《金相实验报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金相实验报告（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料光学技术实验报告材料光学技术实验报告前言本学期接触到材料科学专业课的同时也开始了光学平台的一系列实验，在大三之前也有听说过金相实验，也曾参与过金科协组织的金相比赛，但是对其认识仅仅限于样品的磨抛。但是至从这学期的实验课以来。对光学实验平台有了进一步的理解。磨光抛光只是金相分析技术的一部分而已。从我们的角度理解来看，材料科学的内涵就是研究材料的四要素：材料结构、性能、成份、和加工制备以及这四者之间的联系。材料是要应用于生活中的，只有在掌握这四者才能掌握材料。我们的金相分析技术就是研究这四者的必要途径。在上完实验课以后，听了三位老师的讲解后，我们大概明白了金相技术的作用所在和金相分析技术在基本
2、过程。利用切割或其他方法获取需要进行研究分析的材料样品，在各种取样方法中切割是我们接触到过的。在获取样品之后就要开始准备磨光抛光过程。视样品的大小、形状等来决定是否能直接磨光或进行必要的处理如镶嵌后再开始进行磨光。例如在实验中所用的钢样品就是可能直接磨光而铝样品要进行镶嵌。磨光和抛光过程是进行显微观察的重要过程，样品表面只有在经过磨光抛光之后形成平面，去除不必要的因取样而产生的损伤层。露出样品真实的组织结构才能进行观察。而腐蚀是可以使显微镜下更好的分辨各种组织结构。最后就可以在显微镜下进行分析其组织。在实验的课程中我们了解了几种显微观察的技术，暗场，偏光技术，干涉显微等。在镜下我们看到了几种显
3、微组织的结构，但我们并不知道这样或那样的结构代表什么意思。以下内容是我三个一起分工进行的实验归纳和总结，参考了老师给的电子版课件和我们和实验记录以有网上获得的相关知识。报告中将对做过的每个实验项目进行分析，包括对实验项目的理解和操作步骤并有自己的思考和总结。一、什么是硬度一、什么是硬度所谓硬度，是材料在一定条件下抵抗另一本身不会发生残余变形物体压入的能力。简单地说，就是材料对一更硬物体压入其内时所表现的抵抗能力。硬度是材料力学性能试验中最常用的一种指标，硬度的测定又是材料在力学性能研究中最简便，最常用的一种方法。就被测材料而言，硬度是代表着一定的压力和在试验力的作用下所反映出材料的弹性、塑性、
4、强度、韧性以及耐磨性能等一系列不同物理性能的综合指标。硬度与材料的其它性能存在着相互关系。硬度试验不仅作为硬度计量的一种手段，还用于材料在特殊的温度、压力和化学介质下的各种性能研究，这是其它试验方法无法比拟的。与其它机械性能试验如拉伸、弯曲试验等比较，硬度试验具有下列特点： 试验后工件不被破坏； 可以在各种形状和尺寸的试件上进行试验，不需要特别试样； 试验方法简单，操作方便，测量迅速； 材料的硬度与其强度极限有近似的正比关系：b=KHB 公斤/毫米2式中 K 为一系数，不同的材料和不同的热处理状态其 K 值不同。例如碳钢的K 值为 0.36，调制状态的合金钢为 0.34。硬度试验有很多种测试方
5、法，比如为静压法、划痕法、回跳法及显微硬度、高温硬度等。在实验中我们只用到了静压法来测量洛氏硬度。但是显微硬度也是需要掌握的。洛氏硬度测试的载荷较大，压痕可见，是宏观硬度测试。与之相对的，显微硬度的载荷极小，压痕也极微小，必须用金相显微镜才能测量。两种方法所采用的仪器，样品要求都有很大的不同，在这里，我们详细说明两种方法，但是由于显微硬度没有亲自进行实验只能靠理论，对其实际认识也不深。对洛氏硬度的理解对洛氏硬度的理解洛氏硬度的测试原理是根据压头压入试样表面的不可变的压痕深度来比较材料的硬度数值的高低。洛氏硬度法是采用金刚石圆锥体（锥角为 120）和采用淬火钢球（直径为 1.588 毫米）做压头
