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1、材料物理性能实验指导书三院材料物理性能实验1.用示差热分析法测定钢的相变温度、实验目的:1、了解示差热分析法的基本原理。2、学习示差热分析法的实验技术。3、研究和讨论加热和冷却速度对相变温度的影响。4、熟悉测温元件热电偶及X-Y函数记录仪的使用。1、示差热分析法测定钢的相变温度的原理：示差热分析法是采用热电偶（两支同型号热电偶极性反接串联如图1）通过测定试样的标样间 在均匀和热却条件下的温差热电势。并绘制温差热 电势随试样温度变化的曲线（即示差热分析曲线）。图1用以分析过程中的转变和发生转变的温度参数等的 一种研究方法。所用标样应为在所研究的温度范围 内不发生相变的镍、奥氏体不锈钢等。当试样无
2、相变发生时，温差热电势很小，示差曲线基本为一水平线。当试样相变发生变化时，将伴随有一定的热效应。吸热或放热。此时，试样温度将发生停滞。标样由于不发生相变，温度继续上升或下降，因而示差 曲线上出现吸热峰或放热峰。如图2为亚共析钢（含碳量0.35%）的示差热分析曲线。三、实验装置：标样及试样尺寸如图3。铠装热电偶插入位置如图4。实验装置如图5。L 3孔插示差热电偶接记条仪 孔插轴翳一一轴热电偶。图5四、实验操作步骤及注意要点：1、按图4所示用细镍格丝将试样捆好，并在其上密绕一层石棉，然后放入不锈钢套 管。注意勿使试样与套管相接触。2、按图4要求将铠装热电偶插入相应的孔中，并将装置好的试样平稳地送入
3、炉内均 热区。送入时注意勿拉碰热电偶，以免热电偶脱出孔外。3、如图5将实验装置连接好，注意要将套管上引出线和X-Y函数记录仪的接地端 牢固接地。1、3热电偶一定要同名级相接。4、正确选择X-Y函数记录仪的mv/cm档次。本实验的最高温度800-850oC，标样 试样间的最大温度差约为2050oC。可根据这一数据在附录中查出相应的毫伏 值。选择适当的mv/cm档次。以得到较为理想的曲线形貌。5、选择适当的加热速度。加热速度大时，使AC点与平衡状态转变点值增大。此处， 加热速度太大时，由于热电偶的热惰性会使示差曲线上转变点变的不大明显。影 响测量准确性，加热速度太小，使实验时间过长。为了能在规定的
4、时间内完成实 验，本实验宜选用80V供电电压，并且为了防止过程中的干扰信号影响，电压一 次选定后不再作变动。6、上述步骤完成后，请辅导老师检查，然后按通电源进行实验。当炉温升到800 oC 或稍上时去掉加热电源。让试样随炉冷却。到600 oC或稍下的温度。结束实验。 注意切勿使炉温超过900 oC。这样会损坏热电偶或降低其使用寿命。五、实验数据实验日期1、3热电偶分度号试样材料4热电偶分度号标样材料4热电偶冷端温度C室温。C电势e to函数记录仪mv/cmx出现相变拐点 时的cm数对应电势y对应电势e t7计算公式查表求出et相 对应的温度CAC ,E=veC注上表中“热电偶分度号”:若为镍格
5、一镍硅热电偶分度为EU2 .若为铂铑一铂 热电偶分度号为LB 3 .见附录.“出现相变拐点时的cm数对应电势” =出现拐点时的cm X函数记录仪X坐标的mv/cm挡 次.一六、实验报告要求：1、简述示差热分析法的基本原理。2、描述示差热分析曲线示意图。标出钢的相变临界点。3、从实验数据中计算出相变时的热电势et及相变温度。4、比较和讨论加热和冷却条件下示差曲线上AC1和Ari点差异。2用电位计法测定淬火钢回火过程电阻的变化规律一、实验目的：1、根据65Mn钢淬火后随回火规范不同电阻的变化规律，分析不同回火阶段的组 织变化。2、掌握用电位计法测量 低电阻的方法。热习电位差计，标准电池、检流计等
