內蒙古科技大學本科生
題目：壓下量和冷卻方式對低碳鋼組織和硬度的影響
專業：材料成型及控制工程
姓名：孫明瑞
班級：一班
學號：1161142102
指導老師：劉永珍
一、前言:
本研究通過實驗室二輥可逆軋機對q235、q345低碳鋼進行軋制實驗，了解壓下量和冷卻方式對組織和硬度的影響規律。
二、實驗材料：
本實驗材料所用試樣為低合金鋼q235、q345，其主要成分見表1、2。
表1 q235化學成分
表2 q345化學成分
三、實驗方案：
把試樣q235、q345放入加熱爐中加熱，當爐溫達到1050℃、950℃時，保溫20分鐘，在取出試樣前調整好二輥可逆式實驗軋機。保溫完成後取出試樣在軋機中進行軋制，壓下量分別為25.5%、20.
8%，軋制完成後空冷至室溫。
之後將試樣切割，打磨，拋光，腐蝕。然後把經過一系列處理之後的試樣放在金相顯微鏡下觀察，如果有清晰的組織就可以進行拍照標註。
四、實驗裝置及器材：
1.金相切割機
qg-2金相試樣切割機（以下簡稱切割機）是利用高速旋轉的薄片砂輪來擷取金相試樣，它廣泛地適用於金相實驗室切割各種金屬材料。由於本機附有冷卻裝置，用來帶走切割時所產生的熱量，因而避免了試樣遇熱而改變其金相組織。
2.加熱爐（箱式爐）：
主要供金屬機件或合金鋼機件在空氣中進行熱處理加工之用。與控制櫃配合使用，可手動或自動控制電爐的溫度。箱式電阻爐結構主要由爐體、爐襯、爐底板、加熱元件、爐門及控制系統等部分組成。
3.二輥可逆式實驗軋機：
二輥軋機分為可逆式和不可逆式，現在一般都是採用可逆式。二輥軋機主要是通過兩個旋轉的軋輥將軋件咬入軋機，實現來料尺寸的變化完成軋鋼的。軋制板材時軋輥工作面是平面，通過壓下裝置調節輥縫大小來實現板材厚度的變化。
五、實驗步驟:
1.試樣準備和切割鑲嵌:
將準備的試樣切割，後用鑲嵌機鑲嵌成成品。
2.加熱:
（1）將加熱爐手動控制，預設爐內溫度為1050℃、950℃。
（2）將加熱爐設定成自動控制進行加熱。
（3）安排兩人隨時觀察加熱爐，保證電流不超過25a，若有異常則立即關閉加熱爐，改為手動控制，電流正常以後再改為自動控制。
（4）當爐溫達到預設溫度並保溫完成後，取出試樣在軋機上進行軋制。
（5）軋制完成後，軋件空冷。
3.軋制
q235軋制參數列
q345軋制參數列
4.磨樣、拋光:
（1）將冷卻後的試樣用切割機分塊兒切開並用打磨機進行打磨，將尖角部分打磨掉，並且打磨出乙個比較平整的平面。
（2）將試樣用砂紙進行打磨，先用120的砂紙，然後分別用是240、 400、600、800的砂紙進行打磨。
（3）再一張砂紙上打磨時，保證始終在乙個方向上，乙個平面上進行打磨。
（4）當一張砂紙打磨的只有乙個方向上的劃痕時，換較細的砂紙打磨，此時方向必須旋轉90°，當將前面的劃痕完全蓋住時，即可換另一張較細的砂紙打磨，以下操作依次進行。
（5）用最後一張砂紙打磨石，可以水磨，磨完以後，表面平整無劃痕方可。
（6）用拋光機進行拋光，在拋光時，一邊拋光，一邊向拋光機上加水和拋光液，加水防止試樣表面溫度過高而氧化，拋光液中有小顆粒，有助於試樣拋光。
（7）試樣拋光以後表面光滑如鏡且無劃痕即可。
5.腐蝕與拍照:
（1）將拋光後的試樣用酒精溶液清洗乾淨，然後用吹風機吹乾；
（2）把4％的硝酸酒精溶液滴在試樣表面，晃動使溶液均勻，便於腐蝕；
（3）5--10分鐘後用酒精溶液清洗試樣，迅速用吹風機吹乾；
（4）將試樣置於光學顯微鏡鏡頭上方，調整焦距，便可以在電腦上清晰地觀察到試樣的顯微組織；
（5）調整顯微鏡，使鏡頭上下左右移動，觀察顯微組織，選出效果好的部分顯微組織進行拍照；
（6）選出不同的放大倍數進行拍照，分別為200、500、1000倍；
（7）拍完以後進行標註。
六、實驗結果分析：
1.觀察和分析q235相同壓下量，不同冷卻方式的金相組織
採用相同的壓下，通過不同的冷卻方式（空冷和水冷兩種方式）來觀察所獲得的組織，分析組織不同的原因。圖1為q235鋼1050℃加熱，熱軋鋼壓下率為25.5%，不同冷卻方式的金相組織對比，放大倍數200倍，圖2為q235鋼1050℃加熱，熱軋鋼壓下率為25.
