1、加工硬化對中碳鋼組織和性能的影響一 實驗目的：1.1 通過金屬材料實驗全過程，根據給定的實驗條件，自己設計實驗方案，確定實驗方 法，選定實驗器材，擬定實驗操作程序，自己加以實現并對實驗結果進行分析處理，是學 生進一步加深對金屬材料課程所學內容的理解，熟悉實驗設備，掌握實驗基本方法。提高 動手能力和團隊合作的意識，達到培養學生分析問題和進行科學研究能力的目的。1.2 掌握金屬材料塑性變形，熱處理工藝，組織結構與性能之間的關系。1.3 運用已學的金屬材料理論知識，參考有關資料，以預定性能指標為依據，正確制定合 理的實施方案。二課程內容：2.1 初步了解金屬材料選擇的原則，并選取實驗材料；2.2 掌

2、握主要熱處理工藝方法，熟悉主要熱處理設備的結構與爐溫的控制儀表；2.3 熟練掌握金相試樣的制備方法，能使用金相顯微鏡觀察，分析金相顯微組織；2.4 掌握金屬力學性能及其影響因素；2.5 選擇電子萬能試驗機及硬度計，了解其特征和使用方法。2.6 了解鑲嵌機的使用及操作規程。三實驗原理3.1 金屬塑性變形金屬塑性變形的基本方式有滑移和攣生兩種。在切應力作用下，晶體的一部分沿某一 晶面相對于另一部分滑動，這種變形方式稱為滑移；在切應力作用下，晶體的一部分沿某 一晶面相對另一部分產生剪切變形，且變形部分與未變形部分的位向形成了鏡面對稱關 系，這種變形方式稱為攣生。一、單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，

3、外力在任何晶面上都可分解為正應力和切應 力。正應力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應力的作用下金屬晶體才能產生 塑性變形。塑性變形有兩種形式：滑移和攣牛。在多數情況下,金屬的塑性變形是以滑移方式進行的。（一）滑移1 .滑移與滑移帶1）滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發生滑動位 移的現象。滑移變形的特點：滑移只能在切應力的作用下發生。產生滑移的最小切應力稱臨界切應 力?；瞥Ｑ鼐w中原子密度最大的晶面和晶向發生。因為原子密度最大的 晶面和晶向之間原子間距最大，結合力最弱，產生滑移所需切應力最小。沿其發生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的 密排面和密排

4、方向。 滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數倍。2）滑移帶滑移的結果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移2 .滑移系一個滑移面和其上的一個滑移方向構成一個滑移系金屬的塑性，面心立方品格好于體心立方晶格，體心立方品格好于密排六 方品格。3 .滑移時晶面的轉動：外力錯動一力偶使滑移面轉動一滑移面/拉伸軸 以滑移面的法線為轉軸的轉動一滑移方向/最大切應力方向。李生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發生的切 變。發生切變的部分稱李生帶或李品，沿其發生李生的晶面稱乎生面，孚生的 結果使李生面兩側的晶體呈鏡面對稱。與滑移相比：孚生使品格位向發生改變；所需切應力比滑

5、移大得多，變形速度極快，接近聲速；乎生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。二、多晶體金屬的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似。而多晶體變形比單晶體復雜得多。晶界及晶粒位向差的影響1、品界的影響當位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來，稱位錯的塞積。要使變形繼續進行，則必須增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。2、晶粒位向的影響由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒發生塑性變形時，為了保持金 屬的連續性，周圍的晶粒若不發生塑性變形，則必以彈性變形來與之協調。這 種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使 得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。 多晶體金屬的塑性變形過

6、程多晶體中首先發生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45。的晶粒。當塞積位錯前端的應力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉動，使相鄰晶粒 中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一 批晶粒，當有大量晶粒發生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。晶粒大小對金屬力學性能的影響金屬的晶粒越細，其強度和硬度越高。因金屬晶粒越細，晶界總面積 越大，位錯障礙越多；需要協調的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形 的抗力越高。金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。因晶粒越細，單位體積內晶粒數目越多，參與變形的晶粒數目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發生較大的塑性變形。強度和塑性同時增加，金屬

