新乡学院 工程材料课程 实验指导书
33页1、工程材料工程材料实实 验验 指指 导导 书书机电工程学院机电工程学院材料成型及控制工程教研室材料成型及控制工程教研室目目 录录实验一金相试样的制备及金相组织观察.1实验二铁碳合金平衡组织观察分析.13 实验三碳钢热处理的显微组织观察分析.19实验四碳钢的热处理及硬度测试.260实验一实验一 金相试样的制备及金相组织观察金相试样的制备及金相组织观察1、实验目的1.了解金相显微试样的制备原理,熟悉金相显微试样的制备过程,掌握金相试样的制备方法;2.了解金相显微镜的构造、基本原理,掌握显微镜的使用及显微组织的观察方法。2、实验原理1.概述概述显微分析是研究金属内部组织的最重要的方法。在金相学一百多年的发展历史中,绝大部分研究工作是借助于光学显微镜完成的。近年来,电子显微镜的重要性日益增加,但是光学显微金相技术在科研和生产中仍将占据一定的位置。用光学显微镜观察和研究任何金属内部组织,一般要分三个阶段来进行:(1)制备所截取试样的表面。(2)采用适当的腐蚀操作显示表面的组织。(3)用显微镜观察和研究试样表面的组织。这三个阶段是一个有机的整体,无论哪一个阶段操作不当,都会影响最终效果,因此不应忽视
2、任何一个阶段。试样制备工作包括许多技巧,需要有长时间的实践经验才能较好的掌握;同时它也比较费时和单调,往往使人感到厌烦,金相显微镜的使用之所以比生物显微镜晚二百年,其原因就是由于长期没有解决试样制备问题。试样表面比较粗糙时,由于对入射光产生漫射,无法用显微镜观察其内部组织。因此,我们要对试样表面进行加工,通常是用磨光和抛光的方法,以得到一个光亮的镜面。这个表面还必须能完全代表取样前所具有的状态,也就是说,不能在制样过程中使表层发生任何组织变化。获得具备这种条件的试样表面,才算是完成了制备阶段。仅具有光滑平面的试样,在显微镜下只能看到白亮的一片,而看不到其组织细节,这是由于大多数金属组织中不同的相,对于光具有相近的反射能力的缘故。为此,必须用一定的试剂对试样表面进行腐蚀,使试样表面有选择地溶解掉某些部分(如晶界) ,从而显现微小的凹凸不平。这些凹凸不平都在光学系统的景深范围内,这时用显微镜就可以看清楚试样组织的形貌,大小和分布,这就是组织显示阶段。完成了以上两个阶段后,就可以进入显微分析的第三阶段,既显微组织的观察和分析。下面介绍试样的制备和组织的显示,包括取样、镶样、磨光、机械抛光(或
3、电解抛光、化学抛光) 、腐蚀等。12.取样取样 选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步,包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。(1)取样部位及检验面的选择取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程,应选择有代表性的部位。生产中常规检验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定(详见有关部分标准) 。零件失效分析的试样,应该根据零件失效的原因,分别在材料失效部位和完好部位取样,以便于对比分析。(2)试样的截取方法取样时,应该保证不使被观察的截面由于截取而产生组织变化,因此对不同的材料要采用不同的截取方法:对于软材料,可以用锯、车、刨等加工方法;对于硬材料,可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法;对于硬而脆的材料,如白口铸铁,可以用锤击方法;在大工件上取样,可用氧气切割等方法。在用砂轮切割或电火花切割时,应采取冷却措施,以减少由于受热而引起的试样组织变化。试样上由于截取而引起的变形层或烧损层必须在后续工序中去掉。(3)试样尺寸图 1-1 常规金相试样2图 1-2 金相试样的镶嵌和机械夹持金相试样的大小以便于握持、易于磨
4、制为准。通常显微试样为直径1525mm、高 1520mm 的圆柱体或边长为 1525mm 的立方体,如图 1-1 所示。对于形状特殊或尺寸细小不易握持的试样,要进行镶嵌或机械夹持,如图1-2 所示。试样取下后一般先用砂轮磨平。对于很软的材料(如铝、铜等有色金属)可用锉刀锉平。磨砂轮时应利用砂轮的侧面,并使试样沿砂轮径向缓慢往复移动,施加压力要均匀。这样即可以保证使试样磨平,还可以防止砂轮侧面磨出凹槽,使试样无法磨平。在磨制过程中,试样要不断用水冷却,以防止试样因受热升温而产生组织变化。此外,在一般情况下,试样的周界要用砂轮或锉刀磨成圆角,以免在磨光及抛光时将砂纸和抛光织物划破,但是对于需要观察表面组织(如渗碳层、脱碳层、和氮化层等)的试样,则不能将边缘磨圆,这类试样最好进行镶嵌。3.镶嵌镶嵌一般情况下,如果试样大小合适,则不需要镶嵌,但试样尺寸过小或形状及不规则者,如带、 丝、片、管,制备试样十分困难,就必须把试样镶嵌起来。图 1-3 金相试样镶嵌机目前一般多采用塑料镶嵌。镶嵌材料有热凝性塑料(如胶木粉) 、热塑性塑料(如聚氯乙烯) 、冷凝性塑料(环氧树脂加固化剂)等。这些材料都各有其
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