课程编号：031511课程性质：独立设课实验课程名称：材料加工基础实验英文名称：ExperimentsofMaterialsEngineering课程总学时：32隶属课群：材料加工基础实验学时：32上机学时：8适用专业：金属材料工程一、本课程实验教学性质、目的和任务：《材料加工基础实验》是金属材料工程专业必修的实践性专业课，是系统专业学习过程中必不可少的教学环节。开设此课程的目的在于培养学生基本的工程素质，提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手操作能力，进一步加深对专业课学习的理解。本课程的基本任务在于让学生掌握理解金属材料制备和材料成型原理及材料成型过程中生产工艺的控制技术的理论和实验技能。二、实验教学的主要内容和基本要求：主要内容：1.热加工成型原理及测试方法2.热加工过程显微组织分析3.材料使用性能、物理性能及力学性能检测及分析：4.温度的测量及控制。实验教学方法手段的基本要求：1.主要以学生操作设备仪器完成相关实验项目：2.热加工过程显微组织分析采用多媒体教学。三、实验项目及学时分配表序号实验项目名称计划学时实验类型|开出要求每组人数1铸造合金铸造性能测试实验4综合必开2~323验证必开1钢的淬透性测量23验证必开2金属氧化速度的测定24验证必开铸铁金相组织分析154验证必开1钢热处理后的显微组织分析铝合金、铜合金金相组织分621验证必开析741焊接材料金相组织分析验证必开双臂电桥测量钢淬火回火后822验证必开电阻变化膨胀法测定亚共析钢在加热922验证必开过程中的临界点2103综合必开温度仪表的使用及校验211验证必开2焊接设备及工艺1222验证必开焊接热循环曲线的测定四、实验项目教学大纲实验一铸造合金铸造性能测试实验（一）实验类型：综合（二）实验目的：1.掌握铸造合金常规铸造性能（流动性、线收缩、合金热裂倾向、热应力）的测试原理及测试方法
课程编号：031511 课程性质：独立设课实验 课程名称：材料加工基础实验 英文名称：Experiments of Materials Engineering 隶属课群：材料加工基础 课程总学时：32 实验学时：32 上机学时：8 适用专业：金属材料工程 一、本课程实验教学性质、目的和任务： 《材料加工基础实验》是金属材料工程专业必修的实践性专业课，是系统专业学习过程中必不可少的教学环节。开设此课程的 目的在于培养学生基本的工程素质，提高学生分析问题和解决问题的能力以及实际动手操作能力，进一步加深对专业课学习的理 解。本课程的基本任务在于让学生掌握理解金属材料制备和材料成型原理及材料成型过程中生产工艺的控制技术的理论和实验技 能。 二、实验教学的主要内容和基本要求： 主要内容: 1．热加工成型原理及测试方法 2．热加工过程显微组织分析 3．材料使用性能、物理性能及力学性能检测及分析； 4．温度的测量及控制。 实验教学方法手段的基本要求: 1．主要以学生操作设备仪器完成相关实验项目； 2．热加工过程显微组织分析采用多媒体教学。 三、实验项目及学时分配表 序号 实验项目名称 计划学时 实验类型 开出要求 每组人数 1 铸造合金铸造性能测试实验 4 综合 必开 2～3 2 钢的淬透性测量 3 验证 必开 1 3 金属氧化速度的测定 2 验证 必开 2 4 铸铁金相组织分析 2 验证 必开 1 5 钢热处理后的显微组织分析 4 验证 必开 1 6 铝合金、铜合金金相组织分 析 2 验证 必开 1 7 焊接材料金相组织分析 4 验证 必开 1 8 双臂电桥测量钢淬火回火后 电阻变化 2 验证 必开 2 9 膨胀法测定亚共析钢在加热 过程中的临界点 2 验证 必开 2 10 温度仪表的使用及校验 3 综合 必开 2 11 焊接设备及工艺 2 验证 必开 2 12 焊接热循环曲线的测定 2 验证 必开 2 四、实验项目教学大纲 实验一 铸造合金铸造性能测试实验 （一）实验类型：综合 （二）实验目的： 1. 掌握铸造合金常规铸造性能（流动性、线收缩、合金热裂倾向、热应力）的测试原理及测试方法
