工程材料及應(yīng)用工程材料的合理選用6-9章

本章提要您了解功能材料的含義嗎？常見功能材料包括哪些種類？它們都有哪些主要特性和用途？生物材料都有哪些？它們對人類健康方面有哪些益處？納米材料有哪些主要特性和用途？

本章主要內(nèi)容納米材料

生物材料

功能材料

功能材料智能材料

光功能材料

形狀記憶材料

其它功能材料

電功能材料

磁功能材料

第一節(jié)功能材料電功能材料磁功能材料

智能材料

其它功能材料

功能材料導(dǎo)電材料、電阻材料、電接點(diǎn)材料、壓電材料等軟磁材料、硬磁材料、信息磁材料等.金屬系、無機(jī)非金屬系和高分子系智能材料貯氫材料和梯度功能材料等第一節(jié)功能材料形狀記憶材料

光功能材料

固體激光器材料、信息顯示材料、光纖、隱形材料等

形狀記憶合金和形狀記憶聚合物

第一節(jié)功能材料1電功能材料及分類電功能材料是指利用材料的電學(xué)性能和各種電效應(yīng)等電功能的材料。其品種和數(shù)量較多，本節(jié)只介紹導(dǎo)電材料、電阻材料、電接點(diǎn)材料及壓電材料等。第一節(jié)功能材料電功能材料電功能材料是指利用材料的電學(xué)性能和各種電效應(yīng)等電功能的材料。其品種和數(shù)量較多，本節(jié)只介紹導(dǎo)電材料、電阻材料、電接點(diǎn)材料及壓電材料等。第一節(jié)功能材料導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料主要包括：常用導(dǎo)電金屬材料、膜（薄膜或厚膜）導(dǎo)體布線材料、導(dǎo)電高分子材料、超導(dǎo)電材料等。第一節(jié)功能材料電阻材料電阻材料是利用物質(zhì)固有的電阻特性來制造不同功能元件的材料。它主要用于電阻元件、敏感元件和發(fā)熱元件。按其特性與用途可分為精密電阻材料、膜電阻材料和電熱材料。第一節(jié)功能材料電接點(diǎn)材料常用強(qiáng)電接點(diǎn)材料有：真空開關(guān)接點(diǎn)材料：常用材料有Cu-Bi-Ce、Cu-Fe-Ni-Co-Bi、W-Cu-Bi-Zn合金等?？諝忾_關(guān)接點(diǎn)材料：主要有銀系合金和銅系合金。弱電接點(diǎn)材料：主要有Ag系、Au系、Pt系及Pd系金屬合金四種。復(fù)合接點(diǎn)材料：是通過一定加工方式（軋制包覆、電鍍、焊接、氣相沉積等）將貴金屬接點(diǎn)材料與普通金屬基底材料（如Cu、Ni金屬及其合金）結(jié)合為一體。復(fù)合接點(diǎn)材料已成為弱電接點(diǎn)材料的主流。第一節(jié)功能材料壓電材料當(dāng)機(jī)械外力作用于晶體時(shí)，晶體發(fā)生形變使正負(fù)電荷重心位置偏移而極化，產(chǎn)生的電效應(yīng)，稱為正壓電效應(yīng)。對材料施加一電壓，材料產(chǎn)生形變，稱為逆壓電效應(yīng)。1）壓電陶瓷：主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛（PZT）、改性PZT和其它三元體系。目前應(yīng)用最多的是PZT和改性PZT。2）壓電聚合物材料：分為固有壓電性聚合物和駐極體型聚合物。第一節(jié)功能材料2磁功能材料及分類指利用材料的磁性能和磁效應(yīng)（電磁互感效應(yīng)、壓磁效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁阻及磁熱效應(yīng)等）實(shí)現(xiàn)對能量及信息轉(zhuǎn)換、傳遞、調(diào)制、存儲、檢測等功能作用的材料。按成份不同可將其分為金屬磁性材料（含金屬間化合物）和鐵氧體（氧化物磁性材料）；按磁性能不同可將其分為軟磁材料與硬磁材料。第一節(jié)功能材料軟磁材料指磁矯頑力低（Hc＜103A／m）、磁導(dǎo)率高、磁滯損耗小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大，且在外磁場中易磁化和退磁的一類磁功能材料。包括金屬軟磁材料及鐵氧體軟磁材料等。其中金屬軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高（適于能量轉(zhuǎn)換場合）、磁導(dǎo)率高（適于信息處理場合）、居里溫度高；但電阻率低，有集膚效應(yīng)，渦流損失大，故一般限于在低頻領(lǐng)域中應(yīng)用。純鐵及硅鋼片是應(yīng)用較早的金屬軟磁材料，其中硅鋼片用量較大。后來又研制了鐵鎳合金（亦稱坡莫合金）、鐵鈷合金及非晶、微晶及納米晶新型軟磁材料。第一節(jié)功能材料硬磁材料（永磁材料）指材料在磁場充磁后，當(dāng)磁場去除時(shí)其磁性仍能長時(shí)間保留的磁功能材料。應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：一是利用硬磁合金產(chǎn)生的磁場；二是利用硬磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如磁滯電動機(jī)。硬磁材料主要有：Al-Ni-Co系硬磁材料；硬磁鐵氧體（常用牌號有Y10T、Y25BH）；稀土硬磁材料（Nd-Fe-B稀土硬磁材料）和復(fù)合（粘結(jié)）稀土材料等。第一節(jié)功能材料信息磁材料信息磁材料指用于光電通訊、計(jì)算機(jī)、磁記錄和其它信息處理技術(shù)中的存取信息類磁功能材料。它包括磁記錄材料、磁泡材料、磁光材料、特殊功能材料等。第一節(jié)功能材料3智能材料智能材料是指對環(huán)境可感知、可響應(yīng)并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。這是將信息科學(xué)融合于材料物性和功能的材料新構(gòu)思。它是在原子、分子水平上進(jìn)行材料控制、在不同層次上賦于自檢測（傳感功能）、自判斷、自結(jié)論（處理功能）和自指令、自執(zhí)行（執(zhí)行功能）所設(shè)計(jì)出的新材料。包括金屬系智能材料、無機(jī)非金屬系智能材料、高分子系智能材料。第一節(jié)功能材料4光功能材料

光功能材料種類繁多，按照材質(zhì)可分為光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料等；按用途可分為固體激光器材料、信息顯示材料、光纖、隱形材料等。第一節(jié)功能材料5形狀記憶材料1）形狀記憶效應(yīng)指在高溫下制成某種形狀，在低溫下將其任意變形，若將其加熱到高溫時(shí)，材料恢復(fù)高溫下的形狀，但重新冷卻時(shí)材料不能恢復(fù)低溫時(shí)的形狀，這是單程記憶效應(yīng)；若到低溫下材料仍能恢復(fù)低溫下的形狀，就是雙程記憶效應(yīng)。形狀記憶效應(yīng)是熱彈性馬氏體相變產(chǎn)生的低溫相在加熱時(shí)向高溫相進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)變的結(jié)果。第一節(jié)功能材料5形狀記憶材料形狀記憶材料包括形狀記憶合金（如Ti-Ni合金）和形狀記憶聚合物材料。目前，高分子形狀記憶材料因其優(yōu)異的綜合性能已成為熱門材料。第一節(jié)功能材料6其它功能材料除上述外，還有許多其它功能材料，例如半導(dǎo)體微電子功能材料、光電功能材料、貯氫材料、傳感器用敏感材料、聲功能材料（水聲、超聲、吸聲材料）、隱形功能材料、功能梯度材料、功能復(fù)合材料等。第二節(jié)生物材料生物材料（Biomaterials）又稱生物醫(yī)用材料（Biomedicalmaterials），它是對生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。這類材料可單獨(dú)或與藥物一起用于人體組織或器官，起替代、增強(qiáng)、修復(fù)等治療作用。包括生物陶瓷材料、生物高分子材料和生物金屬材料。第二節(jié)生物材料1生物陶瓷生物陶瓷是用于人體器官替換、修補(bǔ)及外科矯形的陶瓷材料。陶瓷材料在生物體內(nèi)極為穩(wěn)定，具有卓越的耐蝕性，強(qiáng)度、硬度、耐磨性都較高，良好的生物相容性。特別適于作人體硬組織如骨和齒的替換、修補(bǔ)材料。這類材料主要有氧化鋁陶瓷、羥基磷灰石、玻璃碳、生物活性玻璃及生物活性玻璃陶瓷、生物活性骨水泥等。第二節(jié)生物材料2生物高分子材料

