材料科学基础实验指导书

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1、材料科学基础实验指导书试用）院系：班级：姓名：学号：大连理工大学年月日实验目录实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2 学时）实验二金属材料的硬度（2 学时）实验三Sn-Pb 二元平衡相图测试（2 学时）实验四金相定量分析方法（2 学时）实验五Fe-C 合金平衡组织观察（2 学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2 学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4 学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6 学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2 学时）实验一 金相显微镜的使用及金相试样制备方法一、实验目的1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。2）学会正确操作和使用金相显

2、微镜。3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。二、实验设备与材料实验设备：X-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机实验材料：碳钢标准样品三、实验内容1. 通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法2. 要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。3. 演示并初步认识金相试样的制备过程及方法四、实验报告撰写撰写实验报告格式要求：一、实验名称二、实验目的三、实验内容包括： 1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获3. 概述金相试样制备过程及方法四、个人体会与建议实验二 金属材料的硬度一实验目的1. 了解布氏、洛氏、维

3、氏硬度的测试原理。2. 初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。二实验设备和样品1布氏、洛氏、维氏硬度计2铁碳合金试样三实验内容和步骤1. 通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。2. 演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值， 注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可 以操作硬度计 1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均 值的要求进行实验。四实验报告内容1简述实验目的和步骤。 2简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。 3写出测量步骤，附上实验结果。4总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。实验三 Sn-

4、Pb 二元平衡相图测试一、实验目的1) 学会用热分析方法测绘Sn-Pb二元平衡相图；2) 掌握纯金属与合金冷却过程的异同，学习相变点温度的确定方法二、实验设备与材料实验设备：微机差热仪 DTA-2C实验材料：不同重量百分比(wt. %)成分的Sn-Pb合金，如表1所示。表1 Sn-Pb二元合金成分(wt. %)口金编号合金成分1100%Sn280%Sn+20%Pb共晶61.9%Sn+38.1%Pb318.3%Sn+81.7%Pb410%Sn+90%Pb三、实验内容1. 将一个大组人员分成 3-4 人一小组，共 4 个小组，每个小组负责测试一个成 分合金的冷却曲线。将预先配置好的金属和合金分别放

5、在陶瓷坩埚中，然后 放入微机差热仪中加热，待合金熔化后，开始冷却。为防止金属氧化，应在 熔化的金属液面上覆盖一层木炭粉或石墨粉。2. Sn-Pb 金属及合金在冷却过程中，设备会自动记录合金的温度-时间的冷却曲 线，要求从冷却曲线上找出临界点。每组都会测出一种合金的冷却曲线。3. 将 4 个小组测得的冷却曲线上的临界点汇总，根据这些实验结构进行分析和 总结，最后作出 Sn-Pb 二元相图。四、实验报告撰写撰写实验报告格式要求：一、实验名称二、实验目的三、实验内容包括：1. 给出测试的成分合金的冷却曲线2. 结合其他小组测得的实验结果，做出 Sn-Pb 二元相图。个人体会与建议实验四 金相定量分析

6、方法一实验目的1了解定量分析的基本符号和基本方程的意义2掌握在显微镜下进行相含量定量分析的基本方法3. 完成试样中Sn-Pb合金不同组织体积分数测定二实验设备和样品1. 光学显微镜2. Sn-Pb 合金定量分析试样三.实验内容和步骤1. 由指导老师简要讲解截线法测Sn-Pb合金组织体积含量的方法。2. 测量Sn-Pb合金组织中先共晶组织和共晶组织的体积百分含量。要求每个试样至少测量 10 个以上珠光体晶粒的截线长度。四.实验报告内容1. 简述实验目的和步骤。2. 写出测量步骤，付上实验结果。3. 向同组同学交换数据，每个样品至少获得5 个体积含量测量结果，计算标准 误差，并分析误差产生原因。4

7、. 总结定量分析中注意事项和体会。实验五 Fe-C 合金平衡组织观察一、实验目的1. 认识铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下显微组织。2. 分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的 相互关系二、实验方法指导1. 实验设备及材料 金相显微镜； 表 1 中的各种铁碳合金的显微样品。2. 实验内容及步骤（1）验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方 面的准备；（2）在显微镜下观察和分析表 1 所列铁碳合金标准试样的平衡组织，识别钢和 铸铁组织形态的特征，根据 Fe-Fe3C 相图分析各合金的形成过程；建立成分、组 织之间相互关系的概念。（3）绘出

8、所观察的显微组织示意图，画时抓住组织形态的典型特征，并在图中 表示出来。（4）根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量：C%= （PX 0.77）/ 100 + （FX 0.0218）/100,式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积（）三、实验报告要求1. 实验目的2. 画出所观察显微组织示意图，并注明材料名称、含碳量、侵蚀剂和放大倍数， 显微组织画在直径为 30-50mm 的圆内，并将组成物名称以箭头引出标明。3. 根据所观察的显微组织近似确定一种亚共析钢的含碳量。4. 分析和讨论：含碳量对铁碳合金的组织和性能的影响。5. 实验后的感想与体会实验六 材料弹性及塑性变形测定一实验目的1了解拉伸试

