1、12实验一实验一 金属材料的硬度实验金属材料的硬度实验一、实验目的一、实验目的1、了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。、了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。2、了解布氏、洛氏硬度机的主要结构，初步掌握操作、了解布氏、洛氏硬度机的主要结构，初步掌握操作方法。方法。3、根据不同金属材料的性能特点，能正确选择测定硬、根据不同金属材料的性能特点，能正确选择测定硬度的方法。度的方法。二、实验原理二、实验原理金属的硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的金属的硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度值是材料性能的作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度值是材
2、料性能的一个重要指标。硬度试验方法简单、迅速，不需要专门一个重要指标。硬度试验方法简单、迅速，不需要专门的试样，同时保持试样的完整性，设备也比较简单。的试样，同时保持试样的完整性，设备也比较简单。3对大多数金属材料，可以用硬度值估算出它的抗拉强度。对大多数金属材料，可以用硬度值估算出它的抗拉强度。因此在设计图纸的技术条件中大多规定材料的硬度值。因此在设计图纸的技术条件中大多规定材料的硬度值。硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金是一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然
3、后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用的硬度测试方法可分为和几何尺寸等条件的不同，常用的硬度测试方法可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。布氏法、洛氏法和维氏法三种。三、实验设备及试样三、实验设备及试样1、布氏硬度试验机、布氏硬度试验机(HB-3000型布氏硬度试验机型布氏硬度试验机)。2、洛氏硬度试验机、洛氏硬度试验机(HR-150型洛氏硬度试验机型洛氏硬度试验机)。3、试样：、试样：20mm10mm的的45钢、钢、T12钢正火及
4、淬火钢正火及淬火状态；状态；HT200、H62、ZL102。4四、试样技术条件四、试样技术条件1、试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污及明显、试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污及明显的加工刀痕。的加工刀痕。2、试样厚度不能太薄，应大于压入深度的、试样厚度不能太薄，应大于压入深度的10倍。倍。3、在试样制备过程中，应尽量避免试样受热及冷加工、在试样制备过程中，应尽量避免试样受热及冷加工对硬度测试的影响。对硬度测试的影响。用金刚石刀具进行精密切削，主要用来加工无氧铜、铝用金刚石刀具进行精密切削，主要用来加工无氧铜、铝合金、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。合金、黄铜、非电解镍等有色金
5、属和某些非金属材料。五、试验规范五、试验规范1、布氏硬度试验、布氏硬度试验 (1)布氏硬度试验机布氏硬度试验机(HB-3000型型)布氏硬度实验设备一般由机体、工作台、减速器、杠杆布氏硬度实验设备一般由机体、工作台、减速器、杠杆机构、换向开关等部分组成，其简图如下图所示。机构、换向开关等部分组成，其简图如下图所示。5HB-3000型布氏硬度试验机简图型布氏硬度试验机简图 6HB3000型布氏硬度试验机简图型布氏硬度试验机简图 1-小杠杆；小杠杆；2-弹簧；弹簧；3-压轴；压轴；4-主轴衬套；主轴衬套；5-压头；压头；6-可更换工作台；可更换工作台；7-工作工作台立柱；台立柱；8-螺杆；螺杆；9
6、-升降手轮；升降手轮；10螺母；螺母；11-套筒；套筒；12-电动机；电动机；13-减速器；减速器；14-换向开关；换向开关；15-砝码；砝码；16-大杠杆；大杠杆；17-吊环；吊环；18-机体；机体；19-电源开关；电源开关；7(2)操作步骤操作步骤:据试验材料和试样厚度选择球体直径据试验材料和试样厚度选择球体直径D、试验力、试验力F的大的大小和试验力作用保持的时间。小和试验力作用保持的时间。将试样平稳地放在工作台上，使试样测试表面与压头将试样平稳地放在工作台上，使试样测试表面与压头轴线垂直，顺时针转动升降手轮，直至试样与球体紧密轴线垂直，顺时针转动升降手轮，直至试样与球体紧密接触，并继续平