7、在斷裂前消耗的功也 大，因而其韌性也比較好。通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細 晶強化。3.1.1 冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結晶溫度以下進行塑性變形，稱為冷塑性變形。冷塑性變形不僅改變了金 屬材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屬組織與性能的變化。金屬在發生塑性變形時，隨著外形的變化，其內部晶粒形狀由原來的等軸晶粒逐漸變 為沿變形方向伸長的晶粒，在晶粒內部也出現了滑移帶或攣晶帶。當變形程度很大時，晶 粒被顯著地拉成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。同時，隨著變形程度的加劇，原 來位向不同的各個晶粒會逐漸取得近于一致的位向，而形成了形變織構，使金屬材料的

8、性 能呈現出明顯的各向異性。 圖3-1為工業純鐵經不同程度變形的顯微組織。圖3-1工業純鐵冷塑性變形后組織（150X）a）變形程度20%b）變形程度50%c）變形程度70%金屬經冷塑性變形后，會使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現象稱為加 工硬化。此外，在金屬內部還產生殘余應力。一般情況下，殘余應力不僅降低了金屬的承載能力，而且還會使工件的形狀與尺寸發生變化。3.1.2 冷塑性變形后金屬在加熱時組織與性能的變化3.1,2.1顯微組織變化金屬經過塑性變形，會發生加工硬化現象，而且內部 產生殘余內應力。為了去除內應力，或者為了消除加工硬 化現象以便繼續變形，需要對冷變形金屬進行加熱處理。

9、由于變形金屬內部存在嚴重的晶格畸變，原子處于不穩定 狀態，本身就有向穩定狀態轉變的傾向。加熱時，原子的 活動擴散能力提高了，促使其向穩定狀態轉變，并使金屬 的組織結構和性能發生變化。這種變化可分為回復(recovery)> 再結晶 (recrystallization ) 和晶 粒長大 圖3.11回復再結晶如圖3.11所示。3.1.2.2儲存能釋放與性能變化(grain growth) 這三 個階段冷變形時，外力所作的功尚有一小部分儲存在形變金屬 內部，這部分能量叫儲存能，加熱過程中，原子活動能力增 強，偏離平衡位置大，能量高的原子將向低能的平衡位置遷 移，將儲存能逐步釋放出來，使內應力

10、松馳，純金屬儲存能 釋放少，合金儲存能釋放多，儲存能的釋放使金屬的對結構 敏感的性質發生不同程度的變化。右圖給出幾種性能的變化與儲存能的關系3.1.3 回復回復是指冷變形金屬在加熱溫度較低時，金屬中的一些點缺陷和位錯的遷移，使晶格畸變逐漸減小，內應力逐漸降低的過程。這時因為原子活動能力不大，所以金屬的晶粒大小和形狀尚無明顯的變化，因而其強度、硬度和塑性等機械性能變化不大，而只會使內應力及電阻率等理化性能顯著降低。工業上，對冷變形后金屬要保持其因加工硬化而提高的強度、硬度，又需消除殘余內應力的，則可在低溫回復階段加熱保溫，以基本去除其內應力，這種熱處理稱為去應力退火。例如，用冷拉鋼絲繞制彈簧，繞

11、成后應在280300 c消除應力退火使其定形。3.1.3.1 回復機理低溫回復主要涉及點缺陷的運動?？瘴换蜷g隙原子移動到晶界或位錯處消失，空位與間隙原子的相遇復合，空位集結形成空位對或空位片，使點缺陷密度大大下降。中溫回復時.隨溫度升高.原子活動能力增強，位錯可以在滑移面上猾移或交滑移， 使異號位錯相通相消，位錯密度下降，位錯纏結內部重新排列組合，使亞晶規整化。高溫回復，原子活動能力進一步增強，位錯除滑移外，還可攀移。主要機制是多邊 化。冷變形使平行的同號位錯在滑移面上塞積，致使晶格彎曲，所增殖的位錯雜亂分布。高溫回復過程中，這些刃位錯便通過攀移和滑移，由原來能量較高的水平塞積。3.1.4 再

