材料成型及控制工程畢業(yè)論文-t8鋼熱處理工藝及組織性能研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　T8鋼熱處理工藝及組織性能研究</p><p><b>　　誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下

2、獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： T8鋼熱處理工藝及組織性能研究

3、 </p><p>　　1．課題意義及目標(biāo) </p><p>　　學(xué)生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，運(yùn)用所學(xué)過的金屬學(xué)及熱處理等專業(yè)知識(shí)，了解T8鋼的概況；熟悉T8鋼的熱處理工藝方法；認(rèn)識(shí)T8熱處理前后金相組織；找出熱處理對(duì)T8鋼組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化熱處理工藝提高零件質(zhì)量提供一定的理論依據(jù)。</p>

4、<p><b>　　2．主要任務(wù)</b></p><p>　?。?）制定T8鋼熱處理工藝，進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)。</p><p>　?。?）制備金相試樣，觀察分析T8鋼熱處理前后的顯微組織。</p><p>　?。?）測(cè)定T8鋼熱處理前后力學(xué)性能，包括拉伸性能、硬度、沖擊韌性等。</p><p>　?。?）分析熱處

5、理工藝、組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系。</p><p>　?。?）撰寫畢業(yè)論文。結(jié)構(gòu)完整，層次分明，語(yǔ)言順暢；避免錯(cuò)別字和錯(cuò)誤標(biāo)點(diǎn)符號(hào)；格式符合太原工業(yè)學(xué)院學(xué)位論文格式的統(tǒng)一要求。</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1] 劉旭麟，高路斯，劉順華，等.T8鋼淬火熱處理組織的計(jì)算機(jī)模擬研究[J]. 熱加工工

6、藝，2006，35（6）：44-46.</p><p>　　[2] 王英杰，孫國(guó)宏. T8鋼最佳預(yù)處理工藝的選擇[J]. 熱加工工藝，1995，（4）：55-55.</p><p>　　[3] 張玉琴，王謙，王玉琴. 改善碳素工具鋼組織性能方法探析[J]. 河南冶金，2001，（05）：10-10</p><p>　　[4]王能為，孫艷. T8鋼形變球化退火工藝[J

7、]. 南方金屬，2009，（166）：23-25</p><p>　　[5] 崔忠圻，覃耀春.金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2007：230-308</p><p>　　[6] 王佳杰，莫淑華，等，工程材料力學(xué)性能[M].北京：北京大學(xué)出版社，2013,3</p><p>　　[7] 束德林，等，工程材料力學(xué)性能[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7&

8、lt;/p><p>　　[8] 那順桑，李杰，艾立群，等金屬材料力學(xué)性能[M]，冶金工業(yè)出版社2011.7</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 2015 年 1 月 16 日T8鋼熱處理工藝及組織性能研究</p><p>　　摘 要：本次實(shí)驗(yàn)主要研究熱處理工

9、藝對(duì)T8鋼力學(xué)性能的影響。通過制定不同熱處理工藝方案，分別研究球化退火以及不同的回火溫度對(duì)T8鋼力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)中采用180℃、200℃和240℃回火溫度作為實(shí)驗(yàn)中的變量，觀察熱處理后T8鋼顯微組織結(jié)構(gòu)和晶粒的粗細(xì)程度。另外為了解球化退火對(duì)T8鋼力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)中加入球化退火的熱處理，以探究退火條件下對(duì)鋼力學(xué)性能的提升程度。結(jié)果表明：淬火工藝鋼的顯微組織含有飽和碳的馬氏體和奧氏體，因馬氏體較多，所以鋼硬度較高；低溫回火后，其組織

10、結(jié)構(gòu)主要含有細(xì)小的回火馬氏體，晶粒較細(xì)，提高了鋼的韌性。</p><p>　　關(guān)鍵字：T8鋼，熱處理，力學(xué)性能，顯微組織</p><p>　　T8 steel heat treatment process and organizational performance research</p><p>　　Abstract：This experiment studie

11、d the microstructures and properties of T8 steel through different heat treatment process. By setting different process of heat treatment scheme, studied on the effect of the different tempering temperatures on the

12、mechanical properties of T8 steel. Experiments with 180 ℃, 200 ℃ and 240 ℃ tempering temperature as variables in the experiment, observation of T8 steel microstructure structure and the degree of thickness of grain after

13、 heat treatment. In order to under</p><p>　　Keywords: T8 steel, heat treatment, mechanical properties, microstructure</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1前言1</b>

14、;</p><p>　　1.1研究的目的和意義1</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展1</p><p>　　1.3 研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　1.4 本章小結(jié)4</p><p><b>　　2實(shí)驗(yàn)過程5</b></p><p>　　2.1

15、熱處理工藝制定5</p><p>　　2.1.1熱處理工藝基礎(chǔ)5</p><p>　　2.1.2 熱處理工藝過程6</p><p>　　2.1.3 T8鋼熱處理工藝過程7</p><p>　　2.2 試樣制備和顯微組織觀察8</p><p>　　2.3 材料力學(xué)性能測(cè)定9</p>&

16、lt;p>　　2.3.1 硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)9</p><p>　　2.3.2 材料沖擊韌性的測(cè)定11</p><p>　　2.3.3 材料拉伸試驗(yàn)14</p><p>　　2.4 本章小結(jié)15</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析17</p><p>　　3.1 顯微組織觀察與分析17<

17、;/p><p>　　3.2 硬度測(cè)定結(jié)果分析23</p><p>　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)23</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)分析23</p><p>　　3.3 材料沖擊韌性分析24</p><p>　　3.3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)24</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)分析

18、24</p><p>　　3.4 材料拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析25</p><p>　　3.5 本章小結(jié)29</p><p>　　4 結(jié) 論31</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p>

19、;<p><b>　　1前言</b></p><p><b>　　研究的目的和意義</b></p><p>　　鋼，可以說是現(xiàn)代物質(zhì)社會(huì)的基礎(chǔ)。中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T13304-91《鋼分類》描述：“以鐵為主要元素、含碳量一般在 2%以下，并含有其他元素的材料?！眹?yán)格的說，鋼是含碳量在 0.0218%～2.11%之間的鐵碳

20、合金。為了保證鋼鐵的塑韌性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼鐵材料是工業(yè)中應(yīng)用最廣，用量最多的金屬，其具有許多品種，力學(xué)性能也千差萬(wàn)別。</p><p>　　T8鋼的含碳量為0.75%～0.84%，是一種平均含碳量為0.8%的高碳鋼。含Si：≤0.35%；Mn：≤0.40%；P:≤0.035%；S≤0.030%，按冶金質(zhì)量分類是一種優(yōu)質(zhì)鋼。按用途分類T8鋼是一種工具鋼。&