7、稳转动手轮至升降螺母产生滑动（空转）接触，并继续平稳转动手轮至升降螺母产生滑动（空转）为止。为止。确定试验力保持时间确定试验力保持时间一般黑金属的试验力保持时间为一般黑金属的试验力保持时间为1015s；有色金属为；有色金属为30s，布氏硬度值，布氏硬度值35时为时为60 s。试验力保持时间确定后，。试验力保持时间确定后，将压紧螺钉拧松，圆盘并不转动，并把时间定位器将压紧螺钉拧松，圆盘并不转动，并把时间定位器(红色红色指示点指示点)转到与持续时间相符的位置上。转到与持续时间相符的位置上。8打开电源开关，待电源指示灯亮后，再按动加载开关打开电源开关，待电源指示灯亮后，再按动加载开关按钮，启动电动机
8、，开始加试验力。当加荷红色指示灯按钮，启动电动机，开始加试验力。当加荷红色指示灯闪亮时，表示试验力已经加上，此时立即拧紧定时压紧闪亮时，表示试验力已经加上，此时立即拧紧定时压紧螺钉，使圆盘转动，即自动开始计时，达到预定加荷时螺钉，使圆盘转动，即自动开始计时，达到预定加荷时间后，转动即自行停止。间后，转动即自行停止。关闭电源，逆时针方向转动手轮，降下工作台，取下关闭电源，逆时针方向转动手轮，降下工作台，取下试样，用读数显微镜测量压痕直径试样，用读数显微镜测量压痕直径 d，用所得结果从有，用所得结果从有关对照表中查找相应的布氏硬度值。关对照表中查找相应的布氏硬度值。9布氏硬度试验规范布氏硬度试验规
9、范材料材料硬度范围硬度范围（HB）试样厚度试样厚度(mm)P/D2钢球钢球直径直径D(mm)载荷载荷P(kgf)载荷载荷保持保持时间时间(s)黑色金属黑色金属14045014063426636636632.11时，碳主要是以时，碳主要是以Fe3C的方式存的方式存在，因其断口呈白色，又称为白口铸铁。根据含碳量的在，因其断口呈白色，又称为白口铸铁。根据含碳量的不同又分为亚晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁。不同又分为亚晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁。32 共晶白口铁共晶白口铁 Wc=4.3 显微组织：显微组织：Ld 在室温下在室温下Ld是是P和和Fe3C的机械混合物。由亮白色的的机械混合物。由
10、亮白色的Fe3C基体上分布的是暗黑色斑点和细条状的基体上分布的是暗黑色斑点和细条状的P，这种组织统称，这种组织统称为为Ld。而。而Fe3C也是共晶也是共晶Fe3C和和Fe3C二者混合在一起。二者混合在一起。PFe3CLdLd33 亚共晶白口铁亚共晶白口铁 2.11 Wc 4.3 显微组织：显微组织：P+Ld+Fe3C 黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是Ld，P呈暗黑色呈暗黑色枝晶状，枝晶状，Fe3C与共晶与共晶Fe3C混成一体。混成一体。PLdPLd34 过共晶白口铁过共晶白口铁 4.3 Wc 6.69 显微组织：显微组织：Ld+Fe3C 黑色的斑点和细条以及
11、亮白色的基体是黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是Ld，亮白色宽，亮白色宽直条状的是直条状的是Fe3C。Fe3CLdFe3CLd35三、实验内容三、实验内容1、观察试样的显微组织，并按下表分析组织形成过程。、观察试样的显微组织，并按下表分析组织形成过程。编编 号号 材材 料料 显微组织显微组织浸浸 蚀蚀 剂剂 处理处理方法方法放大放大倍数倍数1工业纯铁工业纯铁 F3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 退火退火400220 钢钢 F+P 3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 退火退火400345 钢钢 F+P 3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 退火退火4004T8 钢钢 P3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液
12、 退火退火4005T12 钢钢 P+Fe3C 3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 退火退火4006亚共晶白口铁亚共晶白口铁 P+Ld+Fe3C3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 铸态铸态4007共晶白口铁共晶白口铁 Ld3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 铸态铸态4008过共晶白口铁过共晶白口铁 Ld+Fe3C 3%4%硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 铸态铸态40036372、了解金相显微镜的大致构造和正确使用方法；大致、了解金相显微镜的大致构造和正确使用方法；大致了解金相试样的制备方法。了解金相试样的制备方法。3、绘出所观察试样的显微组织示意图（在、绘出所观察试样的显微组织示意图（在25mm的圆的圆内绘
