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1、工程材料及材料成型实验指导书青岛大学机械基础实验教学中心实验一 铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、进一步掌握不同成分铁碳合金在平衡状态下的显微组织。2、进一步掌握Fe- Fe3C相图在铁碳合金组织分析中的作用3、掌握铁碳合金成分与组织变化的关系和规律，能够根据显微组织的特征估算亚共析钢中碳的质量分数。 4、熟悉金相显微镜的结构与使用。 二、实验原理 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极其缓慢的冷却条件下所得到的组织，即Fe- Fe3C相图所对应的组织。 实际生产中，要想得到一种完全的平衡组织是不可能的，退火条件下得到的组织比较接近于平衡组织。因此我们可以借助退火组织来观察和分析铁碳合金的平衡组
2、织。根据Fe- Fe3C相图，我们把铁碳合金相图分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁 1、 工业纯铁工业纯铁是c0.0218%的铁碳合金，在室温下的组织为铁素体组织，铁素体呈多角形块状，晶界为黑色条状，有时可以看出在晶界处少量分布的三次渗碳体。2、 亚共析钢亚共析碳钢的质量分数为 0.0218%c0.77%，室温下的组织由铁素体和珠光体组成。经经硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察，铁素体呈白色多边形块状，珠光体在放大倍数较低时呈暗黑色。随着碳的质量分数的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增加，铁素体的形态逐渐由块状变为碎块状或网状。3、 共析钢共析钢
3、是c0.77%的铁碳合金，室温组织为单一的珠光体。显微镜下每个珠光体晶粒中渗碳体与铁素体片层的方向、大小、宽窄都不一样，这是因为每个珠光体晶粒的位向不同，其截割截面不一致导致的结果。4、 过共析钢过共析钢 质量分数0.77% c2.11%，室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸纳溶液浸蚀后珠光体呈灰白色，二次渗碳体呈黑色网状。5、 亚共析白口铁亚共晶白口铁 碳的质量分数为2.11%c4.3%，室温组织由珠光体、二次渗碳体和莱氏体组成。经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色椭圆型，莱氏体为白色渗碳体基体上分布着暗黑色粒
4、状珠光体，二次渗碳体析出与共晶渗碳体连在一起。6、 共晶白口铁共晶白口铁是c4.3的铁碳合金，室温组织为单一的莱氏体组织。莱氏体是珠光体与渗碳体组成的机械混合物。经硝酸酒精溶液浸蚀后，显微镜下白色基体为渗碳体，珠光体呈黑色粒状或棒状7、 过共晶白口铁过共晶白口铁是质量分数4.3%c6.69的碳钢，室温组织由莱氏体和一次渗碳体组成。经硝酸酒精溶液浸蚀后一次渗碳体呈白亮的、粗大的板条分布在莱氏体基体上。三、实验仪器设备及材料四、画出45、T8、T12钢显微组织，并标出各物相 材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数五、根据所
5、观察的组织,说明含碳量对铁碳合金组织和性能的影响。五、根据杠杆定律估算未知样品的含碳量和硬度。实验二 碳钢的热处理及硬度实验一、实验目的1、了解碳钢热处理的基本方法。2、了解不同热处理方法对碳钢组织与性能的影响。3、了解硬度测量的基本原理和应用范围。4、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构并掌握其操作方法。二、实验仪器及设备三、实验操作过程1、介绍电炉、硬度计、读数显微镜、砂轮机和预磨机的使用方法及安全注意事项。2、取一组45或T10钢试样(共6块，一块退火试样已提前备好)。3、将试样放入箱式或坩锅电炉中加热至一定温度(45钢为860；T10为780)，保温时间为10分钟。4、2人一组，分别进行
6、水冷(4块)、油冷(1块)、空冷(1块)操作。5、将水冷试样取出3块分别放入200、400、600的炉中回火，保温时间为30分钟。6、处理后的试样依次用砂轮机、预磨机磨去两端氧化皮,然后测量硬度: 炉冷、空冷试样测布氏硬度(各测2点);其它试样测洛氏硬度(各测34点)。四、填写表中全部实验数据表一钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB换算为HRC加热温度（）冷却方法回火温度（）123平均45860炉冷空冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷表二钢号热处理工艺硬度值HRC或HRB换算为HB加热温度（）冷却方法回火温度（）123平均 T12780炉冷空冷油冷水冷水冷200水冷400水冷60