21、lt;/p><p>　　含碳量的高低決定金屬的焊接性，T8鋼屬于高碳鋼，含碳量較高，導(dǎo)熱性能較差，引起加熱區(qū)和未加熱區(qū)存在的溫差較大。當(dāng)冷卻速度過快時(shí)，由于存在溫差易產(chǎn)生裂縫；其次高碳鋼對(duì)淬火溫度變得更加敏感，臨近裂紋區(qū)，易產(chǎn)生馬氏體組織。由于焊接高溫的影響，晶粒長(zhǎng)大過快，碳化物易在晶界上集聚，使焊接接頭強(qiáng)度變低[1]。高碳鋼焊接時(shí)更容易比中碳鋼產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　目前T8鋼主要用

22、作需要具有較高硬度和耐磨性的各種工具，如形狀簡(jiǎn)單的刃具、模具，但是韌性低，不易制作承受較大載荷的工具。T8鋼由于含碳量較高，過剩碳化物極多，如果采用的熱處理工藝不合適，在服役早期易出現(xiàn)開裂和破碎的現(xiàn)象。通過對(duì)T8鋼熱處理的溫度、保溫時(shí)間、冷卻介質(zhì)等因素的研究，以及材料顯微組織的觀察，測(cè)定材料力學(xué)性能，從而確定合理的熱處理工藝流程。這就極大地防止了失效現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高設(shè)備的使用壽命。</p><p><b

23、>　　國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展</b></p><p>　　遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所通過熱處理試驗(yàn)，研究了T8鋼組織和性能隨球化退火時(shí)間、淬火溫度及回火溫度的變化。結(jié)果表明:T8鋼在600℃球化退火2h后，原始組織中的碳化物即可獲得充分球化，以粒狀形式細(xì)小均勻地分布在基體中，延長(zhǎng)退火時(shí)間不顯著改變碳化物的球化效果；試樣經(jīng)(770±10)℃保溫，6 min油淬后，獲得的隱晶

24、馬氏體組織硬度最高，試樣經(jīng)180～210℃回火1 h空冷后，消除了淬火過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，最終獲得有球狀碳化物均勻分布的隱晶馬氏體組織，回火試樣硬度較淬火態(tài)略有下降[2]。</p><p>　　內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院研究發(fā)現(xiàn):T8鋼中珠光體表面浮凸效應(yīng)常被作為馬氏體或貝氏體相變特征討論對(duì)預(yù)先拋光3mm厚的T8鋼試樣進(jìn)行真空熱處理，加熱到1050℃,保溫40min爐冷。隨后分別用Quanta-400型環(huán)境掃

25、描電鏡、Nanofirst-100掃描隧道顯微鏡和光學(xué)顯微鏡，對(duì)未浸蝕的試樣觀察分析，接著對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕，進(jìn)行金相分析。結(jié)果表明片狀珠光體存在表面浮凸效應(yīng),并且呈"Λ"型[3]。從而說明表面浮凸是奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)比容增加，體積膨脹的結(jié)果。</p><p>　　同時(shí)通過對(duì)馬氏體性和機(jī)制的研究，學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為馬氏體相變機(jī)制是切變機(jī)制,但與實(shí)際基本上不符。從理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察兩方面綜合論證了切變

26、機(jī)制的缺陷指出:(1)表面浮凸是相變體積膨脹所致，不具備切變特征，表明切變機(jī)制缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)；(2)馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力不足以克服相變阻力。切變消耗的切變能量太大，達(dá)208～320×103J/mol遠(yuǎn)大于相變驅(qū)動(dòng)力；(3)馬氏體相變晶體學(xué)形核模型和切變長(zhǎng)大模型均難以解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。并且進(jìn)一步探討了新機(jī)制，指出馬氏體相變是原子集體、協(xié)同的、無(wú)擴(kuò)散的熱激活躍遷位移，在此過程中馬氏體中產(chǎn)生極高的位錯(cuò)密度，與奧氏體保持半共格[4]。新的機(jī)制符

27、合熱力學(xué)條件，在晶體學(xué)、形態(tài)學(xué)上都可解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。</p><p>　　早在1891年,美國(guó)冶金學(xué)家ＨＭＨｏｗｅ發(fā)表的專著認(rèn)為:鋼中隨著碳含量的增加 ,塑性下降 ,含碳(ｗ)10 %～17%的鋼拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)率只有2%～3% ,主要原因是過共析鋼中隨著含碳量的增加 ,脆性的先共析網(wǎng)狀碳化物增多增厚的緣故所致。超高碳鋼 (Ultrahighcarbonsteels簡(jiǎn)稱為UHCS)是指含碳量為1.0%～ 2.1%的過共

28、析鋼,具有高的超塑性和良好的綜合力學(xué)性能[5]。通過深入了解國(guó)外超高碳鋼的研究成果，超塑性及超塑處理工藝、合金元素的作用、力學(xué)性能及層狀復(fù)合超高碳鋼特點(diǎn)，提出了超高碳鋼的研究方向,為以后研究提供理論依據(jù)。</p><p>　　1.3 熱處理工藝應(yīng)用</p><p>　　生產(chǎn)中金屬工件具有理想的物理、化學(xué)和良好的力學(xué)性能，除了選用合理的成型工藝和材料外，熱處理往往也具有至關(guān)重要的作用。鋼鐵

29、的顯微組織比較復(fù)雜，但在機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用卻非常廣泛。通過熱處理工藝可以對(duì)其進(jìn)行控制，從而滿足生產(chǎn)中的需要。</p><p>　　熱處理的目的是改變鋼內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善鋼的性能，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，進(jìn)而延長(zhǎng)機(jī)器零件的壽命。選擇合理的熱處理工藝不僅可以強(qiáng)化材料，而且可以挖掘材料性能潛力、降低機(jī)構(gòu)重量、節(jié)省能源降低成本[6]。</p><p>　　材料的熱處理一般包括：正火，

30、退火、淬火、回火四部分。而每一種熱處理工藝的作用以及應(yīng)用范圍也是不一樣的。</p><p>　　正火工藝在消除工件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的開裂等過熱缺陷的同時(shí)，對(duì)組織也有細(xì)化晶粒的作用，這也提高了材料力學(xué)性能。</p><p>　　鋼的退火工藝根據(jù)臨界溫度的不同，包括不同的類型。臨界溫度在Ac1或Ac3以上的退火有擴(kuò)散退火、均勻化退火、不完全退火、完全退火、球化退火；在臨界溫度下的工藝包括去應(yīng)力退

