工程材料及热加工基础实验指导书精品版.docx
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工程材料及热加工基础实验指导书精品版
工程材料及热加工基础实验指导
学生实验守则
1.实验前认真做好预习，明确本次实验的目的，了解实验内容、步骤及注意事项。
2.实验不迟到，无故迟到三次者实验成绩记为不及格。
病假、事假需有医生或班主任
证明，无故旷课者，该次成绩记以零
3.实验时必须听从辅导教师及实验工作人员的指导，严格遵守设备操作，注意
人身安全及设备安全，不得随意动用与本次实验无关的设备仪器，不准打闹。
4.损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定须进行全部或部分赔
5.实验完毕，整理好仪器、设备，清理桌面及场
6.认真做好实验报告，按时上交。
实验一碳钢及铸铁平织
一、实验的目的
1.观察识别碳钢及白口平衡状态下的显微组织。
2.了解含碳量对钢组织的影响。
3.了解金相显微镜的构造及使用方法。
二、实验基本原理
从铁碳合金状态图可知，含碳量小于0.01%的铁碳合金称为工业纯铁，含碳量小于2.11%（大于0.01%）的铁碳合金称为钢；含碳量大于2.11%（小于6.69%）的铁碳合金称为铸铁。
碳钢的显微镜组织因其成份，热处理工艺不同而有很大的差别。
本次实验只研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织，即在极缓慢冷却条件下（按铁碳相图变化）得到的组织，不同的组织对酸的耐蚀性不同,将热处理后的各试样制成金相试样,再将金相用4%的硝酸酒精进行腐蚀,使不同相得到不同腐蚀深度,并用金相显微镜对试样表面进行观察,判定各试样的组织。
三、主要仪器设备及耗材
金相显微镜、各种金相试样。
四、实验内容
同学分为三人一组，每组使用一台显微镜，仔细观察下列碳钢及铸铁组织，显微镜的放大倍数为450。
序号
*A1
A2
*A3
A4
*A5
B1
B2
B3
牌号
工业纯铁
20
45
T8
T12
白口铁
白口铁
白口铁
含碳量%
<0.01
0.20
0.45
0.8
1.2
3.5
4.0
5.0
状态
退火
退火
退火
退火
退火
铸态
铸态
铸态
五、实验步骤
1.插上金相显微镜电源；
2.对金相显微镜的光学系统进行调试；
3.将金相试样放到显微镜的载物台上；
4.对金相显微镜进行粗调；
5.对金相显微镜进行细调；
6.记录试样的成分，观察试样的金相组织，并绘制示意图。
六、实验报告要求
1.简述实验目的和内容。
2.绘出带*号的试样的显微组织示意图，并用箭头和符号指示图中的各种组织，图下指明牌号、处理方法、腐蚀剂、放大倍数及组织名称。
3.分析含碳量对碳钢组织的影响。
实验二碳钢的表面淬火操作
一、实验目的
1.熟悉感应加热表面淬火的过程及工艺；
2.了解感应加热淬火对材料表面及芯部性能的影响；
二、实验基本原理
表面淬火：
是通过对钢材表面淬火，从而使表面获得马氏体，而芯部仍保持处理前的组织，使零件的表面硬度增加、耐磨性提高，芯部保持原有的性能，表面淬火的加热方法很多，本实验采用表面感应加热淬火，其原理是利用电磁感应效应在钢材表面产生感应电流，对零件的表面进行加热，达到淬火所需的加热温度，完成对零件表面的淬火。
三、主要仪器设备及耗材
感应加热炉、淬火介质、淬火工具、硬度计、45#圆钢、砂纸。
四、实验内容
1.对45钢试样进行高频感应加热表面淬火实验。
2.测定表面淬火后试样端面上靠近圆心处及圆周上的硬度值。
五、实验步骤
1、选择表面淬火的试样；
2、对表面淬火试样进行装夹；
3、对试样表面进行感应加热及淬火；
4、将水擦干并用砂纸将试样两底面磨平及圆周面磨光；
5、在硬度计上对端面上靠近圆心处及圆周上各测三个硬度值并将硬度的平均值记录到分组表中。
6、对数据进行分析（方差分析及硬度值的分布分析）
六、实验报告要求
1、简述实验的目的、方法、步骤。
2、将测得的硬度值记录到分组表中。
3、绘制硬度的分布曲线。
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
平均值
均方差
表面硬度
心部硬度
硬度的分布曲线（其中纵坐标为频率，横坐标为硬度值）
实验三碳钢的热处理操作
一、实验目的：
1、熟悉45号钢的热处理操作过程。
2、熟悉硬度计的使用方法及硬度的测试原理。
3、了解加热温度及冷却速度对热处理后的性能影响。
