金属材料工程《综合课程设计I》

1、 理学院金属材料专业综合课程设计一 1 实训目的 通过训练，使学生把课堂上所学的基本理论、基本知识和基本技能应用于实践中，从而巩固和提高学生的专业水平、培养学生的实际动手和独立工作能力。为学生毕业择业、适应社会、服务社会打下良好基础。2 实训地点 理学院三坡八栋一楼材料工程实验室101,104,117,118,119,120,122室等。3 实训时间本课程设计实训时间安排在开课学期考试周前两周进行，由实训班级学习委员协助教师完成分组（具体分组数目和学生名单按实际班级），提前通知各位学生，了解时间地点内容安排及相关指导教师。指导教师应提前一周以上做好相应的准备工作。时间初定为：周一、周二、周三下

2、午。请准时。每次一个大组参加。4 实训对象金属材料专业各班学生实验分组：分为6个大组，一组10人。一大组可以分为3个小组，每小组3-4人。5 指导教师梁建烈、祝金明、尹彩流、蒙洁丽、朱其明、陈 玲、蓝 奇、崔雪鸿、李光丰6 实训纪律和守则一、学生在实训期间必须遵纪守法，讲文明、讲礼貌，虚心好学，充分展现一名当代大学生应有的良好精神风貌。要按指定的时间进行实验。准时进入实验室，不得迟到、早退,各组组长要认真做好实习期的考勤。二、每次实验前，要仔细阅读实验指导书，基本了解实验内容，目的，实验步骤及机器和仪器的主要原理与使用方法等。三、以小组为单位进行实验。小组长负责管理使用的设备，并组织分工和统一

3、指挥。四、要爱护实验室的一切设备，非指定使用的机器设备不得乱动，以免发生危险或损坏事故。五、在实验过程中，如机器或仪器发生故障应立即向实验指导人员报告，进行检查以便及时排除故障，保证实验的正常进行。六、实验结束后，要清理机器、仪器工具。如有损坏、应及时向实验指导人员报告，听候处理。七、要保持实验室的清洁和安静，养成良好的科学作风。八、实验完毕后，要认真做好实验报告，并对存在问题进行讨论。九、实训结束，学生要认真写个人实训总结及自评实习成绩（分优秀、良好、中等、及格、不及格等五个等级），指导教师要根据学生实训期间的表现等情况写出实训评语和实训成绩（分优秀、良好、中等、及格、不及格等五个等级）。7

4、 考核要求要求同学在实训期间，认真学习，弄清原理，掌握相关器件的工作方法及维护维修要求，熟练使用仪器设备。安全完成实训任务。指导教师应分组分段讲解，分段考核，实际考核同学的动手实践能力。实习结束后，根据同学的实训表现（含考勤、规范操作、遵守实验室安全制度等）（30%）、要求：请参加实训的同学按时向指导老师报到，作为考勤凭证。实验报告（30%）、要求：实验报告必须手写，实验图片打印粘贴在报告相关处。分组考核成绩（40%）综合给出同学本次实训成绩。考核要求：实训结束，报告提交后选定时间分三大组在对应指导老师处进行考核。8 训练实习内容8.1 金相显微镜的使用及金相试样的制备8.1.1实验目的1）&

5、#160; 掌握金相试样制备的基本方法2）  掌握金相显微镜的使用方法8.1.2原理概述（一）金相显微镜的构造光学金相显微镜的构造一般包括放大系统、光路系统和机械系统三部分，其中放大系统是显微镜的关键部分。(二) 使用显微镜时应注意的事项l)操作者的手必须洗净擦干，并保持环境的清洁、并保持环境的清洁、干燥； 2)用低压钨丝灯泡作光源时，接通电源必须通过变压器，切不可误接在220V电源上；3)更换物镜、目镜时要格外小心，严防失手落地；4)调节物体和物镜前透镜间轴向距离(以下简称聚焦)时，必须首先弄清粗调旋钮转向与载物台升降方向的关系。初学者应该先用粗调旋钮将物镜调至尽量靠近物体，但绝不

