PPT教程：机械制造基础试验课件

机机 械械 制制 造造 基基 础础1.5 金属材料的硬度实验1.5.1 实验目的 （1）了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。（2了解布氏、洛氏硬度机的主要结构，初步掌握操作方法。（3）根据不同金属材料的性能特点，能正确选择测定硬度的方法。1.5.2 实验设备及试样 （1）布氏硬度试验机（HB-3000型布氏硬度试验机）；或HW-187.5型布洛维硬度试验机。（2）洛氏硬度试验机（HR-150型洛氏硬度试验机）。（3）试样：20mm10mm的45钢、T12钢正火及淬火状态；HT200、H62、ZL102。1.5.3 试样技术条件 （1）试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污及明显的加工刀痕。（2）试样厚度不能太薄，应大于压入深度的10倍。（3）在试样制备过程中，应尽量避免试样受热及冷加工对硬度测试的影响。1.5 金属材料的硬度实验1.5.4 试验规范试验规范 1.布氏硬度试验 （1）布氏硬度试验机（HB-3000型）布氏硬度实验设备一般由机体、工作台、减速器、杠杆机构、换向开关等部分组成，其简图如图1-9所示。（2）操作步骤:1）据试验材料和试样厚度选择球体直径D、试验力F的大小和试验力作用保持的时间。2）将试样平稳地放在工作台上，使试样测试表面与压头轴线垂直，顺时针转动升降手轮，直至试样与球体紧密接触，并继续平稳转动手轮至升降螺母产生滑动（空转）为止。3）确定试验力保持时间 一般黑金属的试验力保持时间为1015s；有色金属为30s，布氏硬度值35时为60 s。试验力保持时间确定后，将压紧螺钉拧松，圆盘并不转动，并把时间定位器（红色指示点）转到与持续时间相符的位置上。4）打开电源开关，待电源指示灯亮后，再按动加载开关按钮，启动电动机，开始加试验力。当加荷红色指示灯闪亮时，表示试验力已经加上，此时立即拧紧定时压紧螺钉，使圆盘转动，即自动开始计时，达到预定加荷时间后，转动即自行停止。5）关闭电源，逆时针方向转动手轮，降下工作台，取下试样，用读数显微镜测量压痕直径 d，用所得结果从有关对照表中查找相应的布氏硬度值。1.5 金属材料的硬度实验 2.洛氏硬度试验 （1）洛氏硬度试验规范如教材表1-2所示。（2）实验设备 图1-10为HR-150型洛氏硬度试验机构造图。由机架、加荷机构、测量指示机构及工作台升降机构等组成。机壳内部有加荷杠杆及小杠杆。压头装在加荷杠杆主轴内，并用紧固螺钉固定。初载荷10Kgf由加荷杠杆自重产生，主载荷则由吊杆上的砝码通过加荷杠杆加于压头上。主载荷的加荷通过操纵手柄控制一组机构和油压缓冲器来完成。压头在压入试样后通过小杠杆传到指示器，从而显示出硬度值。（3）操作步骤 实验前，应使用与试验硬度相近的二级标准洛氏硬度块对硬度计进行校正。1.5 金属材料的硬度实验1.5 金属材料的硬度实验1)按教材表1-2规范，根据所测试样选择压头类型和总载荷的大小（总载荷的数值在机身右侧的调整手轮上有标注，应使其对准机身上的定位红点）。2)根据试样形状与大小，选择适宜的工作台（水平工作台或V型工作台），将试样平稳地放在工作台上。3)顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触，直至表盘的小指针指到“0”为止，此时即施加了10kgf的预载荷。4)将表盘的大指针调整至零点(HRA、HRC零点为0，HRB零点为30。)5)加主载荷，即将加载手柄拉向加载位置，主载荷将会通过杠杆加于压头上，压头压入试样，保持一定时间（此时主载荷控制手柄由后面原来位置转动至前面位置）。6)卸除主载荷，即将主载荷控制手柄由前面位置轻轻推至后面原来位置。7)读出硬度值，长指针在卸除主载荷后位置所对应的数字即为洛氏硬度值。注意HRB读表盘内圈红色数字，HRC、HRA读表盘外圈黑色数字。8)逆时针旋转手轮，使压头与试样完全脱离，取出试样，测定完毕。1.5 金属材料的硬度实验1.5.5 实验内容及步骤实验内容及步骤（1）分成两大组，分别进行布氏和洛氏硬度试验，并相互轮换。（2）实验前，必须清楚布氏、洛氏硬度机的结构及操作步骤。（3）按正确的操作规程进行试验。1.5.6 注意事项注意事项（1）加载时要避免压头与试件相碰撞，以免损坏压头。（2）卸载后，必须使压头完全脱离试样后再取下试样。（3）根据所测的硬度值，选择硬度测试设备（注意硬度机的使用范围），设备的压头和载荷必须匹配，测试的硬度值范围，超过时将不能获得准确的硬度值。（4）测定硬度时，每个试样在不同部位测试三点，分别记录其硬度值，并计算其算术平均值，作为本次实验的最终硬度值。