《材料科学基础》

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1、材料科学基础实验指导书材料成型及控制工程专业用）南昌大学教务处 印二零零六年十月目录目录2实验要求3实验一 金相样品的制备与观察4一、实验目的 4二、实 验内容 说明 4三、实验步骤 4四、实 验报告 要求 4五、思 考题 4实验二 浇注和凝固条件对铸锭组织的影响7一、实验目的 7二、实 验内容 说明 7三、实验步骤 7四、实 验报 告要求 7五、思 考题 7实验三 二元合金显微组织分析9一、实验目的 9二、实 验内容 说明 9三、实验步骤 9四、实 验报告 要求 9五、思 考题 9实验要求1. 实验前应仔细阅读预习实验指导书及指定的有关资料，做好课前的一切准备。2. 做实验前指导教师进行个别

2、的口头查问，准备不充分者不准进行本次实验。（准备的 重点：详见每次实验之指导书内容要求）3. 实验时应严格地遵守仪器操作规程（只能使用指定仪器，其它仪器不得擅自动手）并 听从教师的指导。4. 实验时应爱护一切仪器设备，节约材料，实验过程中如发现仪器不正常或破损事故， 应马上停止使用，并即时报告老师，损坏者酌情赔偿。5. 实验室内应保持清洁、肃静、不准高声谈论。6. 实验完毕后应随即切断仪器设备的电源。7. 实验数据应当场记录，不允许事后凭记忆追记。每一实验小组在实验完毕后需将实验 数据交指导教师审阅，教师签字后把仪器设备擦洗干净、桌面、地面进行打扫，然后才可离 开实验室。对教师未签字者需重做。

3、8. 实验报告应认真书写，一般应于实验后三天内学习委员收齐交给教师，实验报告应有 过程、有情况、有数据、也有分析，不合格者退回重做。实验一 金相样品的制备与观察一、实验目的1. 初步掌握制备金相样品的常规方法及要点。2. 了解影响制样质量的因素及金相特征。3. 进一步熟悉金相显微镜的操作和使用。二、实验内容说明正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相样品。金相样品的制备分取样、磨制、抛光、 组织显示(浸蚀)等几个步骤。1. 取样：取样应根据被检零件的检验目的，选择有代表性的部位。同时还须考虑切取方法、检验面的 选择及样品是否需要装夹或镶嵌。金相样品的尺寸一般以O12x10mm为宜。2.

4、 磨制：分粗磨和细磨两步。粗磨是将切割后的试样在砂轮上磨平，对不作表层检验或测量的试样磨 平后应 倒角。细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。细磨一般在从粗到细不 同粒度的一系列砂纸上进行。3. 抛光：目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。金相试样的抛光 可分为 机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。4. 组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的差异，腐蚀后使各组织间、晶界和 晶内产 生一定的衬度，金属组织得以显示。常用的金相组织显示方法有：(1)化学浸蚀法；(2)电解浸 蚀法；(3) 金相组织特殊显示法，其中

5、化学浸蚀法最为常用。三、实验步骤1. 教师讲解试样制备的一般过程，并作电解抛光和恒电位浸蚀的教学演示。2. 每位同学领取已预先经砂轮平整的金相样品一只，依次在280#砂纸，0#砂纸和 000#砂纸上磨制。 每换一道 砂纸时，应将样品磨面洗净，同时旋转90 度进行磨制，并观察上道磨痕的去除情况。3. 将细磨好的试样在水中冲洗，而后进行粗抛(A12O3)。粗抛后应用水将样品冲洗后再细抛。4. 将细抛好的试样再用水洗净，酒精冲洗后用电吹风吹干，然后选择合适的浸蚀剂进行组织显示。待 试样表面呈银灰色后即用水冲洗，然后滴上酒精吹干。制样过程中的每一步都要检查磨面的质 量， 发现问题及时修正。5. 在显微

6、镜下观察组织，检查试样表面的抛光质量和组织显示情况，合格后绘下组织特征(规格35mm),并记下材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂。 注意：不要将湿和热的样品放在显微镜下观察。四、实验报告要求1. 根据自己的体会，简述金相样品的制备过程、组织显示方法和注意事项。2. 讨论观察试样时所用显微镜的参数。五、思考题1. 试样选择和组织显示的基本要求是什么？2. 今有一齿轮，经表面热处理，需要金相方法检验表面组织，应如何取样？应注意哪些问题？3. 试样制备过程中易产生哪些假象？有何特征？4. 试样在抛光态时可以检查些什么？Al-Si 合金二元相图 +AlI I I I I I ISO6070 I I