生物高分子材料品種很多。硅橡膠由于生物相容性好、結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定、透氣性好、能耐高低溫，應(yīng)用很廣泛。聚乙烯價(jià)格低廉，廣泛用作人工器件及各種插管等制品。聚氨酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、有機(jī)玻璃等，也應(yīng)用于不同的方面。還有血液相容、組織相容、生物降解、高分子藥物等方面的生物高分子材料。第二節(jié)生物材料3生物金屬材料

耐腐蝕金屬作為人工器官的修復(fù)和代用材料已有一百多年的歷史，在整形外科中起著重要作用。目前用于修補(bǔ)骨骼系統(tǒng)的金屬材料有不銹鋼、鈷基合金、鈦及其合金。常用的牙科合金還有金合金和鎳鉻合金。金合金的主要組成是86％Au-8％Pd-4％Pt，Ni-Cr合金的主要組成是80％Ni-13％Cr及微量Co、Mo等。

第三節(jié)納米材料1納米材料的基本概念凡是至少在一維方向上的線度在1～100nm之間的單元和由這種單元組成的材料均稱為納米材料。納米單元包括納米膜、納米線（晶須、大分子鏈）和納米顆粒。從尺寸概念分析，納米材料可包括零維、一維、二維和納米固體材料，因此納米材料是關(guān)于原子團(tuán)簇、納米顆粒、納米（碳）管、納米線、納米薄膜和納米固體材料的總稱。第三節(jié)納米材料碳團(tuán)簇（C70）結(jié)構(gòu)示意圖

碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖(a)單臂納米管(b)鋸齒納米管

(c)手性納米管

第三節(jié)納米材料2納米材料的特性

1）納米材料的物理效應(yīng)材料的物理效應(yīng)不僅與材料的種類有關(guān)，而且與材料組成粒子的尺度范圍有關(guān)。當(dāng)小粒子尺寸進(jìn)入納米量級（1～100nm）時(shí)，其本身具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也將推動基礎(chǔ)研究的發(fā)展。第三節(jié)納米材料2納米材料的特性

2）納米微粒的物理特性納米材料具有特殊的光學(xué)性質(zhì)（主要有光譜遷移性、光學(xué)吸收性和光學(xué)催化性等）、電學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的力學(xué)性能。第三節(jié)納米材料3納米材料的制備按照物質(zhì)的原始狀態(tài)分類，可分為固相法、液相法和氣相法；按研究納米粒子的學(xué)科分類，可分為物理方法、化學(xué)方法和物理化學(xué)方法；按制備技術(shù)分類，可分為機(jī)械粉碎法、蒸發(fā)凝聚法、溶液法、激光合成法、等離子體合成法、離子濺射法、射線輻照合成法、氣相化學(xué)反應(yīng)法、溶膠-凝膠法等。第三節(jié)納米材料4納米材料應(yīng)用納米材料是納米科技的核心。在21世紀(jì)，納米材料將在材料、信息、能源等領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用并有極為廣闊的應(yīng)用前景。第三節(jié)納米材料納米碳管和苯分子構(gòu)成的分子齒輪本章小結(jié)

本章概括介紹了各種功能材料（包括電功能材料，磁功能材料，智能材料，光功能材料，形狀記憶材料，梯度功能材料等）、生物材料（生物無機(jī)非金屬材料，生物高分子材料，生物金屬材料，生物復(fù)合材料）的特性與發(fā)展應(yīng)用，以及納米材料的性質(zhì)、制備和應(yīng)用。7.3航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵零件選材簡介7.2典型零件的選材方法7.1機(jī)械零件失效分析與選材方法

本章內(nèi)容第7章工程材料的合理選用第7章工程材料的合理選用7.1機(jī)械零件失效分析與選材方法

選用材料應(yīng)考慮的一般原則是：使用性原則

是保證零件完成規(guī)定功能的必要條件。工藝性原則

材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。經(jīng)濟(jì)性原則

是選材的重要原則之一，一般包括材料的價(jià)格、零件的成本與國家的資源等。

機(jī)械零件的失效是指零件在使用過程中由于某種原因而喪失原設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)象。失效導(dǎo)致嚴(yán)重事故

一、機(jī)械零件的失效及失效分析表7-1零件失效的模式及其失效機(jī)理1、失效的分類

1、失效的分類

零件工作條件常見失效形式力學(xué)性能指標(biāo)變形方式載荷性質(zhì)其他緊固螺栓拉、剪靜過量變形、斷裂強(qiáng)度、塑性傳動軸彎、扭循環(huán)、沖擊軸頸處摩擦、振動疲勞破壞、過量變形、軸頸處磨損綜合力學(xué)性能齒輪壓、彎循環(huán)、沖擊強(qiáng)烈摩擦、振動磨損、疲勞麻點(diǎn)、齒斷裂表面有高硬度及高的疲勞極限，心部有較高強(qiáng)度及韌性彈簧扭(螺旋簧)循環(huán)、沖擊振動彈性喪失、疲勞破壞彈性極限、屈強(qiáng)比、疲勞極限油泵柱塞副壓循環(huán)、沖擊摩擦、油的腐蝕磨損硬度、抗壓強(qiáng)度冷作模具復(fù)雜組合變形循環(huán)、沖擊強(qiáng)烈摩擦磨損、脆斷高硬度、高強(qiáng)度、足夠的韌性壓鑄模復(fù)雜組合變形循環(huán)、沖擊高溫、摩擦、金屬液腐蝕熱疲勞、磨損、脆斷高溫強(qiáng)度、抗熱疲勞性、足夠韌性與熱硬性幾種常見零件工作條件、失效形式及其要求的力學(xué)性能

一、設(shè)計(jì)因素

設(shè)計(jì)有誤二、制造（工藝）因素工藝制造條件達(dá)不到設(shè)計(jì)要求三、安裝調(diào)試因素安裝達(dá)不到所要求的質(zhì)量指標(biāo)四、材質(zhì)因素選材不當(dāng)

五、運(yùn)轉(zhuǎn)維修因素

運(yùn)轉(zhuǎn)工況參數(shù)及潤滑條件2、失效的基本因素

二、零件失效形式

1、畸變失效

畸變是指在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能的變形。

1）彈性畸變失效

零件由于產(chǎn)生過大的彈性變形而失效，剛度問題。

2）塑性畸變失效

零件承受的應(yīng)力超過其材料的屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生塑性變形。3）翹曲畸變失效

是一種大小與方向上常產(chǎn)生復(fù)雜規(guī)律的變形而最終形成了翹曲的外形，由溫度、外加載荷、受力截面、材料組成等所引起的不均勻性的組合所致。

2、斷裂失效

1）韌性斷裂

在斷裂時(shí)伴有宏觀上的塑性變形，可觀察到明顯的縮頸現(xiàn)象，斷口呈盆狀或杯狀。

2）脆性斷裂

有些材料在應(yīng)力未達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)就會突然斷裂，而且只產(chǎn)生很小的永久變形。斷口平整。

3、磨損失效

相互接觸的一對金屬表面，相對運(yùn)動時(shí)金屬表面不斷發(fā)生損耗或產(chǎn)生塑性變形，使金屬表面狀態(tài)和尺寸改變的現(xiàn)象稱為磨損。

活塞環(huán)與缸套之間的摩擦

1）粘著磨損2）磨料磨損3）表面疲勞磨損4）沖刷磨損5）腐蝕磨損粘著磨損示意圖

磨粒磨損示意圖沖刷磨損示意圖犁削磨損示意圖

1）摩擦副材質(zhì)

材料副的互溶性；

材料副的表面強(qiáng)化處理情況；材料表層組織和結(jié)構(gòu)缺陷。

2）工況參數(shù)

包括接觸應(yīng)力、滑動距離和滑動速度、溫度、介質(zhì)條件與潤滑等?！绊懩p失效的基本因素1）均勻腐蝕

均勻腐蝕是在整個(gè)金屬的表面均勻地發(fā)生。2）點(diǎn)腐蝕

腐蝕集中于局部，呈尖銳小孔，進(jìn)而向深度擴(kuò)成孔穴甚至穿透(孔蝕)。3）晶間腐蝕

腐蝕發(fā)生于晶粒邊界或其近旁。其主要原因是晶界處化學(xué)成分不均勻。

4、腐蝕失效腐蝕是金屬暴露于活性介質(zhì)環(huán)境中而發(fā)生的一種表面損耗，它是金屬與環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)和電化學(xué)作用的結(jié)果。斷口分析是斷裂失效分析的核心，同時(shí)又是斷裂失效分析的向?qū)?，指引斷裂失效分析少走彎路。三、斷口的分析方法斷口三要素：F-纖維狀區(qū)R-放射狀區(qū)S-剪切唇區(qū)四、機(jī)械零件選材原則

