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1、内蒙古科技大学本科生综合实验报告题 目：热轧Q235钢40%压下率水冷和空冷后的组织和硬度的分析报告 学 院：国际学院 专 业：材料成型及控制工程姓 名：丁鹏飞学 号：1276806619指导老师：郭瑞华题目：热轧Q235中不同冷却方式对材料组织的影响一、实验目的：1通过实验室二辊可逆轧机对Q235钢进行轧制实验，分析其在相同加热温度、轧制温度、压下量的条件下，冷却方式对材料组织的影响。2.通过在实验室对Q235钢进行加热来熟悉加热炉的使用。3.通过实验对Q235钢进行打磨，抛光，腐蚀，了解试样的加工过程。4.通过观察金相组织，熟悉仪器的使用，分析不同加工条件下的金相组织。二、 实验材料：本实
2、验材料所用试样为普通碳素结构钢Q235，以下是其主要成分。 Q235分A、B、C、D四级(GB/T 700-2006) Q235A级含 C 0.22% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.050 P 0.045 Q235B级含 C 0.20% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.045 P 0.045 Q235C级含 C 0.17% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.040 P 0.040 Q235D级含 C 0.17% Mn 1.4% Si 0.35% S 0.035 P 0.0351三、 实验方案：把试样放入加热炉中加热，当炉温达到1050时，保温20分钟，在取出试样前
3、调整好二辊可逆式实验轧机。保温完成后取出试样在轧机中进行轧制，压下量为40，轧制完成后空冷至室温，图一是轧件空冷温度和时间的变化曲线。 图一 轧件空冷温度和时间的变化曲线1050之后将试样切割，打磨，抛光，腐蚀。然后把经过一系列处理之后的试样放在金相显微镜下观察，如果有清晰的组织就可以进行拍照标注2。四、实验设备及器材：1、金相切割机：QG-2金相试样切割机（以下简称切割机）是利用高速旋转的薄片砂轮来截取金相试样，它广泛地适用于金相实验室切割各种金属材料。由于本机附有冷却装置，用来带走切割时所产生的热量，因而避免了试样遇热而改变其金相组织，图表二是金相切割机的技术指标。 图表二 金相切割机的技
4、术指标电源主轴转速（r/min)砂轮片规格（mm）最大切割直径（mm）切割功率（kw）重量（kg)外形尺寸（mm）280v500HZ2800250232301.1604703903602、加热炉（箱式炉）：主要供金属机件或合金钢机件在空气中进行热处理加工之用。与控制柜配合使用，可手动或自动控制电炉的温度。箱式电阻炉结构主要由炉体、炉衬、炉底板、加热元件、炉门及控制系统等部分组成，图表三为箱式加热炉参数。 图表三 箱式加热炉参数型号功率（kw）电压（v）常用温度尺寸（cm）SX13/BLL1238013002080253、二辊可逆式实验轧机：二辊轧机分为可逆式和不可逆式，现在一般都是采用可逆式。
5、二辊轧机主要是通过两个旋转的轧辊将轧件咬入轧机，实现来料尺寸的变化完成轧钢的。轧制板材时轧辊工作面是平面，通过压下装置调节辊缝大小来实现板材厚度的变化，图表四为二辊轧可逆式扎机参数。 图表四 二辊轧可逆式轧机参数轧辊直径（mm）轧辊轴径（mm）辊身长度（mm）最大轧制力（T)电机功率（kw）13068265154.54.蔡司金相显微镜：ZEZSS专业金相显微镜，可以进行100-1000倍明场、暗场、偏相等金相组织观察。同时装备了PyogResC73高端摄像头，可以实时获得数字图像，并装Micro-imageAnalysisandProcess金相图像分析系统，可以进行计算机图像处理，定量金相图
6、像处理，定量金相测定等工作。五、实验步骤:1、样品切割:将试样切割成长约40mm，宽约30mm的试件。2、 加热: （1）将加热炉手动控制，预设炉内温度为1050。（2）将加热炉设置成自动控制进行加热。（3）安排两人随时观察加热炉，保证电流不超过25A，若有异常则立即关闭加热炉，改为手动控制，电流正常以后再改为自动控制。（4）当炉温达到预设温度并保温完成后，取出试样在轧机上进行轧制。 （5）轧制完成后，轧件空冷。3、轧制:图表五 轧制参数表试样编号试样代号及厚度尺寸（mm）轧制温度轧制道次道次压下率冷却方式轧前厚度轧后厚度1号9.665.801050140%水冷2号9.595.72105040
7、%空冷4、磨样抛光:（1）将冷却后的试样用打磨机进行打磨，将尖角部分打磨掉，并且打磨出一个比较平整的平面。（2）将试样用砂纸进行打磨，先用120的砂纸，然后是240, 400,600,800依次进行打磨。（3）再一张砂纸上打磨时，保证始终在一个方向上，一个平面上进行打磨。（4）当一张砂纸打磨的只有一个方向上的划痕时，换较细的砂纸打磨，此时方向必须旋转90，当将前面的划痕完全盖住时，即可换另一张较细的砂纸打磨，以下操作依次进行。（5）用最后一张砂纸打磨石，可以水磨，磨完以后，表面平整无划痕方可。（6）用抛光机进行抛光，在抛光时，一边抛光，一边向抛光机上加水和抛光液，加水防止试样表面温度过高而氧化
