材料工程

综合实验报告

材控11-2班

碳钢的热处理操作、非平衡组织观察及硬度测定

一、实验目的

（1）了解碳钢的热处理操作；

（2）研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；

（3）观察热处理后钢的组织及其变化；

（4）了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。

二、实验内容概述

1．钢的热处理

热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作， 通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

       通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是 AC3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是 AC1+30~50℃，过共析钢的正火温度是 ACcm+30~50℃，保温时间根 据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

碳钢的过冷奥氏体在 Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。

碳钢的过冷奥氏体在 550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B 上）。在光学显 微镜下呈黑色羽毛状特征。过冷奥氏体在 350℃~Ms 之间等温得到黑 色针状的下贝氏体（B 下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细 小片状碳化物组成。

过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至 Ms 以下温度，将发生马氏 体转变，生成碳在α-Fe 中的过饱和固硝体——马氏体。常见的有板 条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为 0.2%~1.0%）。

随转变温度的降低钢的硬度升高。

普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。奥氏体化的钢在空气中冷却叫 正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。过冷奥氏体快冷（大于临界冷速）叫淬火，得到马氏体组织。淬火钢再加热到 A1 以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火 屈氏体和回火索氏体。

随冷却速度增加，钢的硬度升高。 硬度是指材料对另一更硬物体（钢球或金刚石压头）压入其表面 所表现的抵抗力。硬度的大小对于工件的使用性能及寿命具有决定性 意义。由于测量的方法不同常用的硬度指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬 度(HR)、维氏硬度(HV)和显微硬度(HV)。

布氏硬度适用于硬度较低的金属，如退火、正火的金属、铸铁及 有色金属的硬度测定。洛氏硬度又有 HRA、HRB、HRC 三种，其中 HRC 适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的硬度。维氏硬度测定的 硬度值比布氏、 洛氏硝确，可以测定从极软到极硬的各种材料的硬度， 但测定过程比较麻烦。 显微硬度用于测定显微组织中各种微小区域的 硬度，实质就是小负荷(≤9.8N)的维氏硬度试验，也用 HV 表示。

2．试样制备 ．

要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并用适当的方法显示出真实组织的试样。

本实验采用：

(1) 手工磨样

试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀，待磨面上旧 磨痕消失，新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸，并且试样转 90o 再磨。一般磨制到 4 号（粒度 800）砂纸即可。

(2) 抛光

本实验采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。 PG－2 金相制样 抛光机 化学抛光： 靠化学药剂对试样表面不均匀硝解而得到光亮的抛光 面，凸起部分硝解速度快，而凹下部分硝解速度慢。具体操作是用竹 筷夹住浸有抛光剂的棉球均匀的擦试磨面，待磨痕基本去掉后，立即 用水冲洗。 机械抛光：在专用的抛光机上进行，抛光织物（如呢料、金丝绒 等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮硝，试样轻压于旋转的抛光盘 上。靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用，得到平整、 光亮无划痕的磨面。

(3) 化学浸蚀

试样在浸蚀剂作用下，组织中电位低的部分为阳极，电位高的部 分为阴极，低电位处于硝解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳 钢常用 3~4%硝硝硝硝硝硝浸蚀。

3．观察金相显微组织 .

三、实验仪器设备

箱式电炉、硬度计、抛光机、金相显微镜、图像采集系统

四、实验内容与操作

1.钢的热处理

每人领一块试样，要求制定工艺进行热处理，编号，测定硬度，并且把结果记录与表中。

20#钢： 准备做螺钉、螺栓，但它的切削性能不好，不便于加工，为了便于加工，请同学们设计热处理工艺。

45#钢：做曲轴、齿轮，要有良好的综合机械性能，请同学们设计热处理工艺。

T10钢：做车道、钻头等，，请同学们设计热处理工艺。

2、试样

热处理后的试样手工磨制→水洗→机械抛光→水洗→浸蚀→水洗→滴酒精→吹干。

3、组织观察与显微摄影

制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时，动作轻、速度慢，由低倍到高倍进行观察，结合试样热处理工艺，观察与分析组织。