31、火和再結(jié)晶退火。T8鋼作為一種共析鋼，適合采用球化退火的工藝。通過球化退火降低了鋼的硬度，提高了塑性和切削加工性能。</p><p>　　碳鋼的淬火加熱溫度一般由鐵碳合金相圖決定的。由于存在高硬度的滲碳體和馬氏體就能保證高的硬度和耐磨性[7]。淬火工藝應(yīng)用最為廣泛，其在機(jī)械制造業(yè)，化學(xué)與化工業(yè)、航空業(yè)都有應(yīng)用。淬火工藝規(guī)范包括（1）淬火加熱方式、（2）加熱溫度、（3）保溫時(shí)間、(4)冷卻介質(zhì)及冷卻方式等[8]。確

32、定工件淬火規(guī)范的依據(jù)主要是通過鐵碳合金相圖，來(lái)確定淬火的溫度，其次是根據(jù)工件的圖紙及技術(shù)要求來(lái)確定保溫時(shí)間和冷卻方式。只有充分了解工件的性能，才能正確的確定合理的淬火工藝。</p><p>　　回火具有穩(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力的作用，因此在進(jìn)行淬火工藝后緊接著需要進(jìn)行回火工藝，以此來(lái)調(diào)整鋼的硬度、強(qiáng)度和塑韌性。T8鋼由于含碳量較高，并且需要較高的硬度和耐磨性，以此采用的是低溫回火工藝。</p><

33、;p>　　多年來(lái)，這一鋼種雖然已積累有豐富的生產(chǎn)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，仍會(huì)出現(xiàn)許多使用不當(dāng)之處，結(jié)果沒有充分發(fā)揮該鋼所具有的性能潛力，造成大量浪費(fèi)。其中，因熱處理工藝的制訂及操作不合理而引起工件開裂是一種常見現(xiàn)象。</p><p><b>　　1.3 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本次課題主要是研究在不同的熱處理工藝下對(duì)T8鋼進(jìn)行材料力學(xué)性能的

34、測(cè)定。這其中包括了對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織的觀察。進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定T8鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和材料的塑韌性變化。硬度和沖擊試驗(yàn)分別測(cè)量其在靜載荷和動(dòng)載荷作用下，試樣的硬度和沖擊韌性的變化。利用所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的分析，最終確定合理的熱處理工藝。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了熱處理工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用以及發(fā)展

35、現(xiàn)狀，正火和退火作為熱處理預(yù)處理工藝，根據(jù)試樣的力學(xué)性能選擇合適的工藝。經(jīng)過預(yù)處理后改善了材料的切削加工性能，為最終熱處理做準(zhǔn)備，而淬火和回火作為最終熱處理兩者一般密不可分。不同的熱處理工藝在生產(chǎn)中扮演著不同的角色。金屬材料進(jìn)行熱處理在生產(chǎn)中變得必不可少，經(jīng)過熱處理的材料力學(xué)性能得到優(yōu)化，滿足了生產(chǎn)的需要。此外還詳細(xì)的介紹了T8基本結(jié)構(gòu)以及主要的組成成分以及國(guó)內(nèi)外對(duì)于T8鋼研究進(jìn)展。T8鋼是一種優(yōu)質(zhì)的鋼種，在我們生活中隨處可以看到它的存

36、在，說明它應(yīng)用廣泛。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)過程</b></p><p>　　2.1熱處理工藝制定</p><p><b>　　熱處理工藝基礎(chǔ)</b></p><p>　　鐵碳合金相圖是研究碳鋼組織、確定其熱處理工藝的重要依據(jù)。如2-1圖所示，鐵碳合金在室溫的平衡組織均由鐵素體（Ferri

37、te,簡(jiǎn)稱F）及滲碳體（Fe3C又稱Cementite）組成。</p><p>　　圖2.1 鐵碳合金相圖</p><p>　　表2.1 鐵碳合金相圖各點(diǎn)的含義</p><p>　　鐵碳合金相圖是進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，只有充分的了解相圖中各點(diǎn)所代表的含義、各個(gè)相區(qū)的組織結(jié)構(gòu)，才能對(duì)熱處理工藝后的組織進(jìn)行系統(tǒng)的分析。此外除了確定熱處理的加熱溫度外，通過相圖我們還可

38、以確定試樣的保溫溫度以及保溫時(shí)間。</p><p>　　2.1.2 熱處理工藝過程</p><p>　　熱處理工藝包括三部分：即加熱、保溫、冷卻。而熱處理包括預(yù)處理和最終熱處理兩部分。正火和退火作為兩種預(yù)處理手段，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)要求而選擇其中一種。正火作用主要是消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，提高硬度，改善切削加工性能。T8鋼正火溫度一般在800～850℃范圍內(nèi)完全奧氏體化，內(nèi)部組織有二次滲碳體轉(zhuǎn)

39、變?yōu)檩^細(xì)的珠光體組織。</p><p>　　T8鋼的球化退火處理使T8鋼中珠光體中的層狀滲碳體球化，變成球狀滲碳體，為淬火作好組織準(zhǔn)備。將T8鋼加熱到Ac1以上20～40℃，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻到600℃以下再出爐空冷。在隨后緩冷過程中，以原有細(xì)小滲碳體為核心，或在奧氏體中碳原子富集的地方產(chǎn)生新的核心，均勻地形成顆粒狀滲碳體[9]。</p><p>　　鋼的淬火溫度較高，與材料的淬透

40、性有關(guān)。T8鋼淬火溫度為760～780℃最為合適，冷卻介質(zhì)一般為水或油。</p><p>　　T8鋼的回火工藝是由鋼的具體用途決定的。在實(shí)際的生產(chǎn)中要求T8鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，因此一般采用低溫回火熱處理工藝，回火溫度為150℃～250℃。低溫回火過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體而碳化物以滲碳體的形式保留下來(lái)。低溫回火后，T8鋼的組織為回火馬氏體和滲碳體[9]。低溫回火后T8鋼的硬度和耐磨性較淬火態(tài)時(shí)的硬度和耐

41、磨性略有下降，但相對(duì)于未經(jīng)熱處理的試樣而言，其保持了淬火后的高硬度和高耐磨性。同時(shí)，還降低淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性。</p><p>　　2.1.3 T8鋼熱處理工藝過程</p><p>　　熱處理實(shí)驗(yàn)主要儀器有箱式電阻爐、淬火用水槽、鉗子等設(shè)備。試驗(yàn)中加熱設(shè)備主要是箱式電阻爐（SX-5-12B），如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2型號(hào)SX-5-12B箱式電

