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内蒙古科技大学本科生综合实验报告题目：冷却方式对Q235钢的影响学院：国际学院专业：材料成型及控制工程姓名：董文静学号：1276806443指导老师：郭瑞华内蒙古科技大学2冷却方式对Q235钢的影响一、实验目的：1.通过实验室二辊可逆轧机对Q235钢进行轧制实验，分析其在相同加热温度、轧制温度、压下量的条件下，冷却方式对材料组织的影响。2.通过对比沙冷，油冷对Q235钢的影响，分析出最好的冷却方式。3.通过在实验室对Q235钢进行加热来熟悉加热炉的使用。4.通过实验对Q235钢进行打磨，抛光，腐蚀，了解试样的加工过程。5.通过观察金相组织，熟悉仪器的使用，分析不同加工条件下的金相组织。二、实验材料：本实验材料所用试样为普通碳素结构钢Q235表一材料主要成分[1]：试样材料C/%Si/%Mn/%P/%S/%Q2350.160.141.530.0310.026表二材料主要力学性能[1]：试样材料屈服强度/Mp极限强度/Mp伸长率面收缩率Q2353004150.360.617三、实验方案：把试样Q235钢放入加热炉中加热，当炉温达到1050℃时，保温10分钟，在取出试样前调整好二辊可逆式实验轧机。保温完成后取出试样在轧机中进行轧制，轧制一道次，压下量为40%，实际操作中压下量为41.4%，轧制完成后沙冷至室温。之后将试样切割，打磨，抛光，腐蚀。然后把经过一系列处理之后的试样放在金相显微镜下观察，如果有清晰的组织就可以进行拍照标注。1、金相切割机：内蒙古科技大学3QG-2金相试样切割机（以下简称切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织。表三技术指标：电源主轴转速(r/min)砂轮片规格(mm)最大切割直径(mm)切割功率(Kw)重量(Kg)外形尺寸（mm）380500HZ2800250˟2×32301.160470×390×3602、加热炉（箱式炉）：该箱式电阻炉结构主要由炉体、炉衬、炉底板、加热元件、炉门及控制系统等部分组成。炉体框架采用槽钢和角钢焊接制作，外壳侧板采用Q235钢板焊接，结构牢固可靠，整体强度好，不易变形，外表平整光洁。炉体所有焊接处进行打磨处理，并用铁腻子刮平、喷涂热防锈漆后，按照用户提供的色标进行油漆涂装。炉衬为全纤维结构，采用优质耐高温高铝耐火纤维构筑，采用标准的锚固件及科学合理的镶装方法。纤维折叠块镶装前进行再次预压缩处理（压缩容重≥230Kg/m3），用锚固件固定在壳体上，保温材料安装厚度≮300mm。炉底采用重质高铝耐火砖、轻质耐火砖、保温砖等制作成复合型衬体，衬体上砌筑有加热元件安装槽形沟道，易碰撞部位和承重部位采用重质高铝耐火砖砌筑(砌筑时泥浆内加入粘结剂调和)，增强炉衬结构强度。在制作时留有膨胀缝，防止衬体在受热后膨胀将衬体损坏。铺设炉底板，材质为Ni7N，供搁置工件之用，采用新型的搭扣制作形式，防止工件氧化皮落到加热元件上而形成短路，耐热钢炉底板分块制作，减少高温下变形和开裂。本炉型设计工作台板。加热元件根据炉温的均匀性合理分布功率，加热元件分别布置在左右侧墙、后墙及炉底四个面上；加热元件采用0Cr27Al7Mo2高电阻合金电阻丝。炉底上的加热元件平铺在耐火砖砌筑的条槽中，用定型小钩固定，其表面负荷要比其他部位的加热元件要小,使用寿命长。内蒙古科技大学4炉门框架采用槽钢制作，侧板和底板采用Q235钢板焊接，结构牢固可靠，不易变形和翘曲，整体强度好。炉门升降为电动葫芦驱动。在炉门上有一断路装置，该装置与轮轴连锁，当炉门打开时即切断加热元件电源以保证操作人员安全。炉门上装有调节式密封机构，有效使炉门密封。