工程材料实验指导

工程材料实验指导实验一金属的显微分析法工程材料实验指导实验一金属的显微分析法

实验目的：了解金相显微镜的构造、原理及使用规则；掌握金相显微试样制备的基本操作方法。实验概述：金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法金相显微分析法：利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法。

1.金相显微镜的构造、原理及使用；

2.金相显微试样的制备方法。工程材料实验指导实验概述：

金相分析实验使用的主要仪器设备

金相显微镜（4XB型）金相显微镜（4XC-TV型）工程材料实验指导实验概述：

金相分析实验使用的主要仪器设备

切割机镶嵌机工程材料实验指导实验概述：

金相分析实验使用的主要仪器设备抛光机（PG-1型）抛光机（PG-2型）工程材料实验指导实验概述：

1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的光学原理工程材料实验指导实验概述：

1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的构造及功能

光学系统

照明系统

调焦装置

载物台（样品台）

孔径光栏和视场光栏

物镜转换器和物镜

目镜筒及目镜

工程材料实验指导实验概述：

1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的构造及功能(1)-灯泡(2)-聚光镜组Ⅰ(3)-聚光镜组Ⅱ(4)-半透反光镜(5)-辅助透镜(6)-物镜组(7)-反光镜(8)-孔径光栏(9)-视场光栏(10)-辅助透镜Ⅱ(11)-棱镜Ⅰ(12)-棱镜Ⅱ(13)-视场(14)-目镜工程材料实验指导实验概述：

1.金相显微镜的原理、构造及使用金相显微镜的使用及注意事项显微镜的操作规程显微镜使用注意事项（详见实验指导书）工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法

为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。金相试样的制备过程主要步骤有：磨制抛光浸蚀镶嵌取样工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法本实验金相试样制备过程的步骤如下:磨制抛光浸蚀观察砂纸磨抛光液抛光机浸蚀剂吹风机酒精清洗水清洗水清洗吹干显微镜工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法取样下图为常规取样左图为试样镶嵌工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法磨制方式：手工磨和机械磨工序：粗磨和细磨右图---试样磨面上磨痕变化情况示意图工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法磨制方法砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使试样磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制。磨制以“单程单向”方式重复进行。在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除干净，并使试样的磨制方向调转90°。工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法抛光目的：

去除细磨时遗留下的细微磨痕，以获得光亮而无磨痕的镜面。方法：

机械抛光电解抛光化学抛光本实验采用机械抛光方法。工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法操作：1.将试样磨面均匀地、平整地压在旋转的抛光盘上，压力不宜过大，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复移动。2.抛光时间不宜过长，磨面上磨痕全部消除而呈光亮的镜面后，即可停止抛光。3.抛光后的试样用水冲洗干净，然后进行侵蚀。工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法浸蚀目的：使试样磨面的显微组织显露出来，便于观察分析。光滑镜面在显微镜下只能看到一片光亮，除某些非金属夹杂物、石墨、孔洞、裂纹外，无法辨别出各种组织组成物及其形态特征。方法：化学浸蚀法操作：

1.将抛光好的试样磨面用化学浸蚀剂进行一定时间浸蚀；

2.浸蚀后用酒精清洗浸蚀面，再用吹风机吹干浸蚀面及试样整体，随后观察。工程材料实验指导实验概述：

2.金相显微试样的制备方法浸蚀

浸蚀后试样磨面就形成了凸凹不平的表面，在显微镜下通过光线在磨面上各处的反射情况不同，显现出各种不同的组织结构特征及形态。即能够观察到金属的显微组织。右图----单相组织和双相组织的显微组织图工程材料实验指导实验一金属的显微分析法实验设备及材料设备仪器有：光学金相显微镜、抛光机、电吹风机等。实验材料有：碳钢试样，金相砂纸，抛光液，硝酸酒精溶液（含4%HNO3），酒精，脱脂棉等。

工程材料实验指导实验一金属的显微分析法实验内容及步骤实验前必须仔细阅读实验讲义的有关内容；听取实验指导教师讲解金相显微镜的构造、使用方法等内容，熟悉金相显微镜的构造及其操作规程；由实验指导教师讲解金相试样制备的基本操作过程，学生每人一块试样，进行试样制备全过程的操作，直至制成合格的金相试样；在金相显微镜下观察所制备试样的显微组织特征，并用铅笔描绘出画。工程材料实验指导实验一金属的显微分析法实验报告要求

