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　　兰州理工大学学生实验报告

　　学 院实 验 室课程名称实验类型实验名称学生姓名学生学号实验日期指导教师

　　材料科学与工程学院 实  验  中  心金属学与热处理  验证性 合金钢、铸铁、有色金属的

　　显微组织观察

　　魏玉鹏

　　合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察

　　实验报告

　　一、实验目的

　　二、使用的设备仪器

　　三、实验方法、步骤

　　四、画出下列材料的显微组织示意图，并用箭头标明示意图中所示组织的名称

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　　材料名称：W18C

　　r4V处理状态：铸造  组 织：  腐 蚀 剂：  放大倍数：  材料名称：灰口铸铁 处理状态：铸造  组 织：腐 蚀 剂：放大倍数：

　　材料名称：W18Cr4V 处理状态：淬火+高温回火

　　组 织： 腐 蚀 剂：  放大倍数：

　　材料名称：球墨铸铁 处理状态：铸造

　　组 织：腐 蚀 剂：  放大倍数：

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　　材料名称：ZL102（未变质） 材料名称：ZL102（变质） 处理状态：  处理状态：

　　组 织：  组 织： 腐 蚀 剂：  腐 蚀 剂：  放大倍数：  放大倍数：

　　五、实验结果讨论

　　1. 根据显微组织观察，试分析高速钢性能和热处理特点，说明为什么？

　　2.将以上灰口铸铁的组织与性能同球墨铸铁进行比较，说明为什么？

　　3.试分析变质处理对硅铝明合金的作用。

　　4. 简述巴氏合金组织与性能的特点。

　　一、实验目的

　　1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。

　　2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。

　　二、金属材料的显微组织观察及分析

　　1．几种常用合金钢的显微组织

　　合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。

　　1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织。

　　图1、16Mn-淬火-x400

　　16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。加入合金元素锰，使C曲线右移，在淬火处理后，组织为马氏体组织。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。

　　图2、16Mn-正火-x400

　　16Mn属于低碳钢，碳含量<0.16%，正火后组织为F+S。在400倍显微镜下，索氏体基本上不可分辨。

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　　Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢。广泛应用于各种板材、钢管。

　　图3、65Mn-等温淬火-400

　　65Mn，锰提高淬透性，但Mn含量过大会导致过热现象。

　　特性：经热处理后的综合力学性能优于碳钢，65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高。但有过热敏感性和回火脆性。

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　　应用：用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

　　图4、等温淬火-30CrMnSi-x400

　　30CrMnSi是高强度调质结构钢。组织形貌，保持马氏体位向的回火索氏体，并出现极少量的铁素体。

　　特性：具有很高的强度和韧性，淬透性较高，冷变形塑性中等，切削加工性能良好。有回火脆性倾向，横向的冲击韧性差。焊接性能较好，但厚度大于3mm时，应先预热到150℃，焊后需热处理。一般调质后使用。

　　用途：多用于制造高负荷、高速的各种重要零件，如齿轮、轴、离合器、链轮、砂轮轴、轴套、螺栓、螺母等，也用于制造耐磨、工作温度不高的零件，变载荷的焊接构件，如高压鼓风机的叶片、阀板以及非腐蚀性管道管子

　　图5、GCr15-x400

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　　GCr15是滚动轴承钢，是一种常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。GCr15经淬火回火处理后，组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物。

　　特性：综合性能良好.球化退火后有良好的切削加工性能.淬火和回火后硬度高而且均匀，耐磨性能和接触疲。劳强度高，热加工性能好。含有较多的合金元素，价格比较便宜。但是白点敏感性强，焊接性能较差。

　　用途：用于制作各种轴承套圈和滚动体。例如：制作内燃机、电动机车、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈。除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具。

　　图6、Cr15-上贝+M-x400

　　性能：冷变形塑形高，焊接性良好，在退火状态下可切削性甚好

　　应用：这种钢主要用来制造工作速度较高而断面不大(≤30mm)，但心部要求较高强度及韧性而表面耐磨的渗碳零件，如齿轮、凸轮、滑阀、活塞、衬套、曲柄销、活塞销、活塞环、联轴节、轴、轴承圈等。此外，这种钢也可以用作低碳马氏体淬火钢，用来制造对变形要求不严、但要求强度、韧性的零件。

　　图7、铸态-2GMn13-x400

　　高锰钢(high manganese steel)是指含锰量在10％以上的合金钢。

　　性能：高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成，有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。

　　用途：高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。

　　图8、水韧处理-2GMn13-x400

　　水韧处理：碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理，即将钢加热到1050～1100℃，保温消除铸态组织，得到单相奥氏体组织，然后水淬，使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高，所以此种热处理方法也常称为水韧处理。

　　用途：水韧处理后，碳化物减少，高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材，  应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。

　　一、实验目的：

　　1.观察和分析铁碳合金的平衡组织； 2.分析铁碳合金显微组织的形成过程；

　　3.分析碳钢、白口铸铁的组织与含碳量之间的关系，从而掌握铁碳合金成分、组 织和性能之间的关系。

　　二、实验仪器和试件：

　　1. 碳钢（亚共析钢、共析钢、过共析钢试样）、球状珠光体的试样； 2. 白口铸铁（亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁试样）； 3. XJX—1小型金相显微镜。

　　三、用铅笔描绘出用金相显微镜观察到的金相组织组织结构示意图，并用箭头指出其组成物的名称。

　　材料名称：  工业纯铁材料名称： 20＃钢

　　组织结构：  铁素体  组织结构：  铁素体＋珠光体放大倍数： 400  放大倍数： 400

　　材料名称：45＃钢材料名称： T8钢 组织结构：  铁素体＋珠光体组织结构：珠光体

　　放大倍数：400  放大倍数：400

　　材料名称： T12钢材料名称：共晶白口铸铁  组织结构：网状渗碳体＋珠光体  组织结构： 莱氏体  放大倍数：400放大倍数：  400

　　材料名称：  亚共晶白口铸铁  材料名称：  过共晶白口铸铁 组织结构：珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体

　　组织结构：一次渗碳体＋莱氏

　　放大倍数：400 放大倍数： 400

　　四、问题与思考：

　　1. 非合金钢与白口铸铁在组织构成与力学性能方面有何异同？

　　答：非合金钢含碳量较低（0.02%—2.11%），织组构成只是铁素体，珠光体或珠光体与二次渗碳体的混合或铁素体与珠光体的混合。在力学性能方面，随着含碳量增加和硬度增加，非合金钢有较好的可塑性。

　　白口铸铁的含碳量高（2.11%—6.69%），织组构成是由莱氏体，珠光体和二次渗碳体与莱氏体混合成的莱氏体和一次渗碳体的混合等构成。在力学性能上，白口铸铁脆而硬，无延伸性。 2. 渗碳体有哪几种形态？如何分辨？ 答：一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体。

　　一次渗碳体是从液相中直接析出的。

　　二次渗碳体是从奥氏体中析出的。 三次渗碳体是从铁素体中析出的。 3. 你对本次实验有何认识、意见和建议？

　　答：通过这次实验，我懂得了如何用金相显微镜观察金相组织组织。显微镜是精密仪器，考验了我们的操作能力和认真细致的态度。关于建议，我觉得老师可以在我们都观察玩各种结构图后为我们讲解一下我们看到的结构图，好让我们深入了解。

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