在炉顶上有一热电偶孔，在使用时将热电偶插入炉膛通过电炉控制柜来控制炉膛工作温度。控制系统：主控系统控制柜采用国际流行立式组合柜。控制柜外表喷涂电脑色或浅驼色。电控面板上装有电流表、电压表、温度控制仪及控制开关等。温度控制主回路采用可控硅过零调功触发，可控硅采用风冷形式，设有过载、过热及过流保护等功能。温度控制仪表选用先进的上海国龙智能高精度数显PID自整定型仪表，控制精度±1℃。该温度控制配有热电偶修正功能、功率限制功能及超温报警功能。当炉门打开时自动切断加热主电路，实现联锁保护。炉温记录采用南通达华记录仪，对升温及保温时间过程实时打印曲线、记录温度，同时对加热主回路实现监控作用，有效地监视整个生产工艺。3、二辊可逆式实验轧机：二辊轧机分为可逆式和不可逆式，现在一般都是采用可逆式。二辊轧机主要是通过两个旋转的轧辊将轧件咬入轧机，实现来料尺寸的变化完成轧钢的。轧制板材时轧辊工作面是平面，通过压下装置调节辊缝大小来实现板材厚度的变化。表四二辊可逆式轧机参数：轧辊直径（mm)轧辊轴径（mm)棍身长度（mm）最大轧制力(T)电机功率(KW)13068265154.5五、实验步骤:1、样品切割:将试样切割成长约30mm，宽约15mm的试件。2、加热:将温度加热预设至1050℃，加热时间为两小时三十分，保温温度为1050℃，保温时间预设为一个小时实际保温十分钟，第一阶段降温设为900℃，预设时间为一小时，第二阶段降温为700℃，预设时间为一小时。内蒙古科技大学5实际加热制度为从900℃时开始放入试样加热至1050℃用时约一小时，后转入第二阶段保温10分钟后取出试样进行轧制。1)设置加热炉程序，将加热温度设为第一阶段1050℃第二阶段1050℃第三阶段为900℃第四阶段为700℃。2)设置完后开启电源自动运行程序。3)安排两人随时观察加热炉，保证电流不超过25A，若有异常则立即关闭加热炉。4)当炉温达到预设温度并保温完成后，取出试样在轧机上进行轧制。5)轧制完成后分别进行沙冷空冷水冷油冷。3、轧制:表五Q235轧制参数表：4、磨样抛光:采用试验用设备是上海日用电机厂生产的M22和P22型预磨机及抛光机。磨光耗材为天津荣峰研磨制品厂生产的帆船牌水砂纸,一般选用200,400,600,800号一组的水砂纸即可;抛光织物通常采用海军呢。磨样时在240上进行粗磨把试样磨平，然后换600进行较长时间的细磨，再换400磨十几下后进行抛光后观察试样表面后再用其它试纸进行细磨。整个磨样过程采用纵向单一方向磨样[2]。5、腐蚀与拍照:a.将抛光后的试样用酒精溶液清洗干净，然后用吹风机吹干；b.把4％的硝酸酒精溶液滴在试样表面，晃动使溶液均匀，便于腐蚀；c.5--10分钟后用酒精溶液清洗试样，迅速用吹风机吹干；d.将试样置于光学显微镜镜头上方，调整焦距，便可以在电脑试样编号试样代号及厚度尺寸（mm）轧制温度轧制道次冷却方式轧前厚度轧后厚度1号9.635.641050℃1沙冷2号9.635.79油冷内蒙古科技大学6上清晰地观察到试样的显微组织；e.调整显微镜，使镜头上下左右移动，观察显微组织，选出效果好的部分显微组织进行拍照；f.拍完以后进行标注。六、实验结果分析：1.相同压下量沙冷金相显微组织沙冷后组织如图a、b所示：图（a）沙冷组织放大500倍图（b）是沙冷组织放大200倍由图（a）图（b）可以观察到银白色的铁素体和奥氏体以及上贝氏体。2.相同压下量油冷的金相显微组织油冷后组织如图c、d所示:图（c)油冷组织放大500倍图（d)为油冷组织放大200倍由（c）(d)两图可以观察到羽毛状的上贝氏体组织（BF+θ-渗碳体）黑色的奥氏体及银白色的铁素体。3.