使用性能主要是指零件在使用狀態(tài)下材料應(yīng)該具有的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。大量機(jī)器零件和工程構(gòu)件特殊條件下工作的零件材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求。

1、使用性能原則※零件使用時(shí)的工作條件

1）受力狀況

主要是載荷的類型(例如動載、靜載、循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等)和大小；載荷的形式；載荷的特點(diǎn)等。2）環(huán)境狀況

主要是溫度特性、介質(zhì)情況等。3）特殊要求

如對導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹、密度、外觀等的要求。

工作條件

零件

應(yīng)力種類

載荷性質(zhì)

受載狀態(tài)

常見的失效形式

要求的主要機(jī)械性能

緊固

螺栓

拉，

剪應(yīng)力

靜載

—

過量變形，斷裂

強(qiáng)度，塑性

傳動軸

彎，

扭應(yīng)力

循環(huán)，沖擊

軸頸摩擦，振動

疲勞斷裂，過量變形，軸頸摩損

綜合機(jī)械性能

傳動

齒輪

壓，

彎應(yīng)力

循環(huán)，沖擊

摩擦，振動

齒折斷,磨損,疲勞斷裂,接觸疲勞(麻點(diǎn))

表面高強(qiáng)度及疲勞極限，心部強(qiáng)度、韌性

彈簧

扭，

彎應(yīng)力

交變，沖擊

振動

彈性失穩(wěn)，疲勞破壞

彈性極限，屈強(qiáng)比，疲勞極限

冷作

模具

復(fù)雜應(yīng)力

交變，沖擊

強(qiáng)烈摩擦

磨損，脆斷

硬度，足夠的強(qiáng)度，韌性

表7-2常用零件的工作和失效形式

2、工藝性能原則材料的工藝性能應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，這是選材必須考慮的問題。高分子材料的加工工藝路線

陶瓷材料的加工工藝路線※金屬材料零件選材的工藝性能原則

金屬材料的加工工藝路線性能要求不高的一般金屬零件選材的工藝路線

毛坯

正火或退火

切削加工

零件。性能要求較高的金屬零件選材的工藝路線

毛坯

預(yù)先熱處理(正火、退火)

粗加工

最終熱處理(淬火、回火，固溶時(shí)效或滲碳處理等)

精加工

零件。性能要求較高的精密金屬零件選材的工藝路線

毛坯

預(yù)先熱處理(正火、退火)

粗加工

最終熱處理(淬火、低溫回火、固溶、時(shí)效或滲碳)

半精加工

穩(wěn)定化處理或氮化

精加工

穩(wěn)定化處理

零件?！饘俨牧狭慵x材的工藝性能原則

3、經(jīng)濟(jì)性原則

1、材料的價(jià)格

零件材料的價(jià)格無疑應(yīng)該盡量低。占的30%～70%2、國家的資源

材料應(yīng)該來源豐富并顧及我國資源狀況。3、零件的總成本

零件選用的材料必須保證其生產(chǎn)和使用的總成本最低。

零件的總成本與其使用壽命、重量、加工費(fèi)用、研究費(fèi)用、維修費(fèi)用和材料價(jià)格有關(guān)。7.2典型零件的選材方法一、齒輪類零件的選材1.齒輪的工作條件、失效形式及性能要求齒輪是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的零件之一，主要用于傳遞扭矩和調(diào)節(jié)速度。（1）工作時(shí)的受力情況1）由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應(yīng)力。2）齒面相互滑動和滾動，承受較大的接觸力，并發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦。3）由于換檔、啟動或嚙合不良，齒部承受一定的沖擊。（2）主要失效形式1）疲勞斷裂。

主要發(fā)生在齒根。它是齒輪最嚴(yán)重的失效形式。2）齒面磨損。3）齒面接觸疲勞破壞。4）過載斷裂。（3）齒輪用材性能要求1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度2）高的接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性3）齒輪心部要有足夠的強(qiáng)度和韌性2.齒輪零件的選材3.典型齒輪選材舉例（1）機(jī)床齒輪（2）汽車齒輪二、軸類零件的選材1.軸的工作條件、失效形式及性能要求（1）一般軸的工作條件1）傳遞一定的扭矩，承受一定的交變彎矩和拉、壓載荷。2）軸頸承受較大的摩擦3）承受一定的沖擊載荷（2）主要失效形式1）疲勞斷裂長期受扭轉(zhuǎn)和彎曲交變載荷作用2）斷裂失效大載荷或沖擊載荷作用3）磨損失效軸頸或花鍵處過度磨損（3）對軸用材料性能要求1）良好的綜合力學(xué)性能2）高的疲勞強(qiáng)度3）良好的耐磨性2.軸類零件的選材(1)不傳遞動力只承受彎矩起支撐作用的軸(2)主要受彎曲，扭轉(zhuǎn)的軸(3)同時(shí)承受彎曲（或扭轉(zhuǎn)）及拉，壓載荷的軸3.典型軸選材舉例（1）機(jī)床主軸選材以C620車床主軸為例進(jìn)行選材。該主軸受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)復(fù)合應(yīng)力作用，但載荷和轉(zhuǎn)速不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合力學(xué)性能即可滿足要求。但大端的軸頸、椎孔與卡盤、頂尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。根據(jù)以上分析，車床主軸可選用45鋼。熱處理為調(diào)質(zhì)處理；軸頸和椎孔進(jìn)行表面淬火。工藝路線為：（2）內(nèi)燃機(jī)曲軸選材內(nèi)燃機(jī)曲軸選材原則主要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的類型、功率大小、轉(zhuǎn)速高低和相應(yīng)軸承材料等項(xiàng)條件而定，同時(shí)也需考慮加工條件、生產(chǎn)批量和熱處理工藝及制造成本。由于在滾動軸承中工作，要求軸頸部有較高的硬度和耐磨性。

通?？蛇x用QT700—2，其工藝路線如下：鑄造----高溫正火----高溫回火----切削加工----輪頸氣體滲氮鍛造----正火----粗加工----調(diào)質(zhì)----精加工----表面淬火及低溫回火----磨削加工三、彈簧類零件的選材1.彈簧的工作條件、失效形式及性能要求（1）工作條件1）彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)時(shí)材料將承受彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。2）緩沖、減震或復(fù)原用的彈簧，承受交變應(yīng)力和沖擊載荷的作用3）某些彈簧受到腐蝕介質(zhì)和高溫的作用（2）主要失效形式1）塑性變形2）疲勞斷裂3）快速脆性斷裂4）在腐蝕介質(zhì)中使用的彈簧易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂失效；高溫下使用的彈簧易出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形。（3）對彈簧用材性能要求1）高的彈性極限和屈強(qiáng)比（σs/σb）2）高的疲勞強(qiáng)度3）好的材質(zhì)和表面質(zhì)量4）某些彈簧需要良好的耐蝕性和耐熱性2.彈簧零件的選材彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件和環(huán)境個(gè)不相同。在實(shí)際生產(chǎn)中多選用彈性極限高的金屬材料來制造。3.典型彈簧選材舉例（1）汽車板簧（2）火車螺旋彈簧（1）汽車板簧汽車板簧用于減震和緩沖，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊載荷，需要高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。中重型汽車板簧用50CrMn，55SiMnV鋼；重型大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnVNb。其工藝路線為：熱軋鋼帶（板）沖載下料----壓力成型----淬火----中溫回火----噴丸強(qiáng)化（2）火車螺旋彈簧火車螺旋彈簧用于機(jī)車和車廂的緩沖和吸震，其使用條件和性能與汽車板簧相近。其工藝路線為：熱軋鋼棒下料----兩頭制扁----熱卷成型----淬火----中溫回火----噴丸強(qiáng)化----端面磨平其中淬火和回火工藝同汽車板簧?！こ滩牧系膽?yīng)用一、汽車零件用材1.缸體和缸蓋缸體材料必須滿足下列要求：1）有足夠的強(qiáng)度和剛度，特別是有足夠的剛度，以減小變形，保證尺寸的穩(wěn)定性。2）良好的鑄造性和切削性3）價(jià)格低廉2.缸套氣缸內(nèi)壁的過量磨損是造成發(fā)動機(jī)大修的主要原因之一，所以要選用耐磨材料。常用耐磨合金鑄鐵。3.活塞、活塞銷和活塞環(huán)——活塞組對活塞用材的要求是熱強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、吸熱性差、膨脹系數(shù)小、密度小，減磨性、耐磨性、耐蝕性和工藝性好等。目前很難找到完全滿足要求的材料。常用的活塞材料是鋁硅合金?；钊N材料一般用20鋼或20Cr等低碳合金鋼?；钊h(huán)材料多用以珠光體為基的灰鑄鐵或在其上添加Cu、Cr、Mo的合金鑄鐵制造。4.連桿連桿是在很復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作的。受力有交變拉壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力等，一般采用45鋼、40Cr或40MnB。1小頭與連桿的過渡區(qū)2連桿中間3大頭與連桿的過渡區(qū)5.氣門氣門在工作時(shí)，要承受較高的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷。應(yīng)選用耐熱、耐蝕、耐磨的材料。進(jìn)氣門一般可用40Cr、35CrMo等；排氣門可用4Cr10Si2Mo。6.半軸半軸在工作時(shí)主要承受扭轉(zhuǎn)力矩和交變彎曲以及一定的沖擊載荷。通常使用調(diào)質(zhì)鋼制造：40Cr、45鋼、40CrNi、40MnB等。7.車身、縱梁、檔板等冷沖壓零件汽車?yán)錄_壓零件用的材料有鋼板和鋼帶，主要是鋼板—冷軋鋼板和熱軋鋼板。如鋼板08、20、25和16Mn等。1花鍵端2花鍵與桿部相連部位3凸緣于桿部相連部位8.螺栓、鉚釘?shù)壤溏吜慵?.汽車用塑料

