电子科技大学中山学院《机械工程材料》实验指导书.pdf

《机械工程材料》实验指导书《机械工程材料》实验指导书 主编：倪利勇 班级： 姓名： 学号： 2 目 录 验证性实验一 低碳/铸铁钢拉伸实验..........................................................................................................1 验证性实验二 金相显微镜的使用与铁碳合金平衡组织分析.................................................................2 验证性实验三 金相试样制备.....................................................................................................................4 验证性实验四 碳素钢的热处理与硬度测量.............................................................................................8 综合性实验五 工程材料综合实验...........................................................................................................11 验证性实验六 常用金属材料的显微组织观察.......................................................................................12 附录 海量 MD1500 金相显微镜的构造与使用...........................................................................15 1 验证性实验一验证性实验一 低碳钢低碳钢/铸铁拉伸实验铸铁拉伸实验 一、实验目的一、实验目的 （1）了解材料电子万能试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法； （2）观察和分析低碳钢、铸铁材料在拉伸过程中的现象，分析其力学特性； （3）测定低碳钢的伸长率、断面收缩率、强度极限，以及铸铁的强度极限。

二、实验内容及原理二、实验内容及原理 低碳钢/铸铁拉伸实验通过拉伸可以观察到低碳钢、铸铁在此过程中的力学现象，并测定低碳 钢的伸长率、断面收缩率、强度极限，以及铸铁的强度极限等力学特性 注意观察在拉伸过程中低碳钢经历了屈服、颈缩、断开的现象；而铸铁则没有塑性变形现象 估算伸长率 估算断面收缩率 估算强度极限 三、实验设备与工具三、实验设备与工具 （1）电子万能试验机 （2）游标卡尺 （3）直尺 （4）低碳钢、铸铁试样 四、实验步骤四、实验步骤 （1）对低碳钢试样标记长度刻度、测量直径，对铸铁试样只测量直径即可 （2）设定电子万能试验机的工作参数 （3）将试样两端装夹在试验机； （4）启动试验机开始拉伸试验，观察试样的力学现象，至试样拉伸断开时停止试验机 （5）记录拉伸过程中的最大拉力，测量拉伸后低碳钢试样的长度及断面直径尺寸；对铸铁则无 需测量任何参数 （6）计算出低碳钢试样的伸长率、断面收缩率、强度极限参数；铸铁的强度极限 五、实验要求五、实验要求 （1）观察试验中的力学现象 （2）提交实验报告 2 验证性实验验证性实验二 金相显微镜的使用与铁碳合金平衡组织分析金相显微镜的使用与铁碳合金平衡组织分析 一、实验目的一、实验目的 (1)观察和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

(2)分析和研究碳的质量分数，在相形成过程中的影响，研究组织组成物的本质和特征 (3)学会使用金相显微镜以及成像软件 二、概述二、概述 碳素钢和铸铁材料，其显微组织与性能有密切的关系 1．碳素钢和白口铸铁的平衡组织 所谓平衡组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得 到的组织在铁碳合金中，平衡组织是指碳素钢和白口铸铁的显微组织这些组织在室温时， 均由铁素体和渗碳体两相组成 由于碳的质量分数不同，造成铁素体和渗碳体这两个基本相的相对数量，析出条件以及分 布情况均不同，呈现各种不同的组织形态 铁碳合金在室温下的显微组织，见表 1—1 表表 1- 1 铁碳合金在室温下的显微组织铁碳合金在室温下的显微组织 材 料 wc(％) 显微组织 工 业 纯 铁 <0.0218 F 亚共析钢 O．0218～0.77 F+P 碳 钢 共析钢 O.77 P 过共析钢 O．77～2.11 P+Fe3CI 亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+Fe3CII＋L／ d 白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3 L／ d 过共晶自口铸铁 4.3～6.69 Fe3Cl+ L／ d 2．各种相组成物和组织组成物特征 (1)铁素体(F) 是碳固溶于α—Fe 中的固溶体。

铁素体是体心立方晶格，有磁性，塑性好，硬 度低工业纯铁经过金相试样制备后，在金相显微镜下观察，可见多边形等轴晶粒随着钢中碳的 质量分数增加，铁素体减少，增加了新的组织(即珠光体 P)，铁素体呈块状分布当碳的质量分数 接近共析成分时，铁素体呈断续的网状分布在珠光体周围 (2)渗碳体(Fe3C) 是碳与铁形成的化合物，其碳的质量分数为 6.69％，质硬而脆，耐腐蚀用 4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色 渗碳体有多种形态：一次渗碳体 Fe3CI是直接从液相中析出来的，呈宽直白条状；二次渗碳体 Fe3CII是由奥氏体(A)中析出的，常呈网状分布在珠光体的边界上此外，还有球粒状，小条块等 形态渗碳体的硬度高，是硬而脆的相，强度和塑性差 (3)珠光体(P) 是铁素体和渗碳体的机械混合物，即铁素体片与渗碳体片相互交替排列形成片 层状组织以不同的放大倍数显微镜进行金相观察，结果如下： 在 400 倍时，为宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体，类似人的指纹纹路见图 1—1 400 倍下的 珠光体 3 在高放大倍数时，为平行相间的宽条铁素体和窄条渗碳体均为白色，边界为黑色，见图 1- 2 2000×下的珠光体。