13、出，并将不同组织用引线引出圆外，标出组织符内绘出，并将不同组织用引线引出圆外，标出组织符号）。号）。四、实验报告要求四、实验报告要求1、写出实验目的及简明原理。、写出实验目的及简明原理。2、画出所有样品的显微组织示意图（用引线和符号标、画出所有样品的显微组织示意图（用引线和符号标明各组织组成物，并注明材料，处理状态、放大倍数，明各组织组成物，并注明材料，处理状态、放大倍数，浸蚀剂）。浸蚀剂）。3、根据所观察组织，说明碳的质量分数对铁碳合金组、根据所观察组织，说明碳的质量分数对铁碳合金组织和性能影响的大致规律。织和性能影响的大致规律。38五、金相显微镜简介五、金相显微镜简介1、金相显微镜的构造、
14、金相显微镜的构造金相显微镜是一种精密的光学显微镜，最常见的有台式、金相显微镜是一种精密的光学显微镜，最常见的有台式、立式和卧式三大类。通常由光学系统、照明系统和机械立式和卧式三大类。通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。有的显微镜还附有摄影装置。现以系统三大部分组成。有的显微镜还附有摄影装置。现以XJB-1型台式金相显微镜为例加以说明（如图所示）。型台式金相显微镜为例加以说明（如图所示）。39XJP1 双目金相显微镜构造示意图双目金相显微镜构造示意图物镜转换器物镜转换器物镜物镜纵动手论纵动手论横动手论横动手论松紧调节手轮松紧调节手轮粗动调焦手轮粗动调焦手轮微动调焦手轮微动调焦手轮底座
15、底座灯座灯座试样压片组试样压片组载物台载物台双筒目镜组双筒目镜组固定螺钉固定螺钉调节螺钉调节螺钉视场光栏视场光栏孔径光栏孔径光栏电源开关电源开关4041(1)XJB-1型金相显微镜的光学系统型金相显微镜的光学系统 XJB-1型金相显微镜的光学系统如图所示型金相显微镜的光学系统如图所示,由灯泡由灯泡1发出发出的光线经聚光透镜组的光线经聚光透镜组2及反光镜及反光镜8聚集到孔径光阑聚集到孔径光阑9,再经再经过聚光镜组过聚光镜组3聚集到物镜的后焦面聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照最后通过物镜平行照射到试样射到试样7的表面的表面,从试样反射回来的光线复经物镜组从试样反射回来的光线复经物镜组6和辅助
16、透镜和辅助透镜5,由半反射镜由半反射镜4转向转向,经过辅助透镜以及棱镜经过辅助透镜以及棱镜成一个被观察物体的倒立的放大实像成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜该像再经过目镜15放大放大,就成为在目镜视场中能看到的放大映像。就成为在目镜视场中能看到的放大映像。(2)照明系统照明系统 在底座内装有在底座内装有(68V)低压钨丝灯泡作为光源，由变压器低压钨丝灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节二次电压降压供电，靠调节二次电压(68V)来改变灯光亮度。聚来改变灯光亮度。聚光镜、孔径光阑及反光镜等装置均安装在圆形底座上，光镜、孔径光阑及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光阑及另一个聚光透
17、镜则安装在支架上，它们组成视场光阑及另一个聚光透镜则安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。42(3)机械系统机械系统调焦装置。显微镜体的两侧有粗调和微调调节手轮，调焦装置。显微镜体的两侧有粗调和微调调节手轮，两者在同一部位，随粗调手轮两者在同一部位，随粗调手轮6的转动的转动,支承载物台的弯支承载物台的弯臂作上下运动。在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固臂作上下运动。在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦后的载物台位置。微动手轮可使显微镜本体沿着定调焦后的载物台位置。微动手轮可使显微镜本体沿着滑轨微量移动滑轨微量移动
