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、淬火及回火等。
本實驗通過對40cr淬火溫度、冷卻速度、回火的綜合實驗設計，使其每一種熱處理影響因素都在單一變數和對照的條件下實現了分析，從而得出了40cr的金相組織、硬度等相關效能隨熱處理工藝的變化而發生變化，主要介紹40cr正火、淬火（水冷）後的組織效能特點。
關鍵字：儀器使用、原理、40cr、熱處理、金相分析
目錄第一章儀器的使用及原理
1.1 金屬力學效能試驗
1.1.1 靜拉伸試驗2
1.1.2 硬度試驗2
1.1.3 衝擊試驗4
1.1.4 疲勞試驗4
1.1.5 磨損實驗4
1.2 金相綜合分析
1.2.1 金相顯微鏡的構成原理及使用4
1.2.2 鋼件的火花鑒別法5
1.3 鋼的熱處理
1.3.1 碳鋼的熱處理6
1.3.2 結構鋼的淬透性測定6
1.3.3 離子氮化6
1.4 鑄造綜合實驗
1.4.1中頻感應電爐6
1.4.2真空熱壓爐6
1.4.3鑄造合金流動性測定7
第二章 40cr熱處理及金相分析
2.1實驗目的7
2.2 實驗材料及裝置7
2.3 實驗工藝制定7
2.4 實驗結果及分析9
2.5 2號試樣（正火+淬火水冷））具體過程及分析 ‥‥‥ 10
2.6實驗總結12
致謝12
參考文獻12
第一章儀器的使用及原理
1.1金屬力學效能實驗
1.1.1靜拉伸試驗
一、使用及原理
靜拉伸試驗在油壓式萬能試驗機上進行。試驗機主要有三部分組成。a.
油幫浦及迴圈油路；b試驗機主體；c測力機構。油幫浦打油通過油管進入油缸，推動柱塞帶動上夾頭上行。實驗中下夾頭是固定的，因而試樣受軸向拉伸載荷，載入油缸上另有一管通測力油缸，推動測力油缸中小柱塞下行，使測力擺錘偏轉，通過傳動系統帶動表盤上的指標以指示拉伸過程中載荷的資料。
普通材料試驗機上常用引伸儀來精確的測量變形。常用的引伸儀有百分式和鏡式兩種，都是用槓桿機構把變形量加以放大而讀數的。試驗中用到測量測量直徑和長度用的游標卡尺。
二、試樣
拉伸試樣採用直徑10公釐，標距為100公釐，光滑圓柱形試樣，拉伸前，側最小直徑作為do來計算面積fo。
1.1.2 硬度的測試
測量金屬的硬度，是熱處理生產中最常使用的質量檢測方法之一。
一、實驗目的：掌握布式，洛式，維式，顯微硬度的試驗方法及應用範圍。
二、硬度測試的原理：壓頭通過槓桿在一定載荷作用下使壓頭壓入試樣內部，測量壓入深度，直徑，壓痕的對角線長度來表徵材料硬度。
三、布氏硬度試驗。（布氏硬度用符號 hb表示）
在直徑為d的淬火鋼球上施加規定負荷p(公斤力)，壓入試樣表面，保持一定時間後卸除負荷，以壓痕表面麵壓f上所承受的平均壓力（ mpa/㎡）來表示布氏硬度數值。
㈠hb-3000型布氏硬度計操作：
1 根據試樣形狀選擇載物台，必須保證所施力與試樣表面垂直；
2 選擇負荷及負荷保持時間；
3 轉動載入手輪，使工作台緩慢上公升，使壓頭與試樣接觸,壓緊;
4 開啟電源開關，電源指示燈燃亮（綠色），然後啟動按鈕開關，在載入指示燈燃亮的同時迅速擰緊及時壓緊螺母。直至電動機自動停止運轉為止，卸下試樣
測量壓痕直徑，查表或計算hb值。
㈡注意事項
1 試樣的試驗面應磨製成乙個平整光滑的平面，且無氧化皮等汙物。
2 硬度大於hb450的金屬不能做布氏硬度試驗，因為淬火鋼球會產生過大的彈性變形，甚至產生永久變形，影響實驗結果的準確性。
四、洛氏硬度試驗
洛氏硬度試驗是壓入硬度法中的一種，是以壓痕深度大小表示材料的硬度值的。它的壓痕較小，可測量較高和較低的硬度，可直接讀數，操作方便，生產檢驗效率高為熱處理車間產品檢驗主要方法之一。
洛氏硬度常用的三種試驗規範
洛氏硬度試驗操作方法
1 取平行面，對試樣進行處理；
2 手勻，接觸；
3 加初載荷10公斤（由於縮松縮孔的存在，保證結果準確統一），小指標由黑點轉至紅點；
4 旋轉指標表盤使大指標對準表盤0點；
5 將操作手柄推向後方；
6 當大指標停轉後，扳回手輪卸除主負荷，大指標迴轉一段距離，此時，大指標所指數字即為洛氏硬度值；
7 下降絲杆取下試樣，試驗完畢。
五、維氏硬度
維氏硬度用符號hv表示，也是根據壓痕凹面積上所承受平均壓力來確定的，壓頭錐面夾角為136°的金剛石四方角錐。
六、顯微硬度試驗
⑴用布氏，洛氏和維氏等硬度實驗法測定材料的硬度時，只能得到材料組織的平均硬度，而顯微硬度試驗法可測量某個相，某個晶粒，夾雜物或其他組成物的硬度。