6、可接触。然后仔细观察视场内的亮度并同时用粗调旋钮缓慢将物镜向远离物体方向调节。待视场内忽然变得明亮甚至出现映象时，换用微调旋钮调至映象最清晰为止。6)用油系物镜时，滴油量不宜过多，用完后必须立即用二甲苯洗净、擦干；7)待观察的试样必须完全吹干，用氢氟酸浸蚀过的试样吹干时间要长些，因氢氟酸对镜片有严重腐蚀作用。（三）金相试样制备金相试样制备过程一般包括：取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步骤。1. 镶嵌从需要检测的金属材料和零件上截取试样称为"取样"。取样的部位和磨面的选择必须根据分析要求而定。截取方法有多种，对于软材料可以用锯、车、刨等方法；对于硬材料可以用砂轮切片机或线切割

7、机等切割的方法，对于硬而脆的材料可以用锤击的方法。无论用哪种方法都应注意，尽量避免和减轻因塑性变形或受热引起的组织失真现象。试样的尺寸并无统一规定，从便于握持和磨制角度考虑，一般直径或边长为1520mm，高为1218mm比较适宜。对那些尺寸过小、形状不规则和需要保护边缘的试样，可以采取镶嵌或机械夹持的办法。金相试样的镶嵌，是利用热塑性塑料(如聚氯乙烯)，热凝性塑料(如胶木粉)以及冷凝性塑料(如环氧树脂+固化剂)作为填料进行的。前两种属于热镶填料，热镶必须在专用设备一镶嵌机上进行。第三种属于冷镶填料，冷镶方法不需要专用设备，只将适宜尺寸(约l520mm)的钢管、塑料管或纸壳管放在平滑的塑料(或玻

8、璃)板上，试样置于管内待磨面朝下倒入填料，放置一段时间凝固硬化即可。2.粗磨粗磨的目的主要有以下三点：1)修整 有些试样，例如用锤击法敲下来的试样，形状很不规则，必须经过粗磨，修整为规则形状的试样；2)磨平 无论用什么方法取样，切口往往不十分平滑，为了将观察面磨平，同时去掉切割时产生的变形层，必须进行粗磨；3)倒角 在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。黑色金属材料的粗磨在砂轮机上进行，具体操作方法是将试样牢牢地捏住，用砂轮的侧面磨制。在试样与砂轮接触的一瞬间，尽量使磨面与砂轮面平行，用力不可过大。由于磨削力的作用往往出现试样磨面的上半部分磨削量偏大，故需人为

9、地进行调整，尽量加大试样下半部分的压力，以求整个磨面均匀受力。另外在磨制过程中，试样必须沿砂轮的径向往复缓慢移动，防止砂轮表面形成凹沟。必须指出的是，磨削过程会使试样表面温度骤然升高，只有不断地将试样浸水冷却，才能防止组织发生变化。砂轮机转速比较快，一般2850r/min，工作者不应站在砂轮的正前方，以防被飞出物击伤。操作时严禁戴手套，以免手被卷入砂轮机。3.细磨粗磨后的试样，磨面上仍有较粗较深的磨痕，为了消除这些磨痕必须进行细磨。细磨，可分为手工磨和机械磨两种。（1）手工磨手工磨是将砂纸铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样在砂纸上作单向推磨。用砂轮粗磨后的试样，要依次由01号磨至05号(

10、或06号)。操作时必须注意：1)加在试样上的力要均匀，使整个磨面都能磨到；2)在同一张砂纸上磨痕方向耍一致，并与前一道砂纸磨痕方向垂直。待前一道砂纸磨痕完全消失时才能换用下一道砂纸。3)每次更换砂纸时，必须将试样、玻璃板清理干净，以防将租砂粒带到细砂纸上。4)磨制时不可用力过大，否则一方面因磨痕过深增加下一道磨制的困难，另一方面因表面变形严重影响组织真实性。5)砂纸的砂粒变钝磨削作用明显下降时，不宜继续使用，否则砂粒在金属表面产生的滚压会增加表面变形。6)磨制铜、铝及其合金等软材料时，用力更要轻，可同时在砂纸上滴些煤油，以防脱落砂粒嵌入金属表面。（2）机械磨目前普遍使用的机械磨设备是预磨机。电