18、,右侧旋钮上有刻度，每小格表示物镜座上右侧旋钮上有刻度，每小格表示物镜座上下微动升降下微动升降0.002mm，与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两，与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线条白线,用以指示升降范围。当旋到极限位置时，微调手用以指示升降范围。当旋到极限位置时，微调手轮就自动被限制住，此时不能再继续旋转，而应倒转回轮就自动被限制住，此时不能再继续旋转，而应倒转回来再使用。来再使用。载物台。用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间载物台。用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，可以用手轻轻前后左右推动载物台，以便载物有导架，可以用手轻轻前后左右推动载物台，以便载物台在水平面上进行一定范围的十字
19、定向移动，改变试样台在水平面上进行一定范围的十字定向移动，改变试样的观察部位。的观察部位。43孔径光阑和视场光阑。孔径光阑装在照明反射镜座上孔径光阑和视场光阑。孔径光阑装在照明反射镜座上面，调整孔径光阑，可以用来控制入射光束的大小，以面，调整孔径光阑，可以用来控制入射光束的大小，以便控制观察视场图象的亮度及清晰度。视场光阑设在物便控制观察视场图象的亮度及清晰度。视场光阑设在物镜支架下面，控制视场范围，调节所观察的显微组织区镜支架下面，控制视场范围，调节所观察的显微组织区域大小。在刻有直纹的套圈上还有几个调节螺钉，用来域大小。在刻有直纹的套圈上还有几个调节螺钉，用来调节光阑中心。调节光阑中心。物
20、镜转换器。转换器呈球面形，上有三个螺孔，用来物镜转换器。转换器呈球面形，上有三个螺孔，用来安装不同放大倍数的物镜。旋动转换器，可使各物镜镜安装不同放大倍数的物镜。旋动转换器，可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜配合使用，可获得各种不同头进入光路，与不同的目镜配合使用，可获得各种不同的放大倍数。显微镜的总放大倍数是物镜放大倍数和目的放大倍数。显微镜的总放大倍数是物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积，下表为镜放大倍数的乘积，下表为JXB-1型金相显微镜的物镜型金相显微镜的物镜与目镜不同配合下的放大倍数。与目镜不同配合下的放大倍数。目镜筒。目镜筒呈目镜筒。目镜筒呈450倾斜安装在附有棱镜的半球形倾斜安装
21、在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转座上，还可将目镜转900呈水平态，以配合照明装置进呈水平态，以配合照明装置进行金相摄影。行金相摄影。442、金相显微镜的正确使用方法、金相显微镜的正确使用方法金相显微镜是一种精密光学仪器，使用时要求细心谨慎，金相显微镜是一种精密光学仪器，使用时要求细心谨慎，切不可强扭硬扳。现以切不可强扭硬扳。现以XJB-1型金相显微镜为例，扼要型金相显微镜为例，扼要说明其正确使用方法。说明其正确使用方法。(1)操作前，应先了解其结构特点及各主要部件的位置和操作前，应先了解其结构特点及各主要部件的位置和作用，并熟悉操作规程。作用，并熟悉操作规程。45(2)按照被观察试样的不同
22、需要，选用适当的物镜和目按照被观察试样的不同需要，选用适当的物镜和目镜（即放大倍数），物镜安装在转换器螺孔内（目镜顶镜（即放大倍数），物镜安装在转换器螺孔内（目镜顶端离载物台必须有一定距离），目镜插于目镜管内。端离载物台必须有一定距离），目镜插于目镜管内。（注意：镜头切勿用手触摸或用布擦）。（注意：镜头切勿用手触摸或用布擦）。(3)将制备好的试样磨面正对着物镜安放到载物台上。将制备好的试样磨面正对着物镜安放到载物台上。(4)将变压器插头插入将变压器插头插入220V电源，再将显微镜灯泡电源电源，再将显微镜灯泡电源插头插入低压变压器的插头插入低压变压器的6V插孔。插孔。接通电源前应再仔细检查一下线
23、路，切不可将显微镜低接通电源前应再仔细检查一下线路，切不可将显微镜低压灯泡电源插头直接插入压灯泡电源插头直接插入220V电源插座，以免烧坏低压电源插座，以免烧坏低压灯泡。灯泡。46(5)观察时应先用双手缓慢旋动粗调手轮，将载物台降观察时应先用双手缓慢旋动粗调手轮，将载物台降下，使试样尽量靠近物镜下，使试样尽量靠近物镜(但不能接触但不能接触)，同时在目镜处，同时在目镜处观察，当视场由暗到亮，调至看到模糊的映像组织后，观察，当视场由暗到亮，调至看到模糊的映像组织后，再旋转微调手轮，直至图像清晰时为止。调节时双手要再旋转微调手轮，直至图像清晰时为止。调节时双手要缓慢动作，切勿使物镜与试样或载物台相碰
