南京工业大学金属材料工程专业实验指导书材料科学与工程学院二〇二四年三月
金属材料工程专业 实 验 指 导 书 材料科学与工程学院 二〇二四年三月
编写说明本实验指导书内容涉及金属材料与工程的专业实验，实验内容涉及金属力学性能、金属物理学、金属热加工工艺学、耐蚀非金属学、金属腐蚀理论、电化学基础等全部专业核心课和金属表面工程、金属热处理技术、循环冷却水处理技术、腐蚀防护技术等选修课程，涵盖了金属材料从制备、成型加工、表面处理到腐蚀与防护等过程中的微观结构和力学性能、腐蚀性能和防护方法等基本质量检测和试验评价方法，具有很强的实践性和可操作性，实验项目中共设置10个综合性实验和3个验证性实验，共计96学时，通过动手实验操作，培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，让学生进一步理解金属材料的基本理论、掌握研究方法和手段，并重点提高学生的专业知识综合利用能力，满足金属材料专业人才培养计划的要求。本专业实验要求相关任课教师配合实验指导教师（或实验员）进行学生实验指导，由实验教学中心负责安排、实施和考核。其中实验员负责相关实验仪器设备、实验材料、实验场所和其它实验硬件的准备，实验指导教师负责进行实验讲解、指导和批阅实验报告。本指导书是在原实验指导书的基础上，根据我校2020级金属材料与工程专业新的教学大纲整理编写，编写人员包括各项实验指导教师和相关课程任课教师，内容包括实验目的和要求，实验原理，实验仪器和用品，实验操作步骤，实验结果处理，思考讨论题等。在编写过程中，编者根据本项实验的实际开出情况和学科进展，对原实验指导书部分内容进行了修改和调整，其中包括仪器设备的更新，装置图，电路图的更新，部分实验内容的修改与调整，标准和单位的更新等方面，因此，本指导书更具有新颖实用的特点。本实验指导书适合金属材料与工程专业的本科生使用，也可供其它相关专业的本科生和研究生参考
编写说明 本实验指导书内容涉及金属材料与工程的专业实验，实验内容涉及金属力学性能、金 属物理学、金属热加工工艺学、耐蚀非金属学、金属腐蚀理论、电化学基础等全部专业核 心课和金属表面工程、金属热处理技术、循环冷却水处理技术、腐蚀防护技术等选修课程， 涵盖了金属材料从制备、成型加工、表面处理到腐蚀与防护等过程中的微观结构和力学性 能、腐蚀性能和防护方法等基本质量检测和试验评价方法，具有很强的实践性和可操作性， 实验项目中共设置 10 个综合性实验和 3 个验证性实验，共计 96 学时，通过动手实验操作， 培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力，让学生进一步理解金属材料的基本理论、 掌握研究方法和手段，并重点提高学生的专业知识综合利用能力，满足金属材料专业人才 培养计划的要求。 本专业实验要求相关任课教师配合实验指导教师（或实验员）进行学生实验指导，由 实验教学中心负责安排、实施和考核。其中实验员负责相关实验仪器设备、实验材料、实 验场所和其它实验硬件的准备，实验指导教师负责进行实验讲解、指导和批阅实验报告。 本指导书是在原实验指导书的基础上，根据我校 2020 级金属材料与工程专业新的教 学大纲整理编写，编写人员包括各项实验指导教师和相关课程任课教师，内容包括实验目 的和要求，实验原理，实验仪器和用品，实验操作步骤，实验结果处理，思考讨论题等。 在编写过程中，编者根据本项实验的实际开出情况和学科进展，对原实验指导书部分内容 进行了修改和调整，其中包括仪器设备的更新，装置图，电路图的更新，部分实验内容的 修改与调整，标准和单位的更新等方面，因此，本指导书更具有新颖实用的特点。 本实验指导书适合金属材料与工程专业的本科生使用，也可供其它相关专业的本科生 和研究生参考
目录金属材料工程专业实验-1实验一金属材料的力学性能测试错误！未定义书签。实验二金相试样的制备和显微分析技术2.1金相试样制备和显微镜的使用72.2计算机金相图像分析技术..12..16实验三铁碳合金平衡组织观察，18实验四钢的常规热处理工艺及非平衡组织观察。4.1钢的常规热处理工艺及硬度测量..184.2非平衡组织观察.21实验五金属材料热加工典型组织观察。.24..245.1焊接接头金相组织观察5.2铸造合金显微组织观察.27.32实验六腐蚀环境用水处理剂合成6.1丙烯酰胺水溶液聚合（自由基聚合实验）..326.2低分子量聚丙烯酸钠的合成与表征...35实验七水处理剂对冷却水中碳钢的缓蚀和阻垢性能测试。38
目 录 金属材料工程专业实验-1 . 3 实验一 金属材料的力学性能测试 . 错误！未定义书签。 实验二 金相试样的制备和显微分析技术 . 7 2.1 金相试样制备和显微镜的使用 . 7 2.2 计算机金相图像分析技术 .12 实验三 铁碳合金平衡组织观察.16 实验四 钢的常规热处理工艺及非平衡组织观察 . 18 4.1 钢的常规热处理工艺及硬度测量 .18 4.2 非平衡组织观察 .21 实验五 金属材料热加工典型组织观察 . 24 5.1 焊接接头金相组织观察 .24 5.2 铸造合金显微组织观察 .27 实验六 腐蚀环境用水处理剂合成 . 32 6.1 丙烯酰胺水溶液聚合（自由基聚合实验）.32 6.2 低分子量聚丙烯酸钠的合成与表征.35 实验七 水处理剂对冷却水中碳钢的缓蚀和阻垢性能测试. 38
