機(jī)械工程材料綜合性開放性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)(ppt 49頁).ppt

1、機(jī)械工程材料的綜合開放性設(shè)置改進(jìn)性實(shí)驗(yàn)、一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、二?shí)驗(yàn)條件、三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序、四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求、五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單、六硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單、七金相試樣制備簡(jiǎn)單、八光學(xué)金相顯微鏡簡(jiǎn)單、一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、本次?shí)驗(yàn)為綜合性、開放性、設(shè)置改進(jìn)性實(shí)驗(yàn)。 運(yùn)用已經(jīng)學(xué)到的機(jī)械工程材料的基本理論知識(shí)，參照相關(guān)資料，根據(jù)設(shè)定的零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合分析后，準(zhǔn)確選擇材料的合理熱處理技術(shù)規(guī)范和制定實(shí)施途徑的熱處理選擇加熱設(shè)備檢測(cè)試樣的硬度自己動(dòng)手，獨(dú)立進(jìn)行熱處理為提高學(xué)生的分析問題和解決問題以及實(shí)際插手能力，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及其力學(xué)性能要求準(zhǔn)確選擇材料，了解并初步掌握制定熱處理工藝規(guī)范的一般原則和金屬材

2、料的化學(xué)成分、熱處理工藝、顯微組織與力學(xué)性能的關(guān)系。 第二實(shí)驗(yàn)條件：1)連桿螺栓(圖1):3038HRC(263322HBS )； 2 )滾動(dòng)軸承軌道圈： 6165HRC； 3 )手鋸刀： 6062HRC； 4 )手動(dòng)抽頭(圖2 ) :齒部6062HRC、柄部3045HRC； 5 )機(jī)用板齒(圖3): 5963HRC； 6 )半軸(圖4 ) :桿部3744HRC、盤部外周2434HRC； 7 )機(jī)床的傳動(dòng)齒輪(m=4，圖5 ) :齒部4558HRC，其輔助部位3042HRC； 8 )活塞銷(圖6 ) :表面硬度59-62HRC、心部硬度2430HRC； 9)20mm冷沖頭(圖7 ) :最終熱處

3、理后的硬度如圖7所示。 10 )汽車板簧(圖8:)4145HRC。 (詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書)，(1)機(jī)械部件及其性能指標(biāo)：二實(shí)驗(yàn)條件，(2)，實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)材料： 45鋼，T10A鋼，20Cr，9SiCr，q 235，60 s I2Mn，儀器設(shè)備：高、中、低溫箱型電阻爐及其相應(yīng)爐溫測(cè)定器淬火用油，水及其觀察了為了制備從洛氏硬度修正爐出來的加入鐵剪子和鉤子的金相試料所必需的設(shè)備、金相砂紙以及蝕刻劑金相顯微組織用的臺(tái)式光學(xué)金相顯微鏡等。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序按照以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序進(jìn)行：1、建立分析零件的服務(wù)條件和力學(xué)性能要求的選用及其分析零件的生產(chǎn)工藝、熱處理工藝規(guī)范，選擇進(jìn)行理論分析和討論的熱

4、處理加熱設(shè)備和工裝夾具選擇該零件常見的熱處理缺陷及其預(yù)防措施零件熱處理這些內(nèi)容以書面小論文的形式完成后，可以請(qǐng)指導(dǎo)老師審查，評(píng)分后具體實(shí)施。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序，2 .在進(jìn)行熱處理工藝實(shí)施工作的前一天，以班為單位進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。 在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，了解并熟悉本實(shí)驗(yàn)涉及的各種設(shè)備、修正器的結(jié)構(gòu)、功能及其操作步驟和注意事項(xiàng)。 3、進(jìn)入熱處理實(shí)驗(yàn)室(實(shí)驗(yàn)樓2樓)后，按照本人制定的熱處理技術(shù)規(guī)范及實(shí)施途徑進(jìn)行操作。 對(duì)每個(gè)熱處理工序處理的試樣進(jìn)行了硬度檢查(一般對(duì)每個(gè)試樣至少打3點(diǎn)，將其平均值作為其有效值)。 三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序，4 .試樣硬度檢查合格后，可以到試樣調(diào)制室(實(shí)驗(yàn)樓9層15號(hào)室)調(diào)制金相試樣

