《工程材料》 综合实验

主讲：王良辉 崔国栋

工程材料 综合实验 第 2 页

工艺　　　　　组织　　　　　性能

核心问题

实验目的 热处理工艺与金相组织、性能之间的对应关系

工程材料 综合实验 第 3 页

实验内容

1. 热处理工艺2. 金相组织分析3. 硬度测试

工程材料 综合实验 第 4 页

综合实验路径图

了解热处理设备及控制方式X5408

试样淬火工艺实验X5408

测 试 试 样淬 火 后 的硬度值X5406

回火保温时观察金相组织

金相组织观察5411

测试试样回火后的硬度值5408

试 样 回火X5408

工程材料 综合实验 第 5 页

一、热处理工艺实验（一）注意事项1 、严禁在实验室内打闹、大声喧哗；2 、不得擅自操作各种仪器及仪表，否则后果

自负；3 、认真做好实验过程记录（数据无重复性），

熟悉热处理工艺操作流程；4 、热处理工艺操作时，注意观察实验过程，

分析异常现象产生的原因；

工程材料 综合实验 第 6 页

（二）实验目的 1 、了解热处理设备及温度控制方式；2 、了解热处理工艺过程及冷却介质；3 、自已进行热处理工艺操作；4 、分析热处理后达不到技求要求时，金相组

织及性能是什么，正常情况又是什么

工程材料 综合实验 第 7 页

（三）试样及热处理技术要求

1 、试样要求： 45 钢 （ 2 块）

60Si2Mn （ 1 块）

10×10×25mm Ф16mm

工程材料 综合实验 第 8 页

2 、热处理技术要求：

材料 技术要求

45 钢 HB250-300

45 钢 HRC55-60

60Si2Mn HRC42-48

工程材料 综合实验 第 9 页

热处理工艺曲线

（四）热处理工艺参数选择

升温

加 热 温 度 及保温时间 冷却

℃

时间

热处理工艺曲线： 三个主要工艺参数——加热温度、保温时间、冷却方式

工程材料 综合实验 第 10 页

1 、热处理温度选择

根据相图

选择加热温度

材料 Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 Ms

45 钢 724 ℃

790 ℃ 682 ℃ 751 ℃ 320 ℃

60Si2Mn

755 ℃

810 ℃ 700 ℃ 770 ℃ 305 ℃

材料 淬火加热温度 回火加热温度45 钢 820-840 ℃ 根据技术要求决定60Si2Mn

840-860 ℃ 根据技术要求决定

工程材料 综合实验 第 11 页

2 、热处理保温时间选择

根据加热计算的经验公式：

T—— 为加热时间（ min 或 s ）ɑ—— 加热系数（ min/mm 或 s/mm ）空气电阻

炉碳钢取 0.9—1.1 ，合金钢取 1.3—1.6K—— 装炉条件修正系数，通常取 1—1.5D—— 工件有效厚度（ mm ）

DKT

工程材料 综合实验 第 12 页

3 、热处理工艺冷却方式选择

60Si2Mn45钢

γγAC3

MS

温度（ ）

时间（t）

水冷油冷

空冷

空冷

油冷水冷

时间（t）

温度（ ）

MS

AC3

工程材料 综合实验 第 13 页

因此热处理工艺为：

材料 技术要求

淬火工艺 回火工艺

45 钢 HB250-300

840 ×30mi℃n 水冷

高温回火600 ×30min ℃ 空冷+ 水冷

45 钢 HRC55-60

840 ×30mi℃n 水冷

低温回火150 ×30min ℃ 空冷+ 水冷

60Si2Mn

HRC42-48

840 ×30mi℃n 油冷

中温回火460 ×30min ℃ 空冷+ 水冷

工程材料 综合实验 第 14 页

热处理各工序过程中硬度值：

材料 技术要求 淬火工艺后硬度 回火工艺后硬度

45 钢 HB250-300 HRC57-61 HB250-300

45 钢 HRC55-60 HRC57-61 HRC55-60

60Si2Mn

HRC42-48 HRC58-62 HRC42-48

工程材料 综合实验 第 15 页

以上热处理工艺的应用举例（自行车）：

45 钢淬火 + 低温回火工艺：用于各种轴类，如自行车中轴（脚踏）；

45 钢淬火 + 高温回火工艺：用于各种机械结构件，如自行车中轴锁紧螺母；

60Si2Mn 淬火 + 中温回火工艺：用于各种弹簧，如自行车座下面的三根弹簧。

