常用金属材料的显微组织观察
一、实验目的
1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。
2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。
二、金属材料的显微组织观察及分析
1．几种常用合金钢的显微组织
合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。
1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织。
图1、16Mn-淬火-x400
马氏体
16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。加入合金元素锰，使C曲线右移，在淬火处理后，组织为马氏体组织。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。
图2、16Mn-正火-x400
铁素体
索氏体
16Mn属于低碳钢，碳含量<0.16%，正火后组织为F+S。在400倍显微镜下，索氏体基本上不可分辨。
16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢。广泛应用于各种板材、钢管。
图3、65Mn-等温淬火-400
下贝氏体
65Mn，锰提高淬透性，但Mn含量过大会导致过热现象。
特性：经热处理后的综合力学性能优于碳钢，65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高。但有过热敏感性和回火脆性。
应用：用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。
图4、等温淬火-30CrMnSi-x400
回火索氏体
30CrMnSi是高强度调质结构钢。组织形貌，保持马氏体位向的回火索氏体，并出现极少量的铁素体。
特性：具有很高的强度和韧性，淬透性较高，冷变形塑性中等，切削加工性能良好。有回火脆性倾向，横向的冲击韧性差。焊接性能较好，但厚度大于3mm时，应先预热到150℃，焊后需热处理。一般调质后使用。
用途：多用于制造高负荷、高速的各种重要零件，如齿轮、轴、离合器、链轮、砂轮轴、轴套、螺栓、螺母等，也用于制造耐磨、工作温度不高的零件，变载荷的焊接构件，如高压鼓风机的叶片、阀板以及非腐蚀性管道管子
图5、GCr15-x400
隐晶马氏体
点状碳化物
GCr15是滚动轴承钢，是一种常用的高铬轴承钢，具有高的淬透性，热处理后可获得高而均匀的硬度。GCr15经淬火回火处理后，组织为马氏体+残余奥氏体+碳化物。
特性：综合性能良好.球化退火后有良好的切削加工性能.淬火和回火后硬度高而且均匀，耐磨性能和接触疲。劳强度高，热加工性能好。含有较多的合金元素，价格比较便宜。但是白点敏感性强，焊接性能较差。
用途：用于制作各种轴承套圈和滚动体。例如：制作内燃机、电动机车、通用机械,以及高速旋转的个高载荷机械传动轴承的钢球、滚子和套圈。除做滚珠、轴承套圈等外，有时也用来制造工具，如冲模、量具。
图6、Cr15-上贝+M-x400
上贝氏体
马氏体
性能：冷变形塑形高，焊接性良好，在退火状态下可切削性甚好
应用：这种钢主要用来制造工作速度较高而断面不大(≤30mm)，但心部要求较高强度及韧性而表面耐磨的渗碳零件，如齿轮、凸轮、滑阀、活塞、衬套、曲柄销、活塞销、活塞环、联轴节、轴、轴承圈等。此外，这种钢也可以用作低碳马氏体淬火钢，用来制造对变形要求不严、但要求强度、韧性的零件。
图7、铸态-2GMn13-x400
奥氏体
碳化物
高锰钢(high manganese steel)是指含锰量在10％以上的合金钢。
性能：高锰钢的铸态组织通常是由奥氏体、碳化物和珠光体所组成，有时还含有少量的磷共晶。碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。
用途：高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。
图8、水韧处理-2GMn13-x400
奥氏体
碳化物
水韧处理：碳化物数量多时，常在晶界上呈网状出现。因此铸态组织的高锰钢很脆，无法使用，需要进行固溶处理。通常使用的热处理方法是固溶处理，即将钢加热到1050～1100℃，保温消除铸态组织，得到单相奥氏体组织，然后水淬，使此种组织保持到常温。热处理后钢的强度、塑性和韧性均大幅度提高，所以此种热处理方法也常称为水韧处理。
用途：水韧处理后，碳化物减少，高锰钢是专为重工业提供使用的一种防磨钢材，应用领域包括采石、采矿、挖掘、煤炭工业、铸造和钢铁行业等。
2)高速钢是一种常用的高合金工具钢，
高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。
高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)(图4)。
图9、铸态-W18Cr4V-x400
莱氏体
W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。
成分特点：（1）高碳：含碳量高，以获得高碳马氏体，与碳化物形成元素等形成碳化物，细化晶粒，增大耐磨性。（2）W：主要用于提高钢的热硬性。（3）Cr：可以提高钢的淬透性和耐磨性。（4）V：细化奥氏体晶粒；可以提高耐磨性、热硬性。
W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组织(δ偏析)和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的铸态组织
和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刃具及模具。
图10、高速钢-铸态x400 莱氏体
高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。
图11、高速钢-淬火x400
马氏体及
残余奥氏体
物点状碳化物
高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。
图12、高速钢-淬火回火-x400
回火马氏体
点状碳化物
由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火索氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)。有时为了方便，节约成本，可通过正火处理。
图13、高速钢-退火x400
索氏体及粒状碳化物
退火后，组合更加均匀。
退火的目的是消除应力，降低硬度，使显微组织均匀，便于淬火。退火温度一
般为860～880℃。
高速钢性：具有高硬度、高耐磨性和高耐热性。
高速钢用途：用于制造各种切削工具。如车刀、钻头、滚刀、机用锯条及要求高的模具等。
3)不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9即18-8钢。它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织。这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体+(Cr，Fe)23C6。为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理。为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织。