5、。 然后用臺(tái)式光學(xué)顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察和分析，同時(shí)繪制其組織形態(tài)特征圖，圖旁注明材料名稱、熱處理狀態(tài)、顯微組織和蝕刻劑名稱和倍率。 分析了熱處理、制樣等過程中產(chǎn)生的缺陷及其原因，并提出了預(yù)防或解決辦法。、四實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，詳見電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告，五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容概要，(一)材料成分工藝組織性能之間的關(guān)系，制定合理的熱處理工藝對(duì)產(chǎn)品零件的工作性能要求、結(jié)構(gòu)形狀尺寸、材料成分(即鋼的臨界相變點(diǎn))、熱處理加熱設(shè)備及其功率大小、裝爐方式、裝爐量進(jìn)行熱處理工藝的實(shí)施五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容概述，(二)機(jī)械零件用鋼的選擇，1 .材料選擇的主要依據(jù)機(jī)械零件的服務(wù)條件及其使用性能要求，機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及其精度要求材料的冷加工

6、工藝性能及其經(jīng)濟(jì)性。 2、典型零件用鋼的選擇和加工流程，1 )汽車變速器雙軸雙、三速齒輪受力條件分析性能要求采用材料選擇材料鍛造預(yù)熱處理(正火)硬度檢驗(yàn)機(jī)械加工(如汽車、銑刀等)滲碳、淬火低溫淬火清洗硬度、變形量等項(xiàng)目的檢驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)介： (二)機(jī)械零件用鋼選擇；二)典型零件用鋼選擇和加工流程；受力條件分析使用性能要求材料選擇預(yù)鍛(分散空冷)預(yù)熱處理(球化退火)硬度；金相組織檢驗(yàn)機(jī)械加工(如汽車、銑床等)鹽浴加熱淬火清洗；(三)熱處理工藝及其殘奧1、退火、正火工藝的選擇和應(yīng)用，退火和正火是鋼預(yù)熱處理的一種形式，其工藝類型很多。 如何合理選擇那項(xiàng)技術(shù)？ 必須根據(jù)選件的鋼種、加工工藝流程及其具體

7、技術(shù)要求決定。 通常，可根據(jù)鋼的碳含量選擇如下(詳情參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書)。 (三)熱處理工藝及其殘奧表的確定，五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，2 .鋼退火、正火工藝規(guī)范的確定，鋼退火通常是將鋼加熱到Ac1或Ac3以上的一定溫度(例如亞共析鋼TH=Ac3 3050 )，保溫一定時(shí)間，然后隨爐緩冷，得到接近(詳細(xì)) 鋼正火是將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050，保溫一定時(shí)間后進(jìn)行空冷。 由于冷速度快，與退火相比組織中的p量多，并且p的片間距小，強(qiáng)韌性能提高。 (詳情請(qǐng)參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。 (三)熱處理工藝及其殘奧儀的確定，五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，三.鋼淬火工藝規(guī)范確定，亞共析鋼： TH=Ac3 3050、TH Ac3時(shí)，能得到

8、粗大的馬氏體m，使鋼的強(qiáng)度、韌性降低，脆性增加，同時(shí)工件氧化脫碳嚴(yán)重強(qiáng)度、硬度、耐磨耗性高。 在TH Accm中，不僅對(duì)鋼的強(qiáng)度、硬度的增加無貢獻(xiàn)，而且在加熱時(shí)產(chǎn)生粗大的奧氏體晶粒淬火，得到粗大的m和大量的a，由此硬度和耐磨損性降低，強(qiáng)度降低脆性增加，淬火變形裂紋傾向增加。 (3)熱處理工藝及其殘奧表的確定，5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的概要，3 .鋼的淬火工藝規(guī)范的確定，淬火加熱時(shí)間=零件加熱到淬火溫度所需的時(shí)間平均溫度時(shí)間。 加熱時(shí)間與鋼的化學(xué)成分、工件的結(jié)構(gòu)形狀尺寸、加熱介質(zhì)、加熱方式和方法等因素有關(guān)。2 )保溫時(shí)間的決定，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式估計(jì)，H=KD(min )，式中的K-裝入爐修正系數(shù)(12 )； 加

9、熱系數(shù)(箱型電爐為2min/mm，中溫鹽爐為1min/mm) D-工件的有效厚度(mm，圓柱為其直徑的正方形的截面為其邊長(zhǎng)的長(zhǎng)方形的截面為其短邊長(zhǎng)的板材為其厚度的套筒部件為其壁厚的圓錐體為從小端面起2/以3的長(zhǎng)度取直徑的球體取球徑的0.6倍，(3)熱處理工藝及其殘奧儀的確定，5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的概要，3 .鋼的淬火工藝規(guī)范的確定，冷卻是淬火的關(guān)鍵工藝，他直接影響鋼的組織和性能。 通常，為了可靠地獲得m組織，VcV必須臨時(shí)存在。 3 )冷卻速度的影響，為了保證淬火效果，請(qǐng)選擇合適的冷卻介質(zhì)、冷卻方式和方法。 一般碳鋼用水或鹽水冷卻，合金鋼用油冷卻。 冷卻時(shí)間通常是將工件在冷卻介質(zhì)中冷卻至室溫。 但是，請(qǐng)

