材料专业 《金属材料制备及其组织 性能研究》 实验讲义 材料学院实验教学中心 1/83
1 / 83 材料专业 《金属材料制备及其组织 性能研究》 实验讲义 材料学院实验教学中心
目录 第一部分实验一金相观察 4 第一章金相显微镜的介绍 1.金相显微镜的光学放大原理 .4 2.金相显微镜的主要性能 5 3.金相显微镜的构造和使用」 第二章铁碳合金的介绍 13 1.工业纯铁 2.碳钢. .15 3.白口铸铁 .19 4.铸铁 第三章实验概述 7 1.实验目的 27 买验内吞 .2 第二部分实验二热处理、金相制备、力学性能测试 .29 第一章热处理」 29 1、实验目的 20 2 29 实验方法指导 33 第二章热处理后的组织观察 ..35 1、金相试样的制备 35 2、金相组织观察分析 37 3空哈内容 A6 第三章钢热处理后的力学性能测试 .48 硬度试验 .48 1、布氏硬度试验。 .48 2、洛氏硬度试险 51 拉伸试验 1、试验目的 2、试验设备. 55 3、试样 ..55 4、试验原理 56 5、试验步骤 58 6- 式验结里处理 6 冲击试验 1、试验目的... ...62 2、试验原理 62 3、试验方法与步骤 66 4、试验数据整理. 67 第三部分实验三材料 的塑性变形及回复再结晶」 68 2/83
2 / 83 目录 第一部分 实验一 金相观察........................................................................................4 第一章 金相显微镜的介绍..................................................................................4 1．金相显微镜的光学放大原理..................................................................4 2．金相显微镜的主要性能..........................................................................5 3．金相显微镜的构造和使用......................................................................8 第二章 铁碳合金的介绍....................................................................................13 1.工业纯铁...................................................................................................14 2.碳钢...........................................................................................................15 3.白口铸铁...................................................................................................19 4. 铸铁.........................................................................................................22 第三章 实验概述................................................................................................27 1. 实验目的.................................................................................................27 2. 实验内容.................................................................................................27 第二部分 实验二 热处理、金相制备、力学性能测试..........................................29 第一章 热处理....................................................................................................29 1、实验目的................................................................................................29 2、实验原理................................................................................................29 3、实验方法指导........................................................................................33 第二章 热处理后的组织观察............................................................................35 1、金相试样的制备....................................................................................35 2、金相组织观察分析................................................................................37 3、实验内容................................................................................................46 第三章 钢热处理后的力学性能测试................................................................48 一、硬度试验..............................................................................................48 1、布氏硬度试验........................................................................................48 2、洛氏硬度试验........................................................................................51 二、拉伸试验..............................................................................................55 1、试验目的................................................................................................55 2、试验设备................................................................................................55 3、试样........................................................................................................55 4、试验原理................................................................................................56 5、试验步骤................................................................................................58 6、试验结果处理........................................................................................60 三、冲击试验..............................................................................................62 1、试验目的................................................................................................62 2、试验原理................................................................................................62 3、试验方法与步骤....................................................................................66 4、试验数据整理........................................................................................67 第三部分 实验三 材料的塑性变形及回复再结晶..................................................68
第一章实验目的 .68 笋一音原理概术 74 .76 第一章 预习报告. 76 第二章实验一实验报告 77 1实验目的 77 2实验内容 3实验结果 .77 4.论述题. 77 第三章实验二实验报告. 78 1.实验目的 7 2.实验仪器、 实验材刻 78 3.实 78 4.实验原理 .78 5.实验结果 .78 6.结果分析 87 7思老颗 第四章实验三实验报告 1.实验目的 …82 2.实验原理 .82 3.实验材料及设备 82 4.实验内容 83 3183