选择能说明组织特征的典型视场，确定合适的放大倍数及图像采集。

四、数据处理

            表1  热处理前各钢种硬度值

表2   试样热处理工艺及硬度值

20#钢处理如下：

     

1、放大倍数：100    4%硝酸酒精溶液                2、放大倍数：200    4%硝酸酒精溶液

        

3、

放大倍数：400    4%硝酸酒精溶液

对20#钢正火处理，880℃下加热15min,然后空冷处理。

其组织：白色部分为铁素体，黑色部分为索氏体。

观察图像可见有少量划痕，是制样时做的不够好。正火处理后钢的组织得到细化。正火处理前，钢的硬度为92.3HRB，正火处理后为78.3HRB，可见热处理后硬度值减小了。

 

45号钢

热处理方法：含碳量0.45%

加热方式：880℃  加热时间：20分钟

冷却方法：水冷

加热方式：600℃  加热时间：20分钟

冷却方式：水冷

 

放大倍数100  4%硝酸酒精溶液                       放大倍数200  4%硝酸酒精溶液

 

 

                放大倍数400  4%硝酸酒精溶液

T10钢

五、总结

通过这次实验，我们学到了很多。首先，我们了解了碳钢的热处理操作，并通过亲自动手实验分析研究了加热温度、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响。另外，我们还观察了热处理后钢的组织及其变化，并在老师的指导下了解了硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。

这次实验也让我们明白了科学需要严谨负责的态度，容不得一丝一毫的马虎，否则会导致整个实验的失败。不管是钢的热处理，还是制样、观察，都需要我们认认真真去完成，只有这样我们才能有所收获。同时，实验的成功离不开老师的悉心指导与小组成员的默契配合。

 

第二篇：常用工程材料试验

第一篇 原材料试验

一、水泥：（属工程重要原材料，进场时必须有厂家资质、合格证明和出厂试验报告，俗称3证）

1、 分类：市政工程常用的包括硅酸盐水泥（p.i）、普通硅酸盐水泥p.o、矿渣硅酸盐水泥（p.s）复合硅酸盐水泥（p.c）等。（可通过合格证获取）

2、 试验项目：必视项目包括强度（抗压强度、抗折强度）、凝结时间（初凝时间、终凝时间）、安定性。必要时可增加细度、化学指标和碱含量试验（高等级强度的重要结构如大桥的预应力箱梁）。

3、 抽样频率：按照同一厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，袋装水泥200t为一批，散装水泥500t为一批进行取样，每组样品从不同部位取等量水泥组成一个样品，样品不少于12kg。注：天津振兴水泥厂 的 普通硅酸盐水泥 42.5 批号 95500。关于样品数量，一袋水泥重约50kg，那么取1/3袋即可，但不是直接从一袋中取，而是从20个袋中取样，严禁直接取整袋未拆封水泥送样。另外对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过3个月应进行复验。如排水工程砌井水泥3月份进场100t，6月份没用完，如果继续用的话要求复试。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全称）路驰，委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），水泥的厂家-天津振兴、牌号-正通牌、品种普通硅酸盐水泥、等级42.5（ p.o42.5）、质量证明书号95500，代表批量（对于有些单位资金或其他问题总是小批量多次进水泥，30t一次，为减少试验费用，尽量要写多一些，最好含盖整个工程，但要小于200t，但也不能直接都写200t，对于一些小工程，也许总用量不足30t，若写200t就太离谱了，要尽量结合工程的实际情况），使用部位-检查井，检测项目-强度、凝结时间、安定性等，一般情况只作必试项目。在送样时为保证填写信息齐备，尽量附带水泥的出厂合格证。