10、根據(jù)工件的變形量要求和冷卻裝置等條件進(jìn)行試驗(yàn)。 一般的工作油如果表面帶有青煙就可以空冷，但也可以根據(jù)在2060油中冷卻36min/10mm，在80150油中冷卻1015min/mm的經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)。 在水中冷卻，估計(jì)為1秒/23mm。 (3)熱處理工藝及其殘奧表的確定，五實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的概要，4 .鋼的回火工藝殘奧表的確定，淬火鋼材的回火性能主要取決于回火溫度。 確定退火溫度的方法通常是將零件所要求的硬度范圍作為選擇退火溫度的依據(jù)。 關(guān)于各種鋼的退火溫度和硬度的關(guān)系(曲線或表)，請(qǐng)參照手冊(cè)資料。 也可以用經(jīng)驗(yàn)公式來估算退火溫度。 1 )退火溫度的確定，例如45鋼的退火溫度Th200 K(60-X )、式

11、中的k系數(shù)、退火硬度值為30HRC時(shí)，k取11。 退火硬度值為30HRC時(shí)，k取12，x為所要求的硬度值(HRC )。 其他成分的碳鋼，每碳含量增加或減少0.05%，退火溫度就會(huì)相應(yīng)地增加或減少1015。 (三)熱處理工藝及其殘奧表的確定，五個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，4 .鋼退火工藝殘奧表的確定，一般采用13h，也可用經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)，即H=KH AHD，公式中h退火時(shí)間(min )，AH退火時(shí)間系數(shù)(min )不同2 )退火時(shí)間的確定；3 )退火后的冷卻，一般要空冷至室溫。 合金鋼部件為了避免第二種退火脆性，退火后需要急冷(水冷或油冷)，此時(shí)，為了消除退火引起的內(nèi)部應(yīng)力，接著需要補(bǔ)充低溫退火。 (4)實(shí)際

12、操作注意事項(xiàng)，五，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，1 .放入試樣，取出時(shí)應(yīng)切斷加熱電源后再打開爐門。 2 .試樣的裝卸請(qǐng)使用專用的鉗子或鉤子。 3 .從爐中取出試料進(jìn)行淬火時(shí)，請(qǐng)迅速動(dòng)作。 4 .試樣放入淬火介質(zhì)后，必須不斷攪拌，但不能露出液面。 5 .試樣淬火、燒烤后，在測(cè)定其硬度之前，在砂輪或砂紙上削去水垢。 將各樣本中僅少3點(diǎn)的平均值作為有效值。 6 .淬火及烘烤溫度的設(shè)定工作在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行。 7 .試料硬度測(cè)定后，制作金相試料直至9層。 磨試樣指導(dǎo)教師檢查后，可進(jìn)行組織觀察和分析。 8 .實(shí)驗(yàn)中一定要注意人身、設(shè)備的安全，如有不明白的地方請(qǐng)隨時(shí)詢問指導(dǎo)老師。 請(qǐng)不要?jiǎng)印?(5)實(shí)驗(yàn)的具體日程表，1

13、.以講義班為單位總結(jié)敘述相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(2h )，協(xié)商具體時(shí)間和地點(diǎn)后決定。 2. 34人一組，接受實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及程序的規(guī)定，以組為單位進(jìn)行工作。 每個(gè)小組的準(zhǔn)備時(shí)間是12天。 3、在實(shí)施工藝計(jì)劃之前，與指導(dǎo)教師預(yù)約，說明實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和必要的設(shè)備情況。 4 .以課堂為單位，最好在35天內(nèi)完成所有實(shí)驗(yàn)。 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡(jiǎn)單，六硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單，硬度試驗(yàn)是工業(yè)生產(chǎn)和科研不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法之一。他將硬壓頭壓入想檢查的部件(或試樣)的被測(cè)定面時(shí)，材料抵抗該壓入的能力稱為“硬度”。 與強(qiáng)度等其他力學(xué)性能有一定的關(guān)系。 最常用的硬度試驗(yàn)方法是布氏硬度和洛氏硬度。 (1)硬度概念：6硬度

