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1、实 验 室 守 则一、 学生在上实验课之前必须认真阅读实验指导书及有关资料，做出预习报告，并经指导教师在预习报告上签名后方可进入实验室。二、 不许有迟到、早退及旷课现象，否则本次实验扣分或不记分。三、 进入实验室后要认真填写实验记录本 。保持室内的安静与卫生。四、 非本次实验用的仪器、设备，不许乱动。五、 实验中要严格遵守“操作规程” ，若仪器、设备有故障，应立即停止操作，并报告指导教师。六、 爱护国家财产，注意个人与设备安全，防止触电、烧伤及其它安全事故的发生。七、 作完实验，要整理好仪器和场地，经指导教师验收后方可离开，个人不得擅自出入实验室。机械工程材料- 1 -目 录实 验 室 守 则
2、 0实验一 金属材料的硬度测定 2实验二 金相组织试样的制备 9实验三 铁碳合金平衡组织观察 19实验四 碳钢的热处理 25实验五 铸铁与碳钢热处理后显微组织观察 32实验六 合金钢组织及有色金属显微观察 37实验报告一 金属材料的硬度测定报告 43实验报告二 金相显微试样的制备 44实验报告三 铁碳合金显微组织观察 45实验报告四 碳钢的热处理 47实验报告五 铸铁及碳钢热处理后显微组织观察 48实验报告六 合金钢、有色金属 显微组织观察 50附表一 金属材料常用的金相 52附表二 压痕直径与布氏硬度对照表 53实验 指 导书- 2 -实验一 金属材料的硬度测定一、实验目的1.了解布氏、洛氏
3、硬度计的构造及应用范围；2.熟悉布氏、洛氏硬度计的操作方法；3.根据不同的金属零件的性能特点，能正确选择测定硬度的方法。二、实验设备与材料1. 布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜；2. 退火状态的 Q235、45、T8 等钢，淬火状态的 45、T8 若干。三、概述硬度是指金属材料抵抗比它更硬物体压入其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力。硬度计在生产和科研中应用十分广范，这是由于硬度实验与其他机械性能实验如：拉伸实验、弯曲实验等比较，具有以下特点：1. 实验后工件不被破坏；2. 不需特别试样，可以在各种形状和尺寸的试件上进行实验；3. 实验方法简单，操作方便，测量迅速；4. 材料的硬度值与其强
4、度极限有进似的正比关系。（一）布氏硬度布氏硬度实验原理如图 1-1. 图 1-1 布氏硬度实验原理用一定直径的淬火钢球或硬质合金钢球作压头，以相应实验力压入被测金属表面，经规机械工程材料- 3 -定的保持时间后，卸除实验力，随即在金属表面出现一个压痕（压坑） ，以单位压痕面积上所受实验力的的大小，确定被测金属材料的硬度值，用符号 HB 表示，计算公式如下：2dDFHB式中 F-实验力, kgfD-压头直径， mmd-压痕直径，mm(1) 设备介绍 HB-3000 型布氏硬度计的工作原理，如图 1-2图 1-2 布氏硬度计的工作原理1- 电动机 2-蜗杆 3-蜗轮 4-曲柄 5-连杆 6-大杠杆
5、 7-小杠杆 8-压轴 9-压头 10-试样 11-试台 12-螺杆 13-螺母试台 11 通过螺杆 12、螺母 13 安装在本体上。将压头 9 安装在压轴 8 上，将试样 10 安装在试台 11 上。电动机 1 开动后，通过由蜗杆 2、蜗轮 3 等组成的减速机构（蜗杆与蜗轮的传动比都是 1：40）迅速实现降速。曲柄 4 缓慢转动，使连杆 5 脱离对大杠杆 6 的控制。砝码的作用力通过大杠杆、小杠杆 7、压轴、压头施加在试样上。大杠杆的力臂之比是 1：12.5，而小杠杆的力臂之比是 1：4。因此，60kg 的砝码能产生 601012.54N=3000N 的实验力。（2）试样选择布氏硬度对试样的