2.建立铸造合金成分一铸造性能一力学性能一组织间相互关联的理念，进一步理解它们之间的相互关系。3，了解铸造合金性质、铸型条件、浇注条件、铸件结构等方面的因素对合金铸造性能的影响规律。（三）实验内容：1，测定实验合金在不同浇注温度、不同铸型条件下的充型能力。序号浇注温度铸型条件1砂型过热100℃2砂型过热50℃3过热50℃涂烟黑2.测定合金热裂抗力一温度一时间动态曲线。3.测定合金自由线收缩动态曲线（测定合金凝固阶段的线收缩率，测定凝固结束至450℃的线收缩率）。4.测定实验合金的力学性能：06、8。5.分析合金的金相组织。（四）实验要求：实验教学组织安排1.每班4～5组，每组68人。实行组长负责制，成员既要有明确分工又要相互协作2.按照实验流程做好各项实验准备工作，熟悉实验用仪器、工装，制定实验工艺及实验计划，确定实验日期3.实验以学生为主体，教师指导为辅。实验报告要求1.评定分析测试材料的铸造性能、力学性能，阐述材料的特点及使用范围。2.对实验数据分析整理得到那些结果，归纳实验结果与影响因素之间的关系，进一步进行理论分析，讨论形成机制及机理。（五）主要仪器设备：SG-5-10型锅电阻炉、ZXD铸造性能多功能测试仪、464台式自动平衡记录仪、铸造合金动态应力测试仪、单螺旋线流动性试样模板、EU-2热电偶及数显温度仪等。实验二钢的淬透性测量（一）实验类型：验证（二）实验目的：掌握用项端淬火法测定钢的淬透性的方法及其原理，进一步理解CCT曲线-冷却速度-淬透性-硬度之间的关系。（三）实验内容：1.确定试样成分，根据材料制订热处理工艺，根据试样规格尺寸确定奥氏体化温度，保温时间及冷却方式。2.奥氏体化完成后将此温度的试样快速放到端淬机上淬火。3.将淬火后试样的一个侧面进行打磨去掉氧化皮并从水冷端每隔3mm划一刻度。4.使用洛氏硬度计测定HRC（四）实验要求：1.注明试验条件，根据所测数据绘制HRC-水冷端距离率透性曲线2.根据淬透性曲线，计算半马氏体区。3.结合CCT曲线分析所测材料的泽透性及影响因素（五）主要仪器设备：端淬机、箱式电阻炉、洛氏硬度机。实验三金属氧化速度的测定（一）实验类型：验证（二）实验目的：
2．建立铸造合金成分—铸造性能—力学性能—组织间相互关联的理念，进一步理解它们之间的相互关系。 3．了解铸造合金性质、铸型条件、浇注条件、铸件结构等方面的因素对合金铸造性能的影响规律。 （三）实验内容： 1．测定实验合金在不同浇注温度、不同铸型条件下的充型能力。 序号 浇注温度 铸型条件 1 过热100℃ 砂型 2 过热50℃ 砂型 3 过热50℃ 涂烟黑 2．测定合金热裂抗力—温度—时间动态曲线。 3．测定合金自由线收缩动态曲线（测定合金凝固阶段的线收缩率，测定凝固结束至450℃的线收缩率）。 4．测定实验合金的力学性能：σb、δ。 5．分析合金的金相组织。 （四）实验要求： 实验教学组织安排 1. 每班4～5组，每组6～8人。实行组长负责制，成员既要有明确分工又要相互协作； 2．按照实验流程做好各项实验准备工作，熟悉实验用仪器、工装，制定实验工艺及实验计划，确定实验日期； 3.实验以学生为主体，教师指导为辅。 实验报告要求 1．评定分析测试材料的铸造性能、力学性能，阐述材料的特点及使用范围。 2．对实验数据分析整理得到那些结果，归纳实验结果与影响因素之间的关系，进一步进行理论分析，讨论形成机制及机理。 （五）主要仪器设备： SG-5-10型坩锅电阻炉、ZXD铸造性能多功能测试仪、464台式自动平衡记录仪、铸造合金动态应力测试仪、单螺旋线流动性试 样模板、EU-2热电偶及数显温度仪等。 实验二 钢的淬透性测量 （一）实验类型：验证 （二）实验目的： 掌握用顶端淬火法测定钢的淬透性的方法及其原理，进一步理解CCT曲线-冷却速度-淬透性-硬度之间的关系。 （三）实验内容： 1. 确定试样成分，根据材料制订热处理工艺，根据试样规格尺寸确定奥氏体化温度，保温时间及冷却方式。 2. 奥氏体化完成后将此温度的试样快速放到端淬机上淬火。 3. 将淬火后试样的一个侧面进行打磨去掉氧化皮并从水冷端每隔3mm划一刻度。 4. 使用洛氏硬度计测定HRC （四）实验要求： 1. 注明试验条件，根据所测数据绘制HRC-水冷端距离淬透性曲线 2. 根据淬透性曲线，计算半马氏体区。 3. 结合CCT曲线分析所测材料的淬透性及影响因素。 （五）主要仪器设备：端淬机、箱式电阻炉、洛氏硬度机。 实验三 金属氧化速度的测定 （一）实验类型：验证 （二）实验目的：
1.了解并掌握用热天平法测定金属氧化速度的原理及方法2.了解不同温度下同一金属材料的氧化规律及特征3.了解不同金属材料的氧化特征（三）实验内容：1.熟悉天平的动态使用和动态下读取实验数据的技能2.测定400℃，500℃，600℃，700℃下纯铜试样的氧化增重与时间的关系曲线3.测定400℃，600℃，700℃温度下低碳钢试样的氧化增重与时间的关系曲线（四）实验要求：1.熟炼并掌握天平及加热炉的使用方法：2.严格按实验指导书的步骤及方法进行：3.真实记录实验中的所有实验现象：不明之处和指导教师进行讨论4.综合分析金属氧化的规律及影响金属氧化的因素（五）主要仪器设备：天平（精度0.1mg），加热电阻炉，控温仪，实验材料：纯铜试样，低碳钢试样，砂纸实验四铸铁金相组织分析（一）实验类型：验证（二）实验目的1.掌握铸铁中常见石墨形态及形成原因：2.熟悉铸铁中常见的基体组织，进一步理解基体组织与铸铁性能的关系：3.通过金相组织分析，结合基础理论知识，初步培养分析生产实际问题的能力。（三）实验内容：1.观察灰铸铁的石墨形态（片状A、B、C、D、E、F）及基体组织形貌：2.球墨铸铁的石墨形态（球状、团状、团片状、厚片状、开花状枝晶状）及基体组织形貌；3.可锻铸铁的石墨形态（团球状、团累状、菜花状、螺虫状、枝晶状）及基体组织形貌：4.观察合金铸铁以及铸铁常见缺陷组织：5.了解化学成分对石墨化的影响。（四）实验要求：1.画出下列石墨形态及基体组织示意图灰铸铁：A、B、D、E、F型石墨，珠光体基体：球铁：球状石墨，牛眼状组织（珠光体十铁素体）：可锻铸铁：团絮状石墨：基体为铁素体。2.根据实验指导书的要求完成实验报告。（五）主要仪器设备：计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。实验五钢热处理后的显微组织分析（一）实验类型：验证（二）实验目的：1.了解钢加热转变时，加热温度对奥氏体晶粒大小及组织的影响；2.掌握钢正火，退火，火等热处理后得到的常见组织形貌3.会用CCT和TTT曲线分析不同冷却方式和冷却速度下得到的室温组织4.分析比较几种典型碳素结构钢和合金结构钢在不同热处理状态下的显微组织，掌握其组织特征：5.分析合金元素对结构钢不同热处理状态下显微组织和性能的影响
