机械制造基础试验指导书Word文件下载.docx

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4．操作仪器前，应把仪器有关部分的功用及操作方法搞清楚。

与本实验无关及未经指导教师同意操作的仪器，不得随意使用。

5．要爱护仪器。

要少用手直接接触精密表面，不要对精密表面或光学镜头呵气或咳嗽。

6．实验报认真进行实验和填写告。

实验一洛氏硬度实验

一．实验目的

1．了解洛氏硬度计的构造及使用方法；

2．初步掌握洛氏硬度值的测定方法；

3．初步建立碳钢的含碳量与硬度的关系。

二、实验概述

硬度试验设备简单、操作迅速方便，不需要专门制备式样，也不破坏被测试的工作面，

因此，在工业生产中，被广泛应用于产品质量的检验。

此外，硬度值与其他机械性能及某些工艺性能（如切削加工性、冷成型性等）都有一定的联系，故在产品设计图纸的技术条件中，硬度是一项主要的技术指标。

目前，在测定硬度的方法中，最常用的是压入硬度法，其中以布氏硬度和洛氏硬度应用最广。

它们的试验原理都是用一定几何形状的压头，在一定载荷下压入被测的金属材料的表面，根据压头被压入的程度测定其硬度值。

洛氏硬度试验方法是以一个锥顶角为120°

的金刚石圆锥体或直径为1.588mm（1/16in）的钢球为压头，在先后两次载荷（初载荷与主载荷）作用下压入被试金属表面，然后卸除主载荷，在保留初载荷的情况下，测出由主载荷引起的塑性变形的压入深度h，再由h值确定洛氏硬度值HR，h值愈大时，被试金属的洛氏硬度值HR愈低；

反之，则愈高。

在实际试验时，都是由硬度计的指示器表盘上直接读出所测的硬度值。

洛氏硬度试验时，

可用不同压头和不同的主载荷，组成不同的洛氏硬度标尺。

最常用的是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC适用于测量研究度值高于HB230的较硬金属；

HRB适用于测量硬度值低于HB230的较软金属；

HRA适用于测量硬脆的金属材料或浅层表面硬化的金属。

三．硬度计的主要用途及特点

本仪器具有多种试验力和多种压头（实验指导书表1），用于测定金属材料或试件的布氏、洛氏、维氏硬度。

适用于黑色金属（钢材、铸铁件、软钢、淬火钢等）和有色金属（铝合金、铜合金等）的硬度测定，并可测定硬质合金、渗碳层和化学处理层的硬度。

表1

试样类别

试验力（N）

硬度值符号

压头

测量装置

测试材料举例

初试验力

总试验力

洛氏硬度试验

98

588

HRA

金刚石圆锥压头

光学测量指示机构

硬质合金，渗碳钢

1471

HRC

淬火钢，调质钢，硬铸铁

980

HRB

直径1.588mm钢球压头

软钢，铝合金，可缎铸铁，铜合金

布氏硬度试验

306

613

1839

HB

直径2.5mm，5mm钢球压头

测量显微镜

有色金属，铸铁，软合金，塑料

维氏硬度试验

294

588

980

HV30

金属合金表面合金硬度，渗碳钢，小型、薄形零件

HV60

HV100

四．硬度计的使用

洛氏硬度：

图1—1为HR—150型（原H—100型）洛氏硬度计。

试验时将试样6放在工作台5上，按顺时针方向转动手轮3，使工作台上升至试样与压头7接触，继续转动手轮，通过压头和压轴8顶起杠杆10，并带动指示器表盘9的指针转动，待小针对准红点，大针置于垂直向上位置时（左右偏移不超过5格），试样即已施加了10kgf（100N）的预载荷，随后转动指示器表盘使大针对准“B”（测HRB时对准“30”），再拉动手柄2释放转盘4，在法码11重量的作用下，顶杆12便在缓冲器15的控制下匀缓下降，使主载荷通过杠杆，压轴和压头作用于试样上，停留数秒钟后再扳动手柄4，使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置。