14、試驗(yàn)概要、1 .基本原理、(2)布氏硬度試驗(yàn)、布氏硬度試驗(yàn)原理示意圖、hbs=p/f=2p/d(d-)(kgf，2 .布氏硬度校正的結(jié)構(gòu))圖，根據(jù)試樣的硬度，按照附表1-2的硬度試驗(yàn)規(guī)范加載測(cè)試樣品表面需要用砂輪或砂布(紙)磨光，上下端面要求平行。 將試樣放置在載物臺(tái)上，可以按照布氏硬度修正的操作步驟進(jìn)行試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)束后，取出試樣，用讀取顯微鏡測(cè)定試樣表面的凹陷直徑，從相互正交的方向各測(cè)定一次(參照下一頁的圖像)，取其平均值，用其直徑值調(diào)查“凹陷直徑和布氏硬度的對(duì)照表”，可以得到試樣硬度的值。 3 .布氏硬度校正的操作點(diǎn)、布氏硬度壓痕測(cè)定，1 .基本原理0-0是壓頭與試樣不接觸的位置1-1是

15、壓頭承受初始載荷P0而壓入試樣深度h0的位置2-2是施加了主負(fù)載P1的壓頭被壓入試樣的位置3-3是， 去除主負(fù)荷后的壓頭是通過試料彈性變形的恢復(fù)而稍微變高的位置，此時(shí)實(shí)際壓入試料的深度為h1，壓頭承受主負(fù)荷壓入試料的深度為h1-h0。 h1-h0的數(shù)值越大表示試料越柔軟，相反試料越硬。 (二)洛氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)中的金剛石壓頭的各階段的位置、2 .洛氏硬度修正的結(jié)構(gòu)示意圖、3 .洛氏硬度修正的操作要點(diǎn)、1 ) .根據(jù)試樣的硬度，按照下表選擇負(fù)荷及壓頭。 2 )試料的兩端面用砂輪或砂紙研磨，確保平行后，順利放置在支撐臺(tái)上。 3 )用預(yù)加載(按時(shí)間修正)旋轉(zhuǎn)手輪，使試料與壓頭接觸，觀察讀取百

16、分比表上的小針移動(dòng)到紅點(diǎn)。 4 )將讀取表盤弄圓，使百分比表盤上的長(zhǎng)度成為準(zhǔn)硬度值的起點(diǎn)。 (HRB的情況下為赤字b處HRC，HRA的情況下為黑字c處。 5 )施加主負(fù)荷時(shí)，如果順利拉動(dòng)裝載手柄，手柄會(huì)自動(dòng)上升到停止位置(時(shí)間請(qǐng)?jiān)O(shè)為57秒)。 待10秒鐘。 6 )卸下主負(fù)荷時(shí)，將手柄回到原來的位置。 7 )讀出硬度值，長(zhǎng)針指示的數(shù)字是硬度的讀出值。 HRB讀紅色，HRC讀黑色，HRA讀黑色。 (注：布氏硬度值和洛氏硬度值的關(guān)系大致為10HBS=1HRC )。 (1)金相試樣的制造工序包括取樣、插入、研磨、研磨、蝕刻。 (1)采樣的部位(a )故障部件、軸上對(duì)比度采樣、長(zhǎng)裂紋部位采樣、淬火裂紋采

17、樣、(1)采樣的部位(b )熱處理后的部件、環(huán)類部件采樣、軸類部件采樣、齒輪系采樣、(1) 鍛件縱截面檢查項(xiàng)目1表面折疊2碳化物分布3橫裂4變形晶粒5夾雜物6帶狀組織、鍛件縱截面檢查項(xiàng)目1夾雜物分布2組織及晶粒尺寸3表面氧化脫碳4芯部表面缺陷、(1)采集部位(d )供給狀態(tài)軋制材料、鋼中非金屬夾雜物采集部位示意圖鋼棒(左)、鋼管(右)脫碳層采集部位示意圖、(2) 試樣采集方法，硬度在30HRC以下可以用鋸、車、銑刀、切削等方法采集，硬度大于30HRC時(shí)可以用水冷式砂輪切片機(jī)、鉬絲切割機(jī)等方法采集，2 .金相(2)細(xì)研一般在36種金相砂紙上進(jìn)行，手研過程中手腕動(dòng)作4 .金相試樣的磨削以去除細(xì)磨時(shí)的微細(xì)磨削痕跡，使磨削面成為無光澤缺陷的鏡面為目的，磨削質(zhì)量直接影響金相檢查的結(jié)果。P-2型研磨機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)1、塑料盤2、研磨盤3、研磨布4、緊固環(huán)5、研磨罩6、電動(dòng)機(jī)