灰鑄鐵力學性能測試(長安大學)

1、綜合實驗:灰鑄鐵力學性能測試一、實驗目的：目的是培養(yǎng)學生，理論聯(lián)系實際的學風，獨立動腦分析問題，獨立動手解決問題，獨立設計實驗方案，獨立完成實驗全過程，獨立總結實驗過程的實際工作能力和初步的創(chuàng)新能力。二、實驗內(nèi)容我們小組拿到的是灰鑄鐵試樣，由小組8人進行不同的熱處理工藝，如表所示：工藝 編號12345678正火無860無無無無無無淬火無無860（水）860（水）860（油）860（油）860（油）860（油）回火無無無560無560460260我選擇的工藝是第7組.二、實驗步驟：2.對灰鑄鐵進行淬火，溫度860，保溫10分鐘，淬火介質為油。3.測試淬火后試樣的硬度值（洛氏硬度試驗機）。4.對試

2、樣進行回火處理，溫度460，保溫60分鐘，取出后空冷。5.測試回火后的試樣硬度值（洛氏硬度試驗機）。6.通過打磨、研磨、拋光、侵蝕，在金相顯微鏡下觀察試樣經(jīng)過處理后的金相組織，觀察后拍照。三、實驗結果：1.試樣硬度表（HRC）試樣編號次數(shù)12345678120.911.642.7-10.0-5.58.928221.013.341.90.0-6.34.731.2319.611.140.6-8.5-4.78.826.1422.910.035-20.0-3.77.030.9521.710.354.6-11.3-6.58.031.5平均21.2211.2642.96-9.9623.0¹-5.

3、347.4829.5445#²15.060.021.026.016.01、此數(shù)據(jù)為我的式樣測得的平均值；2、45鋼的硬度數(shù)據(jù)綜合了其他組同學的數(shù)據(jù)；3、一般資料上面對于鑄鐵硬度的表示采用的是布氏硬度，但由于布氏硬度測量麻煩，故我們采用洛氏硬度表示，必要時可進行硬度換算。四、實驗分析：灰口鑄鐵是指含有片狀石墨組織的鑄鐵，這種鑄鐵因其斷面呈灰黑色而得名，其基體組織則分為三種類型：鐵素體、珠光體及鐵素體+珠光體，從組織可以看出灰口鑄鐵中的碳大部或全部以片狀石墨形式存在（如圖8），片狀石墨單晶體是由許多薄片晶層疊集而成，薄片晶之間存在著許多亞結構，普通鑄鐵的石墨晶體中，總是存在許多晶體缺陷。

4、灰口鑄鐵中的石墨與鋼的基體相比，可以把灰鑄鐵的組織看做是“鋼的基體”加上片狀石墨的夾雜，石墨的力學性能幾乎可以看做為“0” ，而片狀石墨的存在相當于基體中許多小的裂紋，破壞了材料的連續(xù)性和整體性，減少了基體受力的有效面積，而且很容易在石墨片的尖端形成應力集中，是材料形成脆性斷裂，所以灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性比鋼低得多，石墨片的量愈多，尺寸愈大，其其影響也愈大。石墨雖然降低了鑄鐵的力學性能，但使鑄鐵獲得了許多鋼沒有的優(yōu)良性能。灰鑄鐵的金屬基體與碳鋼基本相似，但由于灰鑄鐵內(nèi)的硅、錳含量與碳鋼相比較高，它們能溶解于鐵素體中使鐵素體得到強化。因此，鑄鐵中就金屬基體而言，其本身的強度比碳鋼要高。例如

5、，碳鋼中鐵素體的硬度約為80HBS，而灰鑄鐵中鐵素體的硬度約為100HBS，一般情況下鐵素體灰口鑄鐵的硬度在143229HBS(<0.922.5HRC布氏硬度值數(shù)據(jù)來自參考資料6，175頁表7-1?；诣T鐵通常測定布氏硬度，因為布氏硬度試驗范圍適合測定鑄鐵，而且壓痕面積大，能夠覆蓋較多顯微組織，反映多相組織硬度綜合值。但是由于實驗室設備有限，以及我們操作能力不足，故而測定的是灰鑄鐵的洛氏硬度HRC，在必要條件下可通過查表換算出其大概的布氏硬度。有教材上說7 ，灰口鑄鐵的布氏硬度值與同樣基體的正火鋼相近，這在上面硬度表中似乎得到說明?；谝陨显蚶蠋熤笇覀儼凑?5鋼的熱處理工藝處理灰鑄鐵，

6、我們首先對灰鑄鐵試樣進行了分析，在做金相分析后確定我們拿到的試樣是鐵素體基灰鑄鐵，如圖1。我的試樣按照預先設定的實驗步驟進行處理。最后打硬度平均值為7.48，相當與布氏硬度170左右，屬于143229HBS范圍之內(nèi)，拍金相照片得到圖6。以下是不同工藝后拍的金相圖片： 圖1未熱處理未腐蝕100× 圖2正火100× 圖3 水淬100× 圖4油淬100× 圖5油淬高溫回火100× 圖6 油淬中溫回火100× 圖7油淬低溫回火100× 圖8參考圖片500× 圖9 水淬高溫回火 100×從硬度表中可以看出油淬之后回

7、火硬度值在依次升高，但是有一個很大的問題就是水淬高溫回火、油淬高溫回火和中溫回火之后鑄鐵硬度明顯低于未經(jīng)熱處理或正火之后的鑄鐵硬度，其中油淬高溫回火之后硬度變?yōu)樨撝禐?5.34，這個硬度相當于布氏硬度156（洛氏0.9）之下。那么這到底是怎么回事呢？同組同學在老師的指導下測量了油淬高溫回火之后試樣鐵素體基體的顯微硬度，經(jīng)測量基體硬度值為324.6HV、314.6HV、332.5HV，平均值為323.9HV，相當于34.034.5HRC（高于45鋼的16HRC），約為321HBS>100HBS。根據(jù)以上數(shù)據(jù)基本可以再次驗證： 鑄鐵中就金屬基體而言，其本身的強度比碳鋼要高； 鑄鐵中石墨的存在

8、不僅破壞基體的連續(xù)性，減少基體受力的有效面積，而且很容易在石墨片的尖端形成應力集中，明顯降低了鑄鐵的硬度。鐵素體基體測量結果與45鋼的硬度值進行比較基本符合事實，那么灰口鑄鐵硬度值在熱處理之后為什么不升反降？我分析其中原因，第一，估計是因為我們剛開始拿到的試樣石墨含量不同導致試樣開始硬度就差別很大，這一點可以對比圖1、2、5、6、9，其中圖5、9中的石墨相對粗大，而圖6的石墨較圖2明顯多，所以可以推測石墨對灰鑄鐵低硬度有很大貢獻，遺憾的是我們剛拿到試樣時沒有進行硬度測量對比，使得試樣的可比性大大減弱，所以只能定性推測。第二，淬火回火之后硬度降低，我估計還有一個原因就是灰鑄鐵中含石墨較多，而鋼本身淬火之后就容易開裂出現(xiàn)裂紋，所以灰鑄鐵可能產(chǎn)生了許多微小裂紋（特別是水淬），回火時未能完全消失，導致硬度明顯降低。第3、有資料說道6，熱處理只能改變灰鑄鐵的基體組織，而不能改變其石墨的存在狀況，股利用熱處理來提高灰口鑄鐵機械性能的效果并不大。通常僅有以下少數(shù)幾種熱處理：（一）消除內(nèi)應力的退火