6、的使用方法。二、基本原理：淬火钢的组织状态是不稳定的。在随后的回火过程将发生脱溶分解。析出第二相一一碳 化物。这将引起电阻率的降低。因而利用电阻率的测量可以研究回火时的转变，检验钢的热 处理质量。淬火碳钢在不同的回火规范回火之后的电阻率变化曲线如图6。图6在100 oC以下回火。马氏体分解进行很缓慢。即使马氏体已发生一定程度的脱溶分解。 但所析出的超显微过渡相 FeC增加了电子波的散射。但碳原子脱溶所引起的电阻率的 x下降被这一次效应所补偿。以致使100 oC以下回火电阻变化几乎不明显。当回火温度超过 100 oC时。马氏体脱溶加速。用 FeC相逐渐长大，因而p较快的下降。对含碳较高 x（如1
7、.2%）完全淬火的钢，因含有较多的残余奥氏体。其回火过程电阻率的变化如图中曲 线2。当回火温度在240oC附近p降低较快，甚至在曲线上出现拐点。这与残留奥氏体的 分解相联系。当回火温度在300oC以后。p缓慢降低。这时马氏体与残留奥氏体中的碳已基 本脱溶。 FexC转变为Fe3C。而且随回火温度的升高。Fe3C聚集长大，p的降低就不明 显了。利用电位计法测量电阻的原理如图1.1。En标准电池；K1电位计倒向开关；EX待测电势；R可调标准电阻；G检流计；E1直流稳 压电源；K2双刀双掷开关；RX待测电阻；Rh标准电阻；E2怛流源；T1， T2单刀开关。图7的左部为电位差计原理图。它由三个基本回路
8、组成。Q区为工作电流回路。当T1 闭合，回路Q中有电流通过，电阻R和RW2上会产生电压降。Q区为校正工作回路（也称 标准化回路）。将倒向开关*倾向则回路Q接通。调节触点RW1使A、B之间的电压相等。 即检流计指零。些时，IAB=VEn/R.因VEn=1.0186V。若R为1.0186Q贝J IAB=1 mA,Q区为检 测回路。当倾向b时，则待测电势EX接入回路。调节活动触点C （相当于电位计上的测 量旋钮）。使检流计指零，此时待测电势EX和B、C两点的电压降相等。由于Iab=Ibc （为 已知）。故vex=Rb cxibc。由Rbc之读数即可知vex的大小。（RBC读数已预先刻在旋钮上）。图7
9、的右部为测量电阻线路，当T2闭合后，有恒定的直流通过RX和RH。当K2倒向I 搁置时。电位差计测量的是RX上的电位差。当K2倒向II位置时，电位差计测量的是Rh上 的电位差。由于I =1 ，则V /R =V /R，故R=R X V /V 。R为已知，则测出RX RRX X RH H 八 X H RX RH HRX和Rh即可计算出Rx。三、实验材料、实验仪器及装置。1、试样及预处理、本实验研究的对象是65Mn弹簧钢丝淬火回火后试样的电阻率变化。试 样用2.5 X 1000mm相等长度的七根弹簧钢丝。作以下过程预处理：1）软化处理：将1000 mm长整根长弹簧钢丝夹于盐炉变压器输出电极板上加热退火
10、约700oC3分钟。图82）统制如图8所示形状。3）淬火：电炉加热820 oC7分钟油冷。4）热大碱水洗除油。冷一势水冲洗晾干。5）回火：按下列不同温度30分钟回火处理：1#试样未回火。2#试样100 oC烘箱上进行。3#试样200 oC烘箱中进行。4#试样300 oC硝盐中进行。5#试样400 oC硝盐中进行。6#试样500 oC硝盐中进行。7#试样600 oC硝盐中进行。热水清洗。冷一热水洗晾干。2、实验仪器：（1）UJ9高阻直流电位计。精度0.03，量程10M v1.2110V。（2）标准电阻。BC2 型。II 级，E20=1.01862V。（3）标准电阻，BZ3型。0.01级0.1Q。
