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 1/90
1 / 90 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 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」 3.金相显微镜的构造和使用】 第二章铁碳合金的介绍 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 27 1.实验目的 2.实验内容 27 第二部分实验二材料的塑性变形及回复再结晶 29 第一章实验目的 20 第二章原理概述 0 第三章金相试样的制备 第四章实验内容… 1.绘图 37 2.制样 .38 第三部分实验二热处理、金相制备、力学性能测试 39 第一章热处理 38 1.实验目的 38 2.实验原理 .38 3.实验方法指导 43 安 第二章热处理后的组织观察 A5 实验内容 55 第三章钢热处理后的力学性能测试 . 1.硬度试验 57 3.拉伸试验 64 3油击除 71 4.弯曲试验 7 第四部分实验报告 .8 第一章预习报告 .84 第二章实验一实验报告 84 1实验目的 只A )空哈内六 84 3实验结果 84 2190
2 / 90 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 材料的塑性变形及回复再结晶..................................................29 第一章 实验目的................................................................................................29 第二章 原理概述................................................................................................29 第三章 金相试样的制备....................................................................................35 第四章 实验内容................................................................................................37 1. 绘图.........................................................................................................37 2. 制样.........................................................................................................38 第三部分 实验二 热处理、金相制备、力学性能测试..........................................38 第一章 热处理....................................................................................................38 1. 实验目的.................................................................................................38 2. 实验原理.................................................................................................38 3. 实验方法指导.........................................................................................43 第二章 热处理后的组织观察............................................................................45 1. 金相组织观察分析.................................................................................45 2. 实验内容.................................................................................................55 第三章 钢热处理后的力学性能测试................................................................57 1. 硬度试验.................................................................................................57 3. 拉伸试验.................................................................................................64 3. 冲击试验.................................................................................................71 4. 弯曲试验.................................................................................................77 第四部分 实验报告....................................................................................................84 第一章 预习报告.............................................................................................84 第二章 实验一实验报告....................................................................................84 1.实验目的...................................................................................................84 2.实验内容...................................................................................................84 3.实验结果...................................................................................................84
4.论述题 85 第三章实验二实验报告 85 实验月 8 3.实验材料及设备 8 4.实验内容 85 5.实验结果及分析 85 6实哈思老颗 85 第四章实验三实验报告 86 1.实验目的.… 2.实验仪器、实验材料. .86 3.实验内容」 86 4.实验原理 86 5.实验结果 .86 6结果分析 90 7.思考题 90 3/90
3 / 90 4.论述题.......................................................................................................85 第三章 实验二实验报告....................................................................................85 1. 实验目的.................................................................................................85 2. 实验原理.................................................................................................85 3. 实验材料及设备.....................................................................................85 4. 实验内容.................................................................................................85 5. 实验结果及分析.....................................................................................85 6. 实验思考题.............................................................................................85 第四章 实验三实验报告....................................................................................86 1. 实验目的.................................................................................................86 2. 实验仪器、实验材料.............................................................................86 3. 实验内容.................................................................................................86 4. 实验原理.................................................................................................86 5. 实验结果.................................................................................................86 6. 结果分析.................................................................................................90 7. 思考题.....................................................................................................90
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，观察铁碳平衡 合金、各种铸铁在显微镜下的组织并绘制其组织示意图：第二部分是材料的塑性 变形及回复再结品，观察工业纯铁不同变形量下及同一变形量不同退火温度的晶 粒变化，并绘制组织示意图，并对冷镶后的变形样品进行金相制备；第三部分是 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、 弯曲性能测试等 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 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。 4/90
4 / 90 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，观察铁碳平衡 合金、各种铸铁在显微镜下的组织并绘制其组织示意图；第二部分是材料的塑性 变形及回复再结晶，观察工业纯铁不同变形量下及同一变形量不同退火温度的晶 粒变化，并绘制组织示意图，并对冷镶后的变形样品进行金相制备；第三部分是 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、 弯曲性能测试等。 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B的一组 透镜叫物镜0，：对着眼晴的一组透镜叫目镜0。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1一1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和目镜放的乘积即： M=MXM鱼=六装'了方有 式中，f物一物镜的焦距，f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。 5190
5 / 90 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 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