9、验机的工作原理和操作方法 2测量碳钢应力应变曲线，分析碳含量对弹性和塑性变形性质的影响。 二实验设备和样品1拉伸试验机2铁碳合金拉伸试样，含碳量 0.2%、0.45%、1.2%三实验内容和步骤1. 通过老师讲解，了解材料拉伸实验机结构和基本原理。2. 对铁碳合金试样，含碳量0.2%、0.45%、1.2%三个样品进行拉伸实验。在实 验中，注意观察拉伸过程中四个特征阶段的各种现象，并记录各特征数值。 注：将学生分为三组，每组学生测量一个样品。然后三组学生交换实验数据，完 成实验报告。四实验报告内容1. 简述实验目的和步骤。2. 附上实验测量得到曲线，给出不同样品的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、 断

10、后伸长率、断面收缩率等特征数值。3. 比较并分析碳含量对样品的弹性和塑性性质的影响。4. 总结实验过程中注意事项和体会。实验七 碳钢试样的制备及测试综合性实验一、实验目的1. 学会实际制备铁碳合金样品；2. 综合运用已学实验技术观察金相组织，定量分析组织相对含量，测试硬度， 综合分析并加深理解材料成分、显微组织和性能之间的相互关系。二实验设备和样品1铁碳合金试样2. 光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机、硬度计等三实验内容1. 领会实验指导书中实验一、实验二、实验四的部分，为动手实验做好的准备2. 把领取到的碳钢试样按照粗磨一细磨一机械抛光一浸蚀的步骤制备金相样 品；3. 利用光学显微镜观察试样

11、金相形貌，得到显微组织图4. 测量铁碳合金试样中珠光体的体积百分含量。要求每个试样至少测量 10 个以 上珠光体晶粒的截线长度。5. 根据杠杆定律计算合金中组织组成物的含量，另外根据显微组织近似计算钢 中含碳量。6. 测定试样的硬度值，7. 结合前面的实验结果，综合分析碳钢的组织与性能的基本测试方法及实验结 果相互之间的关系。四实验报告内容1. 实验名称2. 实验目的3. 实验内容这是验证性综合实验，学生根据所学实验技术，实际操作，学会实验的基本 技术，并对实验结果进行综合分析。4. 个人体会与建议实验八 金属塑性变形及回复再结晶设计性实验一实验目的1认识塑性变形对金属组织和性能的影响 2认识

12、冷变形金属在回复再结晶后组织性能的变化。 二实验设备和样品1金相显微镜2硬度计3冷轧机或拉伸机4. 箱式加热炉5. 纯 Cu、纯 Al、纯 Zn6. 切割机、镶嵌用品三.实验内容和步骤（1）建议的实验内容1. 认识和分析金属在不同塑性变形量后形变组织特征以及性能（硬度）的 变化；2. 认识和分析冷变形金属在加热后的回复再结晶过程中组织及性能的变 化；3. 认识和分析不同晶体结构的金属在塑性变形过程中组织和性能变化特 点。4.（2）实验说明本实验为设计性实验，一般5 人为1组，选组长1人。小组根据建议实验 内容或自设实验内容制定方案，分别开展实验。最终将小组各位同学的实验汇总， 形成实验报告。（

13、3）示例实验方案：1、取纯Al试样五个（每人1个试样），在轧机上进行塑性变形，相对变形 量分别为 0%、10%、20%、30%、40%。2、将上述试样用砂轮切割机从中部切开，其中一个用于制备金相试样（如 果实验尺寸较小，需要镶嵌试样），磨样观察试样的组织并测试心部区域硬度， 记录实验数据。3、将切割的另一半试样放入箱式加热炉中，加热到300C，保温0.5小时, 取出试样后重新制样磨样观察组织并测试硬度，将数据记录下来，并与热处理前 的数据进行对比。4、汇总小组其他成员的实验结果，综合分析，形成最终实验报告。四实验报告内容1简述实验目的、设计的实验方案和基本步骤。2附上实验测量得到的金相组织及性

14、能数据和曲线。 3根据设计的实验方案及目的叙述实验结果并分析原因。 4总结实验过程中注意事项和体会。五、思考题1将冷变形试样的实验数据绘成变形量-硬度关系图，分析冷加工后材料 性能的变化规律及机理。2冷变形试样加热后硬度变化规律如何？组织变化规律如何？为什么？ 3什么是临界变形度，你小组的试验中是否发现这一现象？实验九 金属凝固组织及缺陷的观察一实验目的1熟悉金属凝固的典型组织2熟悉铸造过程中常见组织缺陷二实验设备和样品1光学显微镜2. Sn-Pb合金：5%Sn端部固溶体、32%Sn亚共晶、61%Sn共晶3铸锭的典型组织4. 多个铸造缺陷典型组织如树枝生长（枝晶偏析）、分散缩孔等三.实验内容和步骤1 .由指导老师讲解本次实验的主要内容。2.应用光学显微镜观察并画出所提供样品的组织示意图。四. 实验报告内容1.简述实验目的和步骤。2.附上各组织示意图，说明各种凝固组织的形成过程或形成原因。