（1）汽車內(nèi)飾用塑料（2）汽車用工程塑料（3）汽車外裝機(jī)結(jié)構(gòu)件用纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料10.汽車用橡膠11.汽車用陶瓷材料

二、機(jī)床零件用材常用的機(jī)床零部件有機(jī)座、軸承、導(dǎo)軌、齒輪、彈簧、緊固件、刀具等。1.機(jī)身、底座用材首選材料當(dāng)為灰鑄鐵、孕育鑄鐵，球墨鑄鐵也可使用。HT150、HT200，HT250，HT300，QT400-17，QT600-2等等。2.齒輪用材HT150、HT200，HT250，HT300，Q235，Q255，20Cr，40Cr等等，根據(jù)不同用途選用不同材料。3.軸類零件用材曲軸和主軸常用QT600-2、KTZ600-3,不重要或受力較小的軸可用Q235、Q255等，承受大載荷的軸類可用40Cr或20Cr。4.螺紋聯(lián)接件用材無特殊要求的螺紋常用Q235、Q255、Q275制造；中等載荷及精密螺紋常用35鋼、45鋼；重載荷及極重要的螺紋用40Cr、40CrV。5.螺旋傳動件用材通常不進(jìn)行熱處理的螺旋傳動件用45鋼、50鋼；進(jìn)行熱處理的螺旋傳動件用T10、65Mn、40Cr等。6.蝸輪傳動用材蝸輪用材：HT200、HT150、HT250等；蝸桿用材：15鋼、20鋼、15Cr、20Cr、45鋼、40Cr，低速傳動的蝸桿也可用Q275。7.滑動軸承用材滑動軸承材料應(yīng)具有優(yōu)異的減磨性、耐磨性、抗膠合能力和足夠的沖擊韌性及抗壓、疲勞強(qiáng)度。軸承材料可分為：（1）金屬材料包括巴士合金、銅基軸承合金和鑄鐵（2）粉末冶金材料（3）塑料軸承材料（4）橡膠軸承8.滾動軸承用材一般用GCr9、GCr15、GCR15SiMn、GSiMnV等制造。9.機(jī)床其它零件用材（1）凸輪用材

45鋼（2）刀具用材工具鋼、高速鋼和硬質(zhì)合金鋼（3）其它用材靈活選用三、儀器儀表用用材儀器儀表用材包括結(jié)構(gòu)鋼、有色金屬和工程塑料等多種，一般應(yīng)具有良好的切削性能。1.殼體材料（1）金屬材料Q195、Q235，1Cr13，1Cr13Ni9Ti（2）非金屬材料工程塑料、復(fù)合材料2.軸類零件用材Q235、2A12（LY12）、2A11（LY11）、HMn58-2等。3.凸輪用材中碳鋼或中碳合金鋼

45鋼，40Cr4.齒輪用材

儀器儀表中的齒輪用材廣泛，有鋼、銅、塑料、復(fù)合材料等。

5.蝸輪、蝸桿用材

儀器儀表中常用銅合金制造蝸輪蝸桿。

四、熱能設(shè)備用材熱能設(shè)備很多，主要包括鍋爐、汽輪機(jī)、電機(jī)等。這些設(shè)備多在高溫、高壓和腐蝕介質(zhì)作用下長期運(yùn)行，對所用材料要求很高。(一)鍋爐主要設(shè)備用鋼1.鍋爐管道用鋼（1）對管道用鋼提出如下要求1）足夠高的蠕變極限和持久強(qiáng)度2）高的抗氧化性和耐腐蝕性能3）良好的組織穩(wěn)定性4）良好的工藝性能，特別是焊接性能要好（2）鍋爐管道用鋼的選擇1）壁溫<500℃的過熱器管和壁溫<450℃的蒸汽管道。20鋼2）壁溫≤550℃的過熱器管和壁溫≤

510℃的蒸汽管道。

15CrMo3）壁溫≤580℃的過熱器管和壁溫≤

540℃的蒸汽管道。

12CrMo4）壁溫≤(620—650)℃的過熱器管和壁溫≤

(550—570)℃的蒸汽管道。12Cr2MoWVB5）壁溫≤(600—650)℃的過熱器管和壁溫≤

(550—600)℃的蒸汽管道。F11，F(xiàn)12，HT9等2.鍋爐汽包用鋼（1）對鍋爐汽包用鋼的要求1）較高的常溫和中溫強(qiáng)度2）良好的塑性3）較低的缺口敏感性。4）氣孔、疏松、非金屬夾雜等缺陷盡可能少。5）良好的焊接性能等加工工藝性能。（2）鍋爐汽包用鋼的選擇低壓鍋爐汽包用鋼為12Mng、16Mng和15MnVg等普通低合金鋼板。(二)汽輪機(jī)主要零部件用鋼汽輪機(jī)主要零部件包括汽輪機(jī)葉片、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽輪機(jī)靜子等1.汽輪機(jī)葉片（1）對葉片材料的嚴(yán)格要求1）足夠的室溫和高溫力學(xué)性能2）良好的減震性3）高的組織穩(wěn)定性4）良好的耐蝕性及抗沖蝕穩(wěn)定性5）良好的冷、熱加工工藝性能（2）汽輪機(jī)葉片材料的選擇主要有三種1）鉻不銹鋼（1Cr13和2Cr13）2）強(qiáng)化型鉻不銹鋼。在1Cr13和2Cr13基礎(chǔ)上加入Mo、W、V、Nb、B等元素；3）鉻—鎳不銹鋼，Cr17Ni13W、Cr14Ni18W2NbBCe2.汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的心臟，其工作條件十分惡劣。主軸工作時(shí)承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和熱應(yīng)力，以及震動產(chǎn)生的附加應(yīng)力和發(fā)電機(jī)短路時(shí)產(chǎn)生的巨大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和沖擊載荷的共同作用。（1）對制造轉(zhuǎn)子的材料的要求有：1）良好的綜合力學(xué)性能。2）一定的抗氧化、抗蒸汽腐蝕的能力3）不允許存在白點(diǎn)、內(nèi)裂、縮孔、大塊非金屬夾雜物或密集性細(xì)小夾雜物等缺陷。4）有良好的淬透性、焊接性等工藝性能。（2）針對上述要求，轉(zhuǎn)子用鋼選擇葉輪、主軸和轉(zhuǎn)子的材料是按不同的強(qiáng)度級別選用的，但它們都屬于中碳鋼和中碳合金鋼。只有制作焊接轉(zhuǎn)子時(shí)，為了保證材料的焊接性才適當(dāng)降低碳含量（例如選用17CrMo1V鋼）.3.汽輪機(jī)靜子汽輪機(jī)靜子部件是在高溫、高壓或一定的溫差、壓差作用下長期工作的。靜子部件在機(jī)組運(yùn)行時(shí)將承受蒸汽的內(nèi)壓力、轉(zhuǎn)子質(zhì)量所引起的靜應(yīng)力、由于溫差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以及由于變化的熱應(yīng)力所引起的熱疲勞作用。因此，對靜子材料提出以下要求：1）足夠高的室溫力學(xué)性能和較好的熱強(qiáng)性。2）具有一定的抗氧化性和抗腐蝕性，良好的熱疲勞性能和組織穩(wěn)定性。3）具有盡可能好的鑄造性能和焊接性能。五、化工設(shè)備用材

（一）低合金鋼1.壓力容器用低合金結(jié)構(gòu)鋼常用的是低合金結(jié)構(gòu)鋼。要求強(qiáng)度、塑性和焊接性能。常用鋼種16MnR、15MnVR和18MnMoNbR。

2.不銹鋼化工設(shè)備對材料耐蝕性能有較高的要求，因此廣泛的利用各種不銹鋼制造。

（1）鉻不銹鋼1Cr13、2Cr13等鋼種有良好的耐蝕性，0Cr13、0Cr17Ti有良好的塑性。（2）鉻鎳不銹鋼由耐蝕要求的壓力容器常用鉻鎳不銹鋼，主要牌號有1Cr18Ni9、0Cr18Ni11Ti和0Cr17Ni12Mo2等。3.耐熱鋼有些化工設(shè)備是在650℃以上的高溫環(huán)境工作。在這樣高的溫度下，一般碳鋼抗氧化腐蝕性能和強(qiáng)度變得很差而無法使用，此時(shí)必須采用耐熱鋼。主要牌號有：1Cr13Si3、1Cr13Ni3、1Cr25Ni20Si2等。4.其它類型的特殊性能鋼（1）低溫鋼在化工生產(chǎn)中，會用到零件必須采用能承受低溫的金屬材料制造。主要牌號有：16MnDR、09Mn2VDR、09MnTiCuREDR。（2）抗氫腐蝕鋼我國目前生產(chǎn)的抗氫鋼種有：15CrMo、20CrMo、12Cr3MoA、15MnV、10MoVWNb。（3）抗氮腐蝕鋼1Cr18Ni9Ti不銹鋼具有較強(qiáng)的抗氮化腐蝕能力，故常用制造氨合成塔的內(nèi)件。(二)有色金屬及其合金1.銅及其合金銅耐蝕性好，除了各種濃度的硝酸、氨和胺鹽溶液。黃銅可作深冷設(shè)備的筒體、管板、法蘭和螺母等。錫青銅主要來制造耐蝕和耐磨零件。2.鋁及其合金工業(yè)純鋁廣泛應(yīng)用于制造硝酸、含硫石油工業(yè)、橡膠硫化和含硫的藥劑等生產(chǎn)所用設(shè)備。防銹鋁可用作空氣分離的蒸餾塔、熱交換器等。鑄鋁可制造形狀復(fù)雜的耐蝕零件。3.鉛及其合金鉛在許多物質(zhì)中，特別是在熱硫酸和冷硫酸中具有較高耐蝕性。由于其強(qiáng)度、硬度低，主要用來做設(shè)備襯里。4.鎳及其合金鎳在堿類物質(zhì)中具有良好的耐蝕性。

（三）非金屬材料1.無機(jī)非金屬材料（1）化工陶瓷主要用于制作塔、泵、管道、耐酸瓷磚和設(shè)備襯里。

（2）玻璃制作管道、離心泵、熱交換器、精餾塔等設(shè)備。

（3）天然耐酸材料

可制造襯砌設(shè)備、設(shè)備密封圈、填料。

2.有機(jī)非金屬材料（1）工程塑料

工程塑料品種很多，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。

（2）不銹鋼石墨

可制造換熱設(shè)備。

7.3航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵零件選材簡介高的比強(qiáng)度和比模量優(yōu)良的耐高溫性能耐老化和耐腐蝕適應(yīng)空間環(huán)境壽命和安全一、航空航天材料的要求1.中碳調(diào)質(zhì)鋼（1）Cr-Mn-Si鋼

其中30CrMnSi是最典型的鋼種。（2）Cr-Ni-Mo鋼

主要用于高負(fù)荷、大截面的軸類及承受沖擊載荷的截面。（3）超高強(qiáng)度鋼

該鋼可作超音速噴氣機(jī)體材料。2.高合金耐熱鋼可分為馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、彌散強(qiáng)化性四種，用于制造渦輪泵及火箭發(fā)動機(jī)、航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子和其他零件。3.高溫合金高溫合金是指在高溫下有較高力學(xué)性能、抗氧化和抗腐蝕性能的合金。按基體可分為鎳基、鐵基、鈷基。4.鎳基耐蝕合金

用于耐高溫、高壓、高濃度或混有不純物等腐蝕環(huán)境中的理想材料。

7.3航空航天領(lǐng)域關(guān)鍵零件選材簡介二、航空航天常用材料簡介5.鋁及其合金鋁及其鋁合金具有良好的耐蝕性，較高的比強(qiáng)度、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天工業(yè)中已大量應(yīng)用。（1）變形鋁合金

5A05、5A11用于焊接油箱、油管等。2A01可制造工作溫度不超過100℃的結(jié)構(gòu)用中等強(qiáng)度鉚釘。2A14用于制造承受載荷的鍛件和模鍛件等等。（2）鑄造鋁合金

ZL101可制造發(fā)動機(jī)匣、氣缸體等，ZL109制造較高溫度下工作的零件如活塞等。ZL401適宜壓力鑄造制造工作溫度不超過200℃、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的飛機(jī)零件。6.鎂合金

鎂合金以其密度小質(zhì)量輕而在航空航天工業(yè)中得到非常廣泛的應(yīng)用。

7.鈦及其合金

鈦及其合金的最大優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度大，鈦合金的比強(qiáng)度超過鋁合金和超高強(qiáng)度中碳調(diào)質(zhì)鋼。目前近一半的鈦合金應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。主要用于制造質(zhì)量輕、可靠性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，如發(fā)動機(jī)支架、發(fā)動機(jī)匣、壓氣機(jī)盤、葉片、外涵道等。8.鎢、鉬、鈮及其合金鎢、鉬及其合金在航天工業(yè)中可作火箭發(fā)動機(jī)噴管材料。鈮及其合金可作航天方面優(yōu)選的熱防護(hù)材料和結(jié)構(gòu)材料。9.復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于直升機(jī)飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼及各種航天器內(nèi)置結(jié)構(gòu)件，如儀表盤、底盤、儀器殼體等。本章小結(jié)

一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和材料設(shè)計(jì)三個(gè)部分，機(jī)器零件的正確選材、合理用材是機(jī)械工程技術(shù)人員的基本任務(wù)之一，也是本課程的主要教學(xué)目的。本章的主要內(nèi)容有兩個(gè)：一是掌握機(jī)械零件用材合理選用的三個(gè)基本原則；二是熟悉齒輪和軸這兩類典型零件材料選用的分析。第8章實(shí)驗(yàn)

由于本課程與工程應(yīng)用密切相關(guān)，學(xué)習(xí)過程中在掌握基本理論的同時(shí)，進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)，對工程設(shè)計(jì)中正確、合理地選用材料，正確地進(jìn)行加工、改性、檢驗(yàn)等，提高分析與解決實(shí)際問題的能力非常重要。

工程背景您知道怎么對合金中的組織進(jìn)行觀察和分析嗎？您了解各類硬度測試的基本原理以及怎么進(jìn)行硬度測定嗎？不同熱處理方式對碳鋼顯微組織及性能有什么樣的影響？常用合金中的相及組織組分的本質(zhì)、形態(tài)及分布特征對性能有什么樣的影響？

第8章實(shí)驗(yàn)本章提要本章主要內(nèi)容第8章實(shí)驗(yàn)金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)鐵碳合金平衡組織觀察碳鋼的熱處理及顯微組織觀察綜合實(shí)驗(yàn)合金鋼、鑄鐵、有色金屬的顯微組織觀察8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

8.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉金相樣品的制備過程。

2．了解利用壓入法測定硬度的基本原理及應(yīng)用。

3．了解布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。

4．了解各種硬度值的換算和查表方法。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

8.1.2金相試樣的制備金相試樣的制備包括取樣、磨制、拋光、浸蝕過程。

1．取樣、鑲嵌

取樣：對于失效零件，應(yīng)在零件的破損部位及完好部位同時(shí)取樣，以便對比。對鍛造和軋制材料，一般進(jìn)行由表面到中心有代表性的縱向取樣，以便觀察組織和夾雜物等的變形情況。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)橫向截面的取樣可用于檢驗(yàn)脫碳層、化學(xué)熱處理的滲層、淬火層、表面缺陷、晶粒度測定等。對于一般熱處理后的零件，由于組織狀態(tài)比較均勻，試樣可在任意截面獲取。試樣截取中首先要保證檢驗(yàn)部位的金相組織不發(fā)生變化。軟材料可用鋸、車、刨等方法截取，硬材料可用砂輪切割機(jī)或線切割。硬而脆的材料可用錘擊取樣。試樣的大小應(yīng)便于握持和易于磨制，一般方形試樣邊長為10-12mm，圓形試樣直徑為10-15mm。