12、結晶冷變形金屬的加熱溫度高于回復階段以后，當溫度繼續升高時，由于原子活動能力增大，金屬的顯微組織發生明顯的變化，由破碎拉長或壓扁的晶粒變為均勻細小的等軸晶粒。這一過程實質上是一個新晶粒重新形核和長大的過程，故稱為 再結晶再結晶以 后，只是晶粒外形發生了變化，而晶格類型并未變，仍與原始晶粒相同。再結晶的晶核一 般是在變形晶粒的晶界或滑移帶及晶格畸變嚴重的地方形成，晶核形成后，依靠原子的擴 散移動，向附近周圍長大，直至各晶核長大到相互接觸，形成新的等軸晶粒為止。通過再 結晶，金屬的顯微組織發生了徹底的改變，故其強度和硬度顯著降低，而塑性和韌性大大 提高，加工硬化現象得以消除，變形金屬的所有機械和物

13、理性能全部恢復到冷變形以前的 狀態。因此，再結晶在工業上主要用于金屬在冷變形之后或在變形過程中，使其硬度降 低，塑性升高，以便于進一步加工，這樣的熱處理稱為再結晶退火。3.1.4.1 形核機制(1)小變形量的弓出形核機制當形量較小的，由于變形不均勻，相鄰晶粒的位錯密度相差可以很大，此時晶界中的 一小段會向位錯密度高的一側突然弓出(2)亞晶合并機制變形量較大的高層錯能金屬再結晶核心通過亞晶合并來產生的。(3)亞晶蠶食機制變形量很大的低層錯能金屬擴展位錯寬度大，不易束集，交滑移困難，位錯密度很 高，在位錯密度很大的小區域，通過位移的攀移和重新分布，形成位錯密度很低的亞晶， 這個亞晶便向周圍位錯密度

14、高的區域生長。相應的，亞晶界的位錯密度逐漸增大，亞晶與 周圍形高基體取向差逐漸變大，最終由小角度晶界演變成大角度晶界，大角度晶界一旦形 成，可突然弓出，遷移，蠶食途中所遇位錯，留下無畸高晶體，成為再結晶核心。3.1.4.2 再結晶動力學對恒溫再結晶動力學人們作過大量研究。下圖為純鐵經98%冷軋，在不同溫度下溫再結晶.已經再結晶的體積分數xv與等溫時間t的關系曲線。具有典型的形核，長大過程的動力學特征。等溫溫度越高，孕育期越短，再結晶速度越快。等溫的每個溫度下，再結晶速度開始很小，隨 xv的增加而逐漸增大，并在大約50%處達到最大，然后又逐漸減小?！胺?唐W3.1.5 晶粒長大再結晶完成以后，若

15、再繼續升高加熱溫度或過分地延長加熱時間，金屬的晶粒便會繼 續長大。因為通過晶粒長大可減少晶界的面積，使表面能降低，所以晶粒長大是一個降低 能量的自發過程。只要溫度足夠高，使原子具有足夠的活動能力，晶粒便會迅速長大。晶 粒長大實際上是一個晶界遷移的過程，即通過一個晶粒的邊界向另一晶粒的遷移，把另一 晶粒中的晶格位向逐步轉變為與這個晶粒相同的晶格位向，于是另一晶粒便逐步地被這一 晶粒吞并”，合并成一個大晶粒。如圖 3.12所示肝卜團U)圖3.12晶粒長大示意圖通常在再結晶后獲得細小均勻的等軸晶粒的情況下，晶粒長大的速度并不很大，但如 果原來的變形不均勻，經過再結晶后得到的是大小不均勻的晶粒，那么，

16、由于大小晶粒之 間的能量相差懸殊，便很容易發生大晶粒吞并小晶粒而愈長愈大的現象，從而得到異常粗 大的晶粒，使金屬的機械性能顯著降低。為了區別于通常的晶粒正常長大，常把晶粒的這 種不均勻急劇長大的現象稱為“二次再結晶”。3.1.5.1 晶粒長大的驅動力晶粒長大的驅動力，從整體上看，是晶粒長大前后總的界面能差。從個別晶粒長大的微 觀過程來說，晶界具有不同的曲率則是造成晶界遷移的直接原因。3.1.5.2 影響晶粒長大的因素(1)溫度溫度越高晶粒長大速度越快。一定溫度下，晶粒長到極限尺寸后就不再長大，但提高溫度后晶粒將繼續長大。(2)雜質與合金元素雜質及合金元素滲入基體后能阻礙晶界運動。(3)第二相質

