工程材料实验指导书
王殿梁 编
工程材料实验指导书
目录
实验一 冷塑形变形对Q235组织和性能的影响 ................. 1
一、实验目的 .......................................................................................................... 1 二、实验原理 .......................................................................................................... 1 三、实验步骤 .......................................................................................................... 3 五、实验报告要求 .................................................................................................. 7
实验二 铁碳合金平衡结晶后的金相显微组织分析 .............. 8
一、实验目的 .......................................................................................................... 8 二、实验原理 .......................................................................................................... 8 五、实验报告要求 ................................................................................................ 13
实验三 碳钢的热处理 ..................................... 14
一、实验目的 ........................................................................................................ 14 二、实验原理 ........................................................................................................ 14 三、实验步骤 ........................................................................................................ 17 四、实验设备、仪器、材料 ................................................................................ 18 五、实验报告要求 ................................................................................................ 18
实验一 冷塑形变形对Q235组织和性能的影响
一、实验目的
1、了解拉伸冷塑形变形过程中Q235钢金相显微组织的影响； 2、了解Q235钢在冷拉伸变形前后的强度、硬度变化； 3、学会布氏硬度的测定方法；
4、学会材料金相试样的制备方法和金相显微镜的使用方法。
二、实验原理
1、冷塑形变形对材料组织的影响
金属在外力作用下，将发生尺寸及形状的永久改变，即塑形变形。金属经冷塑形变形后，显微组织（如晶粒）发生明显的改变。如图1-1为低碳钢（Q235）在不同拉伸变形条件下的纵向断面金相显微组织，材料的原始组织（图1-1（a））为多边形等轴状，随着变形的增加，等轴晶粒沿拉伸方向伸长，晶粒由多边形变为长条形，变形越大，晶粒伸长的程度越显著。当变形量很大时（图1-1（d）），晶界变得模糊不清，各晶粒难以分辨，而呈现如纤维状的条纹，即“纤维组织”。 2、冷塑形变形对材料性能的影响
金属进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，而其塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化（也称为加工硬化）。图1-1为低碳钢（Q235）在不同拉伸变形过程中的真实应力-应变关系曲线。从O点至P点为弹性变形阶段；P点至C点为屈服阶段；C点以后为塑性变形阶段，塑形变形开始时（C点）强度为260MPa，而后随塑形变形量（应变）的增加，强度逐渐增加，至K点时强度达到950 Mpa。产生冷变形强化的原因，通常被认为在塑性变形过程中，随变形量的增加，位错密度增加，并发生一系列交互作用，使位错运动受阻；同时晶粒也会出现破碎，变成细条状。金属的变形程度愈大，位错密度愈高，位错运动的阻力愈大，塑性变形抗力也愈大，则其强度和硬度升高，而塑性韧性下降。
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冷变形强化在实际生产中具有重要的意义。首先这是一种重要的强化材料的手段，尤其对用热处理不能强化的材料来说，显得更为重要。其次，冷变形强化有利于金属的变形均匀。因为金属的变形部分产生硬化，将使变形向未变形或变形较少的部分继续发展。第三，冷变形强化可以提高构件在使用过程中的安全性，构件一旦超载，产生塑性变形，可防止构件突然断裂。
(a) (b)
50?m (d)
50?m (c)
50?m
图1-1 低碳钢（Q235）在不同拉伸变形条件下的纵向断面金相显微组织
(a) d=8.0mm； (b) d=7.5mm； (c) d=7.0mm； (d) d=5.9mm
50?m （“d”为拉伸后钢棒的直径，原始直径为10mm）
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