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1、机械工程实验教学中心,热处理工艺、显微摄影与组织分析,机械工程实验教学中心,实验目的,了解化学成分，热处理工艺对钢的组织和性能的影响。 学习金相试样制备、显微摄影及暗室技术，提高综合实验技能。 提高综合分析问题的能力。,机械工程实验教学中心,实验器材和设备,箱式电炉 硬度计 抛光机 金相显微镜 曝光箱 放大机 上光机,机械工程实验教学中心,钢的热处理 热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。 通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是AC3+3050
2、，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是AC1+3050，过共析钢的正火温度是ACCm+3050，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。 碳钢的过冷奥氏体在AC1550范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体索氏体（S）和极细片状珠光体屈氏体（T）之分。硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。,实验原理,机械工程实验教学中心,钢的热处理 碳钢的过冷奥氏体在550350之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。过冷奥氏体在350MS之间
3、等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。 过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至MS以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在Ee中的过饱和固溶体马氏体。常见的有板条马氏体（碳0.2%）、针（片）状（碳1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%1.0%）。 随转变温度的降低钢的硬度升高。 钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。奥氏体的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。过冷奥氏体快冷（大于临界冷速）叫淬火，得到马氏体组织。淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温
4、度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回索氏体。,实验原理,机械工程实验教学中心,试样制备 要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和影响，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕，并用适当的方法显示出真实组织的试样。本实验采用：（1）手工磨样 试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨样时用力均匀，待磨面上旧磨痕消失，新磨痕均匀一致时就更换细一号的砂纸，并且试样转90再磨。一般磨制到4号（粒度800）砂纸即可。（2）抛光 本实验采用化学抛光与机械抛光相结合的方法。 化学抛光：靠化学药剂对试样表面不均匀溶解而得到光亮的抛光面，凸起部分溶解速度快而凹下部分溶解速度慢。具体操作是用竹筷夹住浸有抛光剂的棉球均匀的擦试磨
5、面，待磨痕基本去掉后，立即用水冲洗。,实验原理,机械工程实验教学中心,试样制备 （2）抛光 机械抛光：在专用的抛光机上进行，抛光织物（如呢料、金丝绒等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮液，试样轻压于旋转的抛光盘上，靠嵌于抛光织物中的抛光粉的磨削作用和滚压作用，得到平整、光亮无划痕的磨面。 （3）化学浸蚀 试样在浸蚀剂作用下，组织中电位低的部分为阳极，电位高的部分为阴极，低电位处溶解较快而呈现凹陷从而显示出组织特征。碳钢常用34%硝酸酒精溶液浸蚀。 组织观察与显微摄影 制好的试样放在显微镜的载物台上，调整好焦距，依靠物镜和目镜的两次放大，在人眼明视距离处得到一个放大虚像，所以观察时显微镜总的放大倍
6、数为：M总=M物M目校正系数，对于奥林巴斯显微镜校正系数为1。,实验原理,机械工程实验教学中心,组织观察与显微摄影 观察与分析组织，选择典型的清洁无划痕的部位摄影。摄影时，物镜成的象通过摄影日镜再次放大后在承影屏得到放大的实象，放上感光胶片，按动快门，胶片就曝光了。 对于PME奥体巴斯显微镜摄影倍数计算公式为： 散片 M总=M物M摄影目视1.33 135胶卷 M总=M物M摄影目镜0.7 曝光时间自由动测表测出，再乘以修正系数56即得正确曝光时间。 暗室技术 感光胶片要在暗室中经过显微、定影、水洗、晾干的工作才能得到一张黑白与组织相反的负片，俗称为底片。 显影定影的基本原理：胶片曝光后，感光乳剂
7、上已经形成了由银盐组织的潜影，在显影剂作用下，乳剂中已曝光的银盐还原成金属银，再经定影，使未感光的卤化银生成可溶性银盐而被除去。水洗后晾干就得到负片了。,实验原理,机械工程实验教学中心,暗室技术 印相在曝光箱上进行，负片与相纸药面相对，以一恰当时间（常由试验所得）曝光，再经显影、水洗、定影、水洗、上光就得到一张与组织黑白相同的照片了，此称正片。 放大在放大机上进行，按照需要的放大倍数，仔细调焦，以一恰当时间曝光，以后的操作同印相。 选用全色胶片时，胶片（卷）的切、装、取、显影、定影都要在全暗条件下进行。印相与放大在红灯下进行。 在全暗条件下如何判别感光胶片的药面呢？市售感光胶片的边缘都有一半园
8、形或“V”型缺口，当把此缺口置于上方右侧位置时，面对操作者的一面就为药面。 印相纸、放大纸的药面在红灯下发亮极易判别。,实验原理,机械工程实验教学中心,实验步骤及内容,钢的热处理 每人领一块试样，依序按表7-1推荐的工艺进行热处理，编号，测定硬度，并把结果记录于表中。,*1）、20、40表示平均含碳量为0.20%、0.40%的优质碳素结构钢。 2）、T8、T10、T12表示平均含碳量为80%、1.00%、1.20%的碳素工具钢。,机械工程实验教学中心,制样 将热处理后的试样手工磨制化学抛光水洗机械抛光水洗滴酒精吹干浸蚀水洗滴酒精吹干。 本次实验采用的化学抛光剂为：草酸、双氧水溶液。 浸蚀剂为3
9、%硝酸酒精溶液，到试样浅灰色为止。 如果试样表面有金属扰乱层，所显示组织不具实，需要重新抛光、浸蚀。 组织观察与显微摄影 制好的试样放在显微镜下观察。使用显微镜时，动作轻、速度慢，由低倍到高倍进行观察，结合试样热处理工艺，观察与分析组织。 选择能说明组织特征的典型试场，确定合适的放大倍数及曝光时间进行摄影，记录下这些参数。 本次实验采用GB21全色胶片或135胶卷摄影。 暗室工作 散片的冲洗工作由学生自己完成，本次实验采用D-72显影液和F-5定影液。,实验步骤及内容,机械工程实验教学中心,暗室工作 20左右感光胶片显影4分钟左右，温度升高时间减少。定影10分钟左右，以底片未感光部分变得透明为
10、准，然后流水冲洗半小时左右，晾干。印相放大分别采用3#印相纸和放大纸。用小块相纸试验取得最佳曝光时间，以显影2分钟左右得到组织清晰、反差适中层次分明的照片为准。再经定影、水洗、定影、水洗、上光即可，定影后的水洗时间比底片更长，一般应在流水中冲洗40分钟以上。,实验步骤及内容,机械工程实验教学中心,暗室工作 总结起来，暗室操作步骤是：,实验步骤及内容,晾干（负片）,烘干（正片）,显影水洗定影水洗,机械工程实验教学中心,实验目的 填好表7-1中各项数据，总结钢的化学成分，加热温度、冷却速度对钢性能的影响。 简述试样制备、显微摄影、正负片冲洗过程。 将本人所得负片、正片贴在报告上，负片写明曝光时间，放大倍数。正片标明浸蚀剂，并用箭头标明组织。 结合实验的实际情况，讨论影响实验结果的原因。 收获、体会、问题、建议以及其它想说明的问题。,实验报告要求,