24、。缓慢动作，切勿使物镜与试样或载物台相碰。(6)按需要调节孔径光阑和视场光阑的大小，以获得最按需要调节孔径光阑和视场光阑的大小，以获得最佳映象。但根据实验要求，实验室工作人员一般已事先佳映象。但根据实验要求，实验室工作人员一般已事先将光阑调到合适位置，学生自己不必再调整。将光阑调到合适位置，学生自己不必再调整。(7)观察结束后，立即关闭电源，将金相显微镜复原；观察结束后，立即关闭电源，将金相显微镜复原；由负责同学按规定填写由负责同学按规定填写“实验记录实验记录”，经老师检查无误，经老师检查无误后方可离开实验室。后方可离开实验室。47六、金相试样制备简介六、金相试样制备简介为了便于用金相显微镜观
25、察金属的组织，必须先制成金为了便于用金相显微镜观察金属的组织，必须先制成金相试样。金相试样的制备包括取样、镶嵌、磨光（粗磨相试样。金相试样的制备包括取样、镶嵌、磨光（粗磨和细磨）、抛光、浸蚀等步骤。和细磨）、抛光、浸蚀等步骤。1、取样、取样 应根据检验目的和要求，选取具有代表性的部位。试样应根据检验目的和要求，选取具有代表性的部位。试样尺寸的大小应以便于握持为准，一般采用直径和高度均尺寸的大小应以便于握持为准，一般采用直径和高度均为为1215mm的圆柱形或边长为的圆柱形或边长为1215mm的方形试样。的方形试样。对于过小试样（如钢丝、薄片等），当直接用手磨削很对于过小试样（如钢丝、薄片等），当
26、直接用手磨削很困难时，则应利用试样镶嵌机进行镶嵌后再磨制的方法困难时，则应利用试样镶嵌机进行镶嵌后再磨制的方法来解决。来解决。482、磨制、磨制 一般分粗磨和细磨。粗磨是将取样的粗糙表面和不规则一般分粗磨和细磨。粗磨是将取样的粗糙表面和不规则的外形修整平坦、成形。一般较软的非铁金属及其合金，的外形修整平坦、成形。一般较软的非铁金属及其合金，采用锉刀锉平；钢材则在砂轮机上磨平，并注意随时水采用锉刀锉平；钢材则在砂轮机上磨平，并注意随时水冷，以免温度升高引起试样组织发生变化。粗磨后试样冷，以免温度升高引起试样组织发生变化。粗磨后试样应倒角，以免在细磨和抛光过程中将砂纸和抛光布撕裂。应倒角，以免在细
27、磨和抛光过程中将砂纸和抛光布撕裂。经粗磨磨平后的试样，再进行细磨。细磨有手工磨和机经粗磨磨平后的试样，再进行细磨。细磨有手工磨和机械磨（预磨机）两种方法。手工细磨时，手持试样依次械磨（预磨机）两种方法。手工细磨时，手持试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。先粗后细在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。先粗后细(顺顺序为序为0105号号)。每次换砂纸时应将试样转。每次换砂纸时应将试样转900。并且要。并且要求将前道磨痕消除后才能转入较细砂纸上去继续磨制。求将前道磨痕消除后才能转入较细砂纸上去继续磨制。注意不得将上道砂纸上的粗颗粒带到较细砂纸上来。为注意不得将上道砂纸上的粗颗粒带到较细砂纸
28、上来。为了磨出一个高质量的试样，通常将金相砂纸平铺在一块了磨出一个高质量的试样，通常将金相砂纸平铺在一块玻璃板上。均匀用力单程单向地反复磨制。对铸铁试样，玻璃板上。均匀用力单程单向地反复磨制。对铸铁试样，有时为了保存石墨形态可加润滑剂磨制。为了提高效率有时为了保存石墨形态可加润滑剂磨制。为了提高效率也可在预磨机上进行细磨。也可在预磨机上进行细磨。493、抛光、抛光 抛光的目的是为了消除在细磨时留下的磨痕，以获得光抛光的目的是为了消除在细磨时留下的磨痕，以获得光亮无磨痕的镜面。常用的方法有化学抛光法、电解抛光亮无磨痕的镜面。常用的方法有化学抛光法、电解抛光法和机械抛光法。法和机械抛光法。机械抛光
29、常用的是在机械抛光常用的是在P-2型抛光机上进行。在抛光盘上型抛光机上进行。在抛光盘上夹好抛光布夹好抛光布(如细尼绒、细帆布、金丝绒、丝绸等如细尼绒、细帆布、金丝绒、丝绸等)，加，加上一定量的抛光悬浮剂，手持试样轻压于抛光盘上进行上一定量的抛光悬浮剂，手持试样轻压于抛光盘上进行抛光，并沿盘的边缘到中心不断做径向往复运动，且要抛光，并沿盘的边缘到中心不断做径向往复运动，且要不断转换试样的角度，抛光时间约不断转换试样的角度，抛光时间约25min，待抛光成，待抛光成镜面后立即停止。然后用水冲洗干净，并用酒精棉球擦镜面后立即停止。然后用水冲洗干净，并用酒精棉球擦去磨面上及周围的水分和残渣。抛光时常用的
30、磨料有去磨面上及周围的水分和残渣。抛光时常用的磨料有Cr2O3、Al2O3抛光软膏、碳化硅及氧化铝粉等。抛光软膏、碳化硅及氧化铝粉等。504、浸蚀、浸蚀 抛光后的试样表面是平整光亮的镜面，除了具有特殊颜抛光后的试样表面是平整光亮的镜面，除了具有特殊颜色的非金属夹杂物（如石墨、色的非金属夹杂物（如石墨、MnS等）在显微镜下可辨等）在显微镜下可辨别外，其它各种组织特征均不能显现。必须将抛光好的别外，其它各种组织特征均不能显现。必须将抛光好的试样磨面浸入化学试剂（铁碳合金常用试样磨面浸入化学试剂（铁碳合金常用34%的硝酸酒的硝酸酒精溶液或精溶液或34%苦味酸酒精溶液）中或用浸有化学试剂苦味酸酒精溶液
31、）中或用浸有化学试剂的棉球擦拭试样表面，待试样表面颜色由明亮变的稍微的棉球擦拭试样表面，待试样表面颜色由明亮变的稍微发暗时，即停止浸蚀，立即用水冲洗掉残留在试样上的发暗时，即停止浸蚀，立即用水冲洗掉残留在试样上的浸蚀剂，并用酒精彻底洗净；再用干净棉球轻轻沾干表浸蚀剂，并用酒精彻底洗净；再用干净棉球轻轻沾干表面酒精，并用吹风机吹干，即可放在显微镜下观察。由面酒精，并用吹风机吹干，即可放在显微镜下观察。由于合金中不同的相或不同位向晶粒的耐蚀性不同，故腐于合金中不同的相或不同位向晶粒的耐蚀性不同，故腐蚀后出现凸凹的情况及对光线的反射也不一样，在显微蚀后出现凸凹的情况及对光线的反射也不一样，在显微镜下
32、会出现明暗不同的区域或线条，从而可以显示出晶镜下会出现明暗不同的区域或线条，从而可以显示出晶界、晶粒及各种不同的组织特征，如图所示。界、晶粒及各种不同的组织特征，如图所示。51对制备好的试样要求是：组织具有代表性且真实；夹杂对制备好的试样要求是：组织具有代表性且真实；夹杂物，石墨等不得脱落；无磨痕、麻点或水迹等。试样观物，石墨等不得脱落；无磨痕、麻点或水迹等。试样观察完毕，应将其放在干燥器内保存。为防止氧化及大气察完毕，应将其放在干燥器内保存。为防止氧化及大气腐蚀，长时间保持经过浸蚀的试样表面质量，可在试样腐蚀，长时间保持经过浸蚀的试样表面质量，可在试样表面涂一层透明保护漆，常用的是硝酸纤维漆
33、加香蕉水。表面涂一层透明保护漆，常用的是硝酸纤维漆加香蕉水。52铁碳合金的平衡组织观察实验报告铁碳合金的平衡组织观察实验报告一、实验目的一、实验目的二、画出所观察的金相试样的显微组织示意图，并用箭二、画出所观察的金相试样的显微组织示意图，并用箭头标明组织组成物的名称。头标明组织组成物的名称。材料名称材料名称 材料名称材料名称 材料名称材料名称化学成分化学成分 化学成分化学成分 化学成分化学成分显微组织显微组织 显微组织显微组织 显微组织显微组织 三、试述亚共析钢，共析钢、过共析钢的显微组织有何三、试述亚共析钢，共析钢、过共析钢的显微组织有何不同？含碳量对钢的组织及性能有何影响？不同？含碳量对钢
34、的组织及性能有何影响？53实验三非合金钢的热处理实验实验三非合金钢的热处理实验一、实验目的一、实验目的1、熟悉非合金钢的几种基本热处理工艺操作方法。、熟悉非合金钢的几种基本热处理工艺操作方法。2、分析非合金钢淬火及回火温度对非合金钢热处理后、分析非合金钢淬火及回火温度对非合金钢热处理后组织和性能（硬度）的影响。组织和性能（硬度）的影响。3、进一步熟悉洛氏硬度计的使用方法。、进一步熟悉洛氏硬度计的使用方法。二、实验原理二、实验原理热处理就是通过加热、保温和冷却改变其内部组织，热处理就是通过加热、保温和冷却改变其内部组织，从而获得所需组织与性能的工艺方法。钢的整体热处从而获得所需组织与性能的工艺方
35、法。钢的整体热处理基本工艺可分为退火、正火、淬火及回火等。理基本工艺可分为退火、正火、淬火及回火等。541、加热温度的确定、加热温度的确定非合金钢热处理的加热温度可参照下表选定。非合金钢热处理的加热温度可参照下表选定。2、保温时间的确定、保温时间的确定为了使零件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组为了使零件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温所需时间计算在一起，统称为加热时间。所需时间计算在一起，统称
36、为加热时间。热处理加热时间必须考虑许多因素，例如零件的尺寸和热处理加热时间必须考虑许多因素，例如零件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时的炉子温度，形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时的炉子温度，钢的成份和原始组织，热处理要求和目的等。具体加热钢的成份和原始组织，热处理要求和目的等。具体加热时间可参考热处理手册中的有关数据。时间可参考热处理手册中的有关数据。5556实际工作中，多根据经验大致估算加热时间，一般规定：实际工作中，多根据经验大致估算加热时间，一般规定：在空气介质中升到规定温度后的保温时间：在空气介质中升到规定温度后的保温时间：l 对非合金钢来说，按工件厚度或直径每毫米需对非
37、合金钢来说，按工件厚度或直径每毫米需11.5min估算；估算；l 合金钢按每毫米合金钢按每毫米1.52min估算。估算。在盐浴炉中的保温时间：在盐浴炉中的保温时间：l 非合金钢每毫米有效厚度或直径保温时间可缩短到非合金钢每毫米有效厚度或直径保温时间可缩短到0.30.5min；l 低合金钢可缩短到低合金钢可缩短到0.450.55min；l 高合金钢的保温时间还应适当延长。高合金钢的保温时间还应适当延长。573、冷却方法、冷却方法(1)非合金钢淬火件的冷却非合金钢淬火件的冷却在过冷奥氏体最不稳定的温度范围内（在过冷奥氏体最不稳定的温度范围内（650550），），淬火件的冷却速度应大于钢的临界冷却速