17、點彌散分布的第二相粒子阻礙晶界的移動，可使晶粒長大受到抑制。晶粒的異常長大異常晶粒長大又稱不連續晶粒長大或二次再結晶，是一種特殊的晶粒長大現象。發生異常長大的條件是，正常晶粒長大過程被分散相粒子，織構或表面熱蝕溝等強烈阻礙，能 夠長大的晶粒數目較少，致使晶粒大小相差懸殊。晶粒尺寸差別越大，大晶粒吞食小晶粒 的條件越有利，大晶粒的長大速度也會越來越快，最后形成晶粒大小極不均勻的組織。二次再結晶形成非常粗大的晶粒及非常不均勻的組織，從而降低了材料的強度與塑性。因此在制定冷變形材料再結晶退火工藝時.應注意避免發生二次再結晶。3.1.5.3 再結晶溫度和再結晶晶粒大小的影響因素3.1.5.3.1 再結

18、晶溫度及其影響因素再結晶不是一個恒溫過程，而是在一定的溫度范圍內進行的。工程上規定，大變形量(70%以上)的冷變形金屬經一小時保溫，能完成再結晶(>95%轉變量)的最低溫度，稱為該金屬的再結晶溫度。每種金屬的再結晶溫度都各不相同，即便是同一種金屬，其再結晶溫度也不是固定的，而是受到諸多因素影響：(1)冷變形程度：冷變形程度越大，金屬畸變能越高，向低能量狀態變化的傾向也越大，因此再結晶溫度越低，如圖 3.13所示。當變形達到一定程度之后，再結晶溫度將趨近某一最低極限值，稱為 最低再結晶溫度實驗證明，工業純金屬的熔點與最低再結晶溫度之間有如下關系T 再 P(0.35 0.40)T 熔式中溫度

19、按熱力學溫度(絕對溫度)計。X號扇%圖3.13金屬的再結晶溫度與變形量的關系(2)保溫時間：加熱時保溫時間越長，原子的擴散移動越能充分進行，再結晶溫度就越 低。(3)原始晶粒度：原始晶粒越粗大，變形阻力越小，變形后內能集聚較少，所以再結晶溫度較高。(4)金屬純度及成分：金屬中加入的合金元素或所含的雜質元素，常會阻礙原子的擴散 與晶界的遷移，推遲再結晶的進行，因此金屬的純度低，可以明顯提高再結晶溫度。考慮到以上各因素的影響，為了縮短退火周期，在工業上選擇再結晶退火溫度，一般比最低再結晶溫度高 100200 o3.1.5.3.2 再結晶后晶粒大小的因素變形金屬在再結晶退火后得到的晶粒大小，不僅影響

20、到金屬的 強度和塑性，還影響到金屬的韌性，因此控制再結晶后的晶粒大小 是非常重要的。影響再結晶后晶粒大小的因素主要有以下幾種：(1)退火加熱溫度：再結晶退火時加熱溫度越高，金屬的晶粒尺寸越大，如圖3.14所示。當加熱溫度一定時，時間過長也會使晶粒長大，但其影響不如溫度的影響大。(2)冷變形程度：金屬的冷變形程度是影響再結晶晶粒大小的另一重要因素。圖3.15表明再結晶后的晶粒大小與冷變形程度的關系。當金屬的冷變形量在2%10%的范圍內時，再結晶后的晶粒會異常粗大。通常把再結晶時晶粒異常粗大所對應的冷變形量稱為臨界變形量當變形量超過臨界變形量后，隨著變形量的增加，再結晶的晶粒逐漸變 細。因此，為了