第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)鑲嵌：對于尺寸小或形狀特殊，不易握持的試樣，可采用機(jī)械夾持或鑲嵌的方法。鑲嵌法是將試樣鑲在鑲嵌材料中，目前使用的鑲嵌材料有熱固性塑料（如膠木粉）及熱塑性材料（聚乙烯聚合樹脂）等，還可將試樣放在金屬圈內(nèi)，然后注入低熔點(diǎn)物質(zhì)，如硫磺、松香、低熔點(diǎn)合金等。（圖8-1）

圖8-1金相試樣的夾持和鑲樣方法：a)、b)機(jī)械夾持；c)低熔點(diǎn)合金鑲樣；d)塑料鑲樣

第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

2．磨制磨制分為粗磨和細(xì)磨。

粗磨：使用砂輪機(jī)或銼刀挫平，目的是為了將試樣修整成平面。在砂輪上磨制時(shí)，應(yīng)握緊試樣，壓力不易過大，并隨時(shí)用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。試樣要倒角，以防后道工序劃破砂紙及拋光布。

細(xì)磨：消除粗磨留下的磨痕以得到平整而光滑的磨面，為進(jìn)一步的拋光作好準(zhǔn)備。細(xì)磨時(shí)，將粗磨好的試樣用水沖洗并擦干后，依次在由粗到細(xì)的各號金相砂紙上把磨面磨光。

第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：磨制時(shí)砂紙應(yīng)平鋪于厚玻璃板上，手持試樣使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力作用下向前推行磨制，用力要均勻、平穩(wěn)，否則會使磨痕過深，造成磨面變形?；爻虝r(shí)提起試樣不與砂紙接觸，直至磨面上舊的磨痕被去除，新的磨痕均勻一致時(shí)為止。每更換一道砂紙，應(yīng)將試樣上的磨屑和砂粒清除干凈并將試樣的研磨方向掉轉(zhuǎn)90°，與上一道磨痕方向垂直，直到磨痕全部消除。為了加快磨制速度，除手工磨制外，還可以將不同型號的砂紙貼在帶有旋轉(zhuǎn)圓盤的預(yù)磨機(jī)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械磨制。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

3．拋光去除細(xì)磨時(shí)磨面上遺留下來的細(xì)微磨痕和變形層，以獲得光滑的鏡面。常用的拋光方法有機(jī)械拋光，電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中以機(jī)械拋光應(yīng)用最廣。

機(jī)械拋光是在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光機(jī)主要由電動機(jī)和拋光圓盤組成。拋光盤上鋪以細(xì)帆布、呢絨、絲綢等，拋光時(shí)在拋光盤上不斷滴注拋光液。機(jī)械拋光是靠極細(xì)的拋光粉對磨面的機(jī)械作用消除磨痕而使其成為光滑的鏡面。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：拋光試樣的磨面應(yīng)均勻、平整地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，試樣要拿牢，與拋光布緊密接觸，壓力適當(dāng)。拋光時(shí)要將試樣逆著拋光盤的轉(zhuǎn)動方向而自身轉(zhuǎn)動，同時(shí)由盤的邊緣到中心往復(fù)運(yùn)動。拋光時(shí)間不可太長，試樣表面磨痕消除，呈光亮的鏡面，即可停止拋光。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

4.浸蝕拋光后的試樣磨面是一光滑面，若直接放在顯微鏡下觀察，只能看到一片亮光，除某些非金屬夾雜物、石墨、孔洞、裂紋外，無法辨別出各種組成物及其形態(tài)特征。必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕g，才能使顯微組織正確地顯示出來。目前，最常用的浸蝕方法是化學(xué)浸蝕法。常用的化學(xué)浸蝕劑有硝酸、鹽酸、苦味酸、過氧酸銨等，根據(jù)材料的不同來選擇浸蝕劑配方。鋼鐵材料常用4%的硝酸酒精溶液進(jìn)行浸蝕。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

8.1.3硬度實(shí)驗(yàn)

1．實(shí)驗(yàn)概述硬度試驗(yàn)方法很多，機(jī)械工業(yè)普遍采用壓入法來測定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。

2．布氏硬度

1）試驗(yàn)原理布氏硬度測定的原理是把一定直徑的淬火鋼球（硬質(zhì)合金球），以規(guī)定的載荷F壓入被測材料表面保持一定時(shí)間后卸除載荷，測出壓痕直徑d，求出壓痕的表面積S，計(jì)算出平均應(yīng)力值，以此為布氏硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號HBS（W）表示。因此布氏硬度值是以試樣壓痕面積上的平均壓力F/S表示。即單位面積所承受的壓力。（圖8-2）

第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)布氏硬度公式：

式中：F—載荷（kgf）常為3000、750、187.5三種；

S—壓痕表面積（mm2）；

D—鋼球直徑（mm）常有10、5、2.5三種；

d—壓痕直徑（mm）。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)表示方法：壓頭為鋼球時(shí)用符號HBS表示，適用于測量布氏硬度值小于450的材料；用硬質(zhì)合金球壓頭測得的硬度值以符號HBW表示，適用于測量硬度值范圍450-650的材料。符號HBS或HBW之前為硬度值，符號后面的數(shù)值依次表示試驗(yàn)條件：球體直徑、載荷、載荷保持時(shí)間。120HBS10/1000/30表示用直徑10mm的鋼球在1000kgf載荷作用下保持30s測得布氏硬度值為120；500HBW5/750表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在750kgf載荷作用下保持10-15s測得布氏硬度值為500。習(xí)慣上只寫布氏硬度的數(shù)值而不標(biāo)出單位。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

2）布氏硬度計(jì)構(gòu)造、操作與要求（1）布氏硬度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造圖8-3HB-3000型布氏硬度計(jì)第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)（2）操作方法與要求選擇壓頭、載荷、保持時(shí)間。將選定的壓頭裝入主軸襯套中，加上相應(yīng)的砝碼，然后將緊壓螺釘擰松，把時(shí)間定位器圓盤（紅色指示點(diǎn)）轉(zhuǎn)到與保持時(shí)間相符的位置上。將試樣置于載物臺上，打開電源開關(guān)，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動手輪，使工作臺上升至壓頭與試樣接觸，并在手輪打滑后，按動加載按鈕，啟動電動機(jī)，即開始加載荷。此時(shí)因壓緊螺釘已擰松，時(shí)間圓盤并不轉(zhuǎn)動，當(dāng)綠色加載指示燈亮?xí)r，迅速擰緊緊壓螺釘，使時(shí)間圓盤轉(zhuǎn)動，達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，轉(zhuǎn)動自動停止，隨后電動機(jī)自動反轉(zhuǎn)，上升而卸除載荷。從加壓指示燈亮到熄滅為載荷持續(xù)時(shí)間。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪降下載物臺，取下試樣用讀數(shù)放大鏡測出壓痕直徑，將測得結(jié)果查表（壓痕直徑與布氏硬度對照表）即可確定出試樣硬度值。試驗(yàn)后壓痕直徑應(yīng)在0.25D＜d＜0.6D范圍內(nèi)，否則影響準(zhǔn)確性。壓痕中心至試樣邊緣間距應(yīng)不小于壓痕直徑的2.5倍，即距壓痕中心距離不小于壓痕直徑的4倍。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

2．洛氏硬度

1）基本原理洛氏硬度同布氏硬度一樣也屬壓入法，但不是測定壓痕面積而是根據(jù)壓痕深度來確定硬度值指標(biāo)。洛氏硬度試驗(yàn)所用壓頭有兩種：一種是頂角為120°的金剛石壓錐，另一種是直徑為1/16（1.588mm）或1/8（3.175mm）英寸的淬火鋼球。根據(jù)金屬材料軟硬程度不同。可選用不同壓頭和載荷配合使用，最常見的是HRA、HRB、HRC。洛氏硬度測定時(shí)需要先后施加二次載荷（預(yù)載荷F1和主載荷F2），預(yù)加載荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好以保證測量結(jié)果準(zhǔn)確。(圖8-4)第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

圖8-4洛氏硬度原理圖第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)洛氏硬度值公式如下：式中：

h1—預(yù)加載荷壓入試樣的深度（mm）；

h3—卸除主載荷后壓入試樣的深度（mm）；

k—常數(shù)，采用金剛石圓錐時(shí)k=0.2（用于HRA，HRC），采用鋼球時(shí)k=0.26（用于HRB）。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