由于转盘上齿轮使扇齿轮13、齿条14同时运转而将顶杆顶起，卸除了主载荷，这时指示器指针所指的读数即为所求的洛氏硬度值（HRC和HRA读C标尺，HRB读B标尺）。

图1—1洛氏硬度计外形结构

五．实验步骤及注意事项

洛氏硬度

（1）清理试样表面，被测表面应无油脂、氧化皮、裂纹、凹坑、显著的加工痕迹以及其它外来污物。

（2）根据试样材料，选择压头及载荷，根据试样形状，选择合适的工作台。

（3）把试样放在硬度计工作台上，按洛氏硬度计的操作顺序进行试验，由指示器上读数得硬度值并作好记录。

（4）移动试样，并在另一位置继续进行试验，前后共测三点。

计算三次试验得出硬度值的平均值，并作好记录。

（5）为了使试验结果精确，相邻两压痕的中心以及任一压痕中心距离试样边缘的距离都不得小于3mm。

六．实验报告

1．记录实验数据

2．根据实验测得的硬度值，分析碳钢的含碳量与硬度间的关系，并画出其关系曲线图。

实验二铁碳合金平衡组织的金相分析

一、实验目的：

1．认识碳钢平衡组织的特征，鉴别常用碳钢在室温时的显微组织；

2．分析碳钢含碳量与其平衡组织间的关系；

3．巩固对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能之间关系的认识。

二、实验概述

在室温下铁碳合金的基本相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异仅是这两上基本相的相对量，形状及分布不同，在铁碳合金中，渗碳体的相对量，存在形状以及分布状况，对合金的性能影响很大。

（一）钢在室温下基本组织组成物的显微组织特征

（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于a-Fe中的间隙，溶体由于在室温时其溶碳量几乎等于零，故其显微组织与纯铁相同，用3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白色多边形晶粒，晶界呈黑色网络状。

在含碳量较低的碳钢中铁素体呈块状分布，当钢中含碳量增加到接近共析成份时，铁素体在晶界上呈网状分布。

（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是具有复杂晶格结构的间隙化合物，其含碳量为6.69%，用3~5%硝酸酒精入浸蚀后，渗碳体呈白色，用碱性苦味酸钠溶液热浸蚀后呈暗黑色，以区别碳钢中的铁素体与溶液体。

（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密机械混合物，在平衡下，其含碳量为0.8%，珠光体有片状的球状两种。

由于珠光体中铁素体比渗碳体的电极电位低，在正常浸蚀下，铁素体为阳极而被溶解，渗碳体则不被溶解而凸出，因而在高倍显微镜下就能看到珠光体是由层片状的渗碳体与铁素体互相交替排列而成，若显微镜的放大倍数较低，物镜的鉴别率低于渗碳体层片厚度时，由于渗碳体的边缘无法分辨，只能看到白色基体的铁素体相和代表渗碳体相的一条条黑线，若显微镜的放大倍数更低，物镜的鉴别率比珠光体的层片距离还低时，则珠光体的层片组织就无法分辨而呈黑色一片。

（二）碳钢平衡组织的显微分析

Fe-Fe3C相图上的各种合金，按其含碳量的不同，可分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁三类，这里先介绍一下工业纯铁和碳钢。

1．工业纯铁含碳量小于0.0218%的铁碳合金为工业纯铁，工业纯铁的显微组织为单相铁素体，当含碳量较高时，将沿Fe-Fe3C相图上PQ线自铁素体中析出三次渗碳体，三次渗碳体一般沿铁素体晶界分布。

2．碳钢含碳量在0.0218%~0.77%范围内的碳钢为亚共析碳钢，按其含碳量与平衡组织的不同，可分为亚共析碳钢、共析碳钢与过共析碳钢三种。

（1）亚共析碳钢含碳量在0.0218%~0.77%范围的碳钢为亚共析碳钢，其室温下的显微组织为铁素体和珠光体（从铁素体中析出的三次渗碳体忽略不计），铁素体呈白色多边形状，珠光体在显微镜鉴别率和放大倍数低时呈暗黑色，随着钢中含碳量的增加，珠光体量逐渐增多，铁素体量逐渐减少，且铁素体的形态由块状变成碎块状，最后变成网状或断续网状分布于珠光体的边界上。