4、了解回火温度对淬火组织性能的影响。
二、实验基本原理
基本原理主要有两点：
1、奥氏体化后的钢件，经不同冷却速度冷却后将获得不同的组织，在宏观上将表现出不同机械性能，通过对宏观性能的测定，判断其内部组织的不同。
2、淬火后的钢件，经不同温度回火后将获得不同的组织，在宏观上将表现出不同机械性能，通过对宏观性能的测定，判断其内部组织的不同。
三、主要仪器设备及耗材
箱式电阻炉、淬火介质、淬火工具、硬度计、45#圆钢、砂纸。
四、实验内容
1.将45号钢加热到840℃分别在水中、油中、空气中冷却后测定硬度，以此可以了解钢奥氏体化后用不同冷却介质对45号硬度影响。
2.将45号钢加热到840℃后并在水中冷却后分别经过200℃、400℃及600℃的回火后测定硬度，以此可以了解45号钢奥氏体化后同样的介质淬火后不同温度的回火对于45号钢硬度的影响。
五、实验步骤
1、根据分组情况，选好淬火试样；
2、根据分组情况将试样放入840℃的箱式炉中；
3、开箱式炉开关进行升温；
4、升到相应温度进行计时，并保温20分钟；
5、到温后，进行水冷；
6、冷到室温后，将水擦干并用砂纸将试样两底面磨平；
上硬度计测三个硬度值并硬度的平均值记录到分组表中
六、实验报告要求：
1.简述实验的目的、方法、步骤。
2.将实验结果列在下列表中。
3.对实验结果进行分析和数据处理。
i.分析45号钢加热840℃后不同介质冷却后的实验结果，并说明原因。
ii.分析45号钢奥氏体化后同样的介质淬火后不同温度的回火的实验结果，并说明原因。
加热温度
保温时间（分钟）
冷却介质
回火温度
硬度
840℃
20
水
——
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方法分析课件
20
机械能及其转化教学反思油
教学资源网站——
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昙花教学实录
20
空气
——
20
水
200
20
水
400
20
水
600
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
■验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称碳钢及铸铁平衡组织观察
二、实验目的
三、实验基本原理
四、主要仪器设备及耗材
五、实验步骤
六、实验数据及处理结果
七、参考资料
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
□验证■综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称:
碳钢的表面淬火操作
二、实验目的
三、实验基本原理
四、主要仪器设备及耗材
五、实验步骤
六、实验数据及处理结果
实验序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
平均值
均方差
表面硬度
心部硬度
硬度的分布曲线（其中纵坐标为频率，横坐标为硬度值）
七、参考资料
南昌大学实验报告
学生姓名：
学号：
专业班级：
实验类型：
□验证■综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
一、实验项目名称：
碳钢的热处理操作
二、实验目的
三、实验基本原理
四、主要仪器设备及耗材
五、实验步骤
六、实验数据及处理结果
加热温度
保温时间
冷却介质
回火温度
硬度
840℃
20
水
——
20
油
——
20
空气
——
20
水
200
20
水
400
20
水
600
七、参考资料
附录:
金相显微镜的基本原理、构造及使用
一、金相显微镜的基本原理
研究金属及合金内部组织的光学显微镜称为金相显微镜。
凸透镜可以将物体放大成像，但单个透镜或一组透镜构成的放大镜放大倍数有限。
若利用另一组透镜将第一次放大的像再次放大，就可以获得更高的放大倍数。
金相显微镜正是根据这一原理设计的，其放大成像原理如图1-1所示。
图1-1
在金相显微镜中装有两组放大透镜，靠近物体的一组透镜称为物镜，靠近眼睛的一组称为目镜，被观察的物体AB置于物镜的前焦点F1稍远的位置，由物体反射的光线穿过物镜，经物镜折射后获得一个放大的倒立实像A1B1，它正好位于目镜的前焦点F2以内，因而目镜以将其再次放大成倒立的虚像A2B2，这就是我们在显微镜下观察到的经过两次放大后的物像。
二、金相显微镜的性能
