成本次的綜合實(shí)驗(yàn)。八、參考文獻(xiàn)1.劉宗昌，任慧