根据显微镜下观察到的珠光体和铁素体所占面积，可用下式估算出亚析碳钢中的含碳量：

C%=P%×

0.77%

式中C%——钢的含碳量

P%——珠光体所占面积

（2）共析碳钢共析碳钢的含碳量为0.77%，其室温下的显微组织为珠光体。

（3）过共析碳钢含碳量0.77%~2.11%范围的碳钢为过共析碳钢，其室温下的显微组织为珠光体和二次渗碳体，二次渗碳体网状分布于晶界上，随着钢中含碳量的增加，二次渗碳体网逐渐变宽，用3~5%硝酸酒精溶液浸蚀时，渗碳体在显微镜下呈毫白色，与铁素体相似，而珠光体呈暗黑色。

（三）状态下碳钢的成份、组织与机械性能间的关系

在铁碳合金中，随着含碳量的增高时，不仅组织中渗碳体相对量增加，而且其形态和分布情况也有变化，不同含碳量的铁碳合金具有不同性能的原因。

在亚共析碳钢中渗碳体与铁素体组成片状珠光体，使钢的强度、硬度增高，随着钢中含碳量增加，组织工珠光体量增多，故其强度、硬度提高，而塑性、韧性都相应降低，在过共析碳钢中，二次渗碳本呈网状分布在晶界上，随着钢中含碳量的增加，二次渗碳钢体网逐渐加宽，而自由断续的变为连续的。

因此，当钢中含量大于0.9%时，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也开始明显下降。

三．显微镜使用步骤：

（1）按观察要求，选择适当的物镜和目镜，旋转粗调节手轮将载物台升高，取下物镜座盖，装上物镜，取下目镜套盖，装上目镜。

（2）将试样的磨面对着物镜，旋转粗调节手轮将载物台升高，取下物镜座盖，装上物镜，取下目镜套盖，装上目镜。

（3）接通低压电源，一盘情况下将灯泡电源插头，插入低压变压器的6V插孔，接通电源前，请仔细检查一下线路，切不可将低压灯泡电源插头，插入220电源，以免烧毁低压灯泡。

（4）双手缓慢旋动粗调手轮，使试样与物镜的距离逐渐拉开，同时在目镜上观察，视场由暗到亮，调到看到组织，然后再旋动细微调手轮，直至看到最清晰的图像为止，调节时双手要缓慢动作，切勿使物镜与试样相碰。

（5）根据观察到的组织，按需要调节孔径光阑和视场光阑，但根据实验要求，实验室工作人员已事先将光阑调到适当的位置，学员可不必调整。

（6）观察一般组织时，先低倍而后高倍观察，并移动载物台，对试样各部位进行观察，观察结束后，切断电源，将金相显微镜复原。

四．实验设备与试样：

1．金相掀微镜

2．碳钢平衡状态金相试样一套

五．实验方法与步骤：

1．认真观察各种材料的显微组织，认别各显微组织特征；

2．在金相显微镜下选各种材料的显微组织的典型区域，绘出其显微组织示意图；

3．记录实验数据。

实验三车刀几何角度的测量

一．实验目的：

1.掌握车刀量角仪的使用和角度的测量方法．

2.通过测量加深对车刀各几何角度的一实验目的：

理解．

二实验设备:

1车刀量角仪

2车刀

三原理实验：

1刀具切削角度的坐标平面

基面：

通过切削刃上的选定点，垂直于假定主运动方向的平面.

切削平面：

通过切削刃上的选定点，与切削刃相切，并垂直于基面的平面.

主剖面:

通过切削刃上的选定点，同时垂直于基面和切削平面的平面.

法剖面:

通过切削刃上的选定点与切削刃相垂直的平面

3刀具标注角度的坐标系

主偏角kr

在基面上测量的切削平面和进给剖面之间的夹角，即切削刃和进给方向在基面上投影之间夹角.