但是1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低。目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力很强的元素Ti，Nb等。因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8Ni9Ti 等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。
图14、(固)-不锈钢-x100
孪晶
奥氏体
不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、铁素体--奥氏体双向不锈钢。
固溶处理（solution treatment）：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
性能：表面美观以及使用可能性多样化耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用耐腐蚀性好强度高，因而薄板使用的可能性大耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾常温加工，即容易塑性加工因为不必表面处理，所以简便、维护简单清洁，光洁度
高焊接性能好。
用途：广泛。
提高不锈钢性能通常采取的措施：（1）获得单相均匀的金属组织，避免产生原电池作用；（2）加入合金元素提高金属基体的电极电位；（3）加入合金元素在金属表面形成致密保护膜；（4）防止晶间腐蚀的产生
2．几种常用有色金属的显微组织
1）铝合金应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类。依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。
铝硅合金是应用最广泛的一种铸造铝合金，典型的牌号为ZLl02，含硅11～13％，从Al-Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，因而具有优良的铸造性能，即流动性能好，产生铸造裂纹的倾向小。但铸造后得到的组织是粗大针状的硅晶体和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体。粗大的硅晶体极脆，因而严重地降低了合金的塑性和韧性。为了改善合金性能，可采用变质处理。即在浇注前在合金液体中加入占合金重量2～3％的变质剂（常用NaF+ NaCl的钠盐混合物）。由于钠能促进Si的生核，并能吸附在硅的表面阻碍它长大，使合金组织大大细化同时使共晶点右移，而原合金成分变为亚共晶成分，所以变质处理后的组织由初生α固溶体和细密的共晶体(α+Si)组成。共晶体中的硅细小，因而使合金的强度与塑性显著改善。
图15、铝-未变-x400
α相
硅晶体
初晶硅
初晶硅
α相
铸态下显微组织由由粗大针状硅晶体和α固溶体（亮白色）所组成的共晶体以及初细小的初晶硅构成，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性和韧性。
为了提高硅铝明的力学性能，通常需要对其进行变质处理，即在浇注前向820～850℃合金溶液中加入占合金重量2～3%的变质剂。
图16、铝-铸态（变质）-x400
共晶体
变质处理后的组织由初生α固溶体枝晶(白亮)及细的共晶体（黑色）组成，由于共晶中的硅呈细小的圆形颗粒，因而合金的强度和塑性显著提高。
图17、实效板材-x400
强化相析出聚集
α相
时效：淬火后得到的铝合金过饱和固溶体在一定的温度下随时间的增长而分解，导致合金的强度和硬度升高的现象。实质是沉淀强化相从过饱和固溶体中析出好和长大。
白色α（Al）基体上分布着黑色CuAl2 及Al2CuMg强化相质点。
2)铜合金最常用的铜合金为黄铜(Cu-Zn合金)及青铜((Cn-Sn合金)
图18、Cu-α相-x400
α相
退火孪晶
由铜-锌合金相图可知，少于36％Zn的黄铜中组织为单α相固溶体，这种黄铜称为α黄铜或单相黄铜。单相黄铜H70经变形及退火后，其α晶粒呈多边形，并有大量退火孪晶．单相黄铜具有良好的塑性，可进行各种冷变形。
图19、H62-铸态-x400
α相
β相
图20、H62-退火-α-x400
α相
退火孪晶
图21、H62-α+β-铸态-x400
α相
β相
含36～45％Zn的黄铜具有α+β两相组织，称为双相黄铜。双相黄铜H62的显微组织中，α相呈亮白色，β相为黑色。β相是以CuZn电子化合物为基的有序固溶体，在低温下较硬较脆，但在高温下有较好的塑性，双相黄铜可以进行热压力加工。
性能：单相黄酮耐蚀性和室温塑性好，强度低，适宜进行冷变形加工。双相黄铜室温塑性较差，需要加热到高温进行热加工。
用途：H62被誉为“商业黄铜”，广泛应用于制作水管、油管、散热器垫片及螺钉等。
图22、铝青铜-铸态-x400
α相
铝青铜是铜和铝形成的合金，含铝量一般不超过11.5%，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以进一步改善性能。含铝量较少的铝青铜可采用淬火或回火等热处理手段进行强化。
性能：铝青铜可热处理强化，其强度比锡青铜高，抗高温氧化性也较好。有较高的强度良好的耐磨性。强度高，冲击韧性好，疲劳强度高，受冲击不产生火花，在大气，海水，碳酸及多数有机酸溶液中耐蚀性很高。
用途：用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密封环等，和耐磨的零部件。最突出的特点就是其良好的耐磨性。
3）轴承合金巴氏合金是轴承合金中应用较多的一种。锡基巴氏合金含83％Sn、11％Sb和6％Cu。按照Su-Sb合金相图，合金的组织中主要有以Sb溶于Sn中的α固溶体为软基体和以Sn-Sb为基的有序固溶体β相为硬质点。同时，为了消除由于β相比重小而易上浮所造成的比重偏析，在合金中特地加入Cu形成Cn6Sn5。Cn6Sn5在液体冷却时最先结晶成树枝状晶体，能阻碍β上浮，因而使合金获得较均匀的组织。图10所示为巴氏合金的显微组织，暗黑色基体为软的α相，白色方块为硬的β相，而白色枝状析出物则为Cn6Sn5，它也起硬质点作用。这种软基体硬质点混合组织能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等。
图23、铅基轴承合金-x400
β相
α相
铅基轴承合金,又称铅基巴氏合金。一种以铅和锑为基的轴承合金。其室温组织为软基体α固溶体（锑溶入铅中的固深体）上分布着硬质点β相（铅溶入锑中的固溶体）。部分针状为铜锑化合物（Cu2Sb）。为了提高强度、硬度和耐磨性，通常加入6%～16%锡，为了防止比重偏析，常加入1%~2%铜。
性能：铅基轴承合金是铅锑锡铜合金，它的硬度适中，磨合性好，摩擦系数稍大，而韧性很低。
用途：适用于浇注受震较小，载荷较轻或速度较慢的轴瓦。主要用于电缆、蓄电池等。
图24、锡基轴承合金-铸造-x400
β' 相
η' 相
α相
锡基轴承合金以元素Sn为基础，加入少量锑和铜组成的合金（WSb =11%，WCu =6%），是一种软基体硬质点类型的轴承合金。
显微组织中暗黑色的为软基体α相，是Sb在Sn中的固溶体；白色块状为硬质点β'相，是以SbSn为基的有序固溶体；组织中亮白色针状及星形就是Cu3Sn或Cu6Sn5化合物η '相，也其硬质点作用。
性能：摩擦系数小，硬度适中，韧性较好，并有很好的磨合性，抗蚀性和导热性。
用途：主要用于高速重载荷条件下工作的轴瓦.
图25、锌基合金-x400
β相
α相
α相
锌基轴承合金，常用牌号ZznA110-5和ZznAl9-1.5，分别含有5%铜、10%铝和1.5%铜、9%铝，余量为锌。其室温组织为软基体α固溶体上分布着硬质点β相。
性能：具有一定的力学性能和优良的耐磨性，但硬度较高，摩擦系数较大，线膨胀系数较大。
用途：主要用作压强低于2000Pa、圆周线速率低于3m/s的金属切削机床、压力机、起重机、轧机的轴承。
图26、Tc4-退火-x400
α相
β相
钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，（α+β）双相钛合金。白色条状为α固溶体，条间黑色为β固溶体。具有良好的综合力学机械性能。比强度大。钛合金分三种，α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。
性能：TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性，低温性能好等一系列优点。
用途：在航空航天、石油化工、造船、汽车，医药等部门都得到成功的应用。
3．铸铁的显微组织
依照结晶过程中石墨化程度的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，即全部碳均以渗碳体的形式存在；灰口铸铁中没有莱氏体，碳主要以石墨的形式存在。因此，灰口铸铁的组织是由钢基体和石墨所组成，其性能也完全由基体和石墨两方的特点来决定。麻口铸铁的组织介于白口和灰口之间。白口和麻口铸铁由于存在莱氏体，具有较大的脆性，在工业上较少应用。
在灰口铸铁中，由于石墨的强度和塑性几乎等于零，可以把这种铸铁看成是布满裂纹或空洞的钢。所以其抗拉强度与塑性远比钢低。且石墨数量越多，尺寸越大或分布越不均匀，则对基体的削弱割裂作用越大，铸铁的性能也就越差。
根据石墨化第三阶段发展程度的不同，灰口铸铁有三种不同的基体组织，即
铁素体、珠光体＋铁素体和珠光体。铁索体基体的铸铁韧性最好，而以珠光体为基体的铸铁的抗拉强度最高。
决定铸铁性能的组织因素主要在石墨方面，其次是基体。按照石墨的形状等特点，铸铁大致分以下几种；
1）灰口铸铁一般灰口铸铁中石墨呈粗大片状。在铸铁浇注前往铁水中加入孕育剂增多石墨结晶核心时，石墨以细小片状的形式分布，这种铸铁叫做孕育铸铁。一般灰口铸铁的基体可以有铁素体和珠光体十铁素体、珠光体等三种。孕育铸铁的基体多为珠光体。
图27、灰口铸铁的石墨分布(未腐蚀)-x400
片层状石墨
图28、灰口铸铁的组织（F）-x400
片层状石墨
铁素体
铁素体
图29、灰口铸铁的组织（P）-x400
片层状石墨
珠光体
图30、灰口铸铁的组织(P+F) -x400
片层状石墨
珠光体
铁素体
G
P
显微组织：珠光体+铁素体+片状石墨，力学性能差
解决方法：孕育处理。由于在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（也称变质剂），因此结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，更为均匀的分布在基体中。
性能：灰铸铁有一定的强度，但塑性和韧性很低；有良好的减震性；有良好的润滑性能；还有良好的导热性能；并且还有良好的铸造性能，其流动性能良好，铸件不易产生开裂；较低的缺口敏感性和良好的切削加工性能。
用途：有良好的减震性，用灰铸铁制作机器设备上的底座或机架等零件时，能有效地吸收机器震动的能量。铸造结构复杂的铸件和薄壁铸件，如汽车的汽缸体、汽缸盖。
2)球墨铸铁在铁水中加入球化剂，浇注后石墨呈球形析出，因而大大削弱了对基体的割裂作用，使铸铁的性能显著提高。球墨铸铁的组织主要有铁素体基体和珠光体基体两种。
图31、球墨铸铁的组织（未腐蚀）-x400
球状石墨
金相实验报告 目录 一、实验步骤及原理 1 （一）磨样1方式 1 工序 1 磨制方法 2 （二）抛光2机械抛光2 1. 原理 2 2．分类 3 3.操作 3 （三）腐蚀 4 1.概述 4 2.目的 4 3.化学侵蚀法的原理 4 4.进一步腐蚀的方法 5 5.操作步骤 5 （四）拍照5 二、金相显微镜的原理、构造及使用 5 1、原理 5 2、构造 6 3、使用 6 （五）硬度测试 7 1.硬度 7 2.洛氏硬度 7 3.布氏硬度 8 4.显微硬度 8 三．实验结果 9 （一）金相照片 9 （二）硬度值 9 四.参考资料来源 10 一、实验步骤及原理 磨样---抛光---腐蚀---拍照---分 析 观察宏观硬度HB,HRC 观察显微硬度 （一）磨样
●方式： 手工磨和机械磨 ●工序： 粗磨和细磨 粗磨—获得一个平整的表面 细磨—消除磨痕 A:粗磨 粗磨的目的是为了整平试样，并磨成合适的外形。粗磨一般在砂轮机上进图1. 试样磨痕示意图（1） 行。对很软的材料，可用锉刀锉平。使用砂轮机粗磨时，必须注意接触压力不可过大，若压力过大，可能使砂轮碎裂造成人身和设备事故，同时极易使磨面温度升高引起组织变化，并且使磨痕加深，金属扰乱层增厚，给细磨抛光带来困难。粗磨时需冷却试样，防止受热而引起组织变化。粗磨后需将试样和双手清洗干净，以防将粗砂粒带到细磨用的砂纸上，造成难以消除的深磨痕。 B:常规细磨方法 细磨的目的是消除粗磨时留下的较深的磨痕，为下一个工序——抛光做准备。常规的细磨有手工磨光和机械磨光两种方法。手工磨光是用手握持试样，在金相砂纸上单方向推移磨制，拉回时提起试样，使之脱离砂纸。细磨时可以用水作为润滑剂。我国金相砂纸按粗细分为01号、02号、03号、04号、05号等几种(表2-2)。细磨时，依次从粗到细研磨，即从01号磨至05号；每次换下一道砂纸之前，必须先用水洗去样品和手上的砂粒，以免把粗砂粒带到下一级的细砂纸上去。同时要将试样的磨制方向调转90°，即本道磨制方向与上一道磨痕方向垂直，以便观察上一道磨痕是否全部消除。 图2. 磨样操作图（1）为加快磨制速度，减轻劳动强度，可在转盘上贴有水砂纸的预磨机上进行机械磨光。水砂纸按粗细有200号、300号、400号—900号等。磨制时由200号开始，逐次磨到900号砂纸，磨制时要不断加水冷却。每换一道砂纸，必须用水将试样冲洗干净，并将磨制方向调 换90°。 ●磨制方法 ●砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使试样磨面朝下并与砂纸
力学实验报告 篇一：工程力学实验(全) 工程力学实验学生姓名：学号：专业班级：南昌大学工程力学实验中心目录实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验二金属材料的压缩试验实验三复合材料拉伸实验实验四金属扭转破坏实验、剪切弹性模量测定实验五电阻应变片的粘贴技术及测试桥路变换实验实验六弯曲正应力电测实验实验七叠（组）合梁弯曲的应力分析实验实验八弯扭组合变形的主应力测定实验九偏心拉伸实验实验十偏心压缩实验实验十二金属轴件的高低周拉、扭疲劳演示实验实验十三冲击实验实验十四压杆稳定实验实验十五组合压杆的稳定性分析实验实验十六光弹性实验实验十七单转子动力学实验实验十八单自由度系统固有频率和阻尼比实验 1 2 6 9 12 16 19 23 32 37 41 45 47 49 53 59 62 65实验一金属材料的拉伸及弹性模量测定试验实验时间：设备编号：温度：湿度：一、实验目的二、实验设备和仪器三、实验数据及处理引伸仪标距l =mm 实验前 2低碳钢弹性模量测定 E? 实验后 ?F?l = (?l)?A 屈服载荷和强度极限载荷 3载荷―变形曲线(F―Δl曲线)及结果四、问题讨论（1）比较低碳钢与铸铁在拉伸时的力学性能；（2）试从不同的断口特征说明金属的两种基本破坏形式。 4篇二：工程力学实验报告工程力学实验报告自动化12级实验班 1-1 金属材料的拉伸实验一、试验目的 1．测定低碳钢（Q235 钢）的强度性能指标：上屈服强度ReH，下屈服强度ReL和抗拉强度Rm 。 2．测定低碳钢（Q235 钢）的塑性性能指标：断后伸长率A和断面收缩率Z。 3．测定铸铁的抗拉强度Rm。 4．观察、比较低碳钢（Q235 钢）和铸铁的拉伸过程及破坏现象，并比较其机械性能。 5．学习试验机的使用方法。二、设备和仪器 1．试验机（见附录）。 2．电子引伸计。 3．游标卡尺。三、试样 (a) (b) 图1-1 试样拉伸实验是材料力学性能实验中最基本的实验。为使实验结果可以相互比较，必须对试样、试验机及实验方法做出明确具体的规定。我国国标GB/T228－2002 “金属材料室温拉伸试验方法”中规定对金属拉伸试样通常采用圆形和板状两种试样，如图（1-1）所示。它们均由夹持、过渡和平行三部分组成。夹持部分应适合于试验机夹头的夹持。过渡部分的圆孤应与平行部分光滑地联接，以保证试样
金相实验报告 篇一：金相实验报告 广州大学机械与电气工程学院 课程报告 报告题目: 金相实验报告 专业班级:机械111 姓名:邓永明 学号: 1107XX14 组别：第六组 指导老师:胡一丹 完成日期: XX.10.18 一. 热处理工艺分析 1. 正火 （1）工艺内容：正火(英文名称：normalizing)，又称常化，是将工件加热至Ac3(A 是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是 从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全 奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃，保温一段时间后，从 炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处
理工艺。 其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。根本目的是去 除材料的内应力、降低材料的硬度为接下来的加工做准备。 （2）工艺特点：正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速 度稍大，组织较细。有些临界冷却速度很小的钢，在空气中冷 却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质， 而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制 作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的 效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火 那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在 生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的 低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加
工，一 般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.25～0.5%的中 碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作 的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴 承钢正火是为了消除组织中的网状碳 化物，为球化退火作组织 准备。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍 快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所 提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生 产中尽可能采用正火来代替退火。对于形状复杂的重要锻件， 在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于 消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。 正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 材料力学金属扭转实验报告 材料力学金属扭转实验报告【实验目的】1、验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量 G。 ；测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限? b 握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能；2、绘制扭矩一扭角图； 3、观察和分析上述两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异； 4、了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 【实验仪器】仪器名称游标卡尺 CTT502 微机控制电液伺服扭转试验机低碳钢、铸铁数量 1 1各1参数0-150mm，精度 0.02mm 最大扭矩500N·m，最大功率 0.4kw 标准【实验原理和方法】1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。 随着外力偶矩的增加，当达到某一值时，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩 Mes ，低碳钢的扭转屈服应力为?s?3 4M es Wp式中：Wp ? ?d 3 /16 为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩Ts 后，改用电动快速加载，直到试样被扭断为止。 这时测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩M eb ，低碳钢的抗扭强度 1/ 8
为?b?3 4M eb Wp对上述两公式的来源说明如下：低碳钢试样在扭转变形过程中，利用扭转试验机上的自动绘图装置绘出的Me ?? 图如图 1-3-2 所示。 当达到图中 A点时， Me 与? 成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力?s ，如能测得此时相应的外力偶矩 M ep ，如图 1-3-3a 所示，则扭转屈服应力为?s?M ep Wp经过 A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图 1-3-3b 所示。 若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图 1-7c 所示的情况，对应的扭矩 Ts 为Me BA M ep M esO图1-3-2CM eb ?低碳钢的扭转图?s?s?sTTT（a） T ? Tp（b） Tp ? T ? Ts（c） T ? Ts图 1-3-3 低碳钢圆柱形试样扭转时横截面上的切应力分布? ? Ts ?d /20 ?s ?2??d? ? 2?? sd/2 ? 2d?0??d 3 12?s?4 3Wp?s 由于 Ts ? Mes ，因此，由上式可以得到?s?3 4M es Wp
金相试样的制备 一、实验目的 （1）了解金相显微试样制备原理，熟悉金相显微试样的制备过程。 （2）初步掌握金相显微试样的制备方法。 二、实验原理 金相试样制备 金相试样制备过程一般包括：取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步骤。 1.取样 从需要检测的金属材料和零件上截取试样称为"取样"。取样的部位和磨面的选择必须根据分析要求而定。截取方法有多种，对于软材料可以用锯、车、刨等方法；对于硬材料可以用砂轮切片机或线切割机等切割的方法，对于硬而脆的材料可以用锤击的方法。无论用哪种方法都应注意，尽量避免和减轻因塑性变形或受热引起的组织失真现象。试样的尺寸并无统一规定，从便于握持和磨制角度考虑，一般直径或边长为15~20mm，高为12~18mm比较适宜。对那些尺寸过小、形状不规则和需要保护边缘的试样，可以采取镶嵌或机械夹持的办法。 金相试样的镶嵌，是利用热塑性塑料(如聚氯乙烯)，热凝性塑料(如胶木粉)以及冷凝性塑料(如环氧树脂+固化剂)作为填料进行的。前两种属于热镶填料，热镶必须在专用设备一镶嵌机上进行。第三种属于冷镶填料，冷镶方法不需要专用设备，只将适宜尺寸(约φl5~20mm)
的钢管、塑料管或纸壳管放在平滑的塑料(或玻璃)板上，试样置于管内待磨面朝下倒入填料，放置一段时间凝固硬化即可。 2.粗磨 粗磨的目的主要有以下三点： 1)修整有些试样，例如用锤击法敲下来的试样，形状很不规则，必须经过粗磨，修整为规则形状的试样； 2)磨平无论用什么方法取样，切口往往不十分平滑，为了将观察面磨平，同时去掉切割时产生的变形层，必须进行粗磨； 3)倒角在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。 黑色金属材料的粗磨在砂轮机上进行，具体操作方法是将试样牢牢地捏住，用砂轮的侧面磨制。在试样与砂轮接触的一瞬间，尽量使磨面与砂轮面平行，用力不可过大。由于磨削力的作用往往出现试样磨面的上半部分磨削量偏大，故需人为地进行调整，尽量加大试样下半部分的压力，以求整个磨面均匀受力。另外在磨制过程中，试样必须沿砂轮的径向往复缓慢移动，防止砂轮表面形成凹沟。必须指出的是，磨削过程会使试样表面温度骤然升高，只有不断地将试样浸水冷却，才能防止组织发生变化。 砂轮机转速比较快，一般2850r/min，工作者不应站在砂轮的正前方，以防被飞出物击伤。操作时严禁戴手套，以免手被卷入砂轮机。 3.细磨 粗磨后的试样，磨面上仍有较粗较深的磨痕，为了消除这些磨痕必须进行细磨。细磨，可分为手工磨和机械磨两种。 （1）手工磨 手工磨是将砂纸铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样在砂纸上作单向推磨。金相砂纸由粗到细分许多种，其规格可参考表2-1。 表2-1 常用金相砂纸的规格
篇一：材料力学实验报告答案 材料力学实验报告 评分标准拉伸实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定低碳钢的强度指标（σs、σb）和塑性指标（δ、ψ）。 2. 测定铸铁的强度极限σb。 3. 观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线（p－δl曲线）。 4. 比较低碳钢与铸铁的力学特性。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm 三、实验数据（2分） 四、实验结果处理（4分） ?s??b? psa0pba0 ＝300mpa 左右＝420mpa 左右 ＝20～30％左右＝60～75％左右 ?? l1?l0 ?100％ l0a0?a1 ?100％ a0 ?＝ 五、回答下列问题（2分，每题0.5分） 1、画出（两种材料）试件破坏后的简图。略 2、画出拉伸曲线图。 3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质。 低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。 4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同？为什么？相同 延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关。压缩实验报告 一、实验目的（1分） 1. 测定压缩时铸铁的强度极限σb。 2. 观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因。 二、实验设备（1分） 机器型号名称电子万能试验机（0.5分） 测量尺寸的量具名称游标卡尺精度 0.02 mm （0.5分） 三、实验数据（1分）四、实验结果处理（2分） ?b? pb =740mpaa0 左右 五、回答下列思考题（3分） 1.画出（两种材料）实验前后的试件形状。略 2. 绘出两种材料的压缩曲线。略 3. 为什么在压缩实验时要加球形承垫？
金属材料扭转实验 一、 实验目的 1. 测定低碳钢材料的剪切屈服极限s τ及剪切强度极限b τ。 2. 测定铸铁材料的剪切强度极限b τ。 3. 观察低碳钢和铸铁扭转变形过程中各种现象，比较两种材料试样断口破 坏特性。 二、 实验仪器设备 CTT500 微机控制扭转试验机、游标卡尺、低碳钢扭转试样和铸铁扭转试样 三、 实验原理 将材料试样装夹在扭转试验机的夹头上，实验时，扭转试验机的一个夹头固定不转，另一个夹头绕轴转动，从而对材料试样施加扭转载荷，使试样发生扭转变形，同时绘制出试样承受的扭矩T 与发生的变形扭转角φ的关系曲线（T –φ曲线）。 1. 低碳钢扭转实验 图 2-1-2 所示为低碳钢试样在扭转变形过程中的 T –φ关系曲线。由该曲线可得到低碳钢材料在整个扭转过程中所表现出来的力学性能，其主要特征如下：
在弹性变形的OA直线段。试样截面上扭矩T与扭转角φ成正比例关系，材料服从切变虎克定律，在该阶段可测定材料的切变模量G，试样横截面上剪应力沿半径线性分布如图 2-1-3（a）所示。 拉伸时有明显屈服现象的金属材料在扭转时同样存在屈服现象，只是由于扭转时试样截面上的应力分布不均匀，当试样表面材料屈服时，内部材料并未出现屈服，因此载荷的下降不是突然发生，故无拉伸时的初始瞬时效应。当扭矩保持恒定或在小范围内波动，而扭转角仍持续增加（曲线出现平台）时的扭矩称为屈服扭矩。 上屈服扭矩：屈服阶段中扭矩首次下降前的最大扭矩，称为上屈服扭T，如图 2-2-2 中所示。 矩，记为 su T，如下屈服扭矩：屈服阶段中的最小扭矩称为下屈服扭矩，记为 sL 图 2-2-2中所示。 本次实验中测定下屈服扭矩作为低碳钢扭转时的屈服扭矩 Ts，根据 τ。实验中测得的屈服扭矩 Ts数值，即可计算出低碳钢的剪切屈服极限 s 低碳钢扭转试样横截面上剪应力线性分布如图 2-1-3 所示，随着 T τ，而且塑性区逐的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限 s 渐向圆心扩展，形成环形塑性区，如图 2-1-3（b）所示，直到整个截面几乎都是塑性区，如图 2-1-3（c）所示，在 T–φ曲线上出现屈服平台。
金相综合实验报告 实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程 班级: 材料11（1） 指导老师：席生岐高圆 小组组长: 仇程希 小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐 二〇一四年四月三日
一、实验目的 1.了解碳钢热处理工艺操作； 2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值； 3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法； 4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响； 5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。 二、实验内容 1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料； 2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度； 3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像； 4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。三、实验原理 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。 (一)碳钢热处理工艺 1.加热温度 亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。 淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、
实验五 铁碳合金平衡组织的显微观察 一．实验目的 1. 观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2. 掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。 二、 实验器材 1、金相显微镜 2、金相标准试样 四．实验原理 铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征 1.铁素体（F ） 是碳溶入α-Fe 中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。 2.渗碳体（Fe 3C ） 是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。 晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。 3.珠光体（P ） 是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。见图3-1。 五。实验内容及步骤 a （15000×） b （400×） 图2-1 不同放大倍数下珠光体的显微组织
观察以下铁碳合金组织 在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。 1.工业纯铁 碳的质量分数小于 0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。室温下的组织为单相的铁素体晶粒。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图 3-2。 2.碳钢 碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢中含碳量的不同，其组织也不同，钢又分为亚共析钢，共析钢，过共析钢三种。 1）亚共析钢 碳的质量分数在0.0218～0.77%范围内，室温下的组织为铁素体和珠光体，随着碳的质量分数的增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体数量增加。见图 3-3 。白色有晶界的为铁素体，黑色层片状的组织为珠光体。 在显微镜下，可根据珠光体所占面积的百分数估计出亚共析钢的碳的质量分数： Wc ≈Wp%×0.77% Wc –碳的质量分数 Wp –珠光体所占面积的百分数 2) 过共析钢 碳的质量分数在0.77～2.11%范围的碳钢为过共析钢。室温下的组织 为层片状珠光体和二次渗碳体，见图 3-4。 用4%硝酸酒精浸蚀，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸钠溶液热蚀后，渗碳体呈黑色。 图 3-2 工业纯铁显微组织 a 用4%硝酸酒精浸蚀 b 用碱性苦味酸钠热蚀 图 3-4 T12钢显微组织 20钢 45钢 70钢 图 3-3 亚共析钢的显微组织
扭 转 实 验 一．实验目的： 1.学习了解微机控制扭转试验机的构造原理，并进行操作练习。 2.确定低碳钢试样的剪切屈服极限、剪切强度极限。 3.确定铸铁试样的剪切强度极限。 4.观察不同材料的试样在扭转过程中的变形和破坏现象。 二．实验设备及工具 扭转试验机，游标卡尺、扳手。 三．试验原理： 塑性材料和脆性材料扭转时的力学性能。（在实验过程及数据处理时所支撑的理论依据。参考材料力学、工程力学课本的介绍，以及相关的书籍介绍，自己编写。） 四．实验步骤 1.a 低碳钢实验（华龙试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动控制器上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，沿箭头方向旋转手柄，夹紧试样。 （3）调整试验机并对试样施加载荷： 在电脑显示屏上调整扭矩、峰值、切应变1、切应变2、夹头间转角、时间的零点；根据你所安装试样的材料，在“实验方案读取”中选择“教学低碳钢试验”，并点击“加载”而确定；用键盘输入实验编号，回车确定（按Enter 键）；鼠标点“开始测试”键，给试样施加扭矩；在加载过程中，注意观察屈服扭矩的变化，记录屈服扭矩的下限值，当扭矩达到最大值时，试样突然断裂，后按下“终止测试”键，使试验机停止转动。 （4）试样断裂后，从峰值中读取最大扭矩 。从夹头上取下试样。 （5）观察试样断裂后的形状。 1.b 低碳钢实验（青山试验机） （1）量直径： 用游标卡尺量取试样的直径。在试样上选取3各位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均值中取最小值作为试样的直径。 （2）安装试样： 启动扭转试验机，手动“试验机测控仪”上的“左转”或“右转”键，调整活动夹头的位置，使前、后两夹头钳口的位置能满足试样平口的要求，把试样水平地放在两夹头之间，s τb τb τ 0d S M b M 0d
实验一 金属材料显微分析的基本方法 一、实验目的： 了解金相显微镜的构造、原理及使用规则； 掌握金相显微试样制备的基本操作方法。 通过观察，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织； 了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征； 分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。 二、实验概述： 金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法金相显微分析法：利用金相显微镜在专门制备的试样上观察 材料的组织和缺陷的方法。 1.金相显微镜的构造、原理及使用； 2.金相显微试样的制备方法。 为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到 金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。 金相试样的制备过程主要步骤有： 本实验金相试样制备过程的步骤如下: 3.观察碳钢和白口铸铁的平衡组织 分析各种相组分和组织组成物的特征 碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢 白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体 区分：铁素体与渗碳体、各种渗碳体
磨制方法 ●砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使 试样磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制。 方式重复进行。
显微组织。 右图为单相组织和 双 相组织的显微组织图 实验概述： 三、实验设备及材料 ?金相分析实验使用的主要仪器设备有： 光学金相显微镜、抛光机、电吹风机等。 ?实验材料有： 低碳钢试样，工业纯铁、20钢、T8钢、亚共晶白口铸铁等显微组织样品，金相砂纸，抛光粉，硝酸酒精溶液（含4%HNO3），酒精，脱脂棉等。 实验一金属的显微分析法 实验内容及步骤 ?实验前必须仔细阅读实验讲义的有关内容； ?听取实验指导教师讲解金相显微镜的构造、使用方法等内容，熟悉金相显微镜的构造及其操作规程； ?由实验指导教师讲解金相试样制备的基本操作过程，学生每人一块试样，进行试样制备全过程的操作，直至制成合格的金相试样； ?在金相显微镜下观察所制备试样的显微组织特征，并用摄像机拍照存盘。
篇一：扭转实验报告 一、实验目的和要求 1、测定低碳钢的剪切屈服点?s、剪切强度?b，观察扭矩-转角曲线（t??曲线）。 2、观察低碳钢试样扭转破坏断口形貌。 3、测定低碳钢的剪切弹性模量g。 4、验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（??tl/gip）。 5、依据低碳钢的弹性模量,大概计算出低碳钢材料的泊松比。 二、试验设备和仪器 1、微机控制扭转试验机。 2、游标卡尺。 3、装夹工具。 三、实验原理和方法 遵照国家标准（gb/t10128-1998）采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。如材料的剪切屈服强度点?s和抗剪强度?b等。圆截面试样必须按上述国家标准制成（如图1-1所示）。试验两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。 图 1-1 试验机软件的绘图系统可绘制扭矩-扭转角曲线，简称扭转曲线（图1-2中的曲线）。图3-2 从图1-2可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段（oa段）、屈服阶段（ab段）和强化阶段（cd段）构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达10?以上。从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩破坏扭矩由算材料的剪切屈服强度抗剪强度式中：试样截面的抗扭截面系数。 ts和tb。和?s?3ts/4wt计?s和?b，wt??d0/16为 3?s?3ts/4wt计算材料的剪切屈服强度?s和抗剪强度?b，式中：wt??d0/16 3 为试样截面的抗扭截面系数。 当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点?s时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点?s时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩ts要大一些，对于破坏扭矩也会有同样的情况。 图1-3所示为低碳钢试样的扭转破坏断口，破坏断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏。 图 1-3材料的剪切弹性模量g遵照国家标准（gb/t10128-1988）可由圆截面试样的扭转试验测定。在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩和扭转角之间的关系符合扭转变形的胡克定律 ??tlp 4 i??d0为截，式中：p 面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩ip均为已知时，只要测取扭矩增量 ?t和相应的扭转角增量??，可由式 g? ?t?l ???ip 计算得到材料的剪切弹性模量。实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形的胡克定律。 四、实验步骤 1、测量低碳钢试样直径d1，长度l； 2、装夹试样；在试样上安装扭角测试装置，将一个定
金相观察 一、实验目的 1.观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2.掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。 二、实验器材 1、金相显微镜 2、金相标准试样 三、实验原理 铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征 1.铁素体（F）是碳溶入α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。 C）是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。 2.渗碳体（Fe 3 晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳
体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。 3.珠光体（P）是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。见图3-1 四、实验内容及步骤 观察以下铁碳合金组织 在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。 1.工业纯铁碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。室温下的组织为单相的铁素体晶粒。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图 3-2。 2.碳钢碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢
西安交通大学实验报告 课程：金相技术与材料组织显示分析实验日期：年月日专业班级：组别交报告日期：年月日姓名：学号报告退发：（订正、重做）同组者：教师审批签字： 实验名称：晶粒度样品的显示方法与晶粒度测定 实验目的： 1.学习奥氏体晶粒度的显示方法 2.熟悉奥氏体晶粒度的测定方法 实验设备：XJP—6A金相显微镜一台，T12钢试样，浸蚀剂 实验概述： 晶粒度是影响材料性能的重要指标，是评定材料内在质量的主要依据之一。对工程中的钢铁材料，在热处理加热和保温过程中获得奥氏体，其晶粒的大小影响着随后的冷却组织粗细。 1.起始晶粒度是指钢铁完成奥氏体化后的晶粒度。 2.实际晶粒度是指供应状态的材料和实际中使用零部件所具有某种热处理条件 下的奥氏体晶粒度。 3.本质晶粒度是指将钢加热到一定的温度下并保温足够的时间后具有的晶粒 度。 实验内容： 1.按实验指导书中表5-1中的配方配制好腐蚀剂。 2.把样品轻度抛光，冲洗后用苦味酸腐蚀30s左右，再用镊子取出样品冲洗。 3.上述第二步骤重复两到三次，再到金相显微镜下进行观察，拍照。 T12（780℃淬火）试样腐蚀后的组织示意图：
T12（780℃淬火）腐蚀剂：2%苦味酸 经比较法，样品的晶粒度级别为4级 简述晶粒度样品的制备方法： 1.配置腐蚀剂，即2%苦味酸和4%硝酸溶液。 2.将已制备好的金相样品进行细磨、抛光处理，使其观察表面光亮，无划 痕。 3.将抛光后的样品清洗后，观察面向上置在苦味酸中进行腐蚀。腐蚀时间 约为30s左右。 4.观察样品腐蚀情况，当表面局部颜色变黑时取出样品在清水中清洗干净。 5.重复上述抛光腐蚀操作两到三次，之后拿到金相显微镜下进行观察。 简述晶粒度的测定方法及在本次实验中的应用： 晶粒度的测定方法有比较法、截点法、面积法，最常用的是比较法。 比较法：比较法是通过与标准评级图对比来评定的级别，方法是将制备好的金相试样在100倍的显微镜下，全面观察，选择有代表性的视场与标准评级图比较，当他们之间的大小相同或接近时，即样品上的级别就是标准评级图的级别。具体算法如下： n = 2G-1 G=lgn/lg2+1 其中G为晶粒度级别指数；n为645.16mm2内所包含的晶粒数。 当要评定的晶粒度大小与标准评级图在100倍以下不一致时，可以选用合适的放大倍数进行评定，此时晶粒度指数为： 1.放大倍数大于100：G1=G+M1/100 2.放大倍数小于100：G1=G-100/M1 M1为实际所使用的其他放大倍数。 截距法：晶粒度级别按晶粒的平均截线长度来分，在放大100下，当晶粒的平均 截线长度为32毫米时，晶粒度G等于0。不同截线长度的晶粒度级别按下
实验二 扭转实验 一、实验目的 1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。 2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。 3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。 二、实验设备和仪器 1.扭转试验机。 2.计算机 3.游标卡尺。 三、实验试样 按照国家标准GB10128—88《金属室温扭转试验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样，如图1-1a 所示。通常，圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。 由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。 四、实验原理与方法 1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标 试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶
矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为 p es s 43W M = τ 式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。 在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为 p eb b 43W M = τ 对上述两公式的来源说明如下： 低碳钢试样在扭转变形过程中，利用机上的自动绘图装置绘出的?-e M 图如图1-6所示。当达到图中A 点时，e M 与?成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩 ep M ，如图1-7a 所示，则扭转屈服应力为 p ep s W M = τ 经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-7b 所示。若材料的塑性很好，且当塑性区扩展到接近中心时，横截面周边上各点的切应力仍未超过扭转屈服应力，此时的切应力分布可简化成图1-7c 所示的情况，对应的扭矩s T 为