2）洛氏硬度計(jì)構(gòu)造、操作與要求（1）洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造圖8-5洛氏硬度計(jì)機(jī)構(gòu)示意圖1-小杠桿；2-刻度盤；3-壓頭；4-試樣；5-試樣臺；6-絲杠；7-手輪；8-彈簧；9-加載手柄；10-杠桿；11-縱桿；12-砝碼；13-頂桿；14-油壓緩沖器；15-卸載手柄；16-轉(zhuǎn)盤；17-小齒輪；18-扇齒輪

第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)（2）操作方法與要求加預(yù)載荷，對零點(diǎn)。按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動升降絲杠手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，并觀察刻度盤，直至表盤小指針轉(zhuǎn)到小紅點(diǎn)處，大指針指向上方左右15°時(shí)為止。調(diào)整刻度盤，如進(jìn)行HRC、HRA硬度試驗(yàn)時(shí)，使大指針與表盤上黑字C處對準(zhǔn)。試驗(yàn)HRB時(shí)，使大指針與表盤上紅字B處對準(zhǔn)。加主載荷。平穩(wěn)地扳動加載手柄，手柄自動升高至停止位置（時(shí)間為4~6秒），并停留10秒后卸去主載，扳回手柄至原來位置。由表盤上直接讀出硬度值。HRC、HRA讀黑刻度數(shù)字。HRB讀紅刻度數(shù)字，然后逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪，卸下試樣。用同樣的方法在試樣的不同位置測三個(gè)數(shù)據(jù)，取其算術(shù)平均值為試樣的硬度值，各壓痕中心距和壓痕中心至試樣邊緣的距離不得小于3mm。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)

3．維氏硬度

1）基本原理維氏硬度試驗(yàn)法是壓入試驗(yàn)法中較精確的一種，它與布氏硬度試驗(yàn)法相似，是用一個(gè)相對面夾角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭，在載荷F（kgf）作用下壓入試樣表面，保持一定時(shí)間后卸除載荷。然后再測量壓痕投影的兩對角線的平均長度d（mm），供以計(jì)算壓痕面積S（mm2）以F/S的數(shù)值表示試樣的硬度值。單位面積承受載荷愈大，則硬度愈高。(圖8-6)圖8-6維氏硬度試驗(yàn)壓頭及壓痕示意圖第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)其計(jì)算公式如下：式中：

F—載荷，大小根據(jù)試樣厚度和其它條件的不同在5~100kgf范圍選用；

d—壓痕兩對角線的平均值（mm）。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)（2）操作方法與要求載荷的選擇要根據(jù)試樣種類、試樣厚度和預(yù)期的硬度范圍而定。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣或試驗(yàn)層的厚度至少為壓痕對角線長度的1.5倍。維氏硬度按載荷大小的不同，可細(xì)分為三種：維氏硬度試驗(yàn)、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)和顯微維氏硬度試驗(yàn)。試樣表面應(yīng)平整光潔。試驗(yàn)時(shí)將試樣放入工作臺，轉(zhuǎn)動物鏡與壓頭轉(zhuǎn)盤，將壓頭轉(zhuǎn)到工作臺中心位置，在轉(zhuǎn)動時(shí)避免碰壞壓頭。將加載操作手柄扳至水平位置，轉(zhuǎn)動負(fù)荷值手輪，調(diào)好加載負(fù)荷值，旋轉(zhuǎn)工作臺升降手輪，直到試樣與壓頭保護(hù)套緊密接觸為止。向左轉(zhuǎn)動操作手柄，使負(fù)荷作用到試樣上，從指示燈燃亮到熄滅；轉(zhuǎn)動升降手輪使試樣離開壓頭；轉(zhuǎn)動壓頭轉(zhuǎn)盤使物鏡轉(zhuǎn)到工作臺中心，再通過轉(zhuǎn)動升降手輪來調(diào)整試樣與物鏡間焦距。直到在目鏡內(nèi)看清壓痕為止。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)通過目鏡測微計(jì)測量壓痕對角線平均值，在維氏硬度值換算表中查出硬度值或計(jì)算出硬度值，最后取下試樣。在試樣上兩壓痕中心距及壓痕中心到試樣邊緣距離，均不得小于2.5倍壓痕對角線。維氏硬度表示為HV，維氏硬度符號HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗(yàn)力值。標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)保持時(shí)間為10-15s。如果選用的時(shí)間超出這一范圍，在力值后面還要注上保持時(shí)間。例如：600HV30—表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時(shí)間10-15s時(shí)得到的硬度值為600。600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的試驗(yàn)力，保持時(shí)間20s時(shí)得到的硬度值為600。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)8.1.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

1．金相顯微鏡；不同型號金相砂紙一套；玻璃板；拋光液；酒精浸蝕劑（4%硝酸酒精溶液）；拋光機(jī)；拋光絨布、帆布。

2．HB-3000型布氏硬度計(jì)；HR-150型洛氏硬度計(jì)；HV-120型維氏硬度計(jì)；20倍讀數(shù)放大鏡。

3．試樣：45鋼淬火及正火狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)塊。第8章實(shí)驗(yàn)8.1金相試樣的制備和硬度實(shí)驗(yàn)8.1.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．簡述布氏和洛氏硬度試驗(yàn)原理。

2．說明洛氏硬度試驗(yàn)加10公斤預(yù)載荷其目的是什么？

3．測定標(biāo)準(zhǔn)塊的布氏硬度值。

4．測定45鋼正火及淬火試樣的洛氏硬度值。

5．測定標(biāo)準(zhǔn)塊的維氏硬度值。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察8.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．根據(jù)Fe-Fe3C相圖觀察和分析鐵碳合金（碳鋼及白口鑄鐵）在接近平衡狀態(tài)下的顯微組織。

2．分析成份（含碳量）對鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成份、組織與性能之間的相互關(guān)系。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

8.2.2實(shí)驗(yàn)概述

1．鐵碳合金的基本相和組織特征所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）這兩個(gè)基本相所組成。但由于含碳量不同，鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）相對數(shù)量、析出條件以及分布情況均有所不同，因?yàn)槌尸F(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。

1）鐵素體（F）是碳在α-Fe中的固溶體。鐵素體為體心立方晶格、具有磁性及良好塑性，硬度低。用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的等軸晶粒，亞共析鋼中鐵素體呈塊狀分布，當(dāng)含碳量接近于共析成份時(shí)，鐵素體則呈現(xiàn)斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

2）滲碳體（Fe3C）是鐵與碳形成的一種化合物，其含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%，質(zhì)硬而脆。耐腐蝕性強(qiáng)，經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后，滲碳體呈亮白色，若用苦味酸溶液浸蝕。則滲碳體能被染成暗黑色或棕紅色，而鐵素體仍為白色。由此可區(qū)別鐵素體與滲碳體。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

3）珠光體（P）是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，在一般退火處理情況下是由鐵素體與滲碳體相互混合交替排列形成的層片組織。經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織。在高倍放大鏡下能清楚地看到珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí)，由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度而無法分辯，因此，當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)低時(shí)，珠光體的片層不能分辯，而呈黑色。

4）萊氏體（Ld′）是在室溫時(shí)珠光體及二次滲碳體和共晶滲碳體所組成的機(jī)械混合物。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

2．鐵碳合金的平衡組織

1）工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.0218%的鐵碳合金，其組織為單相鐵素體或鐵素體和極少量的三次滲碳體。當(dāng)為單相鐵素體時(shí)，顯微組織由亮白色的呈不規(guī)則塊狀晶粒組成，黑色網(wǎng)狀細(xì)線為鐵素體晶界。當(dāng)組織中存在三次滲碳體時(shí)，三次滲碳體以薄片狀析出于鐵素體晶界處。

第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

2）碳鋼（1）共析鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼，室溫下它由單一的珠光體組成。珠光體是由鐵素體片和滲碳體片交替排列形成的層片狀。在硝酸酒精浸蝕下，鐵素體和滲碳體均不易腐蝕，而在鐵素體和滲碳體交界處易腐蝕下凹，我們在顯微鏡上看到的層片狀珠光體是黑白相間的平行條紋，實(shí)則難以分辯鐵素體和滲碳體，黑的條紋是兩相交界。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察（2）亞共析鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為在0.0218-0.77%鐵碳合金稱為亞共析鋼，室溫下的組織為先共析鐵素體和珠光體。如前所述，鐵素體呈亮白色不規(guī)則塊狀晶粒，珠光體在放大倍數(shù)較低時(shí)呈暗黑色。隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加鐵素體逐漸減少，珠光體逐漸增多，鐵素體的形態(tài)逐漸由塊狀變?yōu)樗閴K狀或網(wǎng)狀。（3）過共析鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為在0.77-2.11%鐵碳合金稱為過共析鋼，在室溫下的組織為珠光體和二次滲碳體。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。二次滲碳體是由奧氏體中析出的，在奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體后，它呈網(wǎng)狀分布在珠光體的邊界上。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