42、阻爐</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中采用的工件主要有兩種：一種是用于拉伸試驗(yàn)的T8鋼棒料；還有一種是具有“U型”缺口的標(biāo)準(zhǔn)塊。</p><p>　　將5個(gè)T8試樣分別標(biāo)記為方案1、2、3、4、5.五個(gè)方案采用不同的熱處理工藝。</p><p>　　方案1不進(jìn)行任何熱處理工藝，作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組。</p><p>　　方案2試樣放入加熱爐中，進(jìn)行淬火

43、工藝處理，爐溫設(shè)定為760℃，保溫30min，用水冷卻到室溫。進(jìn)行低溫回火爐溫設(shè)定為200℃，保溫30min，出爐空冷至室溫。</p><p>　　方案3試樣先進(jìn)行球化退火，溫度設(shè)定為740℃，保溫30min，隨爐冷卻到600℃，從加熱爐中取出，在空氣中冷卻到室溫。按照方案2進(jìn)行淬火和低溫回火工藝。</p><p>　　方案4.5研究的是不同的低溫回火溫度對(duì)試樣的影響，因此在控制球化退火和

44、淬火溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式相同的前提下，改變低溫回火工藝的溫度，達(dá)到研究目的。方案4低溫回火的溫度設(shè)定為240℃，方案5低溫回火溫度設(shè)定為180℃，保溫時(shí)間控制在30min，出爐空冷至室溫。</p><p>　　2.2 試樣制備和顯微組織觀察</p><p>　　金相制備過程中主要用到各種型號(hào)的粗細(xì)砂紙，拋光機(jī)、研磨膏以及拋光時(shí)需要用到不同的拋光布和研磨膏。試樣的浸蝕要使用4%的硝酸酒

45、精溶液。</p><p>　　試樣的研磨是進(jìn)行金相制備的第一步，包括兩步:粗磨和細(xì)磨。材料試樣先在粗砂紙上研磨，研磨時(shí)方向保持一致，待等到將表面的氧化膜磨掉后，再調(diào)換另一方向。研磨時(shí)要注意及時(shí)加水冷卻，既可以粗磨效率，也可以防止粗磨溫度過高而發(fā)生組織改變。細(xì)磨之前應(yīng)先將試樣的四周磨光，避免細(xì)磨時(shí)在將砂紙或拋光布劃破。</p><p>　　粗磨結(jié)束后先用清水清洗一下試樣，防止表面殘留粗顆粒劃

46、傷試樣。細(xì)磨是消除粗磨時(shí)產(chǎn)生的磨痕，為試樣磨面的拋光做好準(zhǔn)備。粗磨平的試樣經(jīng)清水清洗并吹干后依次在由粗到細(xì)的砂紙上研磨。握住試樣使磨面與砂紙平行，在輕微壓力的作用下把試樣向前推磨，用力均勻，試樣退回時(shí)不可與砂紙接觸，防止劃傷磨面[10]。金相試樣的細(xì)磨不僅要使表面光滑平整，而且盡可能減少表層的二次損傷。最后一次細(xì)磨應(yīng)該將產(chǎn)生的磨痕最大程度的磨淺，保證拋光可以去除磨痕。</p><p>　　拋光是金相制備重要的環(huán)節(jié)

47、，其主要作用是除去磨面上的劃痕，使磨面光滑、平整。實(shí)驗(yàn)中采用的是機(jī)械拋光的方法，拋光機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)和拋光圓盤組成。轉(zhuǎn)盤的速度為700～900r /min。機(jī)械拋光就是靠極細(xì)的拋光膏與磨面的磨削和液壓作用達(dá)到拋光目的。拋光時(shí)將試樣的磨面均勻的壓在旋轉(zhuǎn)拋光布上，并沿著轉(zhuǎn)盤的邊緣到中心的順序進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。拋光時(shí)間一般為3～5min，拋光后的試樣，磨面應(yīng)該光亮并且沒有劃痕。這時(shí)，先將試樣用清水沖洗，再用無(wú)水乙醇清洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。試樣如果需

48、要多次拋光處理，進(jìn)行第二次拋光處理前應(yīng)將拋光布放在清水中浸泡，并充分的清洗，防止拋光布?xì)埩舻拇诸w粒劃傷磨面。</p><p>　　試樣的浸蝕是利用無(wú)機(jī)化學(xué)原理進(jìn)行的。利用浸蝕劑對(duì)試樣表面的化學(xué)溶解作用來(lái)顯示組織，因此經(jīng)過浸蝕的試樣表面會(huì)出現(xiàn)輕微的凹凸不平，在垂直光線的照射下將顯示明暗不同的晶粒[10]。將試樣的磨面浸入浸蝕劑中，也可以用棉球蘸去浸蝕劑在試樣磨面不停地擦拭直至試樣磨面發(fā)暗就可以停止。浸蝕過程中應(yīng)該注

49、意控制腐蝕時(shí)間，可重復(fù)進(jìn)行腐蝕，但時(shí)間要短。如果浸蝕過度金相就會(huì)受到破壞。浸蝕結(jié)束后可以用清水清洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干存放。</p><p>　　2.3 材料力學(xué)性能測(cè)定</p><p>　　2.3.1 硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)</p><p>　　洛氏硬度計(jì)(HR-150A)是一種普及型的洛氏硬度測(cè)試儀器，主要適用于材料的洛氏硬度實(shí)驗(yàn)，如圖2.3所示。</p>&l

50、t;p><b>　　圖2.3洛氏硬度計(jì)</b></p><p>　　洛氏硬度的實(shí)驗(yàn)原理如圖2.4所示，用金剛石圓錐體壓頭或一定直徑的鋼球壓頭，在初試驗(yàn)力和主實(shí)驗(yàn)力的先后作用下，壓入試樣表面，保持5秒鐘時(shí)間，卸除主實(shí)驗(yàn)力，保留初實(shí)驗(yàn)力此時(shí)的壓入深度為h1,在初試驗(yàn)力的作用下壓入的深度為h0，它們之差e(h1-h0)來(lái)表示壓痕深度的永久增量。每壓入0.002mm作為一個(gè)洛氏硬度單位。<

51、;/p><p>　　圖2.4洛氏硬度原理圖</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)原理基礎(chǔ)上，進(jìn)行硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，具體步驟如下：</p><p>　　1.根據(jù)試件的技術(shù)要求選擇標(biāo)尺，選擇金剛石圓錐體壓頭和初實(shí)驗(yàn)力。</p><p>　　2.將壓頭安裝在測(cè)桿孔中，貼緊支撐面，把壓頭的緊固螺栓擰緊，將試件放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。</p><p>　　