副偏角kr'

副切削刃和进给反方向在基面上投影之间夹角

前角γ0

在主剖面中测量的基面和前刀面之间夹角

后角α0

在主剖面中测量的切削平面和后刀面之间夹角

副后角α0'

在副主剖面中测量的副切削平面和副后刀面之间夹角

刃倾角λs

在切削平面上测量的切削刃和基面之间夹角

法前角γn

在法剖面中测量的基面和前刀面之间夹角

法后角αn

在法剖面中测量的切削平面和后刀面之间夹角

四实验内容与步骤:

1熟悉车刀量角仪的使用.

根据车刀量角仪,先查清哪些部件可以活动,哪些面,边可以在测量时作为参考平面．

2熟悉车刀

找到车刀的前刀面，主后刀面，副后刀面.，主切削刃，副切削刃

3测量kr,kr'

γ0,α0,α0'

λs,γn,αn

将车刀正确地放置在量角仪上,对于要求测量的每个角度值据其定义找出度量值,分析选择量角仪上哪些部件,面或边可以作为测量该角度的参考平面,然后转动有关部件,使那些面或边贴紧在车刀的相关面上,这样就可以从相应刻度盘上读出角度值.

五实验报告要求:

1车刀几何角度的测量数据

2绘制车刀角度标注图

实验报告的撰写

一、概述

实验报告是显示并保存实验成果的依据，所以，在整个实验过程中，实验报告所起的作用是相当重要的。

有的实验研究工作做得很出色，取得了重大的成果，而且在实验过程花费了大量的时间和精力，但是如果据此实验而撰写的论文或报告的质量很差，则势必极大地降低实验的价值，不利于扩大报告的影响，无形中湮没了实验的成果。

为此，如同重视实验过程一样，也应重视实验报告的撰写。

按照实验的目的，实验报告有学生实验报告和学术实验报告两种。

后一种报告多数是针对某一项目科研所进行的试验研究或论证，往往包含有新的探索或创造性的成果。

而学生实验报告则以培养学生实验技能，验证某一理论等为主。

技术报告的读者，不一定只限于从事本学科、本专业工作的有关人员，如果实验研究的结果比较重要，也有可能被具有某种专业知识的其他方面人员所利用。

因此实验报告的文字应该简洁易懂，对于所作的结论应明确指出其适用范围或局限性等。

如果有的实验在某一方面取得了新的成果或有新的发现，则应作为失重点加以较详细的阐述。

这样，当有关读者认为有参考价值时，可以从中了解实验的具体过程和方法，以便结合自身的任务进行验证，并在此基础上进一步应用和发展作者所介绍的成果或方法。

实验报告除写明实验取得的结果和结论外，也可写一些实验的经验和教训，为后续的实验者提供借鉴，避免重复或走弯路。

实验报告的表达方式和文学作品不同，应该采取直叙式，力求以简短的文句将作者的意图和研究结果完整而明白地告诉读者。

为此，要注意用辞、标点，避免冗长或含糊不清的文句，特别要注意避免采用一些易被误解的词句，尽量做到用词准确，含义确切。

为了正确地表达报告的内容和说明事实，在实验报告中应严格做到所用名词术语必须使用国家标准规定的名词术语，或按国家统一使用的名词。

例如各有关工业部门审订使用的国家标准专业名词术语、中国科学院编辑出版委员会名词室编定的名词术语。

实验报告中所用的计量单位的名称、代号亦应按照国家规定的统一的计量名称。

为了吸引读者，使作者的实验报告广泛传播，并被较多的实验研究者所采用，作为一份写得比较好的报告，特别要注意报告的开头部分的编写，这是因为多数读者首先总是从开头部分了解报告的内容，然后才决定是否需要进行仔细阅读报告全文。