图 1—1 400×下的珠光体 图 1—2 2000×下的珠光体 (4)莱氏体(L／ d) 在室温时是珠光体和渗碳体的机械混合物渗碳体中包括共晶渗碳体和二次 渗碳体两者相连无界线，无法分辨开金相显微镜观察，莱氏体的组织特征是在亮白色的渗碳体 的基体上分布着许多黑色点状或条状的珠光体 莱氏体硬度高，性脆一般存在于碳的质量分数大于 2.11％的白口铸铁中，高合金钢的铸造绢 织中也出现 在亚共晶白口铸铁中，莱氏体基体上分布着黑色树枝状和豆粒状的珠光体其周围常有一圈白 亮的二次渗碳体，但与 L／ d中的渗碳体混为一体，分辨不清 在过共晶白口铸铁中，莱氏体基体上，分布着宽直白条的一次渗碳体 三、实验内容及报告三、实验内容及报告 1)学会金相显微镜的使用通过金相显微镜，观察平衡组织试样，研究组织特征 2)在直径 36mm 左右的圆内绘制观察到的金相组织图，或者使用成像软件系统导出金相组织图， 然后用细实线标明组织构成物， 注明浸蚀剂， 试样材料， 放大倍数 铁碳合金平衡组织试样见表 1—2 表表 1- 2 铁碳合金平衡组织试样铁碳合金平衡组织试样 编 号 材 料 热 处 理 浸 蚀 剂 1 工业纯铁 2 45 3 T8 4 T12 退火 5 亚共晶白口铸铁 6 共晶白口铸铁 7 过共晶白口铸铁 铸态 4％硝酸酒精溶液 四、注意事项四、注意事项 1)金相显微镜是精密光学仪器，操作要认真。

2)绘图使用铅笔不要将试样中杂质及划痕画出 3)不要触摸试样表面，如有模糊不清试样，请老师重新更换 4 验证性实验三验证性实验三 金相试样制备金相试样制备 一、实验目的实验目的 1． 掌握金相试样的制备方法 二、实验仪器和用品实验仪器和用品 1． 金相显微镜； 2． 供制备金相试样用的碳钢试块（Q235、45、T8、T10、20、40Cr 等） ； 3． 抛光机及抛光液或化学抛光剂； 4． 4％硝酸酒精； 5． 金相砂纸及玻璃板 三、实验内容实验内容 (一) 金相显微镜试样的制备 进行金相显微镜分析时,必须将用显微镜观察的金属材料制成专门的金相试样其制作过程包括：取样——镶样——磨光——抛光——浸蚀——干燥等工序 分述如下： 1．取样 显微试样的选取应根据被检验材料或零件的特点、加工的工艺及研究的目的，选取具有代表性的部位如研究铸件组织时，由于铸件中往往存在偏析现象，故应从铸件表面到中心同时取样进行观察；对于锻件或轧材，则应同时在横向及纵向上取样，以便于分析非金属夹杂物的分布及表层缺陷；对于失效零件分析其损坏原因时，则除在损坏部位取样外，尚须在非损坏部位取样，以便作对比分析截取试样可用锯、砂轮片切割或锤击打下等方法。

试样的尺寸通常采用高为 12－15mm，直径为 12－15mm 的圆柱体或边长为 12－15mm 的正方体截取下来的试样应该用锉刀锉平面或在砂轮机上磨平，但磨平表面时应注意即时用水冷却，以免金属过度发热而使内部组织发生变化 2．镶样 过于细小或形状特殊的试样，须将其镶嵌在塑料、电木粉或低熔点合金中，或用专用夹具夹持，以便在磨光和抛光时易于握持 3．磨光 磨光分为粗磨和细磨两步 （1）粗磨 粗磨的目的是为了将试样修整成平整、合适的形状钢铁材料通常在砂轮上进行，磨时须随时用水冷却，以免试样由于温升过高而引起组织变化不作表面层金相检验的试样，应将磨面边缘倒出圆角，以免抛光时撕裂抛光布 5 (2)细磨 细磨的目的是为了消除粗磨时留下的较深的磨痕，为抛光作准备细磨可由手工磨或机械磨手工磨通常在一套粗细不同的金相砂纸上依次进行一般砂纸可由粗到细选用以下几个粒度：120＃、180＃、240＃、320＃或 0 号、01 号、02 号、03 号等细磨时依次用 0 号磨到 03 号，先在 0 号砂纸上，将试样沿一个方向向前推送，用力须均匀，回程时应将试样微微提起，不与砂纸接触，以保证磨面平整，不产生弧度，观察表面磨痕均匀后将试样用水清洗，然后更换 01 号砂纸，这时磨的方向应调转 90o，使新磨痕与上一道磨痕方向垂直。

当磨到上一号砂纸的磨痕全部消失后，可再更换更细一号的砂纸继续磨制，如此继续下去，直至试样平整、光滑（注意：在 0、01、02 号砂纸上磨完后要用水清洗试样表面） 除上述手工磨制的方法外，为了加快磨制的速度，可采用在转盘上贴水砂纸的预磨机进行机械磨制水砂纸按粗细有 200、300、400、500、600、700、800、900 号等用水砂纸盘磨试样时，应不断加水冷却，同样，每换一号砂纸时，试样用水冲洗干净，并调换 90o方向 4．抛光 磨光后的试样表面尚留有细微磨痕，须经抛光才能除去抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光等方法，使用最广的是机械抛光本课程使用机械抛光 机械抛光是在专用的抛光机上进行抛光机为一个由马达带动的旋转圆盘，转速为 200～600r/min抛光盘上铺以不同材料的抛光布粗抛时常用帆布或粗呢，精抛时用绒布、细呢或丝绸等抛光过程中要不断滴加 Al2O3、Cr2O3或 MgO 的悬浮液试样的磨面应均匀地、平正地压在旋转的抛光盘上，压力不宜过大，并从边缘到中心不断地作径向往。