52、3.加載初實(shí)驗(yàn)力。轉(zhuǎn)動(dòng)旋輪使絲桿上升，上升速度要平穩(wěn)，速度不可過快。當(dāng)壓頭與試件接觸時(shí)，注意觀察表盤上的大、小指針。小指針從表盤上的藍(lán)點(diǎn)轉(zhuǎn)到紅點(diǎn)，大指針轉(zhuǎn)過三圈至C位前后五小格范圍內(nèi)，初實(shí)驗(yàn)力加載完成。</p><p>　　4.調(diào)零。大指針對(duì)準(zhǔn)零位，加載實(shí)驗(yàn)力，保持5秒鐘左右，卸載。此時(shí)大指針的讀數(shù)即為材料的硬度值。</p><p>　　5.下降試驗(yàn)臺(tái)，則一次實(shí)驗(yàn)循環(huán)結(jié)束。如需重復(fù)試驗(yàn)，可

53、按以上步驟重復(fù)操作。</p><p>　　2.3.2 材料沖擊韌性的測(cè)定</p><p>　　沖擊試驗(yàn)采用的儀器為擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，是一種通過一次加載將試件打斷的實(shí)驗(yàn)儀器，如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)</p><p>　　衡量材料抗沖擊能力的指標(biāo)用沖擊韌度來(lái)表示。沖擊韌度是通過沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。這種實(shí)驗(yàn)是在

54、一次沖擊載荷作用下顯示試件缺口的力學(xué)性能[11]。由于實(shí)驗(yàn)儀器等外部因素的影響，實(shí)驗(yàn)所得到的沖擊韌性不能作為技術(shù)參數(shù)用在實(shí)際的計(jì)算當(dāng)中，但是它給我們提供了一種判斷材料力學(xué)性能和檢查熱處理工藝是否合理的方法。</p><p>　　沖擊試驗(yàn)用的是U型缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣，尺寸為10*10*55mm。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)塊的加工技術(shù)要求如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6標(biāo)準(zhǔn)塊技術(shù)參數(shù)要求

55、</p><p>　　沖擊試驗(yàn)是根據(jù)沖擊試樣消耗的能量是擺錘分別在H1和H2處的勢(shì)能差，忽略空氣阻力和摩擦力，遵循能量守恒定理進(jìn)行的。將試樣按照?qǐng)D2.77所示放好，將擺錘舉到高度為H1處自由落下沖斷試樣即可。</p><p>　　擺錘在H1處具有的勢(shì)能為:</p><p>　　E1=GH=mgH1 (式2-1

56、 )</p><p>　　沖斷試樣后擺錘在H2處所具有的勢(shì)能為:</p><p>　　E2=GH=mgH2 (式2-2 )</p><p>　　勢(shì)能之差E-E1即為沖斷試樣所消耗的沖擊功Ak:</p><p>　　AK=E1-E2=mg(H1-H2)(式

57、2-3 )</p><p>　　式中，G為擺錘的重力， H1為沖斷試樣前擺錘揚(yáng)起的最大高度；H2為沖斷試樣后擺錘所揚(yáng)起的最大高度。</p><p>　　圖2.7 擺錘沖擊試驗(yàn)原理圖</p><p>　　進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，避免因?yàn)椴僮鞑划?dāng)發(fā)生危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)要隨時(shí)觀察并記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.測(cè)量試樣的幾何尺寸和缺

58、口的橫截面積。</p><p>　　2.根據(jù)估計(jì)材料的沖擊韌性選擇合適的擺錘和表盤。</p><p>　　3.如原理圖所示安放試樣，試樣的背面朝向擺錘下落的方向，盡量使斷口位于擺錘沖擊的正中位置。</p><p>　　4.進(jìn)行試驗(yàn)。將擺錘舉起到高度為H1的位置鎖住，然后釋放擺錘，沖斷試樣后等到擺錘揚(yáng)起到最高位置，即將回落時(shí)，鎖住擺錘記為H2。</p>

59、<p>　　5.記錄表盤上所示的沖擊功AK值，取下試樣。觀察斷口。實(shí)驗(yàn)完畢，將試驗(yàn)機(jī)復(fù)原。</p><p>　　6.沖擊試驗(yàn)時(shí)要特別注意人身安全。</p><p>　　2.3.3 材料拉伸試驗(yàn)</p><p>　　圖2.8電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)</p><p>　　拉伸試驗(yàn)采用的是電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)為DNS200，最大負(fù)荷為2000

60、0千克，如圖2.8所示。</p><p>　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6397——86規(guī)定制作標(biāo)準(zhǔn)試樣，如下圖所示為常用的圓形截面試樣。如圖2.9所示</p><p>　　圖2.9圓形截面標(biāo)準(zhǔn)試樣技術(shù)參數(shù)</p><p>　　試樣中段的l0 稱為標(biāo)距，比例試樣按公式l0=K (A0 ½),K通常為5.65或11.3分別為短試樣和長(zhǎng)試樣。對(duì)于圓形試樣</p&

61、gt;<p>　　l0=5d(式2-4 )</p><p>　　l0=10d(式2-5 )</p><p>　　根據(jù)本試驗(yàn)原理，按照具體實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　1.試件的準(zhǔn)備。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試件兩端和中間的直徑，多次測(cè)量取其平均值。取最小平均直徑d0作為計(jì)算截面面積A0。</p><p>　　2.試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備

62、。選擇合適的量程，開機(jī)檢查運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。</p><p>　　3.安裝試件。將電子牽引計(jì)與試件緊密連接在一起。</p><p>　　4.進(jìn)行試驗(yàn)。用電腦設(shè)定拉力的增加速率，觀察試件受力和位移之間的關(guān)系。</p><p>　　5.試樣拉斷后，停止設(shè)備，取下試件，將斷面對(duì)齊，用游標(biāo)卡尺量出拉伸后的l1和縮頸處的最小直徑d1。</p><p>&l

63、t;b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章節(jié)主要介紹熱處理工藝制定原則，熱處理工藝基礎(chǔ)以及制定熱處理方案。鐵碳合金相圖是研究熱處理工藝的基礎(chǔ)，只有充分了解圖中各點(diǎn)的含義才能制定出合理的熱處理方案。熱處理工藝方案采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，通過控制無(wú)關(guān)變量，改變研究的變量因素，完成要研究的課題。</p><p>　　試樣經(jīng)過熱處理后，觀察材料顯微組織，觀察金相

64、的過程包括金相的制備與金相的觀察。金相的制備過程包括了試樣的粗磨、細(xì)磨、拋光、浸蝕四部分。</p><p>　　硬度試驗(yàn)主要測(cè)定熱處理后，對(duì)試樣的硬度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同熱處理后的組織對(duì)硬度改變的影響機(jī)理。T8鋼韌性和脆性的測(cè)定主要是通過沖擊試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)測(cè)定的。影響沖擊韌性的的因素有化學(xué)成分、晶粒尺寸、顯微組織等材質(zhì)因素以及試樣的形狀尺寸，加載速率等外部因素。</p><p>　　拉伸試樣