6、。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压头。如果直接以压痕深度大小作为计量指标，则会出现硬金属的硬度值小，而软金属的硬度值反而大的现象，这不符合人们的一般习惯。因此，用一个选定的常数 K 来减去所得压痕深度值作为洛氏硬度的指标，即hKHR当以钢球为压头时，K=0.26；以金刚石锥体为压头时，K=0.2。此外，在读图图 5-1 HR-150A 型洛氏硬度计型洛氏硬度计数上又规定以压入深度 0.002 毫米作为标尺刻度的一格，这样，前者的 0.26 常数相当于 130 格，后者的 0.2 常数相当于 100 格，因此，洛氏硬度值可由下式确定：黑色表盘）红色表盘）
7、(002. 0100(002. 0130hHRChHRB因此可知，当压痕深度 h=0.2mm 时，HRB=30，HRC=0，这也说明为什么HRB 要取 0.26 作为常数的原因。因为，B 标尺是测试较软的金属材料，试验时有的压痕深度可能超过 0.2mm 以上，若取 0.2 作为常数，硬度将会得到负值，为此，常把 HRB 的常数取得大些。要我们注意的是：洛氏硬度的测试数据是无量纲的。上图是现在实验室里所用的洛氏硬度测量计。操作步骤：操作步骤：1、准备样品样品是用上节课我们磨光抛光用的钢样，将钢样的非抛光面清理刚净或者用沙纸磨光。这样可以去除表面的油脂、氧化皮、裂缝或者显著的加工痕迹、凹坑及其它污
8、物，试件的测试面与基面尽可能保持平行。2 选择压头与载荷由于老师在上课之前已经准备好机器，这里只是课件里的内容载荷与压头的配合有三种，我们使用的是 A 标尺，即 60kg+金刚石压头。（B 标尺-100kg+钢球压头，C 标尺-150kg+金刚石压头）ABC 三种标尺的测量范围见下表：标尺符号硬度及几何尺寸常用硬度值范围应用举例A测量的材料预计是硬，但是样品较薄2088碳化物、表面淬火钢等；对于硬质合金，也测量 HRA，不考虑厚薄。B测量的材料预计是软，样品比较厚20100软钢、退火钢、铜合金等C测量的材料预计是硬，并且样品较厚2070淬火钢、调制钢等要特别注意的是对于未知硬度情况的试件，应当
9、先测试 HRC 或 HRA，当HRC 的数值低于 20，HRA 数值低于 60 时，换用 HRB 测试。3、放样和调零由于不能破坏钢样的抛光面，在工作台上垫上一张薄纸，将试件稳妥放置在工作台纸上，放时先双手拿纸和样品。缓慢靠近平台，在样品进入平台后移动纸让样品处于平台中间。然后缓慢顺时针转动手轮，使工件与测试头接触，继续转动手轮使指示盘中的小指针指于红点处，大指针指向 C-B 线，其左右偏离不超 过2 个分度格。通过指示器上的调整盘可使大指针正好与C-B 线重合。4、加主载荷平稳地向自己的方向扳动加荷手柄，手柄扳动到位后即可松开，到位时回明显一声响。然后再放开手。待表盘上的指针处于稳定不动状态
10、。5、卸主载荷向远离自己的方向平稳地推动卸载手柄，恢复到原来加荷前的位置。6、读硬度值长针指向的数字为硬度值。7、卸预载荷逆时针方向旋转升降手轮，使试样与压头脱离接触。8、再次测量重新选取新的测试位置，重复 26.实验要求测三次，得到三个硬度值。实验数据：实验数据：姓名学号第一点第二点第三点平均值07090226 李青柳07090225 叶剑露56575556070902*李思思实验注意事项：实验注意事项：1、 压痕位置的选择：测试压痕中心至试件边缘的距离不得小于 3mm。测试点之间的距离应大于 3 倍的压痕直径。2、 操作动作的要求：载荷的加载、卸载注意轻、缓、稳，以保证数据的准确稳定。手轮
11、转动须一次到位，不可忽升忽降，影响测试。3、 未知样品的软硬情况下，应当首先测量 HRA 或 HRC；明确比较软后，即，HRA60（HRC20）再测量 HRB，避免损坏钢球压头。实验后的思考实验后的思考大一时上金工课也接触过硬度的测量，那时只是老师帮忙测量磨出来的锤子头退火后的硬度。实验时我们自己操作了硬度的测量，感觉没有什么难度。只要注意加载荷和卸载荷时转动转轮的方向以不对钻头造在破坏。另外就是因为测量面是非抛光面。所以在抛光面向下时要保护好抛光面。读数时注意里外红黑数字表。显微硬度显微硬度一、什么是显微硬度一、什么是显微硬度如果用小的载荷把硬度测试的范围缩小到显微尺度以内就称为显微硬度。显
