材料綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生材料綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：壓下量和冷卻方式對(duì)低碳鋼組織和硬度的影響專業(yè)：材料成型及控制工程姓名：孫明瑞班級(jí)：一班學(xué)號(hào)：1161142102指導(dǎo)老師：劉永珍一、前言:本研究通過實(shí)驗(yàn)室二輥可逆軋機(jī)對(duì)Q235、Q345低碳鋼進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)，了解壓下量和冷卻方式對(duì)組織和硬度的影響規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)材料：本實(shí)驗(yàn)材料所用試樣為低合金鋼Q235、Q345，其主要成分見表1、2。表1 Q235化學(xué)成分 %牌號(hào) C Mn Si S PQ235 0.120.22 0.300.60 0.30 0.04 0.04表2 Q345化學(xué)成分 %牌號(hào) C Mn Si S PQ345 0.180.20 1.001.60 0.55 0.04 0.04三、實(shí)驗(yàn)方案：把試樣Q235、Q345放入加熱爐中加熱，當(dāng)爐溫達(dá)到1050、950時(shí)，保溫20分鐘，在取出試樣前調(diào)整好二輥可逆式實(shí)驗(yàn)軋機(jī)。保溫完成后取出試樣在軋機(jī)中進(jìn)行軋制，壓下量分別為25.5%、20.8%，軋制完成后空冷至室溫。之后將試樣切割，打磨，拋光，腐蝕。然后把經(jīng)過一系列處理之后的試樣放在金相顯微鏡下觀察，如果有清晰的組織就可以進(jìn)行拍照標(biāo)注。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器材： 1.金相切割機(jī)QG-2金相試樣切割機(jī)（以下簡稱切割機(jī)）是利用高速旋轉(zhuǎn)的薄片砂輪來截取金相試樣，它廣泛地適用于金相實(shí)驗(yàn)室切割各種金屬材料。由于本機(jī)附有冷卻裝置，用來帶走切割時(shí)所產(chǎn)生的熱量，因而避免了試樣遇熱而改變其金相組織。2.加熱爐（箱式爐）：主要供金屬機(jī)件或合金鋼機(jī)件在空氣中進(jìn)行熱處理加工之用。與控制柜配合使用，可手動(dòng)或自動(dòng)控制電爐的溫度。箱式電阻爐結(jié)構(gòu)主要由爐體、爐襯、爐底板、加熱元件、爐門及控制系統(tǒng)等部分組成。3.二輥可逆式實(shí)驗(yàn)軋機(jī)：二輥軋機(jī)分為可逆式和不可逆式，現(xiàn)在一般都是采用可逆式。二輥軋機(jī)主要是通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥將軋件咬入軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)來料尺寸的變化完成軋鋼的。軋制板材時(shí)軋輥工作面是平面，通過壓下裝置調(diào)節(jié)輥縫大小來實(shí)現(xiàn)板材厚度的變化。五、實(shí)驗(yàn)步驟:1.試樣準(zhǔn)備和切割鑲嵌:將準(zhǔn)備的試樣切割，后用鑲嵌機(jī)鑲嵌成成品。2.加熱:（1）將加熱爐手動(dòng)控制，預(yù)設(shè)爐內(nèi)溫度為1050、950。（2）將加熱爐設(shè)置成自動(dòng)控制進(jìn)行加熱。（3）安排兩人隨時(shí)觀察加熱爐，保證電流不超過25A，若有異常則立即關(guān)閉加熱爐，改為手動(dòng)控制，電流正常以后再改為自動(dòng)控制。（4）當(dāng)爐溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度并保溫完成后，取出試樣在軋機(jī)上進(jìn)行軋制。（5）軋制完成后，軋件空冷。3.軋制Q235軋制參數(shù)表試樣編號(hào)試樣代號(hào)及厚度尺寸（mm）軋制溫度軋制道次道次壓下率冷卻方式軋前厚度軋后厚度1號(hào)9.667.201050125.5%水冷2號(hào)9.667.20105025.5%空冷試樣編號(hào)試樣代號(hào)及厚度尺寸（mm）軋制溫度軋制道次道次壓下率冷卻方式軋前厚度軋后厚度1號(hào)7.705.80950124.7%空冷2號(hào)7.706.1095020.8%空冷Q345軋制參數(shù)表4.磨樣、拋光:（1）將冷卻后的試樣用切割機(jī)分塊兒切開并用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，將尖角部分打磨掉，并且打磨出一個(gè)比較平整的平面。（2）將試樣用砂紙進(jìn)行打磨，先用120的砂紙，然后分別用是240、 400、600、800的砂紙進(jìn)行打磨。（3）再一張砂紙上打磨時(shí)，保證始終在一個(gè)方向上，一個(gè)平面上進(jìn)行打磨。