3）白口鑄鐵（1）共晶白口鐵共晶白口鐵的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.3%，在室溫下為單一的共晶萊氏體。萊氏體是珠光體與滲碳體組成的機(jī)械混合物。經(jīng)硝酸酒精浸蝕以后，滲碳體為亮白的基體，珠光體呈黑色粒狀或條狀。（2）亞共晶白口鐵亞共晶白口鐵的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11-4.3%，在室溫下的組織為珠光體，二次滲碳體和萊氏體構(gòu)成。經(jīng)硝酸酒精浸蝕以后，珠光體呈暗黑色橢圓形枝狀分布，其周邊為二次滲碳體，在白色基底上分布有黑色斑點(diǎn)狀的組織為萊氏體。通常二次滲碳體與共晶滲碳體連在一起，難以區(qū)分。（3）過共晶白口鐵過共晶白口鐵的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.3-6.69%，在室溫下的組織為一次滲碳體和菜氏體。一次滲碳體是直接由液體中析出的，在顯微鏡下呈亮白、粗大的板條分布在萊氏體基體上。第8章實(shí)驗(yàn)8.2鐵碳合金平衡組織觀察

8.2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

1．金相顯微鏡

2．觀察樣品

8.2.4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

2．畫出所觀察過的組織，并注明材料名稱、含碳量、浸蝕劑和放大倍數(shù)。顯微組織圖畫在直徑為30mm的圓內(nèi)，并將組織組成物名稱以箭頭引出標(biāo)明。

3．本次實(shí)驗(yàn)的心得體會。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

8.3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解碳鋼熱處理的基本方法。

2．了解不同熱處理方法對碳鋼組織與性能的影響。

3．熟悉碳鋼的幾種典型熱處理組織的形態(tài)及特征。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

8.3.2實(shí)驗(yàn)概述熱處理的目的是改變鋼的性能，它的工藝特點(diǎn)就是利用鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變其組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理工藝分為退火、正火、淬火和回火等。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

1．碳鋼的熱處理工藝

1）加熱溫度的確定

Fe-Fe3C相圖是確定鋼的熱處理加熱溫度的主要依據(jù)。加熱溫度不能過高，否則會使工件的晶粒粗大、氧化、脫碳嚴(yán)重，變形、開裂傾向增加。但加熱溫度過低，也達(dá)不到要求的效果。

2）加熱時(shí)間的確定通常將零件升溫和保溫所需的總時(shí)間稱為加熱時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)室中，通常將鋼件放入爐中后，當(dāng)爐溫恢復(fù)到指定溫度，從此刻到鋼件出爐的一段時(shí)間為保溫時(shí)間。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在空氣介質(zhì)中，升到規(guī)定溫度后的保溫時(shí)間，碳鋼按工件厚度每毫米需一分至一分半鐘，合金鋼按每毫米兩分鐘估算；在鹽浴爐中，保溫時(shí)間可縮短1-2倍?；鼗鸨貢r(shí)間與回火溫度有關(guān)。通常低溫回火保溫時(shí)間較長為1-2小時(shí)，而高溫回火保溫時(shí)間較短，為0.5-1小時(shí)。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

3）冷卻方式熱處理的冷卻方法必須適當(dāng)，才能獲得所要求的組織和性能。退火一般采用隨爐冷卻，為節(jié)約時(shí)間，可在爐冷至600~550℃時(shí)出爐空冷。正火采用在空氣中冷卻，大工件常進(jìn)行吹風(fēng)冷卻。淬火時(shí)，鋼在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的范圍內(nèi)（650~550℃）的冷卻速度應(yīng)大于臨界冷卻速度，以保證工件不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織；而在MS點(diǎn)附近的冷卻速度應(yīng)盡可能低，以降低淬火內(nèi)應(yīng)力，減少工件變形與開裂。因此，淬火時(shí)除了要選用合適的淬火冷卻介質(zhì)外，還應(yīng)確定合適的淬火方法。對于形狀簡單的工件，常采用簡易的單液淬火法，碳鋼用水或鹽水溶液作冷卻介質(zhì)，合金鋼常用油作冷卻介質(zhì)。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

2．碳鋼熱處理后的顯微組織由于碳鋼熱處理冷卻條件不同，過冷奧氏體將在不同溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。

1）珠光體型組織它是過冷奧氏體在高溫區(qū)（Ar1至C曲線鼻尖）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。隨奧氏體在冷卻時(shí)過冷度的增加，依次得到珠光體、索氏體、屈氏體。它們都是鐵素體與滲碳體的細(xì)密機(jī)械混合物，但鐵素體與滲碳體層片間距離依次變小，使組織的強(qiáng)度、硬度遞增。

第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

2）貝氏體型組織貝氏體型組織是過冷奧氏體在中溫區(qū)（C曲線鼻尖至MS）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。上貝氏體與下貝氏體是由含碳過飽和鐵素體與滲碳體組成的兩相混合物。上貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈羽毛狀，下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針狀。下貝氏體的性能與上貝氏體比較，它不僅具有較高的硬度、強(qiáng)度與耐磨性，而且下貝氏體的韌性與塑性均高于上貝氏體。鋼的等溫淬火處理正是為了得到這種綜合機(jī)械性能較高的下貝氏體組織。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

3）馬氏體組織馬氏體是過冷奧氏體在低溫區(qū)（MS以下）轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是碳在α-Fe中的過飽和固溶體。低碳馬氏體組織呈板條狀，在光學(xué)顯微鏡下，板條馬氏體的形態(tài)呈現(xiàn)為一束馬氏體板條群，每一束內(nèi)的馬氏體板條之間以小角度晶界分開，而束與束之間以大角度晶界分開，每個(gè)原奧氏體晶粒內(nèi)包含幾束馬氏體板條群。板條馬氏體不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)還具有良好的塑性與韌性。高碳馬氏體組織呈片狀（或稱針狀），性能硬而脆。在光學(xué)顯微鏡下，片間有一定的角度，其組織難以浸蝕，所以顏色較淺，呈灰白色。當(dāng)高碳鋼的淬火溫度過高時(shí)，獲得粗大的片狀馬氏體和相當(dāng)數(shù)量的殘余奧氏體（呈白色）。但當(dāng)過共析鋼在正常淬火時(shí)，獲得片狀馬氏體和未溶滲碳體組織。此時(shí)，得到的馬氏體都是很細(xì)小的，在光學(xué)顯微鏡下分辨不出它的形態(tài)，故通常稱為隱晶馬氏體。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

4）回火組織淬火組織為馬氏體（常有少量殘余奧氏體）的碳鋼，經(jīng)回火轉(zhuǎn)變后，能夠獲得不同的組織。低溫回火后獲得回火馬氏體組織，它由含碳過飽和的α固溶體及與其母相保持共格關(guān)系的ε碳化物組成。回火馬氏體仍保留著原來馬氏體的針片狀或板條狀形態(tài)，但由于在過飽和α固溶體上分布著大量高度彌散的細(xì)小ε碳化物，回火馬氏體比淬火馬氏體容易被腐蝕，故在光學(xué)顯微鏡下呈暗黑色。回火馬氏性能基本上與淬火馬氏體相同，但脆性較低。中溫回火獲得回火屈氏體組織，它是由尚未發(fā)生再結(jié)晶的鐵素體和彌散分布的極細(xì)粒狀滲碳體組成。這些極細(xì)的粒狀滲碳體在光學(xué)顯微鏡下無法分辨，且因鐵素體尚未再結(jié)晶，仍保持原來馬氏體形態(tài)?；鼗鹎象w具有較高的屈服強(qiáng)度、彈性極限和較好的韌性。高溫回火得到回火索氏體組織，它是由已再結(jié)晶的鐵素體與細(xì)粒狀滲碳體組成。由于鐵素體已發(fā)生再結(jié)晶，故基本已失去馬氏體的形態(tài)?；鼗鹚魇象w具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

8.3.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

1．箱式電爐。

2．洛氏硬度計(jì)。

3．金相顯微鏡。

4．冷卻劑：水、10#機(jī)械油。

5．熱處理試樣。

6．經(jīng)過不同熱處理的金相試樣。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

8.3.4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

1．進(jìn)行不同的熱處理。

2．將熱處理后試樣表面用砂紙磨去氧化皮，然后測量HRC值。

3．在爐內(nèi)取、放試樣時(shí)必須切斷電源，淬火過程動作要迅速，試樣在冷卻液中要不斷攪動。第8章實(shí)驗(yàn)8.3碳鋼的熱處理及顯微組織觀察

8.3.5實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2．實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3．畫出熱處理樣