二、砂（不需要3证）

1、 分类：按照来源可分为天然砂（河沙为主）和人工砂（机制砂）。按照粗细程度可分为粗砂、中砂、细砂，其中细砂只可用于强度等级小于c30的混凝土和砂浆，不宜用于更高标号的混凝土，于c30及以上等级的混凝土及抗冻、抗渗要求的混凝土宜用中砂，c60以上的用粗砂接触较少。实际操作中如有的排水工程中特型井有抗渗要求，凭经验进场的砂为细砂，就不要浪费试验费了，想办法用更粗的砂送检）

2、 试验项目：必试项目包括颗粒级配（俗称筛分）、含泥量和泥块含量。必要时进行堆积密度、坚固性、有害物质含量和碱活性检验（高等级强度的重要结构如大桥的预应力箱梁）。

3、 抽样频率：同一产地、同一规格600t或400m3为一批，质量稳定，大批进料时可1000t，从8个不同部位取样组成一个样品，不少于20kg，1/3袋即可，实际操作中，由于料堆较大，大料下滑，为使样品有代表性，应从上到下用掀取等量混合均匀，才能保证试验结果反映真实。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全称）路驰，委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），砂的产地-蓟县，种类-河沙，代表批量（道理同水泥，要尽量结合工程的实际情况，多写一些，但要小于600t），使用部位-检查井，检测项目-颗粒级配，含泥量，泥块含量。

三、碎石或卵石（不需要3证）

1、 分类：按技术要求分为1、2、3类（3类用于强度等级小于c30的混凝土，2类用于c30-c60或有抗冻及抗渗要求的混凝土，在实际操作中同砂）

2、 试验项目：颗粒级配（俗称筛分）、含泥量、泥块含量，必要时检查针片状颗粒含量和压碎值、软弱颗粒、坚固性、有害物质和碱活性试验,注：道路工程用碎石如石灰粉煤灰碎石、水泥稳定碎石，必试项目应包含针片状和压碎值。

3、 抽样频率：同砂，道路用碎石如可2000m3取2个样品。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全称）路驰，委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），砂的产地-蓟县，种类-碎石，代表批量（道理同水泥，要尽量结合工程的实际情况，多写

一些，但要小于600t），使用部位-检查井，检测项目-颗粒级配，含泥量，泥块含量。

四、钢材（属工程重要原材料，进场时必须有厂家资质、出厂合格证明即质量证明书）

1、 分类：市政工程常用主要是钢筋混凝土用钢（热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋和钢筋焊接网即俗称

钢筋网片）、预应力混凝土钢绞线、低碳钢热轧圆盘条。

2、 试验项目：a热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋力学试验（拉伸、弯曲试验），工艺性试验即焊接试验

（拉伸试验），如发现不合格，应进行化学试验。注：钢筋的试验如果不合格应双倍取样复试，如果2组结果都合格判定合格，如果仍有一组不合格或两组都不合格即判定不合格，应进行化学或其他专项检验。B预应力混凝土用钢绞线必试项目为拉伸试验，必要时做松弛试验。C钢筋焊接网必试项目为拉伸、弯曲试验和焊点的抗剪力检验。

3、 抽样频率：a热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋为同一生产厂、同一炉号、同一规格、同一交货状态下

60t一批。注：如厂家：天津轧三钢铁厂、规格ii级热轧带肋钢筋（HRB335）、直径20mm，当其中一个发生变化时，就应进行试验，取样数量为每组样品2根弯曲试验，2根拉伸试验，取样长度分别为5d+150mm 2根，10d+150两根共同组成一组样品（d为钢筋直径），实际操作过程中简化取样方法，也可以不按照直径直接取350mm2根，500mm2根组成一组样品。焊接试验应按照双面搭接焊或单面焊取，若为双面搭接焊的焊口搭接长度为5d，单面焊为10d，整个焊件长度为mm，取3根组成一组样品，做拉伸试验。B钢绞线最大批量为60t，取样长度为1200mm共3根组成一组样品做拉伸试验。C钢筋焊接网的最大批量为30t，取焊接网的不同部位焊件6-9个组成一个样品进行力学和焊点抗剪力试验。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），钢筋厂家-天津轧三钢铁集团，种类-ii级热轧带肋钢筋，直径20mm，质量证明书号：121212，代表批量（要尽量结合工程的实际情况，多写一些，但要小于60t），使用部位-灌注桩，检测项目-拉伸、弯曲试验，如进行焊接试验应填写焊接形式如：双面搭接焊，代表接头数：300个，焊接操作人：王某（注一定要有焊工的上岗证）。钢筋焊接网和钢绞线的填写与热轧带肋钢筋区别只是试验项目不同，在送样时为保证填写信息齐备，尽量附带钢筋的质量证明书。