（4）當(dāng)一張砂紙打磨的只有一個(gè)方向上的劃痕時(shí)，換較細(xì)的砂紙打磨，此時(shí)方向必須旋轉(zhuǎn)90，當(dāng)將前面的劃痕完全蓋住時(shí)，即可換另一張較細(xì)的砂紙打磨，以下操作依次進(jìn)行。（5）用最后一張砂紙打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整無劃痕方可。（6）用拋光機(jī)進(jìn)行拋光，在拋光時(shí)，一邊拋光，一邊向拋光機(jī)上加水和拋光液，加水防止試樣表面溫度過高而氧化，拋光液中有小顆粒，有助于試樣拋光。（7）試樣拋光以后表面光滑如鏡且無劃痕即可。5.腐蝕與拍照:（1）將拋光后的試樣用酒精溶液清洗干凈，然后用吹風(fēng)機(jī)吹干；（2）把4的硝酸酒精溶液滴在試樣表面，晃動(dòng)使溶液均勻，便于腐蝕；（3）5-10分鐘后用酒精溶液清洗試樣，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干；（4）將試樣置于光學(xué)顯微鏡鏡頭上方，調(diào)整焦距，便可以在電腦上清晰地觀察到試樣的顯微組織；（5）調(diào)整顯微鏡，使鏡頭上下左右移動(dòng)，觀察顯微組織，選出效果好的部分顯微組織進(jìn)行拍照；（6）選出不同的放大倍數(shù)進(jìn)行拍照，分別為200、500、1000倍；（7）拍完以后進(jìn)行標(biāo)注。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：1.觀察和分析Q235相同壓下量，不同冷卻方式的金相組織采用相同的壓下，通過不同的冷卻方式（空冷和水冷兩種方式）來觀察所獲得的組織，分析組織不同的原因。圖1為Q235鋼1050加熱，熱軋鋼壓下率為25.5%，不同冷卻方式的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)200倍，圖2為Q235鋼1050加熱，熱軋鋼壓下率為25.5%，不同冷卻方式的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)500倍，圖3為Q235鋼1050加熱，熱軋鋼壓下率為25.5%，不同冷卻方式的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)1000倍。（a）空冷 放大倍數(shù)200 （b）水冷 放大倍數(shù)200圖1 Q235鋼1050加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對(duì)比，放大倍數(shù)200倍。（c）空冷 放大倍數(shù)500 (d)水冷 放大倍數(shù)500圖2 Q235鋼1050加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對(duì)比，放大倍數(shù)500倍。(e)空冷 放大倍數(shù)1000 （f）水冷 放大倍數(shù)1000圖3 Q235鋼1050加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對(duì)比，放大倍數(shù)1000倍。由a b c d e f 六圖可以觀察到馬氏體組織。對(duì)于Q235鋼亞共析鋼來說，水冷屬于淬火。對(duì)淬火工藝而言，在鋼加熱到1050后，組織完全奧氏體化。其后冷卻速度大于臨界淬火速度，得到馬氏體和殘留奧氏體組織。由a b c d e f 六圖可以觀察到黑色的珠光體和白色的鐵素體。對(duì)于Q235低合金鋼來說，空冷屬于正火，空冷后的組織就為珠光體和少量的鐵素體。由于冷卻的速度較快，所以組織中鐵素體較少，珠光體組織較細(xì)。2.觀察和分析Q345不同壓下量，相同冷卻方式的金相組織采用相同的冷卻方式（空冷），不同的壓下來觀察所獲得的組織，分析組織不同的原因。a b為Q345鋼950加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.8%、24.7%，空冷的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)200倍，c d為Q345鋼950加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.8%、24.7%，空冷的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)500倍，e f為Q345鋼950加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.8%、24.7%，空冷的金相組織對(duì)比，放大倍數(shù)1000倍。（a）Q345壓下量20.8%，空冷，放大倍數(shù)200倍（b）Q345壓下量24.7%，空冷，放大倍數(shù)200倍（c）Q345鋼熱軋壓下量20.8%，空冷，放大倍數(shù)500倍（d）Q345鋼熱軋壓下量24.7%，空冷，放大倍數(shù)500倍（e）Q345鋼熱軋壓下量20.8%，空冷，放大倍數(shù)1000倍（f）Q345鋼熱軋壓下量24.7%，空冷，放大倍數(shù)1000倍由上圖可知，熱軋低碳鋼Q345空冷后的組織為珠光體和少量的鐵素體，臨界變形量（2%10%）是能發(fā)生再結(jié)晶的最小變形量。