1.了解并掌握用热天平法测定金属氧化速度的原理及方法 2.了解不同温度下同一金属材料的氧化规律及特征 3.了解不同金属材料的氧化特征 （三）实验内容： 1.熟悉天平的动态使用和动态下读取实验数据的技能 2.测定400℃，500℃，600℃，700℃下纯铜试样的氧化增重与时间的关系曲线 3.测定400℃， 600℃，700℃温度下低碳钢试样的氧化增重与时间的关系曲线 （四）实验要求： 1.熟炼并掌握天平及加热炉的使用方法； 2.严格按实验指导书的步骤及方法进行； 3.真实记录实验中的所有实验现象；不明之处和指导教师进行讨论。 4.综合分析金属氧化的规律及影响金属氧化的因素 （五）主要仪器设备： 天平（精度0.1mg），加热电阻炉，控温仪， 实验材料： 纯铜试样，低碳钢试样，砂纸 实验四 铸铁金相组织分析 （一）实验类型：验证 （二）实验目的： 1.掌握铸铁中常见石墨形态及形成原因； 2.熟悉铸铁中常见的基体组织，进一步理解基体组织与铸铁性能的关系； 3.通过金相组织分析，结合基础理论知识，初步培养分析生产实际问题的能力。 （三）实验内容： 1.观察灰铸铁的石墨形态（片状A、B、C、D、E、F）及基体组织形貌； 2.球墨铸铁的石墨形态（球状、团状、团片状、厚片状、开花状枝晶状）及基体组织形貌； 3.可锻铸铁的石墨形态（团球状、团絮状、菜花状、蠕虫状、枝晶状）及基体组织形貌； 4.观察合金铸铁以及铸铁常见缺陷组织； 5.了解化学成分对石墨化的影响。 （四）实验要求： 1.画出下列石墨形态及基体组织示意图 灰 铸 铁：A、B、D、E、F型石墨，珠光体基体； 球 铁：球状石墨，牛眼状组织（珠光体＋铁素体）； 可锻铸铁：团絮状石墨；基体为铁素体。 2.根据实验指导书的要求完成实验报告。 （五）主要仪器设备： 计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。 实验五 钢热处理后的显微组织分析 （一）实验类型：验证 （二）实验目的： 1．了解钢加热转变时，加热温度对奥氏体晶粒大小及组织的影响； 2．掌握钢正火，退火，淬火等热处理后得到的常见组织形貌； 3．会用CCT和TTT曲线分析不同冷却方式和冷却速度下得到的室温组织； 4．分析比较几种典型碳素结构钢和合金结构钢在不同热处理状态下的显微组织，掌握其组织特征； 5．分析合金元素对结构钢不同热处理状态下显微组织和性能的影响
（三）实验内容1.了解钢（40钢、T8钢、T12钢）在加热转变时奥氏体的形成及晶粒长大的过程和规律，及T12钢球化处理工艺及显微组织形态：2.钢的过冷奥氏体等温转变曲线分析，即等温转变曲线区域的辨别及相应区域常见组织形态（上贝、下贝、无碳贝、粒贝、板条马氏体、片状马氏体、闪电状马氏体等）。和常见热处理缺陷组织：3冷却速度对组织的影响（钢的过冷奥氏体连续转变曲线分析）4了解淬火钢回火组织：5.结构钢不同热处理状态下的显微组织分析；6.工模具用钢的显微组织分析。（四）实验要求：1.画出下列所观察的显微组织，并标出组织组成物上贝氏体、下贝氏体、板条马氏体、片（针）状马氏体及闪电马氏体：2.根据40钢的CCT曲线，画出下列不同热处理状态下的组织产物并标出组织组成物炉冷，空冷、油冷、三硝冷、盐水冷：3.根据不同材料CCT曲线和TTT曲线，分析回答各要求状态下的思考题并及时与课堂教师互动：4.完成实验报告。（五）主要仪器设备：计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。实验六铝合金、铜合金金相组织分析（一）实验类型：验证（二）实验目的：1.掌握铝合金、铜合金金相组织分析的方法及特点：2.熟悉铝合金、铜合金中典型牌号的显微组织，掌握各相的形状、数量、大小、分布等特点：3.进一步理解热处理工艺、铸造工艺和变质处理对组织和性能的影响。（三）实验内容：1.铸造铝合金金相组织分析：2.变形铝合金简介：3.铜及铜合金的金相组织分析4.铝合金、铜合金热处理后显微组织特点分析。（四）实验要求：1.根据相图画出下列铝合金、铜合金组织示意图并标出组织组成物A1-Si：ZL102铸态及变质处理Al-18Si：铸态及变质处理Al-Cu:ZL203ALMg：ZL301铸态Cu一Zn：ZH70铸态及退火态：ZH62铸态显微组织Cu-Sn：Cu-8%Sn铸态及退火态显微组织：2.完成实验报告。（五）主要仪器设备：计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。实验七焊接金相组织分析