7、 I I I I I I6090100Aloinic PercenL SiliconSi实验报告实验课程：材料科学基础学生姓名：学 号：专业班级：实验二 浇注和凝固条件对铸锭组织的影响一、实验目的1. 研究金属注定的正常组织。2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。3. 初步掌握宏观分析方法。二、实验内容说明金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部 的粗等轴晶区。最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中 间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区 域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义

8、。研究表明，铸锭的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性 质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭的浇注 凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等 方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对 金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表：三、实验步骤1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和

9、凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。四、实验报告要求1. 叙述浇注正常组织的形成过程。2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。表 1 铸锭样品浇注和凝固条件序号材料模壁材料模壁厚度（mm）模壁温度（C）冷却方法其它1纯铝低碳钢15室温随模冷却700 C浇注2纯铝低碳钢15室温随模冷却800 C浇注3纯铝低碳钢15室温随模冷却700 C浇注 加细化剂4纯铝型砂15室温随模冷却700 C浇注5纯铝型砂15500随模冷却900 C浇注五、思考题1. 简述宏观组织的特点及分析方法。实验二 浇注和凝固条件对铸锭组织的影响实验报告

10、班级：日期姓名：学号 同组姓名：纯铝在不同凝固条件下凝固得到铸锭宏观组织的观察分析报告1. 叙述浇注正常组织的形成过程。2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。样品 序号宏观组织及分析铸模模壁温 度(C)浇注温 度(C)宏观组织图分析1低碳钢室温700O2低碳钢室温800O3型砂室温700O4型砂500800G3. 简述宏观分析方法。实验三 二元合金显微组织分析、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。2. 学会根据已知相图及显微组织观察分析各种组织的形成过程。3. 建立二元合金中成分、组织和性能之间变化的规律。

11、二、实验内容说明由于纯金属性能的局限，特别是在强度方面远不能满足工业的要求，故生产中使用的金属材料几乎 都是合金。实用合金有二元合金，也有多元合金。而不少多元合金可粗略地作为二元合金来分析。所 以就金属材料的研究而言，二元合金是最基本的合金体系。二元合金的主要分析方法，一是借助于合 金相图以分析相的组成；二是借助于显微观察以分析显微组织的形状。二元相图的种类很多，不同种 类的二元合金经不同处理后的显微组织观察也有很丰富的内容。本实验准备了几种典型成分的合金试样，供大家观察其平衡组织，从而进一步熟悉不同的二元相图及二元系合金中成分、组织及性能之间的关系。 本实验所用试样如下：(a) 20 钢退火

12、态(b) 45 钢退火态(c) T12 钢退火态(d) Al-7Si 亚共晶合金 (e) Al-12Si 共晶合金(f) Al-17Si 过共晶合金(g) Pb-75Sn 过共晶合金 Al-Si，Pb-Sn 相图见附图。4%硝酸酒精腐蚀；4% 硝酸酒精腐蚀；4% 硝酸酒精腐蚀； 铸态 0.5HF 水溶液腐蚀 铸态 0.5HF 水溶液腐蚀 铸态 0.5HF 水溶液腐蚀铸态 4%硝酸酒精腐蚀实验步骤1. 认真观察实验室准备的碳钢和其它二元合金各个试样的显微组织，联系相图了解其组织形成过程。2. 抓住特征描绘每只样品的显微组织图，在图下注明材料名称、处理状态、浸蚀剂、放大倍数和组织 名称， 并用箭头

13、把组织名称标在组织图上。3. 计算 45 钢室温时自由铁素体、总的铁素体、渗碳体的含量。4. 讨论碳钢的碳分、组织与性能关系。四、实验报告要求1. 描绘各样品的显微组织。2. 详细分析各种组织形成过程。3. 选择一、二个合金计算其平衡组织中各相的相对含量。五、思考题1. 试分析Al-7Si亚共晶合金平衡冷却时组织变化过程，说明用杠杆定律计算相组成物与组织组成物 时应注意之点。2. 对匀晶合金、共晶合金、亚共晶合金以及包晶合金如何根据相图及观察到的组织(平衡冷却与非平 衡冷却之组织)分析冷却速度对组织形态的影响。3. 试从相组成及形态特点分析低、中、高碳钢平衡组织的性能特点。实验三 二元合金显微组织分析实验报告班级：日期姓名：学号 同组姓名：二元合金微观组织的观察分析报告：1. 描绘各样品的显微组织，标注其中的特征组织，并详细分析各种组织形成过程样品序号微观组织及分析合金微观组织简图分析1Al-7Si亚共晶合金O2Al-12Si共晶合金O3Al-17Si过共晶合金O2. 选择其中一种合金计算其平衡组织中各相的相对含量。