38、度，以保证获淬火件的冷却速度应大于钢的临界冷却速度，以保证获得马氏体组织。而在较低温度范围（得马氏体组织。而在较低温度范围（300200）内，）内，又希望冷却速度尽可能缓慢，以减少形成马氏体组织时又希望冷却速度尽可能缓慢，以减少形成马氏体组织时的内应力，防止工件变形和开裂。在生产上为了保证淬的内应力，防止工件变形和开裂。在生产上为了保证淬火质量，应选用适当的冷却介质（如水、油等）和冷却火质量，应选用适当的冷却介质（如水、油等）和冷却方法（如双介质淬火、马氏体分级淬火等）。常用的淬方法（如双介质淬火、马氏体分级淬火等）。常用的淬火介质冷却能力见下表。火介质冷却能力见下表。58若将淬火加热的钢件投
39、入下贝氏体转变温度区间若将淬火加热的钢件投入下贝氏体转变温度区间（260350）的熔盐中冷却，待转变为下贝氏体组织）的熔盐中冷却，待转变为下贝氏体组织后取出空冷，这种淬火方法称为后取出空冷，这种淬火方法称为“下贝氏体等温淬火下贝氏体等温淬火”，得到下贝氏体组织。得到下贝氏体组织。59(2)非合金钢退火件的冷却非合金钢退火件的冷却一般采取随炉冷却或随炉冷却到一般采取随炉冷却或随炉冷却到500以下再出炉空冷。以下再出炉空冷。(3)非合金钢正火件的冷却非合金钢正火件的冷却一般是加热保温后即取出于干燥处空冷，对大型工件可一般是加热保温后即取出于干燥处空冷，对大型工件可采用风冷或喷雾冷却。采用风冷或喷雾
40、冷却。三、实验所用的仪器、材料与工具三、实验所用的仪器、材料与工具(1)箱式实验电阻加热炉及控温仪表。箱式实验电阻加热炉及控温仪表。(2)洛氏硬度计、布洛维硬度计。洛氏硬度计、布洛维硬度计。(3)淬火水槽及油槽淬火水槽及油槽。(4)20钢、钢、45钢、钢、T12（或（或T10）钢试样。）钢试样。(5)长钳、淬火件挂钩、砂纸等。长钳、淬火件挂钩、砂纸等。60四、实验内容四、实验内容1、按下表所列工艺条件进行各种热处理操作。、按下表所列工艺条件进行各种热处理操作。2、测定热处理后的全部试样的硬度（炉冷、空冷试样、测定热处理后的全部试样的硬度（炉冷、空冷试样测测HRB或或HBS，水冷和回火试样测，水
41、冷和回火试样测HRC），并将数据），并将数据填于表内。填于表内。五、实验步骤与实验方法指导五、实验步骤与实验方法指导1、全班分成两大组，每组一套试样（、全班分成两大组，每组一套试样（20钢试样钢试样6块，块，45钢试样钢试样7块，块，T12试样试样7块）。每人一块试样，各自要块）。每人一块试样，各自要记清自己处理试样的钢号及热处理规范（最好将试样打记清自己处理试样的钢号及热处理规范（最好将试样打上钢号，以免混淆），并将试样用细铁丝绑扎好。上钢号，以免混淆），并将试样用细铁丝绑扎好。612、将、将20钢、钢、45钢和钢和T12钢试样，分别按要求放入钢试样，分别按要求放入90010、84010、7
42、8010炉内加热。实验炉内加热。实验指导教师已预先把炉温升到指定温度，待试样装炉后，指导教师已预先把炉温升到指定温度，待试样装炉后，关好炉门，控温仪表绿色指示灯亮，表明正在通电升温；关好炉门，控温仪表绿色指示灯亮，表明正在通电升温；当炉温升到规定温度时，红色指示灯亮，表明温度已达当炉温升到规定温度时，红色指示灯亮，表明温度已达要求，热处理炉自动断电，此时应开始记录保温时间保要求，热处理炉自动断电，此时应开始记录保温时间保温。在保温期间，绿色指示灯和红色指示灯每隔一定时温。在保温期间，绿色指示灯和红色指示灯每隔一定时间交替闪亮。当保温间交替闪亮。当保温1520分钟后，分别按规定要求进分钟后，分别
43、按规定要求进行水冷、油冷、空冷、炉冷的热处理操作。行水冷、油冷、空冷、炉冷的热处理操作。3、淬火时，试样用铁钩钩住铁丝或用钳子夹好出炉，、淬火时，试样用铁钩钩住铁丝或用钳子夹好出炉，入水迅速，并不断在水中或油中搅拌，以保证热处理质入水迅速，并不断在水中或油中搅拌，以保证热处理质量，取放试样时炉子要先断电。量，取放试样时炉子要先断电。624、将各种热处理后的试样表面用砂纸磨平，并测出硬、将各种热处理后的试样表面用砂纸磨平，并测出硬度值。每个试样测试三点，取其算术平均值，并将数据度值。每个试样测试三点，取其算术平均值，并将数据填入表内。填入表内。5、将、将45钢钢84010加热水冷淬火试样取出，分
44、别按加热水冷淬火试样取出，分别按工艺放入工艺放入200(T12钢钢78010加热水冷淬火试样也加热水冷淬火试样也放入此炉放入此炉)、400、600的炉内进行回火，回火保温的炉内进行回火，回火保温时间时间30min，出炉空冷。，出炉空冷。6、用砂纸将回火试样两端面磨平，测定不同温度回火、用砂纸将回火试样两端面磨平，测定不同温度回火后的硬度值，并将数据填入表内。后的硬度值，并将数据填入表内。7、各小组将试样经过粗磨、细磨、抛光，浸蚀，在金、各小组将试样经过粗磨、细磨、抛光，浸蚀，在金相显微镜下观察非合金钢热处理后的不平衡金相组织相显微镜下观察非合金钢热处理后的不平衡金相组织(此过程非合金钢热处理实
