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合金结构钢、工具钢的热处理和显微组织分析(设计性)一、实验内容1．设计给定材料的热处理工艺并进行操作。根据实验用材料和技术要求，结合课堂所学知识和查阅资料，制定出处理工艺和操作规程，同时要考虑合金元素在钢中的作用，它们对相变点、淬火冷却速度以及回火等方面的影响。自己实施工艺操作。2．观察组织。观察典型合金结构钢和合金工具钢的显微组织，了解不同状态下的组织特点，学会识别和分析。一、实验目的1．学会制定常用合金结构钢及工具钢的热处理工艺和操作规程。能够根据技术要求灵活运用所学知识达到获得优异性能的目的。并要学会分析和检验，提高学生分析问题和解决问题的能力。2．观察分析典型合金结构钢及工具钢的显微组织特征。三、实验条件1.实验用箱式电阻加热炉2.洛氏硬度计3.金相显微镜4.淬火试样材料5典型标准试样一套四、实验相关知识1、热处理工艺的制定。结构钢一般属于亚共析钢，常采用完全奥氏体化淬火，其淬火常用温度为AC3+30～50℃，以便淬火后得到全部马氏体组织，回火后获得优良的综合力学性能。合金工具钢一般属于过共析钢，常采用不完全奥氏体化淬火，其淬火常用温度为Ac1+30～50℃，需保留适当未溶粒状碳化物，以使淬火后得到马氏体＋粒状碳化物+残余奥氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性，降低脆性及变形开裂的危险性。在具体选择合金钢淬火温度时，需要考虑合金元素在钢中的作用，对临界点的影响等，可先查出钢的临界点。再参照上述原则确定淬火温度，实际应用时需根据具体情况灵活掌握。还可以查手册，根据工件的具体情况，尺寸大小复杂程度等选取钢的淬火温度。最后再根据由实验得出的硬度和组织等与加热温度的关系来确定出最佳的淬火温度和保温时间。淬火硬度是选择淬火温度时或判断淬火操作正确与否的一个重要标志。在实际工作中一般都是以淬火硬度值来判断是否被淬上火，因为硬度可以判断钢的组织是否为马氏体。马氏体的硬度主要取决于含碳量，随着马氏体含碳量的增高，其硬度也随之提高，因此可根据钢的含碳量，大体判断钢所能达到的淬火最高硬度。通常合金元素的存在对钢中马氏体硬度影响不太大，但对加热温度、冷却介质的选择很重要，对回火稳定性的影响很重要，因此影响了钢的综合力学性能和热处理工艺性能。热处理操作应有目的性，淬火操作要迅速，不要使小试样温度下降太多导致淬火不足。淬入冷却介质中要搅动，以免硬度不均匀。1、观察常用合金结构钢和合金工具钢的显微组织。观察所选材料的显微组织，学会在显微镜下识别常用显微组织，以便分析工艺的成败和原因。这是非常重要的。其中低合金钢与碳钢的组织相差不很大，而高合金工具钢有所不同，高速钢及高Cr模具钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V，因为它含有大量的合金元素，使铁碳相图中的Ｅ点大大向左移，以致虽然它的碳的质量分数只有0.7%～0.9%，但已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。高速钢平衡结晶的室温组织与亚共晶白口铁的组织相似，由珠光体、碳化物和莱氏体组成。但在实际铸造条件下冷速较快，奥氏体转变为马氏体+奥氏体，高速钢铸态组织中莱氏体由合金碳化物和马氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，呈骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。往往呈不均匀的带状分布。因为莱氏体属共晶组织，所以称这类碳化物为共晶碳化物。锻造退火后高速钢的显微组织由索氏体和碳化物所组成。高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经过淬火及回火才能获得，为使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火温度高达1280℃左右，冷却时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体＋碳化物＋残余奥氏体。回火组织为回火马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体（２%～３%）。五、实验步骤1、全班分成若干组，每小组领取一种材料试样，根据所拿材料的成分及技术要求，选择淬火加热温度，保温时间和冷却方式，然后进行淬火工艺操作，测量淬火硬度。2、各小组汇总讨论各个材料的处理情况，性能指标是否达到。3、观察分析实验室已准备好的各种合金结构钢及合金工具的退火、淬火及回火组织，画出组织示意图。