分析造成金相组织不同的原因轧后冷却速度对轧后组织的影响：由于冷却速度的不同，其他条件相同的钢种、变形冷却速度越快组织中来不及转变组织变得细密而且由于轧制变形后诱发相变使轧后组织有所改变。从冷却曲线看沙冷的冷却速度比油冷的要慢。abcd内蒙古科技大学7图（e）低碳钢冷却曲线[3]七、硬度测量分析1.洛式硬度计简介洛氏硬度计是世界上第一台依据洛氏硬度试验原理设计的，只需要单侧接触试样就可测试金属硬度的洛氏硬度计，依靠磁力将洛氏硬度计测头吸附在钢铁表面，不需要对试样进行支撑，测试精度符合标准GB/T230、ISO6508，不低于台式洛氏硬度计。利用磁力吸盘将硬度计固定在钢铁工件表面，无需支撑，无需取样，不用移动工件，只要单侧接触即可完成测试。1)与台式机相同的试验原理和精度，符合标准GB/T230、ISO6508和ASTME110，经中国计量院检测，误差不大于1.5HR。2)测试快速，简便，无损。3)如千分尺一样的鼓轮读数机构，读数方便，重复性好，精度高。4)配有带灯放大镜，保证在车间较暗处使用时读数方便。5)可测试平面工件及曲率从Φ50mm到无穷大的曲面工件。6)用于现场精确测试钢板、钢管、轴类、模具、大锻件及各种大中型热处理零件、表面淬火及组装设备上的零件，特别适于测试焊缝和热影响区的硬度。7)用于生产检验和验收检验，可代替精度不高的里氏硬度计。8)可溯源的标准硬度块。9)经标准洛氏硬度计检验合格的压头。10)用于校验试验力的测力仪可溯源到国家副基准。2.采用洛式硬度计测硬度实际测量值表六实际测量硬度值：内蒙古科技大学8硬度测量点12345沙冷测量值45.46.543.841.240.1油冷测量值51.555.555.555533.测量结果分析数据可知，相同压下量，沙冷后得到的组织硬度比油冷的硬度低，冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高试验时得知沙冷的冷却速度比油冷的要慢。主要是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细。八、实验误差分析1)轧机由于设备老旧无法准确调整各压下量。2)冷却过程中在往冷却液中投放时有一段时间的空冷。3)轧制时轧辊没有进行预热。九、总结这几周的综合实验即将结束，从坯料加热到最后的观察组织，整个过程都使我受益匪浅，首先是制定实验的方案，通过查找书籍和搜索相关资料，整合优化，去伪存真，终于找到了适合的方案，然后又切身体会了制作样品的过程，亲自加热冷却，结合书本的知识懂得了更多，了解的更深入，理论结合实际不断丰富了我的实践经验。在这三周里不仅巩固了知识，也提高了动手能力，并且让我懂得了做事情要有足够的耐心和细心。通过这几周的实验，我了解到了轧制的一般过程，学会了如何制备金相试样，以及如何观察金相组织。我自己也动手制备了金相试样，亲自操作金相显微镜观察金相组织并取得照片在实验的过程中，从磨样到观察组织，我反复做了好几次，特别是磨样时，总是出现划痕，而且腐蚀时总是掌握不好分寸。不过，最终还是成功的做出了试样。得到了正确的组织。实验的过程中，通过实际动手，我学会了使用加热炉、砂轮机、轧机、切割机、显微镜等设备。这次综合实验是我们将课本所学知识运用到实际中的大好机会，也确实获得了非常宝贵的实践经验，增强了自身的动手能力。最后，感谢郭瑞华老师在这几周里的指导和帮助，也感谢小组内其他成员的帮助。内蒙古科技大学9十、参考文献：1.Q235_Q345钢结构材料的低周疲劳性能_罗云蓉2.试样磨、抛光中的技巧宗斌,王国红,魏建忠(北京工业大学材料学院,北京100022）。3.林武,张希旺,赵延阔，等。Q345钢奥氏体连续冷却转变曲线(CCT图)[J].长沙：中南大学材料科学与工程学院，2009,4:247~250；