8、，抛光液中有小颗粒，有助于试样抛光。（7）试样抛光以后表面光滑如镜且无划痕即可。5、腐蚀与拍照:（1)将抛光后的试样用酒精溶液清洗干净，然后用吹风机吹干；(2)把4的硝酸酒精溶液滴在试样表面，晃动使溶液均匀，便于腐蚀；(3)5-10分钟后用酒精溶液清洗试样，迅速用吹风机吹干；(4)将试样置于光学显微镜镜头上方，调整焦距，便可以在电脑上清晰地观察到试样的显微组织；(5)调整显微镜，使镜头上下左右移动，观察显微组织，选出(6)效果好的部分显微组织进行拍照；选出不同的放大倍数进行拍照，分别为200、500、1000倍；(7)拍完以后进行标注。六、 实验结果分析：1.观察和分析相同压下，不同冷却方式的
9、金相组织采用相同的压下，通过不同的冷却方式（空冷和水冷两种方式）来观察所获得的组织，分析组织不同的原因。图1为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数200倍，图2为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数500倍，图3为Q235钢1050加热，热轧钢压下率为40%，不同冷却方式的金相组织对比，放大倍数1000倍。a b 图（a）空冷组织放大200倍 图（b）水冷组织放大200倍 dc图（c）空冷组织放大500倍 图(d)水冷组织放大500倍f e图（e）空冷组织放大1000倍 图（f）水冷组织放大1000倍由
10、(a)(c)(e)图可以观察到黑色的珠光体和白色的铁素体。对于Q235钢来说，空冷属于正火，空冷后的组织就为珠光体和少量的铁素体。由于冷却的速度较快，所以组织中铁素体较少，珠光体组织较细。由图(b)(d)(f)可以观察到马氏体组织。对于Q235钢来说，水冷属于淬火。对淬火工艺而言，在钢加热到1050后，组织完全奥氏体化。其后冷却速度大于临界淬火速度，得到马氏体和残留奥氏体组织3。 2.分析造成金相组织不同的原因轧后冷却速度对轧后组织的影响： 图表六 普通碳素结构钢冷却曲线 由冷却曲线可知，不同的冷却速度对轧后组织有很大的影响。1号样为水冷，2号样为空冷。由于水冷冷却速度大于空冷冷却速度。根据冷
11、却曲线图可看出水冷冷却曲线不经过珠光体转变区和贝氏体转变区，直接降低到Ms点以下发生马氏体转变，得到淬火马氏体组织。2号样为空冷，空冷冷却曲线经过珠光体转变区，发生珠光体转变得到珠光体组织。3.分析不同冷却速度对硬度的影响 相同压下，不同冷却速度的硬度如图表七所示。 图表七 相同压下不同冷速的硬度量下压度硬冷却H140%H240%H340%空冷4841.549.5水冷86.58389.5 由图表七数据可知，相同压下量，水冷后得到的组织硬度比空冷的硬度高，冷却速度不一样钢发生固态转变的温度也不一样，得到的组织也有很大差异，一般来说冷却速度越快，钢转变的温度越低，转变后得到的组织的硬度也越高。主要
12、是因为转变温度越低，原子的活动能力也越低，得到的组织就越细，比如珠光体型组织的层片间距就随形成温度的降低而变小，如果冷却速度足够大就可以发生马氏体转变而得到马氏体，它的硬度会更高4。七、实验误差分析 （1）实验时轧制温度不够精确； （2）金相组织有黑点，腐蚀工作没有做好； （3）组织及晶界不太清楚，磨得不到位； （4）压下不够用精确导致误差； （5）从加热炉中取出时，可能有温降；八、总结三周的综合实验即将结束，从坯料加热到最后的观察组织，整个过程都使我受益匪浅，首先是制定实验的方案，通过查找书籍和搜索相关资料，整合优化，去伪存真，终于找到了适合的方案，然后又切身体会了制作样品的过程，亲自加热冷
13、却，结合书本的知识懂得了更多，了解的更深入，理论结合实际不断丰富了我的实践经验。在这三周里不仅巩固了知识，也提高了动手能力，并且让我懂得了做事情要有足够的耐心和细心。通过这三周的实验，我了解到了轧制的一般过程，学会了如何制备金相试样，以及如何观察金相组织。我自己也动手制备了金相试样，亲自操作金相显微镜观察金相组织并取得照片在实验的过程中，从磨样到观察组织，我反复做了好几次，特别是磨样时，总是出现划痕，而且腐蚀时总是掌握不好分寸。不过，最终还是成功的做出了试样。得到了正确的组织。实验的过程中，通过实际动手，我学会了使用加热炉、砂轮机、轧机、切割机、显微镜等设备。这次综合实验是我们将课本所学知识运用到实际中的大好机会，也确实获得了非常宝贵的实践经验，增强了自身的动手能力。最后，感谢郭瑞华老师在这三周里的指导和帮助，也感谢小组内其他成员的帮助。九、参考文献：1.杨淞波,王国文.Q235钢的特点分析与生产控制J.河南 冶金2006,14:1101112.崔忠圻,谭耀春.金属学与热处理M.哈尔滨工业大学, 机械工业出版社,20010.10;3.刘宗昌等.材料组织结构转变原理M.北京:冶金工业出 版社,2006. 94.颜飞 ,余驰斌 ,胡敏，等.Q235钢冷却过程中相变的研究 J. 湖北：武汉科技大学材料与冶金学院，2005,2:58；