21、獲得優良的組織和性能，在制定壓力加工工藝時，必須避免在臨界變形量 附近進行冷變形。3.2 洛氏硬度試驗的基本原理洛氏硬度試驗常用的壓頭有兩種：一種是頂角為120的金剛石圓錐，另一種是直徑為1” /16 （ 1.588mm）的淬火鋼球。據金屬材料軟硬程度不同，可選用不同的壓頭和負荷配合 使用，最常用的是 HRA HRB和HRC這三種壓頭、負荷及應用范圍可參考下表。三種壓頭、負荷及應用范圍表符號壓頭負何（kgf）硬度值后效范圍使用范圍HRA1200金剛后圓錐60>70使用測量硬度質合金、表HRB1" /16鋼球10025-100 (HB6023。面淬火層、滲碳層 使用測量有色金屬、

22、退火HRC1200金剛后圓錐15020-67 (HBC230700及正火鋼使用測量調質鋼、淬火鋼圖5-3洛氏硬度實驗原理圖洛氏硬度測定時，需先后兩次施加負荷（初負荷和主負荷），施加初負荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好，以保證測量結果準確，圖 5-3中0-0為末加上主負荷的位置， 1-1為加上10kgf初負荷后的位置，此時壓入深度為h1, 2-2位置為加上主負荷后的位置，此時使壓入深度為 h2, h2包括由加荷所引起的彈性變形和塑性變形。卸荷后，由于彈 性變形恢復，壓頭提高到 3-3位置，此時壓頭的實際壓入深度為h3o洛氏硬度就是以主負荷所引起的殘余壓入深度（h=h3-h1）來表示的，但這樣直

23、接以壓入深度的大小表示硬度， 將會出現硬的金屬硬度小，而軟的金屬硬度值大的現象，這與布氏強度所表示的硬度大小 的概念相矛盾。為了與習慣上數值越大硬度越高的概念相一致，故需用一常數（K）減去(h3-hi)的差值表示洛氏硬度值。為簡便起見又規定每0.002mm的壓入深度作為一個硬度單位(即表盤上一小格)。HR =洛氏硬度值的計算公式如下:0.002式中的常數K,當采用金剛石圓錐時，K=0.2 (用于HRA HR。，采用鋼球時，K=0.26 (用于 HRB。為此，上式可寫為：應、-瓦0.002H期二130-殳心0.0023.2.1 洛氏硬度試驗機的技術要求(1)被測金屬表面必須平整光潔。(2 )試樣

24、厚度應不低于壓入深度的10倍。(3)兩相鄰壓痕及壓痕距試樣邊緣的距離均不應小于3mm(4)加初負荷時，應謹防試樣與金剛石壓頭突然碰撞，以免將金剛石壓頭碰壞。3.2.2 洛氏硬度試驗機的結構及操作HB-150型洛氏硬度試驗機的結構如圖5-4所示。支& W，井i球器：3-壓頭；討樣；f；_試弊白；R苧葉 7_手 輪；£_淬受；*一段鈕：10趕桿；廿_颯桿；2毋續:j3r曲桿.1圣一油七諼沖番；5插詢：16-禁盤；1r一小齒輪；取.盤齒.，圖5-4 HB-150型洛氏硬度試驗機結構圖它是由加卸負荷和測量兩部分組成的。前者都是利用杠桿和祛碼，后者是用百分表測 量壓痕深度的，即洛氏硬度

25、值可直接由百分表盤上讀出。實驗時，先將試樣置于試樣臺上，并對準壓頭，順時針轉動手輪，使試樣上升與壓頭接觸，繼續緩慢轉動手輪使百分表刻度盤上的短時針順時針轉動直到對準紅點，然后再轉動表盤使表盤上的長針對準0點，此時，壓頭利用彈簧壓縮的方法將10kgf的負荷加到了試樣上，然后將負荷手柄緩慢向后推（45秒鐘），于是主負荷加到試樣上，主負荷加上后，長針由轉動到停止，待持續一秒后，再將負荷手柄向前拉，回到原始位置，待長針停止轉動后，長針所指示的讀數即為該材料的硬度值。最后，逆時針回轉手輪，使試樣臺下降，取下試樣，放回原處。3.3 金相試樣制備金相試樣制備過程一般包括：取樣、粗磨、細磨、拋光和浸蝕五個步驟