11、额定电流1000mA（4）直流复射式检流计。AC15/4型。分度值8X10安/分度。（5）晶体管直流稳压电源WYJ-30型。（6）恒定电源。3、实验装置如图9图9三、实验操作注意点：1、被测试样接线端应使用砂纸打磨干净。夹线卡应接触牢靠。2、电位计上未知（ + -）,检流计（ + -）,标准电池（+ -）。直流稳压电源（ + -）以 恒定电源（+ -）极性均不得接反。标准电池绝对禁止短接（短路）和碰倒。3、调节直流稳压电源供给电压2-4V。恒流电源输出电流为500mA4、高速标准电池电势的温度补偿旋钮：标准电池20 oC时电势为1.0186V,当室温变 化时，应根据标准电池电势与温度对照表调节
12、度补偿电势旋钮。调至该温度下的电 势值。以消除因温度变化带来的误差。5、测量前应先调整工作电流。即将电位计上倒向开关拨向“标准”。而后调节工作电 流旋钮。由粗调到细调这个调节。直至检流计指零。6、检流计接入电路时，在电位上有“短路”、“0”、“5000Q ”三个按键。“短路”按下 时，能起保护和阻尼作用。使检流计短路光点迅速加零。“5000Q ”为粗调按钮。 在开始“标准”和“测量”（未知）时，因电位还未调到接近于平衡位置，应先按 此键使电位计粗调至接近平衡位置后，才能按下“0”按钮。以提高检流计灵敏度 作细调节，直至使电位计达到达到平衡。7、实验完毕后将标准电池接线端线断开，并防止两极间短路
13、；电位计各旋钮旋至零位、 按钮全部复位；检流计旋天真无至短路端，关闭直流稳压电源和恒流电源产拨去外 电源。四、实验数据整理:被测材料标准电阻RH(Q)试样尺寸(mm)恒流电流(mA)测试结果试样号热处理状态VriIVrxRp1RHRvAX234567五、实验报告要求：1、简述碳钢淬火后在不同的回火规范电阻率的变化规律。2、绘制本次实验用材65Mn钢的p与回火温度（oC）的变化曲线。3、结论与分析。3、用膨胀仪测定钢的相变临界点一、实验目的：1、学习利用膨胀仪测量钢的临界点的方法。分组测量45钢、T8钢加热、冷却时的相 变点。2、了解RPZ-1型晶体管式自动热膨胀仪的工作原理。二、基本原理：测定
14、钢的临界点的方法很多，如金相法、热分析法等等。但其中以热膨方法最好。 当碳钢在加热和冷却过程中发生一级相变时，体积发生明显突变。；加热时，铁素体、 珠光体转变为奥氏体，体积将发生收缩。反之，冷却时奥氏体转变为铁素体。珠光体或 马氏体时，体积将膨胀。这种伴随组织结构变化而发生明显的体积效应。是热膨胀法测 定钢的临界点的理论依据。图10为45钢加热时的膨胀曲线示意图。因奥氏体的比容比铁素体和珠光体的比容要小， 当温度升高到AC1温度时，由于珠光体转变为奥氏体，钢的体积产生收缩。膨胀曲线突然 上升趋势变为下降，如点a。珠光体全部转变为奥氏体后，试样继续上升。随着温度的升高。铁素体不断转变为奥氏体。这一因素会导致体积的收缩。但是同时因为温度的升高，奥氏体 及未转变的铁素体又发生热膨胀。这两个相反因素的影响。造成膨胀曲线上斜率逐渐变化的 部分即a b段。当温度达到AC3，全部组织已转变为奥氏体后，因奥氏体膨胀系数比其它组 织的膨胀系数大，所以当继续升温时，钢样的长度以较大的斜率发生伸长。由图14看出，a b正是膨胀曲线上的两个切点，此切点也即ACAC3点。图11利用热膨胀法测定相变点，应