當(dāng)變形量小于2%10%，不發(fā)生再結(jié)晶；當(dāng)變形量為2%10%，再結(jié)晶后晶粒粗大；當(dāng)變形量大于2%10%，隨變形量增加，晶粒變細(xì)。2分析造成金相組織不同的原因（1）對(duì)Q235軋后冷卻速度對(duì)軋后組織的影響：圖2 低碳鋼冷卻曲線由冷卻曲線可知，不同的冷卻速度對(duì)軋后組織有很大的影響。1號(hào)樣為水冷，2號(hào)樣為空冷。由于水冷冷卻速度大于空冷冷卻速度。根據(jù)冷卻曲線圖可看出水冷冷卻曲線不經(jīng)過珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，直接降低到Ms點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，得到淬火馬氏體組織。2號(hào)樣為空冷，空冷冷卻曲線經(jīng)過珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變得到珠光體組織。（2）對(duì)Q345軋制壓下量對(duì)軋后組織的影響:臨界變形量（2%10%）是能發(fā)生再結(jié)晶的最小變形量。當(dāng)變形量小于2%10%，不發(fā)生再結(jié)晶；當(dāng)變形量為2%10%，再結(jié)晶后晶粒粗大；當(dāng)變形量大于2%10%，隨變形量增加，晶粒變細(xì)。1號(hào)樣為24.7%變形量，2號(hào)樣為20.8%變形量。所以1號(hào)樣晶粒比2號(hào)樣晶粒細(xì)小。3分析不同冷卻速度對(duì)硬度的影響不同壓下，不同冷卻速度的硬度如下表所示量下壓度硬冷卻H125%H225%H325%空冷878688水冷87.486.588.7由表3數(shù)據(jù)可知，相同壓下量，水冷后得到的組織硬度比空冷的硬度高，冷卻速度不一樣鋼發(fā)生固態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度也不一樣，得到的組織也有很大差異，一般來說冷卻速度越快，鋼轉(zhuǎn)變的溫度越低，轉(zhuǎn)變后得到的組織的硬度也越高。主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)變溫度越低，原子的活動(dòng)能力也越低，得到的組織就越細(xì)，比如珠光體型組織的層片間距就隨形成溫度的降低而變小，如果冷卻速度足夠大就可以發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而得到馬氏體，它的硬度會(huì)更高。4實(shí)驗(yàn)誤差分析1實(shí)驗(yàn)時(shí)軋制溫度不夠精確；2金相組織有黑點(diǎn)，腐蝕工作沒有做好；3組織及晶界不太清楚，磨得不到位；4壓下不夠用精確導(dǎo)致誤差；5從加熱爐中取出時(shí)，可能有溫降；七、總結(jié)三周的綜合實(shí)驗(yàn)即將結(jié)束，從坯料加熱到最后的觀察組織，整個(gè)過程都使我受益匪淺，首先是制定實(shí)驗(yàn)的方案，通過查找書籍和搜索相關(guān)資料，整合優(yōu)化，去偽存真，終于找到了適合的方案，然后又切身體會(huì)了制作樣品的過程，親自加熱冷卻，結(jié)合書本的知識(shí)懂得了更多，了解的更深入，理論結(jié)合實(shí)際不斷豐富了我的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在這三周里不僅鞏固了知識(shí)，也提高了動(dòng)手能力，并且讓我懂得了做事情要有足夠的耐心和細(xì)心。通過這三周的實(shí)驗(yàn)，我了解到了軋制的一般過程，學(xué)會(huì)了如何制備金相試樣，以及如何觀察金相組織。我自己也動(dòng)手制備了金相試樣，親自操作金相顯微鏡觀察金相組織并取得照片在實(shí)驗(yàn)的過程中，從磨試樣到觀察組織，我反復(fù)做了好幾次，特別是在磨試樣時(shí)，總是出現(xiàn)劃痕，而且腐蝕時(shí)總是掌握不好分寸。不過，最終還是成功的做出了試樣。得到了正確的組織。實(shí)驗(yàn)的過程中，通過實(shí)際動(dòng)手，我學(xué)會(huì)了使用加熱爐、砂輪機(jī)、軋機(jī)、切割機(jī)、顯微鏡等設(shè)備。這次綜合實(shí)驗(yàn)是我們將課本所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中的大好機(jī)會(huì)，也確實(shí)獲得了非常寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了自身的動(dòng)手能力。最后，感謝李慧琴老師在這三周里的指導(dǎo)和幫助，也感謝小組內(nèi)其他成員的相互幫助。八、參考文獻(xiàn)