65、常采用標(biāo)準(zhǔn)的光滑圓柱試樣，在已確定的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定試樣的三種失效方式，即過量彈性變形，塑性變形，斷裂。拉伸試驗(yàn)機(jī)通常帶有繪圖裝置，通過拉伸時(shí)所產(chǎn)生曲線可以測(cè)出試樣的屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度等。</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　3.1 顯微組織觀察與分析</p><p>　　圖3.1所示為T8鋼退火態(tài)（方案一）狀態(tài)的顯微組織，顯微組織中存在

66、馬氏體和珠光體。</p><p>　　圖3.1 T8鋼退火顯微組織</p><p>　　在進(jìn)行球化退火處理時(shí)，滲碳體首先溶解，但未完全溶解，形成許多點(diǎn)狀的滲碳體。等溫加熱一段時(shí)間后，以原有的細(xì)小滲碳體為核心均勻地形成顆粒狀的滲碳體[12]。緩冷時(shí)，滲碳體聚集長(zhǎng)大形成較大粒狀。室溫時(shí)得到粒狀或球狀滲碳體，為淬火做好準(zhǔn)備。

67、 </p><p>　　球化退火處理后T8鋼的奧氏體化溫度不得低于Ac1點(diǎn)，否則在淬火組織中將存在鐵素體，從而降低了鋼的強(qiáng)度和硬度。</p><p>　　當(dāng)T8鋼加熱到Ac1溫度以上時(shí)，原組織將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并且出現(xiàn)一部分均勻細(xì)小的未溶的碳化物。而T8剛的力學(xué)性能主要取決于馬氏體針葉的大小。針狀馬氏體的最大尺寸取決于原奧氏體晶粒的大小。轉(zhuǎn)變相遇到未溶的球狀滲碳體能繞行長(zhǎng)大，未溶的球狀滲

68、碳體的彌散分布，使新相的形核率大大提高，有利于組織細(xì)化[13]。</p><p>　　晶粒的形成機(jī)制為形核和長(zhǎng)大。T8鋼在760℃溫度下進(jìn)行淬火處理。其組織內(nèi)部的碳化物溶解加快，未溶解的細(xì)小碳化物卻可以阻止奧氏體形核長(zhǎng)大，組織中不存在較大奧氏體組織，從而達(dá)到細(xì)化組織的目的，如圖3.2所示。</p><p>　　馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)是無(wú)擴(kuò)散過程，是原子經(jīng)無(wú)需擴(kuò)散的切變位移，進(jìn)行平面應(yīng)變保持不變的

69、晶格改組的相變，形成的整合組織伴有極高密度位錯(cuò)或?qū)渝e(cuò)、精細(xì)孿晶等亞結(jié)構(gòu)[13]。 </p><p>　　圖3.2 760 ℃淬火后水冷后顯微組織</p><p>　　馬氏體的顯著特點(diǎn)為高強(qiáng)度和高硬度，馬氏體轉(zhuǎn)變是在過冷奧氏體范圍下的轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變速率有馬氏體的形核率決定的。相變終止時(shí)，只有進(jìn)一步的降溫才能使馬氏體的形核與長(zhǎng)大繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，在T8鋼中進(jìn)行的是沒有擴(kuò)散過程的馬氏體相

70、變。</p><p>　　經(jīng)淬火處理后T8鋼的硬度升高，但鋼的韌性和塑性都降低了。不同的淬火溫度硬度如圖3.3所示，</p><p>　　圖3.3 淬火溫度對(duì)T8鋼硬度的影響</p><p>　　由圖可見，隨著淬火溫度的提高，T8鋼的硬度也隨之提高，并在760℃左右硬度達(dá)到最大值，并且伴隨溫度的增高鋼的硬度有下降的趨勢(shì)。在760～780℃時(shí)，</p>

71、<p>　　淬火時(shí)的硬度為62～63HRC。對(duì)于T8鋼，淬火后組織結(jié)構(gòu)為飽和碳的馬氏體和殘余奧氏體，這也導(dǎo)致了T8鋼具有高的硬度。當(dāng)淬火溫度較低時(shí)碳化物在奧氏體中的溶解量較小，飽和的碳含量也較少，因此鋼的硬度較小。相反淬火溫度過高加快了組織的碳化物溶解，而含碳量的增加抑制了奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化的過程。相對(duì)的奧氏體含量高，馬氏體含量低，導(dǎo)致鋼的硬度降低。鋼合適的淬火的溫度為760～780℃，在這一溫度范圍內(nèi)，T8鋼既可以達(dá)到高的淬

72、火硬度又可獲得細(xì)的馬氏體組織。</p><p>　　T8鋼經(jīng)淬火處理后，緊接著進(jìn)行低溫回火處理。低溫回火的組織為回火馬氏體和滲碳體。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)采用的是淬火態(tài)硬度最高的試樣，760℃水淬后T8鋼分別加熱到180℃、200℃、240℃保溫30min冷卻到室溫。低溫回火過程中，馬氏體中部分過飽和碳原子以η-碳化物的形式析出。析出的此碳化物與基體保持著共格關(guān)系，形成了新的組織結(jié)構(gòu)—

73、—回火馬氏體[14]。如圖3.4所示的是回火溫度為200℃的</p><p>　　圖3.4 200℃低溫回火顯微組織</p><p>　　金相組織。在低溫回火后，內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鸺?xì)馬氏體及少量殘余奧氏體和未完全溶解細(xì)小的碳化物，回火后的組織對(duì)T8鋼的韌性有一定的提高作用。</p><p>　　圖3.5a回火溫度為240℃的顯微組織</p><

74、p>　　當(dāng)回火溫度達(dá)到了240℃時(shí)，組織變?yōu)榛鼗瘃R氏體、極少量的殘余奧氏體，并且出現(xiàn)了點(diǎn)鏈狀的碳化物。如3.5a圖所示。</p><p>　　T8鋼進(jìn)行回火時(shí)，力學(xué)性能隨著回火溫度的升高而發(fā)生一定的改變。回火溫度升高，鋼的硬度逐漸減小，彈性強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也減少。高碳鋼低溫回火塑性較差，但是T8鋼在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)塑性要求不嚴(yán)格，因此可以采用低溫回火進(jìn)行熱處理實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　T