五、石灰（一般指道路用石灰）

1、 分类：生石灰和消石灰，生石灰是未进行消解的石灰块，消石灰是已经消解完成的粉状石灰，有

分钙质生石灰、镁质生石灰钙质消石灰、镁质消石灰，石灰分为i级、ii级、iii级和等外灰，一般道路要求石灰标准不得低于iii石灰，等外灰不得用于道路结构层。

2、 试验项目：试验项目：有效钙和氧化镁含量、未消化残渣含量。

3、 抽样频率：同一产地、同一批进场的100t为一批，从料堆不同部位取样混合后3kg组成一组样品

进行试验（大约为超市的大、中号塑料袋一袋），为保证试验结果，尽量取生石灰进行试验，因为消石灰消解后时间长了容易不合格。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），石灰产地-蓟县，种类-生石灰，代表批量（要尽量结合工程的实际情况，多写一些，但要小于100t），使用部位-道路路基、底基层、基层，检测项目-有效钙和氧化镁含量，未消化残渣含量。

六、粉煤灰（一般指道路用粉煤灰）

1、 分类：干排灰、湿排灰、增钙粉煤灰。

2、 试验项目：二氧化硅+三氧化二铝+三氧化二铁（sio2+Al203+Fe2o3），烧矢量，含水量。

3、 抽样频率：同一产地、同等级连续供应的粉煤灰为一批，从料堆不同部位取样混合后3kg组成一

组样品进行试验（大约为超市的大、中号塑料袋一袋）

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），粉煤灰产地-天津大港，使用部位-道路底基层、基层，检测项目-有二氧化硅+三氧化二铝+三氧化二铁（sio2+Al203+Fe2o3），烧矢量，含水量。

七、土工格栅

1、 分类：土工布、土工膜、特种土工材料、土工复合材料，市政工程常用土工格栅，包括聚丙烯土

工格栅（路基搭茬常用）、玻纤土工格栅（路面搭茬常用）。

2、 试验项目：纵横向极限抗拉强度和伸长率，纵横向2%和5%伸长率时的拉伸力；玻纤土工格栅还

应测拉伸断裂强度和断裂伸长率。

3、 抽样频率：同一配方、同一规格、同一工艺连续生产500卷为1批，取1m2作为样品进行检验。

注实际操作中，一般同一个厂家进场的土工格栅只作一次试验即可。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），土工格栅厂家-河北旭日，规格-20cm*20cm，使用部位-道路路基搭茬，检测项目-纵横向极限抗拉强度和伸长率，纵横向2%和5%伸长率时的拉伸力。

八、沥青（主要指石油沥青）

1、 分类：道路石油沥青（主要用于道路面层），道路乳化沥青（主要用于透层），聚合物改性沥青（主

要用于道路表面层，改善面层高温稳定性等功能），主要介绍道路使用沥青。

2、 试验项目：针入度、软化点、延度、含蜡量、闪点、溶解度、密度、老化试验（俗称八大指标），

一般首次进场应全部进行检测，使用过程中的常规检测可只检测前三项即针入度、软化点、延度（俗称三大指标）

3、 抽样频率：同一产地、同一标号、同一批连续出厂的为1批，首次进场应全部进行检测，以后每

100t进行一次常规化验，即三大指标。取样可将沥青罐加热后采用专门沥青样筒装（加盖），无条件时可采用家庭用不锈钢奶锅取一锅，冷却凝固后再送检，防止烫伤。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），石油沥青产地-滨州，规格-石油沥青A-90，代表批量（一般写最大批量100t）使用部位-道路面层，检测项目-针入度、软化点、延度、含蜡量、闪点、溶解度、密度、老化试验。