（三）实验内容： 1．了解钢（40钢、T8钢、T12钢）在加热转变时奥氏体的形成及晶粒长大的过程和规律，及T12钢球化处理工艺及显微组织形 态； 2．钢的过冷奥氏体等温转变曲线分析，即等温转变曲线区域的辨别及相应区域常见组织形态（上贝、下贝、无碳贝、粒贝、 板条马氏体、片状马氏体、闪电状马氏体等）。和常见热处理缺陷组织； 3．冷却速度对组织的影响（钢的过冷奥氏体连续转变曲线分析）； 4．了解淬火钢回火组织； 5．结构钢不同热处理状态下的显微组织分析； 6．工模具用钢的显微组织分析。 （四）实验要求： 1.画出下列所观察的显微组织，并标出组织组成物 上贝氏体、下贝氏体、板条马氏体、片（针）状马氏体及闪电马氏体； 2.根据40钢的CCT曲线，画出下列不同热处理状态下的组织产物并标出组织组成物 炉冷，空冷、油冷、三硝冷、盐水冷； 3.根据不同材料CCT曲线和TTT曲线，分析回答各要求状态下的思考题并及时与课堂教师互动； 4.完成实验报告。 （五）主要仪器设备： 计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。 实验六 铝合金、铜合金金相组织分析 （一）实验类型：验证 （二）实验目的： 1．掌握铝合金、铜合金金相组织分析的方法及特点； 2．熟悉铝合金、铜合金中典型牌号的显微组织，掌握各相的形状、数量、大小、分布等特点； 3．进一步理解热处理工艺、铸造工艺和变质处理对组织和性能的影响。 （三）实验内容： 1．铸造铝合金金相组织分析； 2．变形铝合金简介； 3．铜及铜合金的金相组织分析； 4．铝合金、铜合金热处理后显微组织特点分析。 （四）实验要求： 1.根据相图画出下列铝合金、铜合金组织示意图并标出组织组成物 Al－Si：ZL102铸态及变质处理 Al－18Si：铸态及变质处理 Al－Cu：ZL203 AL－Mg：ZL301铸态 Cu－Zn：ZH70铸态及退火态； ZH62铸态显微组织 Cu－Sn：Cu－8％Sn铸态及退火态显微组织； 2.完成实验报告。 （五）主要仪器设备： 计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。 实验七 焊接金相组织分析
（一）实验类型：验证（二）实验目的：1.初步掌握焊接金相分析的方法：2．掌握焊接金属和合金固态相变特点的基本类型3.掌握低碳钢、低合金钢、硬铝焊缝组织、熔合区组织、热影响区组织的基本组织形貌特征；4.结合理论教学进一步理解焊接方法、工艺规范与加热冷却条件与接头组织、性能的关系。（三）实验内容：1.观察20#钢焊缝和热影响区组织转变过程及组织形态：2.观察低合金钢焊缝常见组织形态：3，观察低合金钢易淬火和不易淬火钢组织形态，并比较16Mn和12Cr钢热影响区不同区域的组织区别：4.观察无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区组织形态5了解钢的热处理和焊接热影响区加热和冷却过程的区别6.了解合金元素及含氧量对组织的影响；7.了解不同焊接方法对组织的影响。（四）实验要求：1.画出20#钢焊缝及热影响区组织示意图，并标出组织组成物：2.