75、8鋼低溫回火的溫度不同，內(nèi)部組織形狀也不一樣。當(dāng)回火溫度低于240℃</p><p>　　圖3.5b 回火溫度為180℃的顯微組織</p><p>　　時(shí)組織中除了馬氏體和殘余的奧氏體外，還有細(xì)小的碳化物。而回火溫度溫度超過240℃后，組織中細(xì)小的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)鏈狀的碳化物，這對(duì)T8鋼的力學(xué)性能是不利的。因此一定要注意控制低溫回火的溫度和加熱、保溫時(shí)間，防止產(chǎn)生危害鋼力學(xué)性質(zhì)的組織產(chǎn)生

76、，造成實(shí)際生產(chǎn)中的人力物力以及經(jīng)濟(jì)上的損失。</p><p>　　圖3.6回火溫度對(duì)T8鋼硬度的影響</p><p>　　不同回火溫度下的硬度如圖3.6所示。隨著回火溫度的升高，鋼的硬度略</p><p>　　下降?；鼗饻囟仍?50℃時(shí)，硬度較高。這是由馬氏體中碳原子的偏距作用導(dǎo)致的結(jié)果[15]。當(dāng)溫度達(dá)到180℃時(shí)，內(nèi)部應(yīng)力的消除使鋼的硬度開始下降。但是隨著溫度持

77、續(xù)的增加，下降的趨勢(shì)變得平緩，趨于穩(wěn)定。形成這種現(xiàn)象的原因有兩種，一是馬氏體分解導(dǎo)致鋼的硬度下降，而另一種是因殘余奧氏體轉(zhuǎn)變是鋼的硬度升高。兩種因素相互影響促使鋼的硬度保持穩(wěn)定。T8鋼回火溫度過高時(shí)，一般高于240℃以后，就會(huì)出現(xiàn)對(duì)鋼性能不利的點(diǎn)鏈狀碳化物。所以在綜合考慮硬度和回火組織的基礎(chǔ)上，選合適的回火溫度為180～210℃。</p><p>　　3.2 硬度測(cè)定結(jié)果分析</p><p&

78、gt;　　3.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　表3.1不同熱處理下T8鋼洛氏硬度測(cè)定結(jié)果</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)分析</p><p>　　洛氏硬度計(jì)實(shí)際是一種以壓痕深度來(lái)衡量工件硬度的儀器。壓入深度h越大，說明工件硬度值越小。為了便于計(jì)算，一般用常數(shù)k減去h來(lái)計(jì)算硬度值，于是洛氏硬度值的計(jì)算公式為</p><p>　　

79、HR=（k-h）/0.002 (式3-1 )</p><p>　　式中HR——洛氏硬度值的符號(hào)。</p><p>　　當(dāng)使用金剛石圓錐壓頭時(shí)，k取0.2mm；當(dāng)使用小淬火鋼球壓頭時(shí)，k取0.26mm[16]。</p><p>　　通過檢測(cè)試樣硬度，我們可以清楚地發(fā)現(xiàn)T8經(jīng)過淬火和低溫回火以后硬度較未處理的試樣硬度顯著的提高。試樣經(jīng)過淬火后，其

80、內(nèi)部馬氏體的飽和碳以及殘余奧氏體決定著鋼的硬度。實(shí)驗(yàn)所采用的淬火溫度為760℃，淬火后的馬氏體具有較高的硬度。</p><p>　　回火后的硬度比之前淬火態(tài)時(shí)的硬度相對(duì)降低，但總體變化不大，內(nèi)應(yīng)力和脆性也相對(duì)降低。此時(shí)回火態(tài)的試樣內(nèi)部組織主要是回火細(xì)馬氏體以及少量的殘余奧氏體和未溶解的細(xì)滲碳體。</p><p>　　3.3 材料沖擊韌性分析</p><p><

81、;b>　　3.3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表3.2 不同方案沖擊試驗(yàn)沖擊功Ak值（單位J）</p><p>　　3.3.2 數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　對(duì)于含有缺口的試樣，缺口根部的單位體積將吸收更多的能量，使局部應(yīng)變和應(yīng)變速率大幅度提高，通過測(cè)定缺口試樣在沖擊載荷下的沖擊韌性可以反映出加載速率和缺口效應(yīng)對(duì)金屬材料韌性的綜合

82、影響[17]。</p><p>　　沖擊吸收功的大小不能真正反映材料的抗脆的程度，因?yàn)槿笨谠嚇記_擊吸收的功除了用于試樣的變形和破斷外還有一小部分功消耗在擲出和機(jī)身等處的摩擦，一般情況下這些功是忽略不計(jì)的。</p><p>　　沖擊韌性在工程上這樣定義：采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法將標(biāo)準(zhǔn)試樣一次沖擊斷裂時(shí)試樣吸收的能量叫做材料或者試樣的沖擊韌性。用沖擊吸收功表示韌性大小[18]。</p>

83、<p>　　試樣在實(shí)驗(yàn)中所收到的沖擊功用符號(hào)AKV和AKU表示，根據(jù)下標(biāo)不同分別表示V形缺口和U形缺口試樣的沖擊功。對(duì)于U形缺口，將沖擊吸收功除以缺口的凈斷面積，即得沖擊韌度aku,。 </p><p>　　aku=AKU/AN(式3-2 )</p><p>　　通過沖擊韌性值定性判斷材料的韌脆程度，脆性和低塑性金屬材料斷裂時(shí)所需的能量少，而高塑性金屬材料所需的能

84、量多。T8鋼的沖擊試驗(yàn)，所需的沖擊功較小，說明其塑性和脆性較低。經(jīng)過低溫回火處理后，T8鋼的沖擊功遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒有做熱處理的的試樣，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)低溫回火改善了鋼的力學(xué)性能，降低了鋼的韌性。</p><p>　　3.4 材料拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析</p><p>　　表3.3 拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　對(duì)拉伸試樣進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，我們要清楚應(yīng)力應(yīng)變曲線上各臨界點(diǎn)所

85、代表的含義。</p><p>　　試樣受力時(shí)，頭部在鉗口處滑動(dòng)比較大，因此繪圖器繪出的拉伸圖最初是</p><p>　　圖3.7應(yīng)力應(yīng)變曲線</p><p>　　一段曲線，以后試件的受力就與變形程度成正比關(guān)系，拉伸圖顯示的也是一條直線，當(dāng)載荷超過比例極限A點(diǎn)時(shí)，力和變形程度的正比增加關(guān)系就改變了，拉伸圖變彎，此時(shí)試件進(jìn)入屈服階段，屈服階段拉伸圖像為鋸齒狀，此階段載荷