5%，不同冷卻方式的金相組織對比，放大倍數500倍，圖3為q235鋼1050℃加熱，熱軋鋼壓下率為25.5%，不同冷卻方式的金相組織對比，放大倍數1000倍。
（a）空冷放大倍數200（b）水冷放大倍數200
圖1 q235鋼1050℃加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對比，放大倍數200倍。
（c）空冷放大倍數500d)水冷放大倍數500
圖2 q235鋼1050℃加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對比，放大倍數500倍。
(e)空冷放大倍數1000f）水冷放大倍數1000
圖3 q235鋼1050℃加熱，壓下25.5%空冷與水冷的組織對比，放大倍數1000倍。
由a b c d e f 六圖可以觀察到馬氏體組織。對於q235鋼亞共析鋼來說，水冷屬於淬火。對淬火工藝而言，在鋼加熱到1050℃後，組織完全奧氏體化。
其後冷卻速度大於臨界淬火速度，得到馬氏體和殘留奧氏體組織。
由a b c d e f 六圖可以觀察到黑色的珠光體和白色的鐵素體。對於q235低合金鋼來說，空冷屬於正火，空冷後的組織就為珠光體和少量的鐵素體。由於冷卻的速度較快，所以組織中鐵素體較少，珠光體組織較細。
2.觀察和分析q345不同壓下量，相同冷卻方式的金相組織
採用相同的冷卻方式（空冷），不同的壓下來觀察所獲得的組織，分析組織不同的原因。a b為q345鋼950℃加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.8%、24.
7%，空冷的金相組織對比，放大倍數200倍，c d為q345鋼950℃加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.8%、24.7%，空冷的金相組織對比，放大倍數500倍，e f為q345鋼950℃加熱，熱軋鋼壓下率分別為20.
8%、24.7%，空冷的金相組織對比，放大倍數1000倍。
（a）q345壓下量20.8%，空冷，放大倍數200倍
（b）q345壓下量24.7%，空冷，放大倍數200倍
（c）q345鋼熱軋壓下量20.8%，空冷，放大倍數500倍
（d）q345鋼熱軋壓下量24.7%，空冷，放大倍數500倍
（e）q345鋼熱軋壓下量20.8%，空冷，放大倍數1000倍
（f）q345鋼熱軋壓下量24.7%，空冷，放大倍數1000倍
由上圖可知，熱軋低碳鋼q345空冷後的組織為珠光體和少量的鐵素體，臨界變形量（2%～10%）是能發生再結晶的最小變形量。當變形量小於2%～10%，不發生再結晶；當變形量為2%～10%，再結晶後晶粒粗大；當變形量大於2%～10%，隨變形量增加，晶粒變細。
2分析造成金相組織不同的原因
（1）對q235軋後冷卻速度對軋後組織的影響：
圖2 低碳鋼冷卻曲線
由冷卻曲線可知，不同的冷卻速度對軋後組織有很大的影響。
1號樣為水冷，2號樣為空冷。由於水冷冷卻速度大於空冷冷卻速度。根據冷卻曲線圖可看出水冷冷卻曲線不經過珠光體轉變區和貝氏體轉變區，直接降低到ms點以下發生馬氏體轉變，得到淬火馬氏體組織。
2號樣為空冷，空冷冷卻曲線經過珠光體轉變區，發生珠光體轉變得到珠光體組織。
（2）對q345軋制壓下量對軋後組織的影響:
臨界變形量（2%～10%）是能發生再結晶的最小變形量。當變形量小於2%～10%，不發生再結晶；當變形量為2%～10%，再結晶後晶粒粗大；當變形量大於2%～10%，隨變形量增加，晶粒變細。1號樣為24.
7%變形量，2號樣為20.8%變形量。所以1號樣晶粒比2號樣晶粒細小。
3分析不同冷卻速度對硬度的影響
不同壓下，不同冷卻速度的硬度如下表所示
由表3資料可知，相同壓下量，水冷後得到的組織硬度比空冷的硬度高，冷卻速度不一樣鋼發生固態轉變的溫度也不一樣，得到的組織也有很大差異，一般來說冷卻速度越快，鋼轉變的溫度越低，轉變後得到的組織的硬度也越高。主要是因為轉變溫度越低，原子的活動能力也越低，得到的組織就越細，比如珠光體型組織的層片間距就隨形成溫度的降低而變小，如果冷卻速度足夠大就可以發生馬氏體轉變而得到馬氏體，它的硬度會更高。
4實驗誤差分析
1實驗時軋制溫度不夠精確；
2金相組織有黑點，腐蝕工作沒有做好；
3組織及晶界不太清楚，磨得不到位；
4壓下不夠用精確導致誤差；
5從加熱爐中取出時，可能有溫降；
七、總結
材料成型專業綜合實驗報告
摘要金屬材料的熱處理後的力學效能取決其內部組織的改變狀況，內部組織可以通過金相顯微鏡對其進行綜合分析，力學效能可通過靜拉伸試驗 硬度試驗 衝擊試驗 疲勞試驗 磨損試驗中儀器的使用獲得。熱處理工藝的制訂則有賴於正確掌握成分，淬火溫度，冷卻速度與組織 效能之間的關係。一般熱處理的基本操作有退火 正火 淬...
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