11、动机带动铺着水砂纸的圆盘转动，磨制时，将试样沿盘的径向来回移动，用力要均匀，边磨边用水冲。水流既起到冷却试样的作用，又可以借助离心力将脱落砂粒、磨屑等不断地冲到转盘边缘。机械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不够好，表面变形层也比较严重。因此要求较高的或材质较软的试样应该采用手工磨制。4.抛光抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到光亮无痕的镜面。抛光的方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种，其中最常用的是机械抛光。机械抛光在抛光机上进行，将抛光织物(粗抛常用帆布，精抛常用毛呢)用水浸湿、铺平、绷紧并固定在抛光盘上。启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液(氧化铝、氧化铬或氧化

12、铁抛光粉加水的悬浮液)滴洒在盘上即可进行抛光，抛光时应注意：1)试样沿盘的径向往返缓慢移动，同时逆抛光盘转向自转，待抛光快结束时作短时定位轻抛。2)在抛光过程中，要经常滴加适量的抛光液或清水，以保持抛光盘的湿度，如发现抛光盘过脏或带有粗大颗粒时，必须将其冲刷干净后再继续使用。3)抛光时间应尽量缩短，不可过长，为满足这一要求可分粗抛和精抛两步进行。4抛有色金属(如铜、铝及其合金等)时，最好在抛光盘上涂少许肥皂或滴加适量的肥皂水。机械抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部分。抛光时，抛光织物纤维带动稀疏分布的极微细的磨料颗粒产生磨削作用，将试样抛光。目前，人造金刚石研磨膏

13、(最常用的有W0.5 W1.0 W15 W25 W3.5五种规格的溶水性研磨膏)代替抛光液，正得到日益广泛的应用。用极少的研磨膏均匀涂在抛光织物上进行抛光，抛光速度快，质量也好。5.浸蚀抛光后的试样在金相显微镜下观察，只能看到光亮的磨面，如果有划痕、水迹或材料中的非金属夹杂物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要分析金相, 组织还必须进行浸蚀。浸蚀的方法有多种，最常用的是化学浸蚀法，利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学浸蚀作用将组织显露出来。纯金属(或单相均匀固溶体)的浸蚀基本上为化学溶解过程。位于晶界处的原子和晶粒内部原子相比，自由能较高，稳定性较差，故易受浸蚀形成凹沟。晶粒内部被浸蚀程度较轻，

14、大体上仍保持原抛光平面。在明场下观察，可以看到一个个晶粒被晶界(黑色网络)隔开。如浸蚀较深，还可以发现各个晶粒明暗程度不同的现象，这是因为每个晶粒原子排列的位向不同，浸蚀后，以最密排面为主的外露面与原抛光面之间倾斜程度不同的缘故。两相合金的浸蚀与单相合金不同，它主要是一个电化学浸没过程，在相同的浸蚀条件下，具有较高负电位的相(微电池阳极)被迅速溶解凹陷下去；具有较高正电位的相(微电池阴极)在正常电化学作用下不被浸蚀，保持原有的光滑平面。结果产生了两相之间的高度差。以共析碳钢层状珠光体浸蚀为例，层状珠光体是铁素体与渗碳体相间隔的层状组织浸蚀过程中，因铁素体具有较高的负电位而被溶解，渗碳体因具有较

15、高的正电位而被保护，另外在两相交界处铁素体一侧因被严重浸蚀形成凹沟。这样在显微镜下可以看到渗碳体周围有一黑圈，显示出两相的存在。多相合金的浸蚀，同样也是一个电化学溶解过程，原理与两相合金相同。但多相合金的组成相比较复杂，用一种浸蚀剂来显示多种相是难以作到的，只有采用选择浸蚀法及薄膜浸蚀法等专门方法才行。化学浸蚀的方法虽然很简单，但是只有认真对待才能制备出高质量的试样。将抛光后的试样用水冲洗同时用脱脂棉擦净磨面，然后用滤纸吸去磨面上过多的水，吹干后用显微镜检查磨面上是否有道痕、水迹等。同时证明未经过浸蚀的试样是无法分析组织的。经检查后合格的试样可以放在浸蚀剂中，抛光面朝上，不断观察表面颜色的变化