6、的形状尺寸没有严格要求，甚至可以直接在工件上测试，但是，试样的厚度不得小于 10 倍的压入深度。测试的试样表面应经过切削加工，比较光洁。（3） 实验步骤1）选择 ，为了能够使用不同直径的压头对同一种金属材料测定相同的布氏硬度值，2DF必须首先选择实验力 F 与压头直径 D 的平方比。根据被测金属材料的种类及其大致硬度范围，按表 1-1 选择。表 1-1 的选择（摘自 GB231-84）2实验 指 导书- 4 -材料 布氏硬度 2DF钢及铸铁 140140 1030铜及其合金353513013051030轻金属及其合金353580802.5（1.25）10(5 或 15)10铅、锡 1.25(1
7、)注：1.当实验条件允许时，应尽量选用直径为 10mm 钢球；2.当有关标准中没有明确规定时，应使用无括号的 值。2DF2)选择 F 及 D 当 确定之后，按表 1-2 选择实验力 F 和压头直径 D。2表 1-2 F、D 的选择（GB231-84）硬度符号 压头直径 2试验力 FHBS(HBW)10/3000 10 30 3000HBS(HBW)10/1500 10 15 1500HBS(HBW)10/1000 10 10 1000HBS(HBW)5/750 5 30 750HBS(HBW)5/250 5 10 250HBS(HBW)2.5/187.5 2.5 30 187.5HBS(HBW
8、)2/120 2 30 120HBS(HBW)1/30 1 30 303) 选择实验力保持时间 标准规定对试样施加试验力的时间，最低为 1s，保持时间可按表 1-3 选择。表 1-3 试验力保持时间的选择有色金属金属材料 钢及铸铁HBS=835 HBS35保持时间 1230 602 3024）安装试样 将试样平稳地安放在试台 11 上，转动升降手轮，使压头与试样的测试表面相接触，并使之产生一定的压力。当控制接触应力的弹性定位器不起作用时（手轮及弹性定位机械工程材料- 5 -器在图 1-2 未画出） ，试样安装完毕。5）施加试验力 按选定的试验力保持时间，确定时间控制手柄的位置。开机选定施加的试
9、验力。试验力保持时间 达到选定值时，硬度计会自动卸除实验力。关机，从硬度计上取下试样。6）测量压痕直径 使用读数显微镜测出试样压痕上相互垂直的两个直径值 d1、d 2，并计算压痕的平均直径：)(212d附：读数显微镜 读数显微镜是利用自然光线或人工光线的刻度放大显微镜，放大倍数为 20 倍，有效测量范围为 6mm，测量最小读数为 0.01mm。本仪器特别适合测量布氏硬度实验的压痕尺寸。使用方法：将仪器置于被测物体上，使被测物体的被测部分用自然光或灯光照明，然后调节目镜螺旋，使视场中同时看清分划板及物体像。进行测量时，先旋动读数鼓轮，使刻有长丝的玻璃划板移动，同时，稍微转动读数显微镜，使竖直长丝
10、对准被测部分，进行测量。例，如图. 测量示意图象 读数鼓轮图在视场中见一被放大的圆孔凹痕，测量时，先旋动读书鼓轮，使视场中竖直长丝对准与圆孔凹痕的一边相切，得一读数（0.00mm） ，然后，再旋动读数鼓轮，使竖直长丝与圆孔凹痕另一边也相切，又得一读数（4.65mm） 。则圆孔直径为两次读数差：即： 4.65mm-0.00mm=4.65mm。7）查表确定硬度值，根据平均压痕直径 d，查附表 1，确定试样的平均值。8）注意事项： 试样表面应是无氧化皮，电镀层及其它污物的光滑表面； 试样厚度应不小于压痕深度的 10 倍 硬度计处于工作状态时，严禁无试样启动按钮开关。实验 指 导书- 6 -3. 洛氏
11、硬度计洛氏硬度实验原理如图 1-3. 图 1-3 洛氏硬度试验原理它是用金刚石圆锥体(锥角为 1200)和采用淬火钢球(直径为 1.588mm)作压头。一般较硬的金属材料（如淬火后的工件）用金刚石压头；较软的金属材料则用钢球作压头。压头压入金属表面时，分两次加载。先加 10 公斤的初载使压头与试样的表面接触良好，此时，压痕深度为 h 1(图 1-3a),然后加 140 公斤的主载荷,这时,总载荷(初加载荷+主载荷) 为 150 公斤,而压痕的直径增加到 h2 的位置(图 1-3b),然后将主载荷卸除,此时压痕由于加载荷时所产生的弹性变形即行恢复,此时压痕深度为:h=h 1-h2(图 1-3c),作为测量硬度的依据.(1) 设备介绍 HR-150 型洛氏硬度计的工作原理,如图 1-4 所示图 1-4 洛氏硬度计工作原理1- 卸荷杠杆 2-砝码 3-加力杠杆 4-指示仪表 5-顶杆 6-压头 7-试样 8-试台9-螺母 10-螺杆将试样 7