7、0860水冷五、分析冷却速度、回火温度对碳钢硬度及性能的影响的影响六、分析45钢淬火加热温度为750 与860的组织与性能的影响七、分析T12钢860水淬、200回火与780、200回火的组织与性能的差别。实验三 金属材料的金相组织观察一、实验目的1、观察了解碳钢几种典型的热处理后的显微组织特点。2、观察了解碳钢、合金钢几种典型的热处理后的显微组织特点。3、分析上述材料金相组织与性能的关系二、实验原理 合金钢的性能之所以比碳钢优越，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，合金元素的加入改变了钢的组织与结构，其相变温度也有很大变化。（一）、常碳用钢和合金钢的组织特点1、常用碳钢 本实验主要观察20钢
8、、45钢和T12的淬火组织。2、合金工具钢 合金结构钢的组织特征与碳钢相似。由于合金元素的加入，使其组织细化、脆透性增加。合金工具钢中主要观察高速钢W18Cr4V的金相组织。1）高速钢的铸态组织 由于大量合金元素的存在(约为20%)，虽然碳的质量分数只有0.7%0.8%，但其组织为：共晶莱氏体(白色骨骼状碳化物)+马氏体(白色)+残余奥氏体(白色)+托氏体(黑色)。2）高速钢的退火组织 铸态组织中由于存在大块状的碳化物，因而使高速钢的性能变得硬而脆，不能直接使用，必须经过锻打、退火处理，使其成为碳化物呈细小颗粒并且均匀分布。退火组织为：索氏体+碳化物。3）高速钢的淬火组织 为了获得高的热硬性，
9、高速钢淬火时必须淬火加热到很高温度(1280)，以保证合金元素充分溶解到奥氏体中。淬火后的组织：马氏体+大量的残留奥氏体+一次碳化物颗粒，4）高速钢的回火组织 为了消除大量的残留奥氏体，需经三至四次560 高温回火。 回火组织：回火马氏体(黑色)+少量残留奥氏体+碳化物颗粒。三、实验仪器设备及材料四、画出下列试样的显微组织，并标出各物相20淬火 T10球化退火 T12钢780淬火200回火 W18Cr4V 淬火W18Cr4V 淬火回火材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处理状态显微组织浸蚀剂放大倍数材料名称处
10、理状态显微组织浸蚀剂放大倍数五、根据所观察的金相组织，选一材料分析说明金相组织对性能的影响实验四 铸铁、有色合金的显微组织观察一、实验目的：1、观察和研究石墨的大小、数量、形态及分布对铸铁的组织及性能的影响。2、熟练掌握各种铸铁的显微组织及性能特征 。3、了解几种典型有色合金的金相组织及特征二、实验原理根据石墨的形态、大小和分布情况不同，铸铁可分为灰铸铁（石墨呈片条状），可锻铸铁（石墨呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈圆球状）。 1、灰铸铁 根据石墨化程度及基体组织的不同，灰铸铁可分为：铁素体灰铸铁，铁素体珠光体灰铸铁，珠光体灰铸铁。图示为珠光体（暗黑色）加少量铁素体（白色）灰铸铁。2、可锻铸铁 可
11、锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火处理而得。退火过程中渗碳体发生分解形成团絮状石墨。 根据基体组织不同，可锻铸铁又分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。图示为铁素体可锻铸铁。3、球墨铸铁 根据基体组织不同，球墨铸铁又分为： 铁素体球墨铸铁，铁素体珠光体球墨铸铁，珠光体球墨铸铁。图示为铁素体球墨铸铁。有色金属1、铝合金 铸造铝合金中常用的是铝-硅系合金(Si10%13%),常称“铝硅明”。由Al-Si合金相图可知改成分在共晶点附近，所以铸造性能优良，产生铸造裂纹的倾向小。但组织是固溶体和粗大针状的硅晶体组成的共晶体及少量呈多面体状的出生硅晶体 。 粗大的硅晶体极脆，严重的降低了合金的塑性和韧性。为了改
12、善合金的性能，通常采用变质处理。经变质处理后，不仅组织细化，而且可得到由枝晶状固溶体和细密共晶体组成的亚共晶组织，因而使铝合金的强度和塑性显著提高。 2、铜合金 工业上最常用的铜合金有铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(锡青铜)、铜铝合金(铝青铜)、铜铍合金(铍青铜)、铜镍合金(白铜)等。以黄铜为例，常用的黄铜锌的质量分数均在45%以下。由Cu-Zn合金相图可知，锌的质量分数少于39的黄铜组织为单相固溶体，称为黄铜或单相黄铜， 锌质量分数在39%45%的黄铜呈+两相组织，称两相黄铜，黄铜H62的显微组织。3、轴承合金 轴承合金又称巴氏合金，用来制造滑动轴承的轴瓦和内称。常用的锡基轴承合金为ZSnSb1
13、1Cu6，该合金的成分中除Sn83外还含有Sb11%及Cu6%。 合金组织主要是以Sb中的固溶体为软基体和以Sn-Sb为基体的有序固溶体相为硬质点。为消除由于相密度小而易上浮所造成的密度偏析，合金中加入铜形成Cu6Sn5。在液体中冷却时最先结晶成树枝状晶体能阻碍相上浮，因而使合金获得较均匀的组织。 ZSnSb11Cu6合金的金相组织：暗黑色基体为软的相，白色方块为硬的相，白色枝晶状析出物为Cu6Sn5，它也起硬质点的作用。这种软基体硬质点混合组织能保证轴承合金具有必要的强度、塑性和韧性，以及良好的减磨性。三、设备及材料四、画出下列材料的金相组织，并标出各物相 。灰口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 铝硅合金 轴承合金材料名称