16、。这是浸蚀法。也可以用沾有浸蚀剂的棉花轻轻擦拭抛光面，观察表面颜色的变化。此为擦蚀法。待试样表面被浸蚀得略显灰暗时即刻取出，用流动水冲洗后在浸蚀面上滴些酒精，再用滤纸吸去过多的水和酒精，迅速用吹风机吹干，完成整个制备试样的过程。8.1.3实验内容1)观察金相显微镜的构造与光路；2)操作显微镜，比较熟练地掌握聚焦方法，了解孔径光阑、视场光阑和滤光片的作用；3)熟悉物镜、目镜上的标志并合理选配物镜和目镜；4)分别在明场照明和暗场照明下观察同一试样，分析组织特征及成因；5)借助物镜测微器确定目镜测微器的格值。6)按粗磨细磨机械抛光浸蚀的步骤制备金相试样； 7)对比观察浸蚀前，浸蚀后试样的金相形貌。8

17、.1.4材料及设备1)金相显微镜构造与光路图；2)作为教具的可拆显微镜12台；3)练习操作的金相显微镜(至少配备2个物镜和2个目镜)1015台；4)备有暗场照明装置的金相显微镜23台；5)配备测微目镜和物镜测微器的金相显微镜23台；6)供观察的金相试样。7)待磨试样、砂轮机、金相砂纸及玻璃板、抛光机、抛光液、吹风机、金相显微镜、浸蚀剂、酒精、夹子、脱脂棉、吸水纸。8.1.5实验步骤1)理解金相显微镜的原理、构造、使用与维护； 2)在具体了解了某台显微镜构造和光路的基础上反复练习聚焦，直到熟练掌握；3)反复改变孔径光阑、视场光阑的大小，加或不加滤光片，观察同一视场映象的清晰程度；4)将同一试样分

18、别放在明场照明和暗场照明显微镜上进行对比观察，并画出所观察的组织图；5)借助物镜测微器确定目镜测微器的格值，并按要求对组织进行实地测量；6磨样 领取待磨试梓，用砂轮机粗磨，用金相砂纸细磨，进行机械抛光； 7)浸蚀前观察 对抛光后洗净，吹干的试样进行浸蚀前的检查；8)浸蚀 将抛光合格的试样置于浸蚀剂中浸蚀；9)观察金相组织 对浸蚀后的试样进行观察，联系化学浸蚀原理对组织形态进行分析。如浸蚀程度过浅，可重新浸蚀；若过深，待重新抛光后才能浸蚀；若变形层严重，反复抛光一浸蚀12次后再观察组织清晰度的变化。8.2 金属材料的硬度实验8.2.1实验目的1、 了解硬度测定的基本原理及应用范围。2、 了解布氏

19、、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。8.2.2概述金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外硬度与其他机械性能（如强度指标Rm/ b及塑性指标A/和Z/）之间有着一定的内在联系。所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。测量硬度的方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。压入法硬度试验的主要特点是： 实验时应力状态最软，（即最大切应力远远大于最大正应力）因而不论

20、是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。 金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系： b=K*HB 式中： b 材料的抗拉强度值； HB布氏硬度值 K 系数 退火状态的碳钢 K0.340.36 合金调质钢 K0.330.35 有色金属合金 K0.330.53 硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有一定的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 硬度测量后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 设备简单，操作迅速方便。8.2.3布氏硬度试验8.2.3.1布氏硬度试验的基本原理布氏硬度

21、试验是施加一定大小的载荷P，将直径为D的钢球压入被测金属表面（如图3-1所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F凹 求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB表示。 图3-1 布氏硬度试验原理图其计算公式如下： HBP/F凹 （3-1）式中： HB布氏硬度值； P载荷（Kgf）；（1 Kgf9.8N） F凹凹痕面积（mm2）。根据压痕面积和球面之比等于压痕深度和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面积为： (3-2)式中：D钢球直径（mm）； h压痕深度（mm）由于测量压痕直径d要比测定压痕深度h容易，故可将（3-1）式中h改换成d来表示，这可根

22、据图3-1(b) 中Oab的关系求出。 (3-3)将式（3-2）和（3-3）代入式（3-1）即得： (3-4) 式中只有d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知D和P值就可计算出HB值。在实际测量时，可由测出之压痕直径d直接查表得到HB值。由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若只采用同一种载荷（如3000kgf）和钢球直径（如10mm）时，则对硬的金属适合，而对极软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚的工件适合，则对于薄件会出现压透的可能，所以在测定不同材料的布氏硬度值时就要求有不同的载荷P和钢球直径D。为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使P和D之间维持某一比

23、值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是压入角保持不变。根据相似原理由图3-1（b）中可知d和的关系是： (3-5)以此代入式（3-4）得： (3-6)式（3-6）说明，当值为常数时，为使HB值相同，也就保持为一定值。因此对同一材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要能满足=常数，所得的HB值是一样的。对不同材料来说，所得的HB值也是可以进行比较的。按照GB231-63规定，比值有30、10和2.5三种，具体试验数据和适用范围可参考表3-1。表3-1 布氏硬度试验规范材料硬度范围（HB）试样厚度(mm)P/D2钢球直径D(mm)载荷P(kgf)载荷保持时间(s)黑色

24、金属140-4501406-34- 2<2>66-3<330101052.51052.53000750187.5100025062.51010铜合金及镁合金36-130>66-3<3101052.5100025062.530铝合金及轴承合金8-35>66-3<32.51052.525062.515.6608.2.3.2布氏硬度试验机的结构和操作1、HB-3000型布氏硬度试验机的外形结构如图3-2所示。其主要部件及作用如下：（1）机体与工作台：硬度机有铸铁机体，在机体前台面上安装了丝杠座，其中装有丝杠，丝杠上装立柱和工作台，可上下移动。（2）杠杆机构：

25、杠杆系统通过电动机可将载荷自动加在试样上。（3）压轴部分：用以保证工作时试样与压头中心对准。（4）减速器部分：带动曲柄及曲柄连杆，在电机转动及反转时，将载荷加到压轴上或从压轴上卸除。（5）换向开关系统：是控制电机回转方向的装置，使加、卸载荷自动进行。图3-2 HB-3000布氏硬度试验机外形结构图1指示灯；2压头；3工作台；4立柱；5丝杠；6手轮；7载荷砝码；8压紧螺钉；9时间定位器；10加载按钮2、操作前的准备工作：（1）根据表3-1选择压头，且将压头擦拭干净，装入主轴衬套中。（2）根据表3-1选定载荷，加上相应的砝码。（3）安装工作台。当试样高度120mm时，应将立柱安装在升降螺杆上，然后

26、安装好工作台进行试验。（4）根据表3-1确定持续时间T，然后将压紧螺钉拧松，把圆盘上的时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上。（5）接通电源，打开指示灯，证明通电正常。3、操作程序：（1）将试样放在工作台上，顺时针方向旋转手轮，工作台上升，使压头压向试样表面直到手轮与下面螺母产生相对滑动为止。（2）按动加载按钮，启动电动机，即开始加载荷。此时因压紧螺钉已拧松，圆盘并不转动，当红色指示灯闪亮时，迅速拧紧压紧螺钉，使圆盘转动。达到所要求的持续时间后，转动自动停止。（3）逆时针方向旋转手轮，使工作台降下。取下试样用读数显微镜测量压痕直径d值，并查表确定硬度HB数值。4、注意事项（1）安装

27、砝码时，一定将吊杆的本身重量187.5公斤加进去。（2）试样厚度应不小于压痕直径的10倍。试验后，试样背面及边缘呈显变形痕迹时，则试验无效。（3）压痕直径d应在以下范围内，否则无效。0.24D<d<0.6D（4）压痕中心至试样边缘应大于D，两压痕中心大于2D。（5）试样表面必须平整光洁无氧化皮，以使压痕边缘清晰，保证精确测量压痕直径d。（6）用显微镜测量压痕直径d时，应从相互垂直的两个方向上读取，取其平均值。HB-3000B、HB-3000C是在HB-3000基础上改进的，具有比HB-3000硬度计操作更方便、测量更精确等特点。8.2.4洛氏硬度8.2.4.1 洛氏硬度试验的基本原

28、理 洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其试验原理如图3-3所示。图3-3 洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是顶角为120°的金刚石圆锥，另一种是直径为1/16"（1.588mm）的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，最常用的是HRA、HRB和HRC。这三种洛氏硬度的压头、负荷及使用范围列于表3-2。 表3-2 常见洛氏硬度的试验规范及使用范围标尺所用符号/压头总负荷kgf表盘上刻度颜色测量范围相当维氏硬度值应用范围HRA 金刚石圆锥60黑色70-85390-900

29、碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化层HRB1/16"钢球100红色25-10060-240软钢（退火态、低碳钢正火态）、铝合金HRC金刚石圆锥150黑色20-67249-900淬火钢、调质钢、深层表面硬化层表注： (1)金刚石圆锥的顶角为120°+30'，顶角圆弧半径为0.21±0.01mm(2)初负荷均为10公斤图3-4 H-100型洛氏硬度试验机结构图1支点；2指示器；3压头；4试样；5试样台；6螺杆；7手轮；8弹簧；9按钮；10杠杆；11纵杆；12重锤；13齿轮；14油压缓冲器；15插销；16转盘；17小齿轮；18扇齿轮洛氏硬度测定时，需要先

30、后两次施加载荷（初载荷及主载荷），预加载荷的目的是使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确。图3-3中0-0位置为未加载荷时的压头位置，1-1位置为加上10 Kgf预加载荷后的位置，此时压入深度为h1，2-2位置为加上主载荷后的位置，此时压入深度为h2，h2包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形，卸除主载荷后，由于弹性变形恢复而稍提高到3-3位置，此时压头的实际压入深度为h3。洛氏硬度就是以主载荷所引起的残余压入深度（h=h3-h1）来表示。但这样直接以压入深度的大小表示硬度，将会出现硬的金属硬度值小，而软的金属硬度值大的现象，这与布氏硬度所标志的硬度值大小的概念相矛盾。为了与习惯上数值越大

31、硬度越高的概念相一致，采用一常数（K）减去（h3-h1）的差值表示硬度值。为简便起见又规定每0.002mm压入深度作为一个硬度单位（即刻度盘上一小格）。洛氏硬度值的计算公式如下： 式中：h1预加载荷压入试样的深度（mm）；h3卸除主载荷后压入试样的深度（mm）；K常数，采用金刚石圆锥时K0.2（用于HRA、HRC）；采用钢球时K0.26（用于HRB）。 因此上式可改为： HRC（或HRA） HRB 8.2.4.2洛氏硬度试验机的结构和操作1、H-100型杠杆式洛氏硬度试验机的结构如图3-4所示，其主要部分及作用如下：（1）机体及工作台：试验机有坚固的铸铁机体，在机体前面安装有不同形状的工作台，

32、通过手轮的转动，借助螺杆的上下移动而使工作台上升或下降。（2）加载机构：由加载杠杆（横杆）及挂重架（纵杆）等组成，通过杠杆系统将载荷传至压头而压入试样，借扇形齿轮的转动可完成加载和卸载任务。（3）千分表指示盘：通过刻度盘指示各种不同的硬度值（如图3-5所示）。图3-5 洛氏硬度指示盘2、操作规程：（1）根据试样预期硬度按表3-2确定压头和载荷，并装入试样机。（2）将试样置于工作台上，顺时针旋转手轮，使试样与压头缓慢接触，直到表盘小指针指在“3”或“小红点”处，此时即已预加载荷10Kgf。然后将表盘大指针调整至零点（HRA、HRC零点为0，HRB零点为30），稍差一些可转动读数盘调整对准。（3）

33、向前拉动右侧下方水平方向的手柄，以施加主载荷。（4）当指示器指针停稳后，将右后方弧形手柄向后推，卸除主载荷。（5）读数。采用金刚石压头（HRA、HRC）时读外圈黑字，采用钢球压头（HRB）时读内圈红字。（6）逆时针旋转手轮，使工作台下降，取下试样，测试完毕。3、注意事项：（1）试样表面需平整光洁，不得带有油、氧化皮、裂缝、凹坑等。可用细砂轮或砂纸将工件表面磨平，磨制过程中工件表面温度不得超过150。（2）根据工件的大小与形状选择适当的工作台，以保证试件能平稳的安放在工作台上，并使被测表面与压头保持垂直。（3）根据被测金属材料的硬度高低，按表3-2选择压头、载荷。（4）试样厚度应不小于压痕深度的