金属材料工程专业实验-1
金属材料工程专业实验-1
实验一金属材料的力学性能测试一、实验目的1.了解电子万能试验机和冲击试验机的使用方法2.掌握低碳钢和不锈钢的拉伸试验方法。3.掌握低碳钢和灰铸铁的冲击试验方法。4.测定金属材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和冲击吸收能量。二、实验原理1.拉伸力一伸长曲线和应力一应变曲线拉伸力一伸长曲线是拉伸试验中记录的力对伸长的关系曲线。曲线的纵坐标为力F，横坐标是绝对伸长△L。退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。正火、退火的碳素结构钢和低合金结构钢，也都具有类似的拉伸力一伸长曲线，只是力的大小和变形量不同而已。将拉伸力一伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始横截面积S和原始标距长度L去除，则得到应力一应变曲线，根据该曲线便可建立金属材料在静拉伸条件下的力学性能指标。2.屈服强度、抗拉强度和断后伸长率强度和塑性是金属材料重要的力学性能指标，可以通过拉伸试验确定。强度是金属材料抵抗断裂的能力。屈服现象是金属材料开始塑性变形的标志，屈服强度表征材料对微量塑性变形的抗力，用下屈服强度R表示。如果金属材料在拉伸试验时看不到明显的屈服现象，则用规定残余延伸强度Rro.2表示。抗拉强度是试样拉断过程中相应最大力的应力，其值R等于最大力F.除以试样原始横截面积SoRL=FalSoR=EmSo塑性是金属材料断裂前发生塑性变形的能力。金属材料常用的塑性指标为断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率是试样拉断后标距的残余伸长与原始标距之比的百分率，用符号A表示。断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积之比的百分率，用符号Z表示。4= l4=l×100%Lo3.冲击吸收能量为了显示加载速率和缺口效应对金属材料韧性的影响，需要进行缺口试样冲击弯曲试验，测定材料的冲击韧性。冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑
实验一 金属材料的力学性能测试 一、实验目的 1. 了解电子万能试验机和冲击试验机的使用方法。 2. 掌握低碳钢和不锈钢的拉伸试验方法。 3. 掌握低碳钢和灰铸铁的冲击试验方法。 4. 测定金属材料的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和冲击吸收能量。 二、实验原理 1. 拉伸力－伸长曲线和应力－应变曲线 拉伸力－伸长曲线是拉伸试验中记录的力对伸长的关系曲线。曲线的纵坐标 为力 F，横坐标是绝对伸长ΔL。退火低碳钢在拉伸力作用下的变形过程可分为 弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。正火、退火的碳素结构钢和低合金结构钢， 也都具有类似的拉伸力－伸长曲线，只是力的大小和变形量不同而已。 将拉伸力－伸长曲线的纵、横坐标分别用拉伸试样的原始横截面积 S0和原始 标距长度 L0去除，则得到应力－应变曲线，根据该曲线便可建立金属材料在静拉 伸条件下的力学性能指标。 2. 屈服强度、抗拉强度和断后伸长率 强度和塑性是金属材料重要的力学性能指标，可以通过拉伸试验确定。 强度是金属材料抵抗断裂的能力。屈服现象是金属材料开始塑性变形的标 志，屈服强度表征材料对微量塑性变形的抗力，用下屈服强度 ReL 表示。如果金 属材料在拉伸试验时看不到明显的屈服现象，则用规定残余延伸强度 Rr0.2表示。 抗拉强度是试样拉断过程中相应最大力的应力，其值 Rm等于最大力 Fm除以试样 原始横截面积 S0。 0 eL eL S F R = 0 m m S F R = 塑性是金属材料断裂前发生塑性变形的能力。金属材料常用的塑性指标为断 后伸长率和断面收缩率。断后伸长率是试样拉断后标距的残余伸长与原始标距之 比的百分率，用符号 A 表示。断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大 缩减量与原始横截面积之比的百分率，用符号 Z 表示。 100% 0 u 0 ´ - = L L L A 3. 冲击吸收能量 为了显示加载速率和缺口效应对金属材料韧性的影响，需要进行缺口试样冲 击弯曲试验，测定材料的冲击韧性。冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