26、。3.3.1 取樣從需要檢測的金屬材料和零件上截取試樣稱為"取樣"。取樣的部位和磨面的選擇必須根據分析要求而定。截取方法有多種，對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法；對于硬材料 可以用砂輪切片機或線切割機等切割的方法，對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論 用哪種方法都應注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現象。試樣的尺寸并無統一規定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長為1520mm高為1278mm比較適宜。對那些尺寸過小、形狀不規則和需要保護邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機械夾 持的辦法。金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料（如聚氯乙烯），熱凝性塑料（如膠木粉）以

27、及冷凝性塑料（如環氧樹脂+固化劑）作為填料進行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在專用設備 一鑲嵌機上進行。第三種屬于冷鑲填料，冷鑲方法不需要專用設備，只將適宜尺寸（約。l520mm）的鋼管、塑料管或紙殼管放在平滑的塑料（或玻璃）板上，試樣置于管內待磨面朝下倒入填料，放置一段時間凝固硬化即可。3.3.2 磨粗磨的目的主要有以下三點：1）修整 有些試樣，例如用錘擊法敲下來的試樣，形狀很不規則，必須經過粗磨，修 整為規則形狀的試樣；2）磨平 無論用什么方法取樣，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時去掉 切割時產生的變形層，必須進行粗磨；3）倒角 在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，

28、以免劃破砂紙和拋光 織物。黑色金屬材料的粗磨在砂輪機上進行，具體操作方法是將試樣牢牢地捏住，用砂輪的 側面磨制。在試樣與砂輪接觸的一瞬間，盡量使磨面與砂輪面平行，用力不可過大。由于 磨削力的作用往往出現試樣磨面的上半部分磨削量偏大，故需人為地進行調整，盡量加大 試樣下半部分的壓力，以求整個磨面均勻受力。另外在磨制過程中，試樣必須沿砂輪的徑 向往復緩慢移動，防止砂輪表面形成凹溝。必須指出的是，磨削過程會使試樣表面溫度驟 然升高，只有不斷地將試樣浸水冷卻，才能防止組織發生變化。砂輪機轉速比較快，一般2850r/min ,工作者不應站在砂輪的正前方，以防被飛出物 擊傷。操作時嚴禁戴手套，以免手被卷入

29、砂輪機。3.3.3 細磨粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進行細磨。細 磨，可分為手工磨和機械磨兩種。（1）手工磨手工磨是將砂紙鋪在玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣在砂紙上作單向推磨。金相砂紙由粗到細分許多種，其規格可參考表2-1。表2-1常用金相砂紙的規格金相砂紙編號010203040506粒度序號M28M20M14M10M7M52820141075砂粒尺寸/201410753.5表中為多數廠家所用編號，目前沒有統一規格用砂輪粗磨后的試樣，要依次由01號磨至05號（或06號）。操作時必須注意:1）加在試樣上的力要均勻，使整個磨面都能磨到；2）在同一張砂紙上磨痕方

30、向耍一致，并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙磨 痕完全消失時才能換用下一道砂紙。3）每次更換砂紙時，必須將試樣、玻璃板清理干凈，以防將租砂粒帶到細砂紙上。4）磨制時不可用力過大，否則一方面因磨痕過深增加下一道磨制的困難，另一方面因 表面變形嚴重影響組織真實性。5）砂紙的砂粒變鈍磨削作用明顯下降時，不宜繼續使用，否則砂粒在金屬表面產生的 滾壓會增加表面變形。6）磨制銅、鋁及其合金等軟材料時，用力更要輕，可同時在砂紙上滴些煤油，以防脫 落砂粒嵌入金屬表面。（2）機械磨目前普遍使用的機械磨設備是預磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉動，磨制時， 將試樣沿盤的徑向來回移動，用力要均勻，邊磨邊用水沖