34、10倍。两相邻压痕中心距离及压痕中心至试样边缘的距离不应小于3mm。（5）加载时力的作用线必须垂直于试样表面。4、洛氏硬度计的校验与调试：（1）先检查硬度计安装是否平稳，把水平仪放在大工作台上检查水平（0.3/1000毫米以内）。（2）检查与调试加载速度，在100公斤载荷空程（即未接触工件）时，行程时间规定为4-6秒。如果发现太快或太慢，可将缓冲器油的螺母旋出或旋入一些。（3）调试：按标准块检查硬度示值超差时，可以调整测量杠杆的放大倍数。将调整螺母松开，向后移动调整板，增加放大倍数，会使硬度值变低；反之，向前移动调整板，减少放大倍数，硬度值变高，再把螺钉拧紧，再用标准块检查，直到合格为止。必须

35、指出，有些硬度计由于预载荷、主载荷不准确或刀口磨损，甚至结构不合理，此时单靠调试测量杠杆可能达不到目的，应送生产厂修理或调试。全洛氏硬度计操作说明：全洛氏硬度计用途比较广泛，它可以测量金属、硬纸板、塑料等；根据工件的材质，事先设置压头及载荷大小，TH-300洛氏硬度计采用洛氏测量原理，具有测量精度高，测量范围宽，主试验力自动加卸载，测量结果数字显示并自动打印。有以下特点：（1）结构独特 本硬度计采用特殊的压头结构，可以测试普通硬度计无法测到的表面，如环状、管状零件内表面。（2）测量范围宽 可测HRA、HRB、HRC、HRE、HRF、HRG、HRH、HRK、HRL、HRM、HRP、HRS、HRV

36、共15种标尺的硬度。（3）辅助功能强 除一般硬度值测试外，具有以下辅助功能：上下线设置、超差判断报警、数据统计、求平均值、最大最小值；标尺转换，可将测试结果转换为HB、HV、HLD以及强度b；曲面修正等。8.2.5实验用设备、材料 1、设备如下：HR-150A型洛氏硬度计HB-3000B型布氏硬度计 2、标准硬度块若干20#、45#、60#、T8、T10正火态试样若干；20#、45#、T10 淬火态试样若干；经抛光的45号钢正火态试样若干。树脂块若干。8.2.6实验内容 1、布氏硬度测量 取正火钢20、45、T10及铸铁试样各一个，打出压痕，并从相互垂直的两个方向上测量压痕直径，取其平均值，查

37、表求得HBS值，将数据填入表1中。 表1 布氏硬度实验结果（正火态） 材料2045T10铸铁压痕直径/mm123平均123平均123平均123平均/HBS 2、洛氏硬度测量 取淬火态20、45、T8试样各一个，用洛氏硬度计测量硬度值，将数据填入表2中。 表2 洛氏硬度实验结果（淬火态） 材料2045T8HRC123平均123平均123平均换算成HBS/8.2.7实验报告要求 1、实验目的 2、简述布氏和洛氏硬度试验原理。 3、简述布氏、洛氏硬度试验机的结构、操作步骤及注意事项。 4、将各试样的硬度测量结果填入上述表中。8.3热处理综合实验8.3.1实验目的 通过本次综合实验学会通过金相技术分析

38、判别不同材料；并了解不同材料，尤其是钢在加热、冷却以及回火过程中发生的组织和性能的变化；熟悉热处理设备、金相制样设备和硬度计的操作和应用；熟悉常规热处理工艺并利用所学相关知识对热处理缺陷进行分析。8.3.2实验原理热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不

39、同的组织结构，从而获得所需要的性能。8.3.2.1钢的退火和正火 钢的退火通常是把钢加热到临界温度AC1或AC3 以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。此时奥氏体在高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。一般中碳钢(如40、45钢)经退火后组织稳定，硬度较低(HB180220)有利于下一步进行切削加工。 正火则是将钢加热到Ac3或A cm以上3050，保温后进行空冷。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密，所以性能有所改善。对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火及淬火作准备。不同