衡量显微镜性能指标，主要有放大倍数、分辨率、景深等几个方面。
1.放大倍数M：
指物镜放大倍数M1和目镜放大倍数M2的乘积。
M=M1×M2
2.分辨率d：
反映显微镜对于试样上最细微组织所获得清晰分辨试样上两点间最小距离映像的能力，它是显微镜的一个重要性能。
d=λ/2A
式中：
λ——入射光线的波长；A——物镜的数值孔径；
3.景深即显微镜垂直分辨率，是指显微镜对于高低不平的物体能清晰成像的能力。
三、金相显微镜的构造和使用方法
1）金相显微镜
金相显微镜的种类和形式很多，主要有台式、立式和卧式三大类。
但它的基本构造都基
本相同，通常由光学系统、照明系统和机械系统三大系统组成。
有些显微镜还备有摄影装置、偏振光附件等，以扩大显微镜的功用。
现以本室使用的4X型台式金相显微镜为例加以说明。
1.光学系统
4X型金相显微镜的光学系统（图1-2）由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径栏9，再经过聚光镜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造成一个被观察物体的倒立的放大实象。
该象再经过目镜15的放大，就成为在目镜视物中能看到的放大映象。
2.照明系统
在金相显微镜的底坐内装有一低压（6～8V、15W）灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。
聚光镜，孔径光栏及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上。
它们组成显微镜的照明系统，使试样表面得到充分、均匀的照明（图1-3）。
3.机械系统
显微镜调焦装置：
在显微镜体的两侧有粗动6和微动5调焦手轮，两者在同一部位。
随粗调手轮的转动，支承载物台1的弯臂作上下运动。
在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。
微调手轮使显微镜本体沿着滑轨缓慢移动。
在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下微动0.002mm。
与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有二条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就自动被限制住，此时，不能再继续旋转而应倒转回来使用。
载物台（样品台）：
用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，用手推动，可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察位置。
孔径光栏15和视物光栏14：
孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物象达到清晰的程度。
视物光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视物明亮而无阴影，在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉，用来调整光栏中心。
物镜转换器3：
转换器呈球面状，上有三个螺孔，可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，与不同的目镜搭配使用，可获得各种放大倍数。
目镜筒11：
目镜筒呈45°倾斜安装在有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向90°，呈水平状态以配合照相装置进行摄影。
2）金相显微镜的使用方法及注意事项
金相显微镜是一种精密的光学仪器，使用时要求细心谨慎。
在使用显微镜工作之前首先应熟悉其构造特点及各主要部件的相互位置和作用，然后按照显微镜的使用规程进行操作。
1.将试样置放在载物台上，从目镜上观察，用双手旋转粗细调手轮，当视场亮度增强或看到组织后，再调节微调手轮直到图像清晰为止。
2.当微调手轮转不动时，不可强力旋转，而应向反方向旋转几圈后再重新调焦。
3.需要变换观察部位时，用手推动载物台，可使载物台在水平面上作一定范围的移动，不可把试样在载物台上来回拉动。
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