31、。水流既起到冷卻試樣的作用， 又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉盤邊緣。機械磨的磨削速度比手工磨 制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴重。因此要求較高的或材質較軟的試樣 應該采用手工磨制。3.3.4 光拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方 法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，其中最常用的是機械拋光。機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物 （粗拋常用帆布，精拋常用毛呢 ）用水浸濕、鋪 平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動開關使拋光盤逆時針轉動，將適量的拋光液（氧化鋁、氧化銘或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液）滴灑在盤上即可進行拋光，拋光時應注意：1）試樣

32、沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉向自轉，待拋光快結束時作短時定 位輕拋。2）在拋光過程中，要經常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發現拋 光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續使用。3）拋光時間應盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。4）拋有色金屬（如銅、鋁及其合金等）時，最好在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥 皂水。機械拋光與細磨本質上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋 光時，拋光織物纖維帶動稀疏分布的極微細的磨料顆粒產生磨削作用，將試樣拋光。目前，人造金剛石研磨膏 （最常用的有 W0.5 W1.0 W15W25W3.5五

33、種規格的溶水性研 磨膏）代替拋光液，正得到日益廣泛的應用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進行拋 光，拋光速度快，質量也好。3.3.5 浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相，組織還必須進行浸蝕。浸蝕的方法有多種，最常用的是化學浸蝕法，利用浸蝕劑對試樣的化學溶解和電化學 浸蝕作用將組織顯露出來。純金屬（或單相均勻固溶體）的浸蝕基本上為化學溶解過程。位于晶界處的原子和晶粒內 部原子相比，自由能較高，穩定性較差，故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看

34、到一個個晶粒被晶界（黑色網絡）隔開。如圖1-19b所示。如浸蝕較深，還可以發現各個晶粒明暗程度不同的現象，如圖 1- 19d所示。這是因為每個晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與 原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。兩相合金的浸蝕與單相合金不同，它主要是一個電化學浸沒過程，在相同的浸蝕條件下，具有較高負電位的相（微電池陽極）被迅速溶解凹陷下去；具有較高正電位的相（微電池陰極）在正常電化學作用下不被浸蝕，保持原有的光滑平面。結果產生了兩相之間的高度差。以共析碳鋼層狀珠光體浸蝕為例，層狀珠光體是鐵素體與滲碳體相間隔的層狀組織浸蝕 過程中，因鐵素體具有較高的負電位而被溶解，滲碳體因具

35、有較高的正電位而被保護，另 外在兩相交界處鐵素體一側因被嚴重浸蝕形成凹溝。這樣在顯微鏡下可以看到滲碳體周圍 有一黑圈，顯示出兩相的存在。多相合金的浸蝕，同樣也是一個電化學溶解過程，原理與兩相合金相同。但多相合金 的組成相比較復雜，用一種浸蝕劑來顯示多種相是難以作到的，只有采用選擇浸蝕法及薄 膜浸蝕法等專門方法才行?；瘜W浸蝕的方法雖然很簡單，但是只有認真對待才能制備出高質量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗同時用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過多的水，吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時證明未經過浸蝕的試樣是無法分析組織的。經檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表

36、面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時即刻取出，用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風機吹干，完成整個制備試樣的過程。四實驗器材減壓式萬能試驗機粗砂紙金相砂紙 金相試樣鑲嵌機金相試樣球磨機金相試樣拋光機 硬度計 電子游標卡尺 4%硝酸酒精溶液 電吹風 箱式節能電阻爐 砂 輪機金相研磨試劑五實驗步驟5.1、 領取一實驗材料，用粗砂紙磨去其兩端的氧化層，用硬度計測其硬度，測試多次并記錄實驗數據，取其平均值；5.2、 用數字游標卡尺測量實驗材料長度，并計算出30%壓縮形變后的長度