40、含碳量的碳钢在退火及正火状态下的强度和硬度值见表1所示。表1 碳钢在退火及正火状态下的机械性能性 能热处理状态含 碳 量 (%)0.10.20.30.40.6硬度(HB)退 火120150160180230正 火130140160180220250强度Rm/b(MN/m2)退 火300330420500560670 正 火 3403604805506607008.3.2.2钢的淬火所谓淬火就是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上3050，保温后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷应大于V临)，以获得马氏体组织。碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。（1） 淬

41、火温度的选择 正确选定加热温度是保证淬火质量的重要一环。淬火时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据FeFe3C相图确定。对亚共析钢，其加热温度为Ac33050，若加热温度不足(低于Ac3)，则淬火组织中将出现铁素体而造成强度及硬度的降低。对过共析钢，加热温度为Ac13050，淬火后可得到细小的马氏体与粒状渗碳体。后者的存在可提高钢的硬度和耐磨性。过高的加热温度(如超过Acm) 不仅无助于强度、硬度的增加，反而会由于产生过多的残余奥氏体而导致硬度和耐磨性的下降。需要指出，不论在退火、正火及淬火时，均不能任意提高加热温度。温度过高晶粒容易长大，而且增加氧化脱碳和变形的倾向。各种不同成分碳钢的

42、临界温度列于表2中。表2 名种碳钢的临界温度(近似值) 类别钢 号临 界 温 度 ()Ac1Ac13或AccmAr1Ar3碳素结构钢碳素工具钢207358556808353073281367779640724790680760457247806827505072576069072160727766695743T7730770700T8730700T10730800700T127308207002） 保温时间的确定淬火加热时间实际上是将试样加热到淬火温度所需的时间及在淬火温度停留所需时间的总和。加热时间与钢的成分、工件的形状尺寸、所用的加热介质、加热方法等因素有关，一般

43、按照经验公式加以估算，碳钢在电炉中加热时间的计算列于表3。表3 碳钢在箱式炉中加热时间的确定加热温度()工 作 形 状圆 柱 形方 形板 形保 温 时 间分钟/每毫米直径分钟/每毫米厚度分钟/每毫米厚度70080090010001.51.00.80.42.21.51.20.6321.60.8（3） 冷却速度的影响冷却是淬火的关键工序，它直接影响到钢淬火后的组织和性能。冷却时应使冷却速度大于临界冷却速度，以保证获得马氏体组织；在这个前提下又应尽量缓慢冷却，以减小内应力，防止变形和开裂。为此，可根据C曲线图(如图2-2所示)，使淬火工件在过冷奥氏体最不稳定的温度范围(650550)进行快冷(即与C

44、曲线的“鼻尖”相切)，而在较低温度(300100)时的冷却速度则尽可能小些。为了保证淬火效果，应选用适当的冷却介质(如水、油等)和冷却方法(如双液淬火、分级淬火等)。不同的冷却介质不同的温度范围内的冷却能力有所差别。各种冷却介质的特性见表4。表4 几种常用淬火介质的冷却能力冷 却 介 质在下列温度范围内的冷却速度(/秒)65055030020018的水60027026的水50027050的水10027074的水3020010%NaCl水溶液(18)110030010%NaOH水溶液(18)120030010%Na2CO3水溶液(18)800270矿物机器油(50)15030变压器油(50)12

45、0258.3.2.3钢的回火钢经淬火后得到的马氏体组织质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂；一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。因此淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。表5为45钢淬火后经不同温度回火后的组织性能。表5 45钢经淬火及不同温度回火后的组织和性能类型回火温度()回火后的组织回火后硬度(HRC)性能特点低温回火150250回火马氏体残余奥氏体碳化物5057高硬度，内应力减小中温回火350500回火屈氏体3545硬度适中，有高的弹性高温回火500650回火索氏体2033具有良好塑性、韧性和一定强度相配合的综合性能 对碳钢来说，回火工艺的选择主要是考虑回火温度和保温时间这两个因素。回火温度：在实际生产中通常以图纸上所要求的硬度要求作为选择回火温度的依据。各种钢材的回火温度与硬度之间的关系曲线可从有关手册中查阅。现将几种常用的碳钢(45、T10和T12 )回火温度与硬度的关系列于表6。也可以采用经验公式近