（5）实验操作时，不要硬搬，以免损坏设备。（6）学生在做实验时，每人都要完成各自的实验内容，记录好原始数据，最后将本人及小组完成的记录汇总写出综合性的实验报告。1.5 金属材料的硬度实验1.5 金属材料的硬度实验1.5.7 实验报告要求实验报告要求（1)写出实验名称、目的。（2）填写实验内容中的表格及数据（表1-3、表1-4）。（3）实验结果分析：每个学生要对本次实验的实际操作及硬度数据进行分析，对数据的准确性及误差进行评估，并分析原因。1.5 金属材料的硬度实验3.5 铁碳合金平衡组织观察实验3.5.1 实验目的(1)观察铁碳合金在室温下平衡状态的显微组织。(2)分析典型的铁碳合金显微组织特征，加深理解化学成分、组织与力学性能之间的关系。(3)了解金相显微镜的构造和使用方法，大致了解金相试样的制备过程。3.5.2 实验概述在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，用金相显微镜研究金属或合金的组织、缺陷的方法称为显微分析。平衡状态的显微组织是指合金在极其缓慢的冷却条件下（如退火状态即接近平衡状态）所得到的组织。铁碳合金的平衡组织可以根据Fe-Fe3C相图来分析。从相图可知，工业纯铁、碳钢和白口铸铁在室温时均由铁素体和渗碳体两个基本相组成。但由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而将组成各种不同特征的组织。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验(1)铁素体(F)是碳溶于Fe中的间隙固溶体，仍为体心立方晶格,有良好的塑性、韧性，硬度较低（80 HBS），经3-5%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色晶粒状。亚共析钢中的铁素体呈块状分布；当碳的质量分数接近于共析成分时，铁素体往往呈断续的网状，分布在珠光体的周围。(2)渗碳体(Fe3C)渗碳体是具有复杂晶格的间隙化合物，用符号Fe3C表示。碳的质量分数w(C)669，抗浸蚀能力较强。经35硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度很高，达800个布氏硬度单位以上(9501050HV)，强度很差，塑性与韧性几乎为零，脆性极大。一次渗碳体（Fe3C）是直接从液体中结晶出的，呈粗大的长白条状分布在莱氏体之间；二次渗碳体（Fe3C）是由奥氏体（）中析出的，呈网络状沿奥氏体晶界分布。在奥氏体发生共析转变形成珠光体后,室温下呈网络的e3C分布在珠光体的周围。另外，由于不同的热处理，渗碳体可以呈片状、粒状或断续网状。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验(3)珠光体(P)是铁素体和渗碳体的机械混合物（有片状和粒状两种）。1)片状珠光体 一般由退火得到，铁素体和渗碳体呈交替分布的层片状组织、铁素体和渗碳体皆呈白亮色，但其边界被浸成黑色线条。在不同放大倍数观察时，组织具有不太一样的特征。在高倍（600倍以上）观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白色，而其边界呈黑色。中倍（400倍左右）观察时，白亮色渗碳体薄片被两边的晶界所吞食成为黑色细线条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和细黑条渗碳体的相间混合物。低倍（200倍以下）观察时，宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体也很难分辨，这时珠光体为黑块状组织。2)球状珠光体：共析钢或过共析钢经球化退火后，得到球状珠光体。经硝酸酒精浸蚀后，球状珠光体为白亮色铁素体基体上均匀分布着白色的渗碳体小颗粒，其边界为黑圈。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验3.5.3 实验内容实验内容(1)观察图3-16中所列试样的显微组织，并按表3-4分析组织形成过程。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验3.5 铁碳合金平衡组织观察实验（2）了解金相显微镜的大致构造和正确使用方法；大致了解金相试样的制备方法。（3）绘出所观察试样的显微组织示意图（在25mm的圆内绘出，并将不同组织用引线引出圆外，标出组织符号）。3.5.4 实验报告要求实验报告要求（1）写出实验目的及简明原理。