3 / 83 第一章 实验目的................................................................................................68 第二章 原理概述................................................................................................68 第三章 实验内容及步骤....................................................................................74 第四部分 实验报告....................................................................................................76 第一章 预习报告.............................................................................................76 第二章 实验一实验报告....................................................................................77 1.实验目的...................................................................................................77 2.实验内容...................................................................................................77 3.实验结果...................................................................................................77 4.论述题.......................................................................................................77 第三章 实验二实验报告....................................................................................78 1. 实验目的.................................................................................................78 2. 实验仪器、实验材料.............................................................................78 3. 实验内容.................................................................................................78 4. 实验原理.................................................................................................78 5. 实验结果.................................................................................................78 6. 结果分析.................................................................................................82 7. 思考题.....................................................................................................82 第四章 实验三实验报告....................................................................................82 1. 实验目的.................................................................................................82 2. 实验原理.................................................................................................82 3. 实验材料及设备.....................................................................................82 4. 实验内容.................................................................................................82 5. 实验结果及分析.....................................................................................82 6. 实验思考题.............................................................................................83
金属材料的制备及其组织性能综合实验是面向材料专业的实验课，占16个 学时，本次实验课的主要内容分为三部分，第一部分是金相观察，第二部分是金 属材料热处理、金相制备及热处理后机械性能测试，包括硬度、拉伸、冲击性能 测试等，第三部分是材料的塑性变形及回复再结品： 第一部分实验一金相观察 第一章金相显微镜的介绍 金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试样放在 金相显微镜下进行放大和观察，可以研究金属组织与其成分和性能之间的关 系，确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织：鉴别金属材料质量的优 劣，如各种非金属夹杂物在组织中的数量及分布情况，以及金属品粒度大小 等。因此，利用金相显微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究中的 一种基本实验技术。 简单地讲，金相显微镜是利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察 的。在生产与科研中，经常需要利用金相显微镜对金属材料的显微组织进行检 验和分析。由于金相显微镜是借助试样表面对光线的反射来呈现显微组织状态 的，所以首先要把样品观察面制成光滑平面，而后通过浸蚀使其不同组织显示 出微观的凹凸不平，从而在显微镜下观察到亮暗不同的显微组织特征。为了得 到合格的金相显微试样，避免因出现假象而导致错误的判断，需要掌握正确的 制样方法。 下面分别介绍金相显微镜的基本原理、主要性能和使用方法。 1.金相显微镜的光学放大原理 金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的，其基本原理如图1-1所示。 光学系统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体AB的一组 透镜叫物镜0：对着眼睛的一组透镜叫目镜02。现代显微镜购物镜和目镜都是 由复杂的透镜系统所组成，放大倍数可提高到1600-2000倍。 4183
4 / 83 金属材料的制备及其组织性能综合实验是面向材料专业的实验课，占 16 个 学时，本次实验课的主要内容分为三部分，第一部分是金相观察，第二部分是金 属材料热处理、金相制备及热处理后机械性能测试，包括硬度、拉伸、冲击性能 测试等，第三部分是材料的塑性变形及回复再结晶。 第一部分 实验一 金相观察 第一章 金相显微镜的介绍 金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试祥放在 金相显微镜下进行放大和观察，可以研究金属组织与其成分和性能之间的关 系，确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优 劣，如各种非金属夹杂物在组织中的数量及分布情况，以及金属晶粒度大小 等。因此，利用金相显微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究中的 一种基本实验技术。 简单地讲，金相显微镜是利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察 的。在生产与科研中，经常需要利用金相显微镜对金属材料的显微组织进行检 验和分析。由于金相显微镜是借助试样表面对光线的反射来呈现显微组织状态 的，所以首先要把样品观察面制成光滑平面，而后通过浸蚀使其不同组织显示 出微观的凹凸不平，从而在显微镜下观察到亮暗不同的显微组织特征。为了得 到合格的金相显微试样，避免因出现假象而导致错误的判断，需要掌握正确的 制样方法。 下面分别介绍金相显微镜的基本原理、主要性能和使用方法。 1．金相显微镜的光学放大原理 金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的，其基本原理如图 1-1 所示。 光学系统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体 AB 的一组 透镜叫物镜 O1；对着眼睛的一组透镜叫目镜 O2。现代显微镜购物镜和目镜都是 由复杂的透镜系统所组成，放大倍数可提高到 1600-2000 倍
当被观察物体B置于物镜前焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折 射后，得到一个放大的倒立实像A'B'(称为中间像)。若A'B'处于目镜焦距 之内，则通过目镜观察到的物像是经目镜再次放大了的虚像A”B”。由于正常 人眼观察物体时最适宜的距离是250m(称为明视距离)，因此在显微镜设计 上，应让虚像A”B”正好落在距人眼250mm处，以使观察到的物体影像最清 晰。 图11金相显微镜的光学放大原理示意图 2.金相显微镜的主要性能 (1)放大倍数 显微镜的放大倍数为物镜放大倍数M和目镜放的乘积即： M=×M:-会·另 式中，「一物镜的焦距，「日一目镜的焦距：L一显微镜的光学镜筒长度： D一明视距离(250mm)。f物，f越短或L越长，则显微镜的放大倍数越高。有 的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微 镜短些。显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数 可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放 大倍数。放大倍数常用符号“×”表示，如100×，200×等。 (2)鉴别率 金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离的能 力。值越小，鉴别率越高。根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜成 5
5 / 83 当被观察物体 AB 置于物镜前焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折 射后，得到一个放大的倒立实像 A′B′(称为中间像)。若 A′B′处于目镜焦距 之内，则通过目镜观察到的物像是经目镜再次放大了的虚像 A″B″。由于正常 人眼观察物体时最适宜的距离是 250mm(称为明视距离)，因此在显微镜设计 上，应让虚像 A″B″正好落在距人眼 250mm 处，以使观察到的物体影像最清 晰。 图 1-1 金相显微镜的光学放大原理示意图 2．金相显微镜的主要性能 （1）放大倍数 显微镜的放大倍数为物镜放大倍数 M 物和目镜放的乘积即： 式中，f 物一物镜的焦距，f 目一目镜的焦距；L 一显微镜的光学镜筒长度； D 一明视距离(250mm)。f 物，f 目越短或 L 越长，则显微镜的放大倍数越高。有 的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微 镜短些。显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数 可达 100 倍，目镜的放大倍数可达 25 倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放 大倍数。放大倍数常用符号“×”表示，如 100×，200×等。 （2）鉴别率 金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离 d 的能 力。d 值越小，鉴别率越高。根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜成