金属材料与热处理实验指导书.doc

1、南通工贸技师学院校本教材系列之金属材料及热处理实验指导书南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材金属材料及热处理实验说明一、实验目的与任务金属材料及热处理是各个技工学校机械类专业的一门综合性、应用性较强的必修课，本课程的实验教学是配合教师课堂教学内容加深对理论知识的理解，并联系实际对学生进行实验技能训练而开设的，其目的是使学生掌握常见金属材料的力学性能、显微组织及热处理相关知识，从而为以后金属材料研究和正确选材打下基础。 二、实验教学的基本要求1.掌握金属材料力学性能。2.加深理解金属材料成分、热处理工艺、组织与性能的关系。3.观察与分析典型的显微组织。三、本课程开设的实验项目实验名称、

2、内容及学时分配表实验项目编号实 验 内 容 学时 类型教学大纲要求（ 必开或选开 ）1 低碳钢拉伸实验 2 综合 必开2 铸铁压缩实验 2 综合 选开3 金属材料的硬度实验 2 综合 必开4 冲击实验 2 综合 必开5铁碳合金平衡组织的显微分析实验4 验证 必开6 碳钢的热处理 2 综合 必开7铸铁显微组织观察与分析2 验证 选开8有色合金的显微组织观察与分析2 验证 必开合计 18南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材低碳钢拉伸实验一、实验目的：1. 观察试件受力和变形之间的相互关系；2. 观察低碳钢在拉伸过程中表现出的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等物理现象；3. 测定低碳钢的强度指

3、标（ s、 b）和塑性指标（ 、 ） ；4. 学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。二、实验原理：材料的机械性能指标 、 、 、 是由拉伸破坏实验来确定的，实验时万能材料试sb验机自动给出载荷与变形关系的拉伸图（P-L 图）如图 1 所示，观察试样和拉伸图可以看到下列变形过程。 1、弹性阶段OA 2、屈服分阶段BC 3、强化阶段CD 4、颈缩阶段DE图 2 载荷与变形关系的拉伸图（图 1 P-L 图）由实验可知弹性阶段卸荷后，试样变形立即消失，这种变形是弹性变形。当负荷增加到南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材一定值时，测力度盘的指针停止转动或来回摆动，拉伸图上出现了锯齿平台

4、，即荷载不增加的情况下，试样继续伸长，材料处在屈服阶段。此吁可记录下屈服点 Ps。当屈服到一定程度后，材料又重新具有了抵抗变形的能力，材料处在强化阶段。此阶段：强化后的材料就产生了残余应变，卸载后再重新加载，具有和原材料不同的性质，材料的强度提高了。但是断裂后的残余变形比原来降低了。这种常温下经塑性变形后，材料强度提高，塑性降低的现象知名人士为冷作硬化。当荷载达到最大值 Pb 后，试样的某一部位载面开始急剧缩小致使载荷下降。至到断裂，这一阶段叫颈缩阶段。实验中可测得： P s屈服荷载。Pb 最大荷载。L1断后标距部分长度。A1断后最细部分载面积。由此可计算1、屈服极限： 0PSs2、强度极限：

5、 Ab3、延伸率： %101L4、截面收缩率： 0其中 A0、L 0均为拉伸前试件的载面面积及标距。三、实验材料与设备：1、试验设备万能试验机、游标卡尺、小直尺、低碳钢和铸铁标准试件2、标准试件尺寸：1）圆形截面试件长度 L0 与截面积 A0 的关系：长试件：L 0/d0=10，以 表示；1短试件：L 0/d0=5，以 表示；52）矩形截面试件长度 L0 与截面积 A0 的关系： 00065.3.1ALL或其中， L0初始长度， d0初始直径， A0初始截面面积。试件形状如图 2实验所用试件如下图所示：d0l0l南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材图 2 拉伸试件四、实验步骤：1.

6、试件准备：在试件上划出长度为 l0 的标距线，在标距的两端及中部三个位置上，沿两个相互垂直方向各测量一次直径取平均值，再从三个平均值中取最小值作为试件的直径 d0。2. 试验机准备：按试验机计算机 打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。按照“软件使用手册” ，运行配套软件。3. 安装夹具：根据试件情况准备好夹具，并安装在夹具座上。若夹具已安装好，对夹具进行检查。4. 夹持试件：若在上空间试验，则先将试件夹持在上夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端；若在下空间试验，则先将试件夹持在下夹头上，力清零消除试件自重后再夹持试件的另一端。5. 开始实验：按运行命令按钮，按照软件设定的方

7、案进行实验。6. 记录数据：试件拉断后，取下试件，将断裂试件的两端对齐、靠紧，用游标卡尺测出试件断裂后的标距长度 l1 及断口处的最小直径 d1（一般从相互垂直方向测量两次后取平均值） 。低 碳 钢 拉 伸 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材三、实验数据及计算结果实 验 前 实 验 后

8、截面尺寸 d0/mm 断口截面尺寸d0/mm实验材料试件规格 测量部位测 量数 值平均值 d0截面面积A0/ mm2标距长度l0/ mm 测 量数 值平均值d1截面面积A1/ mm2标距长度l1/ mm屈服极限s/ MPa强度极限b/ MPa延伸率/%断面收缩率/%1上211中21低碳钢 下22应力应变图绘制如下：南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铸铁压缩实验一、实验目的：1. 观察试件受力和变形之间的相互关系；2. 观察铸铁在压缩过程中表现出的变形和破坏现象；3. 测定铸铁的强度极限 b；4. 学习、掌握电子万能试验机的使用方法及工作原理。二、实验原理：低碳钢和铸铁等金属材料的压

9、缩试样一般制成圆柱形，高 ho 与直径 do 之比在 13 的范围内。目前常用的压缩试验方法是两端平压法。这种压缩试验方法，试样的上下两端与试验机承垫之间会产生很大的摩擦力，它们阻碍着试样上部及下部的横向变形，导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就变得小了，因此抗压强度与比值 hodo 有关。由此可见，压缩试验是与试验条件有关的。为了在相同的试验条件下，对不同材料的抗压性能进行比较，应对 hodo 的值作出规定。实践表明，此值取在 13 的范围内为宜。若小于 l，则摩擦力的影响太大；若大于 3，虽然摩擦力的影响减小，但稳定性的影响却突出起来。低碳钢试样压

10、缩时同样存在弹性极限、比例极限、屈服极限而且数值和拉伸所得的相应数值差不多，但是在屈服时却不象拉伸那样明显。从进入屈服开始，试样塑性变形就有较大的增长，试样截面面积随之增大。由于截面面积的增大，要维持屈服时的应力，载荷也就要相应增大。因此，在整个屈服阶段，载荷也是上升的，在测力盘上看不到指针倒退现象，这样，判定压缩时的 PS 要特别小心地注意观察。在缓慢均匀加载下，测力指针是等速转动的，当材料发生屈服时，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷 PS。由于指针转动速度的减慢不十分明显，故还要结合自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的的拐点来判断和确定 PS。低碳钢的压缩图（即 P 一1

11、 曲线）如图 1 所示，超过屈服之后，低碳钢试样由原来的圆柱形逐渐被压成鼓形，即如图 3。继续不断加压，试样将愈压愈扁，但总不破坏。所以，低碳钢不具有抗压强度极限（也可将它的抗压强度极限理解为无限大） ，低碳钢的压缩曲线也可证实这一点。三、 实验材料与设备：1. 试验设备万能试验机2. 游标卡尺3. 低碳钢和铸铁标准试件四、实验步骤：1低碳钢试样的压缩实验l）测定试样的截面尺寸用游标卡尺在试样高度中央取一处予以测量，沿两个互相南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材垂直的方向各测一次取其算术平均值作为 do来计算截面面积 Ao。用游标卡尺测量试样的高度。2）试验机的调整估算屈服载荷的大小

12、，选择测力度盘，调整指针对准零点，并调整好自动绘图仪。3）安装试样将试样准确地放在试验机活动平台承垫的中心位置上。4）检查及试车试车时先提升试验活动平台，使试样随之上升。当上承垫接近试样时，应大大减慢活动台上升的速度。注意：必须切实避免急剧加载。待试样与上承垫接触受力后，用慢速预先加少量载荷，然后卸载接近零点，检查试验机包括自动绘图部分）工作是否正常。5）进行试验缓慢均匀地加载，注意观察测力指针的转动情况和绘图纸上曲线，以便及时而正确地确定屈服载荷，并记录之。屈服阶段结束后继续加载，将试样压成鼓形即可停止。2铸铁试样的压缩实验铸铁试样压缩试验的步骤与低碳钢压缩试验基本相同，但不测屈服载荷而测最

13、大载荷。此外，要在试样周围加防护罩；以免在试验过程中试样飞出伤人。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铸 铁 压 缩 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果试 件 尺 寸直径 d0/mm试 件 形 状实验材料试件规格h0/d0沿两正交方向测得数据平均值截面面积A0/ mm2屈服极限s/ MPa强度极限b/ MPa 实验前

14、实验后1铸铁 2应力应变图绘制如下：班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材金属材料的硬度实验一、实验目的：1. 了解硬度测定的基本原理及应用范围。2. 了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。二、实验原理：（一）布氏硬度试验的基本原理布氏硬度试验是施加一定大小的载荷 P，将直径为 D 的钢球压入被测金属表面（如图 3-1 所示）保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积 F 凹 求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号 HB 表示。图 3 布氏硬度试验原理图其计算公式如下：HBP/F 凹 （3-1）式中： HB布氏硬度值；P载荷（

15、Kgf） ；（1 Kgf9.8N）F 凹凹痕面积（ mm2） 。根据压痕面积和球面之比等于压痕深度和钢球直径之比的几何关系，可知压痕部分的球面积为： (3-2)DhF凹式中：D钢球直径（mm） ； h压痕深度（ mm）由于测量压痕直径 d 要比测定压痕深度 h 容易，故可将（3-1）式中 h 改换成 d 来表示，这可根据图 3-1(b) 中Oab 的关系求出。22)(1dD(3-3)(h将式（3-2 ）和（3-3 ）代入式（3-1）即得：(3-4) )(22dDPhHB南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材式中只有 d 是变数，故只需测出压痕直径 d，根据已知 D 和 P 值就可计算出

16、 HB 值。在实际测量时，可由测出之压痕直径 d 直接查表得到 HB 值。由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有薄，若只采用同一种载荷（如 3000kgf）和钢球直径（如 10mm）时，则对硬的金属适合，而对极软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚的工件适合，则对于薄件会出现压透的可能，所以在测定不同材料的布氏硬度值时就要求有不同的载荷 P 和钢球直径 D。为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使 P 和 D 之间维持某一比值关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是压入角 保持不变。根据相似原理由图 3-1（b）中可知 d 和 的关系是：(3-5)2s

17、in 2sin或以此代入式（3-4）得：(3-6)sin1(22DPHB式（3-6 ）说明，当 值为常数时，为使 HB 值相同， 也就保持为一定值。因此对同一材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要能满足 =常数，所得的 HB 值是一样2DP的。对不同材料来说，所得的 HB 值也是可以进行比较的。按照 GB231-63 规定， 比值2DP有 30、10 和 2.5 三种，具体试验数据和适用范围可参考表 2。表 1 布氏硬度试验规范材料 硬度范围 （HB ） 试样厚度 (mm) P/D2 钢球直径 D(mm) 载荷 P(kgf) 载荷保持 时间(s)黑色金属140-4501406-34-

18、 266-366-366-332.51052.525062.515.660(二) 洛氏硬度试验的基本原理洛氏硬度同布氏硬度一样也属于压入硬度法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值指标。其试验原理如图 4 所示。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材图 4 洛氏硬度试验原理图洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是顶角为 120的金刚石圆锥，另一种是直径为1/16“（ 1.588mm）的淬火钢球。根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用，最常用的是 HRA、HRB 和 HRC。这三种洛氏硬度的压头、负荷及使用范围列于表 3-2。 表 2 常见洛氏硬度的试验规范及

19、使用范围标尺所用符号/压头总负荷kgf表盘上刻度颜色测量范围相当维氏硬度值 应用范围HRA 金刚石圆锥 60 黑色 70-85 390-900碳化物、硬质合金、淬火工具钢、浅层表面硬化层HRB1/16“钢球 100 红色 25-100 60-240软钢（退火态、低碳钢正火态） 、铝合金HRC金刚石圆锥 150 黑色 20-67 249-900淬火钢、调质钢、深层表面硬化层三、实验材料与设备1. 设备如下：HR-150A 型洛氏硬度计TH-300 全洛数显硬度计HB-3000、 HB-3000B、HB-3000C 型布氏硬度计2. 标准硬度块若干20#、45#、60#、T8、T10 正火态试样若

20、干；20#、45#、T10 淬火态试样若干；经抛光的 45 号钢正火态试样若干;树脂块若干;四、实验步骤：1、布氏硬度测量取正火钢 20、45、T10 及铸铁试样各一个，打出压痕，并从相互垂直的两个方向上测量压痕直径，取其平均值，查表求得 HBS 值，将数据填入表 1 中。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材布氏硬度实验结果（正火态）材料 20 45 T10 铸铁1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均压痕直径/mm / / / /HBS2、洛氏硬度测量取淬火态 20、45、T8 试样各一个，用洛氏硬度计测量硬度值，将数据填入表 2 中。洛氏硬度实验结果

21、（淬火态）材料 20 45 T81 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均HRC换算成HBS / / /南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材金 属 材 料 的 硬 度 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果布氏硬度实验结果（正火态）材料 20 45 T10 铸铁1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平

22、均 1 2 3 平均压痕直径/mm / / / /HBS洛氏硬度实验结果（淬火态）材料 20 45 T81 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均HRC换算成HBS / / /班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材冲击实验一、实验目的：1.了解冲击试验机的构造及使用方法。2.掌握金属材料韧性的测定方法。3.初步建立碳钢的含碳量与其冲击韧性间的关系。二、实验原理：一次冲击弯曲试验是测定金属材料韧性的常用方法。它是将一定尺寸和形状的金属试样放在试验机的支座上，再将一定重量的摆锤升高到一定高度，使其具有一定位能，然后让摆锤自由下落将试样冲断。摆锤冲断试样所消耗的能

23、量即为冲击功 Ak。Ak 值的大小代表金属材料韧性的高低。但习惯上仍采用冲击韧性值 k 表示金属材料的韧性。冲击韧性值 k 是用冲击功 Ak 除以试样断口处的原始横截面 F 来表示。三、实验材料与设备1实验材料标准冲击试样。2实验设备手动摆锤式冲击试验机。四、实验步骤：1检查试样有无缺陷。用游标卡尺测量试样缺口处的断面尺寸，并记下测量数据。2在了解试验机的结构后，先进行一次空击试验。如无不正常的摩擦及阻力存在，空击后指针与刻度盘上的零点位置的误差应小于半小格（即 1Nm 或 1J）。3装置低碳钢冲击试样。在装置试样时应使试样缺口背向摆锤的刃口，并用找正样板使试样处于支座的中心位置。然后按试验的

24、操作顺序进行试验。4读出指针在刻度盘上指示的冲击功 Ak 值，并作好记录。5观察试样的断口特征。6以同样的方法对中碳钢和高碳钢进行冲击试验，并分别记下有关的测量数据。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材冲 击 试 验 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果根据实验记录，填写下表。试样材料及热处理状态试样缺口处断面尺寸高,

25、cm 宽，cm 断面积，cm 2冲击功Nm冲击韧性J/ cm2断口特征班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铁碳合金平衡组织的显微分析实验一、实验目的：1.认识铁碳合金平衡组织的特征，初步识别各种铁碳合金在平衡状态下的显微组织。2.分析碳钢中碳的质量分数与平衡组织之间的关系。3.巩固平衡状态下碳钢的成分、组织、性能之间关系的认识。二、实验原理碳素钢和铸铁材料，其显微组织与性能有密切的关系。1碳素钢和白口铸铁的平衡组织 所谓平衡组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。在铁碳合金中，平衡组织是指碳素钢和白口铸铁的显微组织。这些组织在室温时，均由铁素体和渗碳体两种相

26、组成。由于碳的质量分数不同，造成铁素体和渗碳体这两个基本相的相对数量，析出条件以及分布情况均不同，呈现各种不同的组织形态。铁碳合金在室温下的显微组织，见表 3。表 3 铁碳合金在室温下的显微组织材 料 Wc() 显微组织工 业 纯 铁 0.0218 F(见图 5-6b)亚共析钢 O.02180.77 F+P(见图 5-8b)碳 钢 共析钢 O.77 P(见图 5-7b)过共析钢 O.772.11 P+Fe3CII(见图 5-9b)亚共晶白口铸铁 2.114.3 P+Fe3CII(见图 5-11b)白口铸铁 共晶白口铸铁 4.3 Ld(见图 5-10b)过共晶自口铸铁 4.36.69 Fe3CI

27、+ Ld( (见图 5-12b)2各种相组成物和组织组成物特征 (1)铁素体(F) 是碳固溶于Fe 中的固溶体。铁素体是体心立方晶格，有磁性，塑性好，硬度低。工业纯铁经过金相试样制备后，在金相显微镜下观察，可见白色晶粒(图56b)。随着钢中碳的质量分数增加，铁素体减少，增加了新的组织(即珠光体 P)，铁素体呈块状分布(见图 58b)40 钢显微组织。当碳的质量分数接近共析成分时，铁素体呈断续的网状分布在珠光体周围。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材(2)渗碳体(Fe3C) 是碳与铁形成的化合物，其碳的质量分数为 6.69，质硬而脆，耐腐蚀。用 4的硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色

28、，见图 59b。渗碳体有多种形态：一次渗碳体 Fe3CI 是直接从液相中析出来的,呈宽直白条状；二次渗碳体 Fe3CII 是由奥氏体(A)中析出的，常呈网状分布在珠光体的边界上。此外，还有球粒状，小条块等形态。渗碳体的硬度高，是硬而脆的相，强度和塑性差。(3)珠光体(P) 是铁素体和渗碳体的机械混合物，即铁素体片与渗碳体片相互交替排列形成片层状组织。以不同的放大倍数显微镜进行金相观孝，结果如下：在 400 倍时，为宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体，类似人的指纹纹路。见图 5 400下的珠光体。在高放大倍数时，为平行相间的宽条铁素体和窄条渗碳体均为白色，边界为黑色，见图6 2000下的珠光体。图

29、5 400下的珠光体图 6 2000下的珠光体(4)莱氏体(Ld) 在室温时是珠光体和渗碳体的机械混合物。渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体。两者相连无界线，无法分辨开。金相显微镜观察，莱氏体的组织特征是在亮白色的渗碳体的基体上分布着许多黑色点状或条状的珠光体(共晶白口铸铁的显微组织)。莱氏体硬度高，性脆。一般存在于碳的质量分数大于 2.11的白口铸铁中，高合金钢的铸造组织中也出现。在亚共晶白口铸铁中，莱氏体基体上分布着黑色树枝状和豆粒状的珠光体。其周围常有一圈白亮的二次渗碳体，但与 Ld 中的渗碳体混为一体，分辨不清。在过共晶白口铸铁中，莱氏体基体上，分布着宽直白条的一次渗碳体，见图 512

30、。三、实验材料与设备:南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材1金相显微镜。2铁碳合金平衡状态金相试样一套。四、实验步骤：1认真观察各种材料的显微组织，识别各显微组织的特征。2在显微镜下选择各种材料的显微组织的典型区域，并根据组织特征，绘出其显微组织示意图。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铁 碳 合 金 平 衡 组 织 的 显 微 分 析 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

31、_ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果试样材料 显微组织示意图 室温平衡组织班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材碳钢的热处理实验一、实验目的：1.了解普通热处理 （退火、正火、淬火、回火）的方法。2.分析碳钢在热处理时，加热温度、冷却速度及回火温度对其组织与硬度的影响。二、实验原理:钢的热处理是指将钢在固态施以不同的加热、保温与冷却，以改变其组织性能的一种工艺。普通热处理的有退火、正火、淬火、回火等。碳钢热处理工工艺：1加热温度碳钢普通热处理的加热温度，原则上可按表 4 选定。但生产中，应根据工件实际情况作适当调整。表 4 碳钢普通热处

32、理的加热温度方 法 加热温度， 应用范围Ac3+（3050） 亚共析钢淬火Ac1+（3050） 共析钢、过共析钢低温 150250 切削刃具、量具、冷冲模具、高硬度零件等中温 350500 弹簧、中等硬度零件等回火高温 500650 齿轮、轴、连杆等要求综合力学性能的零件2加热时间热处理的加热时间与钢的成分、原始组织、工件的尺寸与形状、使用的加热设备与装炉方式及热处理方法等许多因素有关，经验公式：t=D式中：t加热时间（min）加热系数（min/mm）D工件有效厚度（mm）。当碳钢工件的有效厚 D50mm，在 800960箱式炉中加热时，=11.2(min/mm)。回火的保温时间，要保证工件热

33、透并使组织充分转变。组织转变时间一般不大于0.5h，但热透时间随回火温度、工件有效厚度、装炉量及加热方式而异。生产中，一般为13h。实验室时，可用 0.5h。3冷却方式南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材淬火时，碳钢用水作为冷却介质，合金钢常用油作为冷却介质。三、实验材料与设备（一）实验设备1实验用箱式电阻加热炉（附测温控温装置）。2洛氏硬度计。（二）实验用品1淬火水槽（盛 810NaCl 小溶液）。2淬火油槽（盛矿物油或变压器油）。3夹钳、砂纸、游标卡尺四、实验步骤：1将学生分组领取实验试样。2决定 T10 钢、45 钢的淬火加热温度与保温时间。调整好控温装置，并将 T10 钢、4

34、5 钢放入已升到加热温度的电炉是进行加热、保温，然后取出在水中冷却，然后测定淬火后硬度，并作好记录。3将淬火钢进行低、中、高温回火，并作好记录南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材碳 钢 的 热 处 理 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果（一）实验数据记录与整理淬火工艺参数 硬度值 HRC试样材料退火状态硬度值 HRC

35、加热温度 保温时间（h）冷却介质第一次第二次第三次平均值45 钢 水冷T10 钢 水冷试样材料淬火状态硬度值 HRC回火工艺参数 硬度值 HRC班 级姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材加热温度 保温时间（h）冷却介质第一次第二次第三次平均值200 05 空冷400 05 空冷45 钢600 05 空冷200 05 空冷400 05 空冷T10 钢600 05 空冷（二）分析结果南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铸铁显微组织观察与分析实验一、实验目的：1.观察各种铸铁的显微组织特征，识别石墨形态与基体类型。2.了解石墨形态、基体类型及显微组织对铸铁性能的影响。

36、二、实验原理: 根据石墨的形态，铸铁可分为灰口铸铁（石墨呈片状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈球状）等几种。1.灰口铸铁灰口铸铁中碳全部或部分以自由碳片状石墨形式存在，断口呈灰黑色，其显微组织根据石墨化程度不同为铁素体或珠光体或铁素体+珠光体基体上分布片状石墨。普通灰口铁中石墨片粗大，如浇注前在铁水中加入孕育剂，则石墨以细小片状形式析出，这种铸铁称之孕育铸铁。在铸铁中由于含磷较高，在实际铸造条件下磷常以 Fe3P 的形式与铁素体形成硬而脆的磷共晶，因此在灰铸铁的显微组织中，除基体和石墨外，还可以见到具有菱角状沿奥氏体晶界连续或不连续分布的磷共晶，用硝酸-酒精或苦味酸腐蚀时 Fe3

37、P 不受腐蚀，呈白亮色，铁素体光泽较暗，在磷共晶周围通常总是珠光体。由于磷共晶硬度很高，所以磷共晶若以少量均匀孤立地分布时，有利于提高耐磨性，并不影响强度。磷共晶如形成连续网状，则会使铸铁强度和韧性显著降低。2. 可锻铸铁可锻铸铁又称为马铁或展性铸铁，它是由一定成分的白口铁经退火处理得到的，其中石墨呈团絮状，故显著地减弱了石墨对基体的割裂作用，其机械性能比普通灰口铸铁有显著地提高。可锻铸铁分铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两种，前者应用较多。3.球墨铸铁球墨铸铁属高强铸铁，是铁水中加入球化剂后石墨呈球状析出而制得的，由于球状石墨使石墨割裂金属基体的不利影响限制到最低程度，所以金属基体强度利用率高

38、达7090%（灰铸铁只达 30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰铸铁。球墨铸铁的显微组织特征是：石墨呈球状分布在金属基体上，基体组织是铁素体、珠光体或铁素体+珠光体，目前应有最广泛的是前面两种基体，铸铁的基体即钢的几种基本组织，所以也可以通过热处理来改变基体组织，从而改变铸铁的机械性能，其中，球墨铸铁应用热处理较多些，如应用正火，是为了增加基体中珠光体数量，以提高其强度和耐磨性，应用调质处理，是为了得到回火索氏体的基体组织，以提高综合机械性能。应用等温淬火，为得到下贝氏体，部分马氏体和少量残余奥氏体，可具有较高的强度、耐磨性，一定的塑性、韧性，和小的内应力。南 通 工 贸 技 师 学 院

39、校 本 教 材三、实验材料与设备1.设备：金相显微镜；2.试样：各类铸铁标准试样，金相标准图片。四、实验步骤：1.观察、分析各铸铁试样的显微组织；2.画出各种显微组织示意图，标出各种组织组成物名称。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材铸 铁 显 微 组 织 观 察 与 分 析 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果班 级

40、姓 名评 分南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材有色合金的显微组织观察与分析实验一、实验目的：1观察常用的铝合金、铜合金的显微组织特征。2了解合金的成分、显微组织对性能的影响二、实验原理: 1铝合金（1）铸造铝合金应用最广泛的铸造铝合金是含 1013%Si 的铝硅系合金，常称“硅铝明”。典型硅铝明牌号为 ZL102。成分在共晶成分附近，因而具有优良的铸造性能。铸态组织为 固溶体（亮色）和粗大针状共晶硅（灰色）组成的共晶体及少量呈多面体状的初晶硅。这种粗大针状硅晶体严重降低合金的塑性，因此通常在浇注前向合金溶液中加入占合金重量 23%的变质剂（常用 2/3NaF+1/3NaC1）进行变

41、质处理，变质处理后使合金共晶点（11.6%Si）向右移，使原来的合金变成亚共晶，其组织为枝晶状初生 固溶体（亮）及细的（+Si）共晶体（黑色），因而使合金强度和塑性提高。（2）形变铝合金最重要的形变铝合金是硬铝（Al-Cu-Mg 系时效合金）。由于强度大和硬度高而得名，在国外又称杜拉铝。硬铝的强化相主要是 CuMgAl2。硬铝的自然时效组织与淬火组织基本相同，由不同方位的固溶体晶粒组成。2铜合金工业上广泛使用的铜合金有黄铜（铜-锌合金）、锡青铜（铜-锡合金）、铝青铜（铜-铝合金）、铍青铜（铜-铍合金）及白铜（铜-镍合金）等。这里以黄铜和锡青铜为主进行分析。（1）黄铜常用的黄铜中含锌量均在 45

42、%以下，含锌在 36%以下的黄铜呈 固溶体单相组织，称为单项黄铜（或 黄铜），典型牌号为 H70（即三七黄铜）。铸态组织为树枝状 固溶体，经变形和再结晶退火后组织为多边形 晶粒并有明显的退火孪晶。退火后的 黄铜能承受极大的塑性变形，可进行冷加工。含锌量为 3645%的黄铜为 + 两相组织，称（+）黄铜（或两相黄铜），典型牌号为 H62（即四六黄铜），铸态组织中 相呈亮白色， 相为暗黑色（ 是以 CuZn 电子化合物为基的固溶体），在室温下 相较 硬的多，因而只能承受微量的冷态变形，但 相在 600以上迅速软化，因此适于进行热加工。南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材（2）锡青铜铜锡合

43、金为锡青铜，工业上大部分用于铸造，常用的锡青铜含锡量为 314%，常用牌号为 QSn10(含 10%Sn)。本应为单项 固溶体组织，但由于铸造时冷却较快，锡扩散困难，产生严重树枝偏析，最后凝固的树枝间含锡量高，形成（+）共析体。3.轴承合金巴氏合金是轴承合金中应用较多的一种。巴氏合金是以锡或铅为基的抗磨轴承合金，在机械制造中广泛应用。ZchSnSb116 是最典型的锡基巴氏合金，其中锡、锑、铜的质量分数分别为：83，11% 和 6。合金组织中主要有以 Sb 溶于 Sn 中的 固溶体为软基体和以 Sn-Sb 为基的有序固溶体 相为硬质点。同时，还有为了消除比重偏析而特地加入 Cu所形成 Cu6S

44、n5，Cu6Sn5 也起硬质点作用。图 4-13 所示为巴氏合金的显微组织，暗黑色基体是软的 相，白色方形或多边形块是硬的 相，而白色星状或放射状析出物为 Cu6Sn5。这种软基体硬质点混合组织能够保证轴承合金具有必要的强度、塑性和韧性，以及良好的抗振减磨性能等。三、实验材料与设备: 1.设备：金相显微镜；2.试样：铝合金、铜合金及轴承合金标准试样，金相标准图片。四、实验步骤：1.观察、分析有色合金试样的显微组织；2.画出各种显微组织示意图，标出各种组织组成物名称。图 8 轴承合金的显微组织图 7-1 单相黄铜的显微组织 图 7-2 双相黄铜的显微组织南 通 工 贸 技 师 学 院 校 本 教 材有 色 合 金 的 显 微 组 织 观 察 与 分 析 实 验 报 告实验内容_ 实验日期_年_月_日同组同学_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一、实验目的二、设备及仪器三、实验数据及计算结果班 级姓 名评 分