画出下列材料焊接时热影响区组织示意图并标出组织组成物T2紫铜埋弧焊对接接头组织：12Cr2MoWVTiB钢管氩弧焊对接接头热影响区组织16Mn钢（低合金钢）自动埋弧焊用手工焊焊接热影响区组织；3.回答思考题并及时与课堂教师互动。4.完成实验报告。（五）主要仪器设备：计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。实验八双臂电桥测量钢淬火回火后的电阻变化（一）实验类型：验证）（二）实验目的：通过测量T8钢淬火经不同温度回火时的电阻变化，研究火组织马氏体经不同温度回火后的分解过程，了解应用电阻分析法研究合金组织结构的基本方法。（三）实验内容：将材料T8钢制成Φ6x120mm的试样，经过780℃率火，然后在110℃230℃300℃不同温度进行回火一小时。使用QJ44型携带式直流双臂电桥，采用四点接线法连接试样架，测量试样电阻值。（四）实验要求：对经不同热处理后的试样的电阻变化测量，根据所测量数据，绘制率火钢电阻一回火温度曲线，（五）主要仪器设备：QJ44型携带式直流双臂电桥、试样架实验九膨胀法测定亚共析钢在加热过程中的临界点（一）实验类型：验证（二）实验目的：通过用膨胀法测定钢在加热过程的临界点，了解应用膨胀法分析研究金属学及热处理的基本方法（三）实验内容：用膨胀仪测定中碳钢在加热过程的膨胀系数，根据所测数据绘制热膨胀曲线，测定试样加热过程中的临界点
（一）实验类型：验证 （二）实验目的： 1．初步掌握焊接金相分析的方法； 2．掌握焊接金属和合金固态相变特点的基本类型； 3．掌握低碳钢、低合金钢、硬铝焊缝组织、熔合区组织、热影响区组织的基本组织形貌特征； 4．结合理论教学进一步理解焊接方法、工艺规范与加热冷却条件与接头组织、性能的关系。 （三）实验内容： 1．观察20#钢焊缝和热影响区组织转变过程及组织形态； 2．观察低合金钢焊缝常见组织形态； 3．观察低合金钢易淬火和不易淬火钢组织形态，并比较16Mn和12Cr钢热影响区不同区域的组织区别； 4．观察无同素异构转变的多相合金的焊接热影响区组织形态； 5．了解钢的热处理和焊接热影响区加热和冷却过程的区别； 6.了解合金元素及含氧量对组织的影响； 7．了解不同焊接方法对组织的影响。 （四）实验要求： 1.画出20＃钢焊缝及热影响区组织示意图，并标出组织组成物； 2.画出下列材料焊接时热影响区组织示意图并标出组织组成物 T2紫铜埋弧焊对接接头组织； 12Cr2MoWVTiB钢管氩弧焊对接接头热影响区组织； 16Mn钢（低合金钢）自动埋弧焊用手工焊焊接热影响区组织； 3.回答思考题并及时与课堂教师互动。 4.完成实验报告。 （五）主要仪器设备： 计算机、多媒体教学软件及相关显微组织图谱。 实验八 双臂电桥测量钢淬火回火后的电阻变化 （一）实验类型：验证） （二）实验目的： 通过测量T8钢淬火经不同温度回火时的电阻变化，研究淬火组织马氏体经不同温度回火后的分解过程，了解应用电阻分析法研 究合金组织结构的基本方法。 （三）实验内容： 将材料T8钢制成 Φ6ⅹ120mm的试样，经过780℃淬火，然后在110℃ 230℃ 300℃不同温度进行回火一小时。使用QJ44 型 携带式直流双臂电桥，采用四点接线法连接试样架，测量试样电阻值。 （四）实验要求： 对经不同热处理后的试样的电阻变化测量，根据所测量数据，绘制淬火钢电阻-回火温度曲线。 （五）主要仪器设备：QJ44 型携带式直流双臂电桥、试样架 实验九 膨胀法测定亚共析钢在加热过程中的临界点 （一）实验类型：验证 （二）实验目的： 通过用膨胀法测定钢在加热过程的临界点，了解应用膨胀法分析研究金属学及热处理的基本方法 （三）实验内容： 用膨胀仪测定中碳钢在加热过程的膨胀系数，根据所测数据绘制热膨胀曲线，测定试样加热过程中的临界点