86、變化較小，但是變形增加很快，在這一階段出現(xiàn)的最小的力稱為屈服載荷[12]。當(dāng)屈服階段結(jié)束后，試樣承受更大的力而發(fā)生變形，圖中CD段為試樣的強(qiáng)化階段，此階段所對(duì)應(yīng)的最高點(diǎn)即為試樣所能承受的最大載荷。此后試樣發(fā)生縮頸現(xiàn)象，承受的載荷急劇減小，直到最后斷裂，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3.7所示。</p><p>　　退火鋼的載荷-伸長(zhǎng)曲線以及應(yīng)力-應(yīng)變曲線，兩者在形狀上基本相似，但橫、縱坐標(biāo)所表示的物理量和單位是完全不同的。&

87、lt;/p><p>　　T8鋼退火態(tài)試樣力與位移曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3.8（a）、（b）所示，在圖中可以明顯的觀察到材料受到的拉伸力與應(yīng)變的關(guān)系。根據(jù)計(jì)算公式可以求出屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。根據(jù)觀察，未經(jīng)處理的試樣，沒有明顯的屈服現(xiàn)象，而在強(qiáng)化階段，拉伸力變化的比較平穩(wěn)，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)</p><p>　　圖3.8a T8鋼退火狀態(tài)力與位移曲線</p><p>　　圖

88、3.8b T8鋼退火狀態(tài)應(yīng)力與應(yīng)變曲線</p><p>　　圖3.9a 回火溫度200℃T8力與位移曲線</p><p>　　而經(jīng)過熱處理的工藝的試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)生了顯著的不同如圖3.9b，3.10b所示。說明進(jìn)過回火處理后鋼的脆性降低，內(nèi)應(yīng)力也相對(duì)降低了?；鼗饻囟鹊脑黾?，內(nèi)用力慢慢消除，導(dǎo)致試樣的硬度也降低了。</p><p>　　圖3.9b 回火溫度200℃

89、T8應(yīng)力應(yīng)變曲線</p><p>　　對(duì)比圖3.8b和3.9b、3.10b應(yīng)力應(yīng)變曲線可以發(fā)現(xiàn)原始狀態(tài)下的T8鋼拉應(yīng)力</p><p>　　較低位移變化較大，而伸縮率也較大，說明T8鋼的韌性低，塑性較高。相比之下，經(jīng)過熱處理后T8鋼的伸縮率明顯下降，拉應(yīng)力增大，說明鋼的韌性增強(qiáng)，強(qiáng)度增加，而塑性降低了。</p><p>　　由應(yīng)力應(yīng)變曲線所示，T8鋼在200℃和24

90、0℃時(shí)發(fā)生“脆斷”現(xiàn)象。淬火鋼</p><p>　　圖3.10a T8鋼回火溫度240℃力與位移曲線</p><p>　　回火時(shí)的沖擊韌度并不是隨回火溫度的升高而單調(diào)增加，有些鋼在一定溫度范圍內(nèi)回火，其沖擊韌度顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性[5].T8鋼出現(xiàn)的脆性為低溫回火脆性，而這一現(xiàn)象幾乎在所有的工業(yè)用鋼中都存在。這主要是因?yàn)轳R氏體沿著馬氏體條或馬氏體片的界面分解時(shí)析出的薄殼狀

91、的碳化物降低了晶界的斷裂強(qiáng)度，與此同時(shí)還為裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展提供了所需的路徑，最終導(dǎo)致發(fā)生脆斷現(xiàn)象。目前為止還沒有有效消除低溫脆性的工藝方案，因此生產(chǎn)中往往避免在鋼的脆化溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火工藝。</p><p>　　圖3.10b回火溫度為240℃應(yīng)力應(yīng)變曲線</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了

92、對(duì)前一章節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體分析，材料的常規(guī)力學(xué)性能包括強(qiáng)度、彈性、塑性、韌性、強(qiáng)度等。試樣經(jīng)過不同熱處理過程，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著的轉(zhuǎn)變。痛過測(cè)得硬度值，進(jìn)行硬度分析，得到不同熱處理工藝對(duì)材料硬度的影響。</p><p>　　硬度不是材料獨(dú)立的力學(xué)性能，其所代表的物理意義也隨試驗(yàn)方法的不同而改變。壓入深度綜合反映了材料的彈性、塑變抗力、形變強(qiáng)化能力以及塑變抗力等性能。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀可以直接讀

93、出，可以在工件表面直接測(cè)定。廣泛應(yīng)用于熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是壓痕較少，由于材料組織偏析或組織不均勻?qū)е掠捕戎捣稚⒍容^大。</p><p>　　通過拉伸條件下應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系，曲線可以表現(xiàn)出來(lái)三個(gè)階段。拉伸試樣常采用標(biāo)準(zhǔn)的光滑圓柱試樣，在已確定的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定試樣的三種失效方式，即過量彈性變形，塑性變形，斷裂。拉伸試驗(yàn)機(jī)通常帶有繪圖裝置，通過拉伸時(shí)所產(chǎn)生曲線可以測(cè)出試樣的屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度等。</p&

94、gt;<p>　　4 結(jié) 論 </p><p>　　球化退火保溫30分鐘其顯微組織中的碳化物細(xì)化較明顯，并且經(jīng)過球化退火后T8鋼原始組織中先共析的碳化物以顆粒狀的形式均勻的分布在基體中，使碳化物充分球化。</p><p>　　低溫回火溫度為240℃時(shí)，T8鋼顯微組織出現(xiàn)點(diǎn)鏈狀的碳化物破壞了鋼的力學(xué)性能?；鼗饻囟葹?80℃和200℃時(shí)組織主要是細(xì)回火馬氏體，組織比較均勻

95、，提高了鋼的韌性。 </p><p>　　不同的回火溫度對(duì)試樣的硬度較之前淬火態(tài)的硬度影響不大，但是回火后改變了材料內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，促使內(nèi)應(yīng)力和脆性都降低了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 羅光敏，吳建生，史海生，等.國(guó)外超高碳鋼的研究進(jìn)展[J].材料熱處理學(xué)報(bào)

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101、　[17] 束德林，等，工程材料力學(xué)性能[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.7</p><p>　　[18] 那順桑，李杰，艾立群，等金屬材料力學(xué)性能[M]，冶金工業(yè)出版社2011.7</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　非常感謝婁菊紅老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)。從剛開始的選題，下發(fā)任務(wù)書

102、，到完成開題報(bào)告，最后到整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，婁老師給了我很大的幫助。老師耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助，讓我能夠順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此向老師表示我最誠(chéng)摯的謝意。</p><p>　　在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，指導(dǎo)老師放棄自己休息時(shí)間帶領(lǐng)我們小組在實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)，并且在我們遇到困難時(shí)給我們耐心的指導(dǎo)，為我們實(shí)驗(yàn)的完成提供了很多幫助，同時(shí)也感謝太原理工大學(xué)的老師為我們提供的便利。</p><p>　　通過