九、砖（主要指烧结普通砖）

1、 分类：页岩砖俗称红砖、粉煤灰砖、煤矸石砖，抗压强度分别为MU10，MU15， MU20， MU25，

MU30五个等级。

2、 试验项目：强度等级。

3、 抽样频率：每3.5-15万块为一批，当砖厂生产能力大时取15万，生产能力小时取低限3.5万。随

机抽取外观完整的10-15块组成一组样品送检，注：不得缺楞少角，一定外形完整。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），砖厂家-西青，规格-页岩砖，代表批量（结合工地实际情况，一般写最大批量15万块），使用部位-检查井，检测项目-抗压强度。

十、土

1、 分类：

2、 试验项目：液限、塑限、塑性指数，俗称液塑限。

3、 抽样频率：每5000m3或土质有变化时取样一次，取超市大号塑料袋1袋，实际操作过程中一般一

条路只作一次或路基一次，结构层一次共两次。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全

称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），使用部位-路基、底基层、基层，检测项目-液限、塑限、塑性指数。

注：1、所有试验取样时不得从一处或某一袋中直接取样送检，应从多处不同部位或不同包装袋中取相同数量且一定要混合后再送检，保证所取样品有代表性。

2、水泥、钢筋、土工格栅、砖送检时尽量带合格证或质量证明件，以防填写信息不全。

第二篇 成品及半成品试验

一、沥青混合料

1、 分类：市政工程常用沥青混合料为AC-25（底面层）、 AC-20（底、中面层） 、AC-13（表面层），其组成包括沥青、碎石、砂、石屑、矿粉等。

2、 试验项目：密度试验、矿料级配检验、沥青含量、稳定度、流值等

3、 抽样频率：同一台拌和机械1台班检测一次，数量为四筒装5升食用油的纸盒2/3盒。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），沥青混合料的类型-AC-20，生产厂家：二沥青拌和站，使用部位-底面层，检测项目-密度试验、矿料级配检验、沥青含量、稳定度、流值。

二、小型混凝土构件（提供厂家资质和产品合格证明件）

1、 分类：主要包含路缘石（侧石、包角石、平石）、混凝土路面砖等。

2、 试验项目：路缘石检测抗压强度；路面砖检测抗压强度或抗折强度，要看设计图纸的要求是抗压或抗折强度。

3、 抽样频率：路缘石同一类别、同一规格每2万块为一批，取3块组成一组样品，路面砖同一类别、同一规格每2万块为一批，取5块做抗压或抗折试验。

4、 送检试验需提供的信息：委托单位-天津市路驰建设工程监理有限公司（注：一定是中标单位的全称），委托人-张某，委托日期，联系电话（方便实验室就样品的不合格告知及其他问题进行联系），生产厂家-蓟县玉富构件厂，使用部位-路缘石，规格-15cm*45cm*80cm，检测项目-液限、塑限、塑性指数。

三、排水管材及配件（提供厂家资质和产品合格证明件）

1、 排水管材：钢筋混凝土管、混凝土管，钢筋混凝土按外压荷载等级分为i级、ii级、iii级。

2、 试验项目：内水压力、外压荷载试验（俗称内外压试验）。

3、 抽样频率：钢筋混凝土管按同一厂家、同一规格300-600mm为800根1批，700-1350mm为700根1批，1500mm-3000mm为600根1批，每批由2根管组成；检查井盖、井蓖等按同一厂家、同一规格每100套为1批，每批由2套组成。

4、