二、学生实验报告的编写

学生的实验是培养学生掌握实验技能和实验方法的一种重要训练。

这种实验虽然与以实验研究获得成果为主要目的实验不完全相同，但是却为学生将来进入社会，参加科研实验创造条件，打好基础。

因此对实验报告的编写，必须认真负责，切忌潦草马虎，那种不重视实验报告编写的观点是错误的。

应该懂得，撰写文件、报告等都是进入工作岗位后的工作内容之一。

例如设计说明书、工作计划、科研报告、试验报告等，这些技术文件的撰写质量，往往会对今后工作的开展有着重要影响。

学生实验报告的内容，一般包括实验名称、实验目的、实验原理、实验装置、实验步骤、数据处理、实验结果、分析与结论、回答问题和附录等。

对于某一项具体的实验，根据实际情况，对以上内容可以作适当的合并或删减。

（一）实验名称

学生所进行的实验有指定实验名称的实验，也有根据学生自己学习需要，自行独立设计的实验，后者如有些学校开设的综合实验。

对于后一类实验，应按实验内容，精心推敲，拟定实验名称，以简洁的标题概括该实验的特性，使读者一目了然。

（二）实验目的

任何实验都应有明确的目的，并应在实验报告的形状部分写明。

如实验目的可分成几点时，则宜用分行形式写出，务求简明扼要，以使读者一看就知道为什么要进行这一实验。

对于自行设计的实验，要注意根据实验的目的合理确定实验的内容。

（三）实验原理

在这一部分里，应扼要地叙述报告作者所进行实验的理论依据、实验的方案及重要的数学表达式。

考虑到一般读者都具有基本的专业知识，因此对一些众所周知的原理宜简略，把重点放在叙述与本实验直接有关的原理。

必要时，除文字说明外，还应给出本实验的原理框图或简图，例如简化的试验原理模型图、测量原理图等。

数学表达式作为实验原理的一部分，一般只须列出结果，避免繁琐的推导过程，如有必要，则可放在附录中。

（四）实验装置及实验步骤

本节应包括介绍实验所用的主要仪器设备以及说明测量方法等内容。

介绍仪器设备时应简要说明该设备或仪器的型号、结构与特点、主要组成部分、使用方法和操作程序等。

说明方式可根据具体情况决定，可以采用文字说明，也可用文字与图形结合的方式来说明。

（五）数据处理和实验结果

实验测量所得的各种数据，由于受到各种因素的影响，不可避免地存在着一定的误差，所以即使名义上实验条件不变，测量的数据不可能完全重复一致，总存在着一定的离散性。

为此，要对测量数据进行适当的加工处理。

实验数据处理正确与否，关系到能否得出精确可信的结果和正确的结论，因此必须认真对待。

有关数据处理的一般原理见本书的第一部分。

用曲线表示实验结果具有直观、明了等优点，它能表明某一参数变化的趋势，而且便于与各种分析方法联系起来，并有助于得出经验公式。

所以常作为数据的一种表达方式（有关数据的表达方式详见下文）。

把实验数据表格化，也是最常用的一种表达形式，表格的设计和表格中数据的排列既要有科学性，又要符合读者的逻辑思维，使读者能从试验数据的演变中，易于自然地得出某种科学的结论。

这里有必要重复强调的是，对数据的处理，应本着科学的实事求是的态度，不能无根据地、有意地掩盖有代表性的异常数据，更不能糊凑数据来“证明”理论的正确性。

（六）分析和结论

对实验的结果进行分析，找出某一物理量的变化趋势或规律，从而得出正确的结论，这是实验的成果，也是实验报告的核心，同时也体现出学生综合运用自己所学知识的能力。

为此，要对实验结果进行反复分析研究，以期得出正确的判断和推理。

在对实验结果进行分析的基础上所作出的实验结论，必须是十分明了而清楚，不能似是而非。

例如当读者看过本实验报告后，马上明白实验所验证的理论是成立还是被否定；

实验中所采用的方案是成功的还是失败的。

此外，还应注意指出本实验所提供的结论的适用场全和局限性。

此外，对于实验中一些难以解释的现象，也可在此提出，以便作进一步的分析研究。

如果实验中走过的弯路或教训具有一定的普遍意义，亦可写出，以代借鉴。

在本节中还可提出对本实验的改进意见或设想。

为了帮助学生思考，进一步加深对实验内容的理解，巩固掌握实验的原理和步骤，常常有针对性地提出若干问题供学生分析思考，学生应认真地以书面形式回答问题，写在附录的前面。

（七）附录

对于一些在实验报告正文中不便列入、而对读者进一步了解实验细节的内容和资料，例如实验的原始数据，数学公式的推导，计算程序等项，都可编排在附录中。