45、验可以省略此过程非合金钢热处理实验可以省略)。8、每个同学必须记下全部实验数据，以便进行分析。、每个同学必须记下全部实验数据，以便进行分析。63六、注意事项六、注意事项1、实验炉要接地，从炉内取或向炉内放试样时，一定、实验炉要接地，从炉内取或向炉内放试样时，一定要先切断电源。要先切断电源。2、从炉内取或向炉内放试样时，工具及试样不能有水、从炉内取或向炉内放试样时，工具及试样不能有水或油，并迅速关好炉门。或油，并迅速关好炉门。3、淬火时的油温要控制在、淬火时的油温要控制在2030左右。左右。七、实验报告要求七、实验报告要求1、实验目的。、实验目的。2、实验所用的设备及材料等。、实验所用的设备及材
46、料等。3、根据所学知识简述实验的原理。、根据所学知识简述实验的原理。4、将全部实验数据填写于下表之中。、将全部实验数据填写于下表之中。6465八、实验结果分析八、实验结果分析 1、分析加热温度与冷却速度对非合金钢组织与性能、分析加热温度与冷却速度对非合金钢组织与性能（硬度）的影响。（硬度）的影响。2、分析钢中碳的质量分数与淬火后硬度之间的关系。、分析钢中碳的质量分数与淬火后硬度之间的关系。九、思考题九、思考题1、比较、比较45钢正火组织与钢正火组织与45钢淬火后高温回火（调质钢淬火后高温回火（调质处理）组织在形态、性能和用途上有何差异。处理）组织在形态、性能和用途上有何差异。2、比较、比较45
47、钢淬火组织与钢淬火组织与T12钢淬火组织在形态、性能钢淬火组织在形态、性能和用途上有何差异。和用途上有何差异。66实验四实验四 注塑成型实验注塑成型实验一、实验目的一、实验目的1、了解螺杆式注射机的基本结构，熟悉注塑成型的基、了解螺杆式注射机的基本结构，熟悉注塑成型的基本原理。本原理。2、掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。、掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。3、掌握注射成型工艺条件对注射制品质量的影响，注、掌握注射成型工艺条件对注射制品质量的影响，注塑工艺条件设定的基本方法。塑工艺条件设定的基本方法。二、实验原理二、实验原理注射成型适用于热塑性和热固性塑料。注射成型的设注射成型适用于热塑性和热
48、固性塑料。注射成型的设备是注射机和注射模具。备是注射机和注射模具。67它是使固体树脂在注射机的料筒内通过外部加热、螺杆、它是使固体树脂在注射机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑化成粘流态，后经移动螺杆以很高的压力和较快的速度，成粘流态，后经移动螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱模取出模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱模取出制品。制品。热塑性塑料注射时，模具温度比注射料
49、温低，制品是通热塑性塑料注射时，模具温度比注射料温低，制品是通过冷却而定型的；热固性塑料注射时，其模具温度要比过冷却而定型的；热固性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而定型的。定型的。热塑性塑料的注射成型工艺过程如下：热塑性塑料的注射成型工艺过程如下：68注射成形动画注射成形动画691、合模与开模、合模与开模合模是动模前移，快速闭合。在与定模将要接触时，依合模是动模前移，快速闭合。在与定模将要接触时，依靠合模系统的自动切换成低压，提供低的合模速度，低靠合模系统的自动切换成低压，提供低的合模速度，低的合模压力，
50、最后切换成高压将模具合紧。的合模压力，最后切换成高压将模具合紧。开模是注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始开模是注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始低速后撤，而后快速后撤到最大开模位置的动作过程叫低速后撤，而后快速后撤到最大开模位置的动作过程叫开模开模2、注塑阶段、注塑阶段模具闭合后，注射机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压模具闭合后，注射机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化的物料以规定的压力和速度注射入模腔，直已均匀塑化的物料以规定的压力和速度注射入模腔，直到熔体充满模腔为止。到熔体