在指定的报告纸上完成报告。注意：必须要写明实验名称、实验日期、学生姓名、学号及组别。1.写出实验目的；2.扼要描述光学金相显微镜的使用规程，画出显微镜的光学系统示意图；3.说明金相试样制备的过程及其注意事项；4.在报告纸上所给定的圆圈内，用铅笔画出所制备试样的显微组织图，并注明试样的材料、组织类别、侵蚀剂及放大倍数。5.报告上交日期：实验后一周内。工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织

一、实验目的通过观察，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织；了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织二、实验概述观察碳钢和白口铸铁的平衡组织分析各种相组分和组织组成物的特征碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体区分：铁素体与渗碳体、各种渗碳体估算：亚共析钢中碳的质量分数工程材料实验指导二、实验概述1.各种碳钢的显微组织工业纯铁显微组织亚共析钢钢的显微组织工程材料实验指导二、实验概述共析钢的显微组织1.各种碳钢的显微组织过共析钢钢的显微组织工程材料实验指导二、实验概述2.放大倍数对组织形态的影响高倍率下的珠光体中倍率下的珠光体工程材料实验指导二、实验概述3.铁素体和渗碳体显微镜下的区别亚共析钢中的铁素体

过共析钢中的二次渗碳体工程材料实验指导二、实验概述4.不同化学浸蚀剂对组织的影响

T12钢的显微组织碱性苦味酸钠溶液侵蚀的组织

4%硝酸酒精溶液侵蚀的组织

4%硝酸酒精溶液侵蚀的组织工程材料实验指导二、实验概述5.各种白口铸铁的显微组织亚共晶白口铸铁显微组织共晶白口铸铁显微组织工程材料实验指导二、实验概述过共晶白口铸铁显微组织5.各种白口铸铁的显微组织工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织三、实验仪器及材料主要仪器有：光学金相显微镜所用材料有：

20钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的显微组织样品各种碳钢和白口铸铁的金相图片。工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织四、实验内容与步骤观察各种显微组织样品，研究每个样品的组织特征，并结合铁碳相图分析其组织形成过程。用铅笔绘出指定6个样品的显微组织示意图，并用箭头和代表符号标明各组织组成物。注意要点是：

1.绘图时要抓住各种组织组成物形态的特征，用示意的方法去画，而不必像照相似的描绘其切实的影象。

2.绘制组织示意图一律用铅笔，黑白颜色应与真实组织相对应，不能以黑代白或以白代黑。

3.绘制组织图必须在实验室内完成。分析一个未知试样。指出它是何种钢，是什么组织，估算出大致的碳质量含量。工程材料实验指导实验二碳钢和铸铁在平衡状态下的显微组织五、实验报告要求

在指定的报告纸上完成报告。注意：必须要写明实验名称、实验日期、学生姓名、学号及组别。1.写出实验目的；2.在报告纸上所给定的圆圈内，用铅笔画出指定6个样品的显微组织示意图。并用箭头和代表符号标明各组织组成物，同时注明样品成分、组织类别、侵蚀剂和放大倍数等；3.根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能影响的大致规律；4.通过观察估测未知试样组织中珠光体所占的面积，利用估算公式计算未知试样的碳质量分数。5.报告上交日期：实验后一周内。工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响

实验目的：熟悉钢的几种基本热处理操作；研究加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能的影响；观察碳钢热处理后的显微组织；了解材料硬度的测定方法，学会正确使用硬度计。工程材料实验指导实验概述：钢的热处理：通过钢在固态范围内的加热、保温和冷却操作，来改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的过程。普通热处理有：退火、正火、淬火、回火。热处理基本工艺要素：加热温度、保温时间和冷却方式。正确合理选择这三者的工艺规范，是热处理质量的基本保证。实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响

工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响热处理设备实验室用设备箱式电阻炉坩埚炉管式电阻炉工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响

热处理生产用设备

高温电阻炉台车式电阻炉外热井式硝盐炉工程材料实验指导网带式淬火炉网带式回火炉工程材料实验指导

铝管退火炉箱式气体渗碳炉自动生产线工程材料实验指导感应加热

感应淬火机床工程材料实验指导RJ2系列井式回火电阻炉

RQ3系列气体渗碳炉

RX3系列箱式电阻炉工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响

实验概述：钢的热处理工艺曲线相关参数：加热温度保温时间冷却方式工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响退火和正火工艺淬火方法冷却方式共析钢的等温转变和连续冷却转变亚共析钢连续冷却转变过共析钢连续冷却转变工程材料实验指导实验概述：

加热温度的选择图3-1退火和正火的加热图3-2淬火的加热温度范围温度范围工程材料实验指导实验概述：

加热温度的选择回火的加热温度低温回火：加热温度为150℃～250℃。中温回火：加热温度为350℃～500℃。高温回火：加热温度为500℃～650℃。回火加热温度对机械性能的影响