12、微硬度是金相分析中常用的测试手段之一。它和一般硬度测定的原理及方法一样，只是加在锥形金刚石压头上的负荷极小，从数克到数百克，因此在试样上所留的压痕也极微小，压痕对角线一般只有几个微米到几十个微米，这么小的压痕必须用金相显微镜才能测量。因而使得欲评定某一相或结构组分的硬度成为可能，进而为组织分析或性能分析提供依据。二、显微硬度测试原理：二、显微硬度测试原理：显微硬度测试采用的压入法类型，所标志的硬度值实质上是金属表面抵抗因外力压入所引起的塑性变形的抗力的大小。硬度值与其它静载荷下的力学性能指标存在着一定的关系，可借以获得其它性能的近似情况。三、测量压头类型三、测量压头类型测量显微硬度的压头是个极
13、小的金刚石锥体，重约 0.050.06g，镶在压头的顶尖上。显微硬度压头按几何形状分为两种类型：一种是锥面夹角为 136的正方锥体压头。又称维氏（Vikers）锥体，压痕形状见图 a，且 d1=d2。它的应用较为广泛。几何形状如下图图图 5-4 维氏、努氏压头几何形状维氏、努氏压头几何形状四、测量压痕形状四、测量压痕形状d1 d2 d1 d2图图 a 图图 b图图 5-5 垂直看得压痕形状垂直看得压痕形状在一般硬度测定时，当载荷去处后，压痕将因材料的弹性回复而略缩小。甚至产生形状歪扭。压痕的弹性回复量及歪扭程度取决于被测材料的物理性能及压头的形式。努普（Knoop）型压头以菱面锥体压入试样表面
14、，压头的形状设计恰使荷重去处后的弹性回复主要发生在短对角线方向，长对角线方向可忽略不计。其目的在于避免压痕的弹性回复，以测得无弹性回复影响的显微硬度。五、五、 显微硬度值读取显微硬度值读取显微硬度值（HV）以单位压痕凹陷面积所承受的负荷作硬度值的计量指标。单位是：Kg/mm2。压痕面积的计算方法随压头几何形状不同而异，硬度值与压痕对角线之间的关系可以通过几何关系推导出来。 维氏显微硬度值式中，A 是压痕面积，P 是负荷（g） ， 是维氏锥体的夹角，d 是压痕对角线长（m） 。当 =136时，则：压痕深度约为压痕深度约为 d/7。 克诺伯型显微硬度值式中，AP是压痕的投影面积（m2） ，P 是负
15、荷（g） ，L 是压痕长对角线长度（m） ，W 是压痕短对角线长度（m） 。当 W=0.14056L 时，压痕深度为压痕深度为 L/30。在相同负荷下，HK 较 HV 的压痕深度浅，更适合于测定薄层硬度及过渡层硬度的分2 2/4 .1854mmKgdPHV WLP APHKP212 2/14230mmKgLPHK 22sin2dPAPHV布。计算显微硬度值，首先应当测量显微硬度压痕的对角线长度；测量压痕的对角线长度时，维氏压痕是两个对角线的平均值，努氏压痕是只测量长对角线的长度。一般仪器均附有显微硬度值与压痕对角线长度之间的换算表。HXD-1000 型显微硬度计在测量完压痕长度后，可以直接在显
16、示屏上读出数据，非常方便。六、显微硬度值的表达方式六、显微硬度值的表达方式400HV0.1，或 400HK0.1。其中，HV（HK）代表显微硬度，0.1 代表载荷大小，400代表显微硬度值，保荷时间在 1520s，如果不是 1520s，需要标明：400HV0.1/30，说明保荷时间是 30s。七、七、1600-5122VKD Micromet 5114 显微硬度计技术性能特显微硬度计技术性能特点点实验室最新购置的设备：1600-5122VKD Micromet 5114 显微硬度计。现将其特点、功能简单介绍一下。1、数字式载荷控制，载荷范围：10gf-1000gf（10gf，25gf，50gf，100gf，200gf，300gf，500gf，and 1000gf） ；2、自动转塔台，并带有三个物镜（10，20 and 50）和两个放置韦