（2）画出所有样品的显微组织示意图（用引线和符号标明各组织组成物，并注明材料，处理状态、放大倍数，浸蚀剂）。（3）根据所观察组织，说明碳的质量分数对铁碳合金组织和性能影响的大致规律。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验3.5.5 金相显微镜简介1金相显微镜的构造 金相显微镜是一种精密的光学显微镜。最常见的有台式、立式和卧式三大类。通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。有的显微镜还附有摄影装置。现以XJB1型台式金相显微镜为例加以说明（如图3-17、图3-18所示）。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验（1）XJB-1型金相显微镜的光学系统 XJB-1型金相显微镜的光学系统如图3-17所示,由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径光阑9,再经过聚光镜组3聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照射到试样7的表面,从试样反射回来的光线复经物镜组6和辅助透镜5,由半反射镜4转向,经过辅助透镜以及棱镜成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜15放大,就成为在目镜视场中能看到的放大映相。（2）照明系统 在底座内装有(68V)低压钨丝灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节二次电压（68V）来改变灯光亮度。聚光镜、孔径光阑及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光阑及另一个聚光透镜则安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验（3）机械系统1）调焦装置 显微镜体的两侧有粗调和微调调节手轮，两者在同一部位，随粗调手轮6的转动,支承载物台的弯臂作上下运动。在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦后的载物台位置。微动手轮可使显微镜本体沿着滑轨微量移动,右侧旋钮上有刻度，每小格表示物镜座上下微动升降0.002mm，与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线,用以指示升降范围。当旋到极限位置时，微调手轮就自动被限制住，此时不能再继续旋转，而应倒转回来再使用。2）载物台 用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，可以用手轻轻前后左右推动载物台，以便载物台在水平面上进行一定范围的十字定向移动，改变试样的观察部位。3）孔径光阑和视场光阑 孔径光阑装在照明反射镜座上面，调整孔径光阑，可以用来控制入射光束的大小，以便控制观察视场图象的亮度及清晰度。视场光阑设在物镜支架下面，控制视场范围，调节所观察的显微组织区域大小。在刻有直纹的套圈上还有几个调节螺钉，用来调节光阑中心。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验4）物镜转换器 转换器呈球面形，上有三个螺孔，用来安装不同放大倍数的物镜。旋动转换器，可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜配合使用，可获得各种不同的放大倍数。显微镜的总放大倍数是物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积，表3-5为JXB-1型金相显微镜的物镜与目镜不同配合下的放大倍数。5）目镜筒 目镜筒呈45倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转90呈水平态，以配合照明装置进行金相摄影。3.5 铁碳合金平衡组织观察实验2.金相显微镜的正确使用方法金相显微镜是一种精密光学仪器,使用时要求细心谨慎，切不可强扭硬扳。现以XJB-1型金相显微镜为例扼要说明其正确使用方法。（1）操作前，应先了解其结构特点及各主要部件的位置和作用，并熟悉操作规程。（2）按照被观察试样的不同需要，选用适当的物镜和目镜（即放大倍数），物镜安装在转换器螺孔内（目镜顶端离载物台必须有一定距离），目镜插于目镜管内。（注意：镜头切勿用手触摸或用布擦）。（3）将制备好的试样磨面正对着物镜安放到载物台上。（4）将变压