37、，然后用減壓式萬能試驗機進行壓縮變形；5.3、 用硬度計測量形變后的硬度，測試多次并記錄實驗數據，取其平均值；5.4、 由于形變后試樣較小，使金像制備難以進行，因而用金像鑲嵌機進行鑲嵌（加熱到180 c保溫40分鐘，然后冷卻至室溫）；5.5、 用砂輪機將鑲嵌后的試樣一個端面打磨平整，然后用金相試相球磨機將該端面打磨光亮，再先后用粗細金相砂紙將該端面打磨光亮；5.6、 將上述制備的式樣，用金相試相拋光機拋光，直到對著光，端面沒有明亮的劃痕為止；5.7、 用自來水洗凈試樣上的拋光試劑，然后將試樣浸入4%的硝酸酒精溶液中，直到光亮的端面變暗為止；5.8、 將上述試樣從4%硝酸酒精溶液中取出，用清水沖

38、凈附著在其表面的硝酸酒精溶液，然后用電吹風吹干其表面的水，切忌用手觸摸該金相端面；5.9、 用電子金相顯微鏡觀察試樣的金相組織并拍下該試樣的金相照片，以便實驗結果的 分析。六數據記錄與處理6.1、 實驗現象記錄6.1.1、 測試環境無變化，實驗儀器運轉正常，試樣在壓縮操作過程中，因受實驗儀器的限制，導致不能準確的達到30%的形變量；另外，由于壓縮操作不當，導致試樣形變后呈“S”形，因而壓縮應變后的硬度測試值偏離理論值。6.2、 原始數據記錄6.2.1壓縮變形前的硬度（單位： HRB）原始材料義形鼻 單加熱溫 度/C義形前硬度值均值中碳鋼10%不加熱90.2098.56100.4496.40中碳

39、鋼10%50095.3094.2093.7094.40中碳鋼10%64088.5093.4093.4191.77中碳鋼10%75095.2097.2098.9097.10中碳鋼20%不加熱94.6097.2093.9595.25中碳鋼20%50094.3097.0098.8096.70中碳鋼20%64092.5094.6092.6593.25中碳鋼20%75092.5094.6093.4093.50中碳鋼30%不加熱91.3090.6090.1090.67中碳鋼30%50090.6094.3093.7192.87中碳鋼30%64097.50104.50101.90101.30中碳鋼30%750

40、92.4089.6095.5092.50中碳鋼40%不加熱90.5093.2091.3191.67中碳鋼40%50086.2089.5086.8087.50中碳鋼40%64087.5090.6089.8089.30中碳鋼40%75090.8090.6094.9692.1210鋼10%不加熱90.1094.5092.7592.4510鋼10%50092.3088.6092.5591.1510鋼10%64093.6098.1092.1094.6010鋼10%75099.2089.3092.9093.806.2.2 壓縮變形后硬度（單位：HRB）原始材料變形加熱溫變形后硬度值均值皇 單度/C中碳鋼1

41、0%不加熱95.2098.6097.5097.10中碳鋼10%50095.6094.3095.4095.10中碳鋼10%64083.2085.9084.7984.63中碳鋼10%75089.9090.7092.6191.07中碳鋼20%不加熱72.3076.3076.7075.10中碳鋼20%50075.9071.6076.3074.60中碳鋼20%64085.9087.2086.9186.67中碳鋼20%75088.5093.1091.1090.90中碳鋼30%不加熱85.7082.1084.9084.23中碳鋼30%50085.3088.7084.3986.13中碳鋼30%64090.70

42、87.5099.3092.50中碳鋼30%750104.50108.70101.80105.00中碳鋼40%不加熱94.5095.80110.30100.20中碳鋼40%50057.2062.5059.7059.80中碳鋼40%64084.6088.8082.2085.20中碳鋼40%75084.5087.6086.5086.2010鋼10%不加熱89.5092.5090.6490.8810鋼10%50094.5090.5087.4090.8010鋼10%64094.9088.5093.2092.2010鋼10%75085.6088.0086.5086.706.2.3退火處理后硬度（單位：HRB)原始材料義形鼻 單加熱溫 度/C熱處理后硬度值均值中碳鋼10%不加熱中碳鋼10%50084.5089.8090.0088.10中碳鋼10%64074.6077.6077.2176.47中碳鋼10%75085.4088.3088.2087.30中碳鋼20%不加熱中碳鋼20%50083.4086.3089.2086.30中碳鋼20%64080.6085.3080.7082.20中碳鋼20%75086.5080.6090.6085