金属材料专业综合实验指导书

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1、兰州理工大学材料科学与工程学院金属材料综合实验指导书实验一GCr15钢制轴承零件热处理及其质量评定与分析.一、实验目的本实验是继专业系列实验之后，毕业设计前的综和性实验。强调以学生为主，根据零件特点和技术要求正确的选则材料，制定工艺路线，用热处理的方法改善组织，提高材料的性能，以满足材料的各项技术要求。通过本实验培养学生动手能力及理论联系实际、独立分析和解决实际问题的能力，为更好、更顺利的完成毕业设计作好必要的准备。二、实验内容本实验选用GCr15标准轴承用钢，根据轴承生产和使用的特点及性能要求，进行模拟轴承

2、零件淬火、低温回火常规热处理及球化退火的预先处理等工艺实践，具体内容：ò轴承服役条件和失效形式分析ò确定轴承套圈加工工艺路线ò制定轴承套圈退火和淬、回火工艺ò热处理工艺操作ò金相试样制备ò金相组织观察ò硬度测定和质量评定三、GCr15钢制轴承套圈热处理技术要求1.球化退火显微组织：细粒状P，不允许密集点状和细片状欠热组织和粗大粒状珠光体的过热组织。硬度：HB179~2072.淬火+回火显微组织：隐晶马氏体+细小结晶马氏体+残留碳化物+少量残余奥氏体硬度：HRC61~65四、概述滚动轴承在使用过程中，轴承零件是

3、处在拉伸、压缩、弯曲和剪切等交变复杂应力及高应力状态下，高速而长时间工作。因此要求轴承材料应具有高的抗疲劳强度、良好的耐磨性和一定的韧性。GCr15钢的化学成分见下表：GCr15钢的化学成分（%）碳铬锰硅硫磷0.95~1.01.30~1.60.20~0.40.15~0.3≤0.02≤0.0275505GCr15钢含碳量为1.0%左右，并有1.4%的铬元素，其本质仍属过共析钢。当其化学成分符合标准时，轴承的内在质量在很大程度上取决于钢锭冶金质量——即化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量、类型、大小及分布，碳化物

4、不均匀性等。一般轴承零件热处理分为预先热处理和最终热处理两个过程：a.预先热处理在机械加工之前进行，通常采用正火和球化退火处理。正火消除网状渗碳体；球化退火使钢软化、消除锻轧应力为最终热处理做准备。球化退火得到的粒状P组织，易于切削加工，并能提高切削加工表面光洁度。b.最终热处理包括淬火和回火处理。通过淬火和低温回火处理，获得回火马氏体、均匀分布的细小碳化物和少量残余奥氏体组织。这种组织具有较高的强度、一定韧性和较高表面耐磨性，能够满足一般轴承的使用性能要求。GCr15钢热处理工艺参数的选择，根据Fe—Cr—

5、C三元相图临界点确‘定。淬火加热温度过高会增加A量并使M组织粗化；温度过低会使A中合金元素和K的溶解量减少，未溶K量过多，使钢的强度和疲劳寿命降低。淬火冷却选用20号机械油。五、实验方法指导1.实验材料及设备ò箱式电阻炉ò电加热回火油槽òGCr15钢制轴承套圈毛坯ò砂轮机、抛光机、抛光剂、金相砂纸ò金相显微镜ò布氏、洛氏硬度计ò相关标准和图册2.实验步骤ò制定轴承套圈加工工艺路线ò制定轴承套圈球化退火和淬、回火工艺ò每三人一组，每组三个试样，在老师指导下分别进行球化退火、淬火和回火操作（淬火操作前要测量套圈尺

6、寸及直径变动量，与淬火后的套圈进行比对）。ò制备金相观察试样ò观察不同热处理后的显微组织，并根据《高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》、《滚铬钢滚动轴承零件热处理质量标准评级图册》进行热处理质量评定ò根据YB9—68标准，对原材料中的非金属夹杂物进行评定ò测试硬度ò多媒体照片制作六、实验报告要求1.明确实验目的2.实验材料及设备3.绘制轴承套圈淬火、回火和球化退火的热处理工艺曲线4.讨论轴承套圈热处理工艺制定的依据5.分析原材料或热处理缺陷（球化不良、欠热、过热）对轴承加工和使用性能的影响。实验二焊接热模

7、拟一热模拟简介随着材料科学的迅速发展，低合金钢、超合金钢、有色金属以及各种不同性能的特种合金在工业上，特别在焊接结构中得到广泛应用，使人们对研究金属材料的焊接行为及性能引起了普遍重视，因为焊接在经受焊接热及应力、应变循环后的热影响区组织和性能是决定焊接接头质量和影响寿命的关键，因此如何改善焊接影响区组织和性能是人们关注的重要问题。我们知道焊接HAZ（heataffectzone）范围从0.1mm到几十毫米，接头的部位受到的热循环不同，热影响区的组织由粗晶、细晶、不完全结晶区组成，因此构成物理－化学性能和力学性

8、能的复杂变化。过去人们采用常规的试验方法研究焊接热影响区组织和性能的变化规律，但由于焊接时快速加热和冷却过程，使组织梯度狭窄，影响接头性能的区域无法用常规的力学作出精确的试验数据，只是影响区整体性能指标，因此试验结果与实际焊接情况极不相符。一模拟技术的发展和应用Gleeble和Thermoresfor-w两种机型采用模拟试验方法来研究热影响区的热应力、应变循环及气体介质等因素对其组织和性能影响变化规