⑵其實驗原理也是維氏硬度的試驗原理。也是利用頂角為136°的金剛石四方角錐體，其負荷為一公斤以下的小負荷，壓痕也很小，得到的硬度值用hm表示
hm=1854p/d2
⑶顯微硬度測量機的使用
顯微硬度機一般包括乙個帶有測量目鏡的顯微鏡和乙個壓痕機構兩大部分。
1 每次測量前應先調零，測量螺旋零對準細橫線；
2 旋動載物台上的螺絲，使欲測硬度相置於十字交叉線下；
3 載入後即在該相上留下壓痕；
4 先旋測微螺旋，使十字交叉線至壓痕右邊，與壓痕相切；
5 再旋測微螺旋，使十字交叉線至壓痕左邊，相切讀數，即可計算出壓痕對角線長度。
1.1.3衝擊試驗
原理：材料的衝擊韌性指標ak值是以沖斷試樣單位面積上所消耗的功來衡量。 ak 可由試驗前後擺錘的位能差來求得 ak =eb-ek=gh1-gh2=g(h1-h2)數值可由試驗機的指標上直接讀出，單位為焦耳，用試樣缺口處橫截面f（厘公尺2）除 （ak）,即得衝擊值（衝擊韌性ak）試樣：
鋼樣：斷面正方形10×10×55；開u型槽，槽深2㎜；
鑄鐵：斷面小正方形20×20×110，不開槽。
1.1.4疲勞試驗
⑴實驗目的：描繪疲勞曲線，並求疲勞極限σ-1。
⑵原理：σ-1 =m/w公斤力/公釐（m=危險斷面彎曲力矩，m= pk/2公斤﹒公釐，k一般為100公釐；w=試樣斷面係數，w=πd3/32公釐3；d=試樣直徑，d=6）。
⑶測定方法：準備6~8個同一批試樣，載入p=12公斤，（記表面轉速），試樣斷並記錄轉速**速n＞5*106n),解除安裝，載入（第二根）如p=14公斤，轉速3*105n斷,則載荷過大，則在第1，2根間取值，再斷與不斷之間重複幾次試驗，做到斷與不斷之應力差＜1公斤力／（厘公尺2），以取得精確的實驗結果。
1.1.5磨損試驗
⒈mm—200型磨損試驗 （幹摩擦，潤滑摩擦）
⒉ml10磨料磨損試驗（環對環，一般為幹摩擦）
⒊mld—10型的動載荷磨損試驗（邊沖邊磨，幹摩擦，三體摩擦）
⒋mls——23型溼砂橡膠輪磨損試驗（三體磨損）
⒌mhk—500型環塊磨損（滾、滑摩擦）
1.2金相綜合分析
1.2.1金相顯微鏡的構成原理及使用
金相顯微鏡的構成原理：顯微鏡不像放大鏡那樣由單個透鏡組成，靠近所觀察的物體的透鏡叫做物鏡，靠近眼睛的透鏡叫做目鏡。借助物鏡和目鏡的兩次放大就能將物體放大到很高的倍數（1500~2000倍）。
金相顯微意的使用：
1 接通電源，根據放大倍數選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上及目鏡筒內，並使轉換器轉至固定位置。
2 將試樣放在樣品臺中心，是觀察面朝下。
3 轉動粗調手輪，先使載物台下降，同時用肉眼觀察，使物鏡盡可能接近試樣表面（但不得與試樣相碰），然後相反轉動粗調手輪，使載物台漸漸上公升以調整焦距，當視場亮度增強時再改用微調手輪，直到物象調整到最清晰程度為止。
4 適當調節孔徑光欄和視場光欄，以獲得最佳質量的物象。
1.2.2金相技術綜合實驗
⒈金相顯微試樣的製備方法
金相顯微試樣製備過程包括取樣、鑲嵌、磨製、拋光、浸蝕等工序。
⑴取樣：試樣尺寸通常採用直徑為12~15㎜,高12~15㎜的圓柱體或邊長為12~15㎜的方形式樣。
⑵鑲嵌：當試樣的尺寸太小時，直接用手來磨製很困難，需要使用試樣夾或利用樣品鑲嵌機，把試樣鑲嵌在低熔點合金和塑料中。
⑶磨製：分粗磨和細磨兩道工序。粗磨通常在砂輪機上進行;細磨在一套粗細不同的金相砂紙上由粗到細依次進行的。
細磨時將砂紙放在玻璃上，手指緊握試樣，並使磨麵朝下，均勻用力向前推行磨製，再回程時，應提起試樣不與砂紙接觸，以保證磨麵平整而不產生弧度。每更換一號砂紙時，需將試樣的研磨方向調轉90°，即與上一道磨痕方向垂直，直到將上一號砂紙所產生的磨痕全部消失為止。
⑷拋光：細磨後進行拋光，只要是去除細磨時留下來的細微磨痕而獲得光亮的鏡面。金相試樣的拋光方法一般可分為機械拋光、電解拋光和化學拋光。
拋光時實驗時我們使用了機械拋光，是在拋光機上進行的，拋光時在拋光碟上不斷滴注拋光液，拋光液採用cr2o3（粒度均為0.3~1um）在水中的懸浮液。操作時將試樣磨麵均勻地壓在旋轉的拋光碟上，並沿邊緣到中心不斷作徑向往復運動，直到試樣表面看不出任何磨痕而成光亮的鏡面。
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