金属试样成分分析及金相分析实验报告 1.实验目的 ●电火花直读光谱仪，分析材料各组成元素及含量含量； ●激光共聚焦显微镜观察材料金相组织，分析相组成； ●超景深显微镜观察断口形貌，分析断裂类型。 2.实验设备 ●QSN-750型电火花直读光谱仪； ●VK-9710型激光共聚焦显微镜； ●VHX-1000超景深显微镜 3.实验步骤 ●电火花直读光谱仪成分分析 对需要检测成分的金属试样（最小尺寸需大于15mm，本实验实验为7A04ZrSc）进行表面处理，将表面的氧化层打磨干净，用150#的砂纸粗磨即可；然后对试样进行成分分析。 ●激光共聚焦显微镜金相分析 a.镶样：为方便样品的打磨和观察，将7A04ZrSc试样镶嵌在环氧树脂镶样件上； b.打磨：分布使用400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨，然后再抛光机上利用金刚石抛光剂抛光 直至表面呈镜面无划痕； c.腐蚀：采用混合酸腐蚀试样至无大量气泡产生，再用蒸馏水、无水乙醇清洗干净后吹干。 d.观样：使用激光共聚焦显微镜观察7A04ZrSc试样金相组织。 4.实验结果及分析 ●成分分析 QSN-750型电火花直读光谱仪成分分析得出的数据，经整理如表1所示。 表1 7A04ZrSc试样组成各元素含量（质量分数，%） 合金Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr Sc 7A04ZrSc 0.199 0.863571 1.559 0.232 1.977 0.179143 6.351 0 0.146914 0.2 7A04ZrSc属Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金，亦称超硬铝，是超硬铝中相当成熟.使用较久和较广的一个合金。强度高，热处理强化效果好，退火和新淬火状态下塑性中等；与硬铝不同，人工时效状态下的耐蚀性比自然时效状态的耐蚀性好，且自然时效进程慢，需经过3个月后才能达到时效硬化峰值，故7A04在淬火人工时效状态下使用。其缺点是组织稳定性不高，低频疲劳强度低，有应力腐蚀破裂倾向。合金点焊焊接性良好，气焊不良，热处理后可切削性良好，但退火后的可切削性不佳。其内外加的Sc、Zr元素作用如下： a.Sc元素 一般来说，过渡族元素被加入到纯铝中时，由于它们在铝中溶解度低，易于沉淀或结晶，形成金属间化合物。因而合金的强度、再结晶温度及微观组织被显著提高。少量的Sc元素加入到硬质铝合金内，合金的强度、再结晶温度及微观组织被显著提高，其主要原因是由于产生了与基体共格的、稳定的、弥散的Al3Sc粒子，对位错有强烈钉扎作用，并能阻止晶界的迁移，在高温下仍能保持与基体共格的关系。
实验二金属材料的压缩试验 实验时间：设备编号：温度：湿度一、实验目的 二、实验设备和仪器 三、实验数据及处理 材料 直径d o（mm）高度 l(mm) L d o 截面积A0 (mm 2 ) 屈服载荷 F s (K N) 最大载荷 F b (K N) 1 2 平均 低碳钢铸铁
载荷一变形曲线（F—△l曲线）及结果 材料低碳钢铸铁F—△l曲线 断口形状 实验结果屈服极限ós=屈服极限ób= 四、问题讨论 （1）观察铸铁试样的破坏断口，分析破坏原因； （2）公析比较两种材料拉伸和压缩性质的异同。
金属村翻盖的压缩试验 原始试验数据记录 实验指导老师： 200 年月日
实验四金属扭破坏实验、剪切弹性模量测定 实验时间：设备编号：温度：湿度一、实验目的 二、实验设备和仪器 三、实验数据及处理 弹性模量E= 泊松比μ= 实验前 材料标距 L0（mm） 直径d0（mm）平均极惯 性矩I p （mm4） 最小抗扭 截面模量 W T （mm3）截面I 截面II 截面III 1 2 平均 1 2 平均 1 2 平均 低碳钢铸铁
低碳钢钢剪切弹性模量测定 扭矩T（K N）扭转角（rad）扭转角度增量（rad）△φT0= T1 T2 T0 T3 T4 T5 △T= 理论值相对误差 截荷-变形曲线（F-△l曲线及结果） 材料低碳钢铸铁 T—φ曲线 断口形状 实验记录屈服扭矩T s 破坏扭矩T b 破坏扭矩T b 实验结果屈服极限t s 强度极限t b
四、问题讨论 （1）为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成450螺旋断裂面？ （2）根据低碳钢和铸铁拉伸、压缩、扭转试验的强度指标和断口形貌，分析总结两类材料的抗拉、抗压、抗剪能力。
南京信息工程大学 材料物理专业实验训练报告 实验名称金相试验 实验日期2013 年12 月17 日得分： 地点： 年级班 姓名学号指导教师 同组人姓名 目录 实验目的……………………………………………...................................................... 实验仪器……………………………………………………………………………….. 实验原理……………………………………………………………………………….. 实验步骤……………………………………………………………………………….. 实验数据表格及数据处理…………………………………………………………….. 实验结果及讨论……………………………………………………………………….. 附：实验原始数据处理……………………………………………………………….. 注意事项 1、禁止随意动设备、仪器、药品及实践场所物品，实践活动在指导教师指导下完成。 2、安全操作，严格注意电、火、水、试剂等具有伤害性带来的危险，不得违章进行任何活动。
金相试验报告 一、实验名称 金相试样的制备与观察 二、实验项目简介 通过制备试样，并在显微镜下观察铝合金的金相组织，使学生掌握金相试样制备的方法，认识铝合金的金相组织和形态特征，建立成分与组织之间相互关系的概念。 三、实验目的 1. 掌握铝合金的制备过程和抛光机等仪器设备的使用方法； 2. 掌握金相显微镜的使用方法； 3. 认识铝合金的金相组织； 4. 结合理论，理解铝合金成分与组织之间的相互关系 四、实验要求 1对实验原理与方法的要求： 要求学生掌握相关教材的基本知识，通过查阅手册和文献了解铝合金常规的金相组织，对有关名词、概念有清楚地认识，了解观察显微组织的原理、方法和作用。 2对操作技能与仪器设备的要求： 要求学生有较强的动手能力，了解砂纸的型号和使用，熟悉抛光机和显微镜的使用，会判断试样制备的好坏。仪器设备：砂轮机、砂纸、抛光机、金相显微镜等。
金相显微摄像 一、实验目的： （一）了解普通金相显微镜的构造与使用方法。 （二）了解金相试样的制备方法。 （三）学习使用金相显微镜观察金相组织。 二、实验设备及材料： 实验设备：金相显微镜、砂轮机、抛光机、吹风机、玻璃板、培养皿、镊子。材料：金相试样、砂纸一套（800,1000,1200 ）、抛光液（Al2O3）、腐蚀剂（4% 硝酸酒精溶液）、药棉、酒精 三、实验内容及步骤： 实验内容：（1）用机械抛光和化学侵蚀的方法制备金相样品 （2）观察试样的显微组织，并绘制组织图。 试验步骤：（1）金相样品的截取及镶嵌 （2）金相样品磨光 （3）金相样品的抛光 （4）金相样品的化学侵蚀 （5）显微组织的观察与记录 四、简述金相显微镜的放大原理：显微镜的成象放大部分主要由两组透镜组成。靠近观察物体的透镜叫物镜，而靠近眼睛的透镜叫目镜。通过物镜和目镜的两次放大，就能将物体放大到较高的倍数
五、简述金相显微镜的基本构造 金相显微镜通常由光学系统,照明系统和机械系统三大部分组成,有的显微镜还附有摄影装置 (一)金相显微镜机械装置 显微镜的机械装置要由镜座、镜臂、载物台、镜简、物镜转换器及调焦装置等。它是支持放大、照明部分的支架、具固定与调解光学镜头，固定和移动标本作用。 二)金相显微镜放大部分 放大部分包括接物镜和接目镜。 (三)金相显微镜照明部分 照明部分包括反光镜、滤光镜、虹彩光圈和聚光镜等 六、金相制样的基本过程包括几个方面？这几个方面各是哪些？ 制备显微试样包括取样、磨光、抛光及浸蚀四个步骤 1、取样 取样时应根据被分析材料或零件的特点。选择有代表性的部分。试样最适合的尺寸是直径为12mm，高为10mm的圆柱体或面积为12*12㎜2，高10mm的长方体。根据材料性质不同，可用手锯、用车床切削、用锤子击碎以及用砂轮切割等方法截取试样。在取样过程中应注意防止试样受热组织发生变化。取得试样后，应将试样表面制成平面，同时边缘要倒成圆角（如分析化学热处理表面组织时则不能倒角）。 2、磨光 试样抹平后，须用清水冲洗干净并擦干，然后进行磨光，磨光可用手工或机械两种方法。 （1）手工磨光手工磨光是在不同号数的金相砂纸上进行。砂纸型号有 800,1000,1200。800砂纸最粗，1200砂纸最细。磨光时所用砂纸从粗到细顺序进行，磨削压力不宜过大，用力要均匀且在同一个方向进行磨光。 在一张砂纸上磨好后，应将试样冲洗干净，然后将试样转90°换细一号的砂纸再磨。这样，又粗到细依次磨削，磨好后将试样洗净，然后在抛光机上抛光。