回火加热温度对硬度的影响

工程材料实验指导实验概述：

保温时间的选择保温的意义：为了使工件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须在热处理加热温度下保温一定的时间。加热时间：工件升温所需时间和保温所需时间的总合。热处理加热时间的影响因素：工件的尺寸和形状、使用的加热设备和装炉量、装炉时炉子的温度、钢的成分和原始组织、热处理的要求和目的等。在空气介质中加热升温达到指定温度后的保温时间，碳钢：按工件厚度(或直径)每毫米一分钟到一分半钟估算；合金钢：按每毫米两分钟估算。在盐浴炉中加热，保温时间则可缩短1～2倍。(参见表3-1)工程材料实验指导实验概述：

冷却方法的选择

热处理时冷却方法（冷却速度）影响着钢的组织和性能。只有选择适当的冷却方法，才能获得所要求的组织和性能。退火冷却：一般采用随炉冷却。正火冷却：采用空气冷却，大件可用风冷却。淬火冷却：根据工件状况选择淬火介质。淬火介质不同冷却能力不同工件获得冷速不同合理选择冷却介质是保证淬火质量的关键碳钢：通常用室温的水作淬火介质合金钢：工程材料实验指导实验概述：碳钢热处理后的组织，可以是接近平衡状态的组织，也可以是不平衡组织。组织不同性能将各异。研究分析其组织，用铁碳相图和碳钢的Ｃ曲线。铁碳相图——慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，并计算相的质量分数。C曲线——一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的过冷奥氏体发生不同类型的转变过程及能够得到的组织。实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响

工程材料实验指导平衡状态组织：退火、正火组织如：铁素体＋珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体不平衡状态组织：淬火组织连续冷却时——

当冷却速度不太大时，形成珠光体类型的索氏体或屈氏体组织（共析钢）当冷却速度较快时，直接形成马氏体组织（碳在α-Fe中的过饱和固溶体）等温冷却时——

在高温转变区产生珠光体型组织：珠光体、索氏体、屈氏体在中温转变区产生贝氏体组织：上贝氏体和下贝氏体实验概述：

碳钢热处理后的组织工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的组织碳钢的退火和正火组织

45钢860℃炉冷组织45钢860℃气冷组织珠光体+铁素体索氏体+铁素体工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的组织钢的淬火组织

45钢860℃油冷组织45钢860℃淬火组织马氏体+屈氏体马氏体工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的组织钢的回火组织

45钢860℃调质处理组织65钢淬火后中温回火组织

回火索氏体回火屈氏体工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的组织T12钢的球化退火和淬火后低温回火组织球化退火组织水淬+低温回火组织

球化体回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的组织低温回火组织为回火马氏体，回火马氏体易受侵蚀，组织呈暗色针状。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。中温回火组织为回火屈氏体，回火屈氏体有较好的强度，最高的弹性，较好的韧性。高温回火组织的回火索氏体，回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。注意：回火索氏体和回火屈氏体与索氏体和屈氏体在显微组织形态上是不同的，前者中的渗碳体呈粒状而后者则为片状。工程材料实验指导实验概述：

碳钢热处理后的性能碳钢热处理后的性能——各种组织的硬度性能指标范围如下：珠光体10～20HRC

索氏体22～25HRC

屈氏体36～42HRC

马氏体62～65HRC

回火马氏体约60HRC

回火屈氏体40～48HRC

回火索氏体25～35HRC工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用硬度：金属材料抵抗比它硬的物体压入其表面的能力。硬度越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大。力学性能指标之一，与强度、塑性指标之间存在着内在联系。硬度试验简单易行，又不会损坏零件，在生产和科研中应用广泛。常用的硬度试验方法有：布氏硬度试验洛氏硬度试验维氏硬度试验显微硬度试验

工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用布氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用布氏硬度试验原理洛氏硬度试验原理工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用布氏硬度计洛氏硬度计工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用洛氏硬度试验与布氏硬度试验方法的优缺点比较：优点：洛氏硬度试验——操作迅速简便，压痕较小，适宜成品检验。可以各种金属材料的硬度，也可以测量较薄工件或表面薄层的硬度。布氏硬度试验——硬度值代表性全面，压痕面积较大，能反映较大范围内材料的平均性能。试验数据稳定，数据重复性强。缺点：洛氏硬度试验——压痕面积较小，所测硬度值的代表性差，重复性差，分散度较大。布氏硬度试验——压头采用的材料所限，而不能测试太硬的材料。压痕较大，不适宜成品检验。工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用布氏硬度表示符号通常HB。据压头材料不同，后缀不同字母，以示其试验条件。即：压头为钢球时用HBS，压头为硬质合金时用HBW。