工程材料 综合实验 第 16 页

70 年代热处理控制系统

（五）所用热处理设备

工程材料 综合实验 第 17 页

西南交通大学自制热处理控制系统

工程材料 综合实验 第 18 页

井式热处理炉

工程材料 综合实验 第 19 页

箱式热处理炉

工程材料 综合实验 第 20 页

工程材料 综合实验 第 21 页

（六）热处理操作过程

工艺结束后：

试样出炉 → 试样搅拌冷却 → 去掉试样表面氧化皮 → 测试试样淬火、回火后硬度

工程材料 综合实验 第 22 页

试样出炉

工程材料 综合实验 第 23 页

试样搅拌冷却

工程材料 综合实验 第 24 页

试样冷却后打磨氧化脱碳层

工程材料 综合实验 第 25 页

（七）分析与讨论：

１、分析该试样热处理是否满足技术要求？

2 、若不满足技术要求请分析热处理操作过程是否正确？请说明理由？

3 、若不满足技术要求请分析实验所用材料是否正确？请说明理由？

工程材料 综合实验 第 26 页

二、金相组织分析实验（一）注意事项：1. 禁止私自乱动仪器。2. 仪器设备操作需在老师讲授后按照正确的方法进行。（二）实验目的：１ . 认识典型材料不同工艺处理后 的金相组织。２ . 分析所给材料的金相组织形貌。

工程材料 综合实验 第 27 页

显微镜的构造显微镜目镜

双筒显微镜目镜组

金相显微镜偏光镜片

显微镜物镜转换架

金相、生物的物镜

试样载物台及压板

光源强度调节旋钮

CCD 图像采集器

起偏镜

金相显微镜光源

金相显微镜滤光片

金相、生物光源切换按钮

试样横向、纵向移动杆

显微镜粗、细调焦手轮

显微镜电源

工程材料 综合实验 第 28 页

（三）实验内容：

1. 钢的平衡组织 /非平衡组织（热处理组织）分析

2.铸铁组织分析3.其它合金组织分析

工程材料 综合实验 第 29 页

45 钢 退火

F

P

工程材料 综合实验 第 30 页

共析钢（ T8 ） P 状态：退火

片状 P

工程材料 综合实验 第 31 页

过共析钢（ T12 ）状态：退火

网状二次渗碳体

P

工程材料 综合实验 第 32 页

T10 钢 球化退火

粒状 C’

工程材料 综合实验 第 33 页

20 钢 淬火 + 低温回火

板条状回火 M

工程材料 综合实验 第 34 页

T12 钢 淬火 + 低温回火

针状回火马氏体

A′

工程材料 综合实验 第 35 页

45 钢 淬火 + 低温回火

回火马氏体 +残余奥氏体

工程材料 综合实验 第 36 页

45 钢 油淬火

网状淬火屈氏体

M+A′

工程材料 综合实验 第 37 页

45 钢 调质 回火索氏体

工程材料 综合实验 第 38 页

GCr15 淬火 + 低温回火

回火马氏体+残余奥氏体

粒状碳化物（白色颗粒）

工程材料 综合实验 第 39 页

渗碳 + 淬火表面组织

针状马氏体

残余奥氏体

工程材料 综合实验 第 40 页

60Ｓ i2Mn 中温回火　Ｔ′

工程材料 综合实验 第 41 页

Ｐ基灰口铸铁Ｐ +片状石墨

片状 G

P

工程材料 综合实验 第 42 页

灰口铸铁　Ｆ +Ｐ基体

F

P

片状 G

工程材料 综合实验 第 43 页

灰口铸铁　Ｆ基

F

片状 G

工程材料 综合实验 第 44 页

灰口铸铁 等温淬火

下贝氏体

片状 G

三元磷共晶

上贝氏体

工程材料 综合实验 第 45 页可锻铸铁

P

F

团絮状石墨

工程材料 综合实验 第 46 页

可锻铸铁

团絮状石墨

F

工程材料 综合实验 第 47 页 高速钢 淬火 + 三次回火

碳化物

回火马氏体+少量

残余奥氏体

工程材料 综合实验 第 48 页

魏氏组织

粗大 P

针状、网状 F

工程材料 综合实验 第 49 页

A3 钢 轧制 带状组织

P

F

工程材料 综合实验 第 50 页

Al-Si 合金 变质处理

初生 α

α+β

工程材料 综合实验 第 51 页

锡基轴承合金

初生 Sn

α+β

工程材料 综合实验 第 52 页

分析思考：１ .总结碳钢随碳含量的增加其平衡组织

的变化规律．

２ . 碳钢的平衡组织中，渗碳体存在的方式和组织形态有几种，分析其对材料性能有什么影响．

３ . 材料的热处理工艺，组织和性能的关系如何．