布氏硬度值的大小就是压痕单位面积上所承受的压力。单位为：kg/mm2或N/mm2，一般不标出。实验室只要测出压痕直径d（毫米）,通过计算或查表即可得出HB值。布氏硬度试验方法和技术条件有相应的国家标准(表3-3)实际测定时，据金属材料种类、试样硬度范围和厚度等，按照标准试验规范，选择钢球直径、载荷及保荷时间。工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用洛氏硬度试验是应用最广，和布氏硬度一样，也是一种压入硬度试验，但它不是测定压痕的面积，而是测量压痕的深度，以压入深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度表示符号HR，为了可以用一种硬度计测定出从软到硬的金属材料硬度，采用不同的压头与总载荷组合成几种不同的洛氏硬度标度，每一种标度用一个字母标注在硬度符号HR后。即：HRA、HRB、HRC三种。洛氏硬度值为一无名数。并可从硬度计的表盘指示器上直接读出。洛氏硬度试验规范见表3-4。工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用各种洛氏硬度之间，洛氏硬度值与布氏硬度值之间都有一定的换算关系。对于钢铁材料，大致有下列关系式：HRC=2HRA－104HB=10HRC（HRC=40～60范围）HB=2HRB布氏硬度值和抗拉强度之间存在一定的换算关系（见表3-4）本实验使用的洛氏硬度计构造与操作方法见指导书P22。工程材料实验指导实验概述：

硬度试验与硬度计的使用硬度计的使用（电动洛氏硬度计的操作步骤）1.打开电源开关，灯泡亮2.将试件放在测试台上，顺时针转动升降手柄，使测试台上升与压头接触3.继续转动手柄，同时观察表盘，当主指示针转至“0”点不动，副指示针转至标记“”范围内时，停止转动手柄5.由硬度计表盘上读取主指示针所指示的数值，即为所测定点的硬度值4.按下启动板硬度计自动完成施加主试验力（灯灭）、保荷、卸除主试验力（灯亮）的全过程6.逆时针转动升降手柄，使测试台下降，平移试件重新选点，重复上述1~5步，继续硬度测定7.连续测定数点硬度后，降下测试台，取下试件，完成本试件硬度测定工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验设备及材料主要设备有：箱式电阻炉，坩埚电炉，洛氏硬度计，金相显微镜，长柄铁钳等。实验材料有：45钢和T12钢试样，钢的各种不平衡组织样品，金相图谱，冷却介质水和油，砂纸等。工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验内容按热处理实验任务中所列的工艺进行热处理操作实验；学会使用洛氏硬度计测定热处理后试样的硬度；实验步骤参见实验指导书P25，1~7条。要求：必须按操作规程进行实验，注意安全。工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响热处理实验任务表工程材料实验指导实验三钢的热处理及其对组织和性能的影响实验报告要求

在指定的报告纸上完成报告。注意：必须写明实验名称、实验日期、学生姓名、学号及组别。写出实验目的；按照指导书表3-6的样式整理、列出全部实验资料；据实验资料分析淬火温度、淬火介质及回火温度对45钢性能的影响，并根据铁碳合金相图、C曲线（或CCT曲线）和回火时的转变说明硬度变化的原因；报告上交日期：实验后下一周同一时间。工程材料实验指导实验四常用工程材料的显微组织观察与金相显微照相技术简介工程材料实验指导实验四常用工程材料的显微组织观察与

金相显微照相技术简介实验目的观察八种常用合金钢、铸铁、有色金属等材料的显微组织，熟悉每种材料的显微组织特征。研究各种铸铁的显微组织特点及其中石墨的形状、大小之区别。初步了解金相显微摄影方法。工程材料实验指导实验四常用工程材料的显微组织观察与

金相显微照相技术简介实验概述

合金钢：合金结构钢、合金工具钢、特殊钢。特殊钢：不锈钢铸铁：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。灰口铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等有色金属材料：铜、铝、镍、钛及其合金。铜合金：黄铜、青铜、白铜等铝合金：形变铝合金、铸造铝合金。铸造铝合金：硅铝合金-硅铝明等轴承合金：巴氏合金-以锡或铅为基的抗磨轴承合金工程材料实验指导实验概述

合金钢、铸铁、有色金属等材料的显微组织合金钢的显微组织合金结构钢GCr15钢油淬低温回火后组织T12钢水淬低温回火组织回火马氏体+碳化物+残余奥氏体

工程材料实验指导实验概述

合金钢、铸铁、有色金属等材料的显微组织合金工具钢——