目录实验一金属材料的硬度实验 (1)实验二铁碳合金平衡状态显微组织分析 (6)实验三钢的热处理 (9)附表1： (12)附表2：布氏、洛氏、维氏硬度与强度换算对照表 (16)实验一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、测定钢试样的布氏、洛氏硬度值。
二、概述金属的硬度是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力，硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值综合的反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变、抗力塑变强化以及大量形变抗力。
金属表面硬度值越高，抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其他机械性能（如强度指标b σ及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件和工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
三、布氏硬度实验基本原理1、实验原理布氏硬度实验是在布氏试验机上进行。
将直径为D 的硬化钢球在一定的载荷P 下压入金属表面（图1-1），并根据所得压痕d 的大小来断定硬度。
布氏硬度值是根据作用于钢球上的载荷对所得压痕表面积之比来确定，即BA P=HB （Kgf/mm 2） （1） 式中：P ——载荷（Kg ）B A —— 压痕的球面体（球缺）HB ——布氏硬度值由几何学可知球缺的面积等于：Dh A B π= （2）式中：D ——钢球直径h ——压痕深度(a) 原理图 (b) h 和d 的关系图1-1布氏硬度测定原理用压痕的直径和表示B A 可得：222d D D h --=（3） 如果把所得的B A 值代入公式（1）中，则有：][2][2HB 2222d D D D Pd D D P Dh P --=--==πππKgf/mm 2 （4） 式（4）中只有d 是变量，因此只需测出压痕直径，根据已知D 和P 值即可计算出金属表面的布氏硬度HB 的值。
在实际实验中，可由测出之压痕直径d 直接查表得到HB 值。
由于材料有软有硬，所测工件有厚有薄，若只采用一种载荷（如3000kgf ）和钢球直径（如10mm ）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚工件适合，则对于薄件会出现压透的现象，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 。
氏硬度的压头钢球直径有Φ2.5mm ，Φ5mm ，Φ10mm 三种，载荷有15.6kg 、62.5kg 、182.5kg 、250kg 、750kg 、1000kg 、3000kg 七种。
为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使P 和D 之间维持某一比例关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件是压入角ϕ保持不变。
根据相似原理由图1-1（b ）可知d 和ϕ的关系是：22sin 2d D =ϕ或2sin ϕD d = （5） 将式（5）代入式（4），得：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅=2sin 112HB 22ϕπD P （6） 式（6）说明，当ϕ为常值时，为使HB 值相同，2DP也应保持为一定值。
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，只要满足2D P=常数，所得到的HB 值也是一样的。
根据GB231-63规定，2D P比值有30、10和2.5三种，具体实验数据和适用范围参考表1-1。
表1-1 布氏硬度实验规范2、操作步骤首先打开电源开关，指示灯亮后，将试件样品放在布氏硬度试验机样品台上，按顺时针方向转动手轮，使丝杠升至试件样品与压头接触，最后至手轮不能转动位置（注意用力不能太大），此时按下绿色按键，试验机马达将会自动开启加载----保持-----卸载。
马达停止转动后，按逆时针方向转动手轮，取下试件样品，用带刻度的放大镜测量其压痕直径，根据所得直径值，从附表1中查出HB 值。
注意：实验完成后，按照布氏硬度数0.102F/D 2和压痕最大直径为10mm 查取HB 值。
四、洛氏硬度实验的基本原理1、实验原理洛氏硬度实验使用顶角120°的金刚石或直径为1/16英寸（1.58mm ）的淬火钢球作为压入物，根据压痕塑性变形深度计算材料的硬度。
由于所用的压入物和载荷不同求得的硬度分别用HRC ，HRB 等代表（见表1-2）。
表1-2 试验的载荷和压头的选取表洛氏硬度值用h 来计算，h 相当于压头向下轴向移动的距离，一个硬度等于0.002毫米的距离（如图1-2）。
因此试验时h 愈大，即表示硬度愈低，反之，则硬度愈高。
图1-2洛氏硬度实验过程洛氏硬度值用HR 表示，并注明所用标尺A 、B 或C ，如HRB ，HRC 其硬度值可以分别按下公式计算：当做A 或C 标尺实验时： HRA 或002.02.0hHRC -=002.0100h -= （7）当做B 标尺实验时：002.026.0hHRB -=002.0130h -= （8）式中：h ——压痕深度，01h h h -=，毫米；0h ——在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米；1h ——在施加总载荷后卸去主载荷，在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米。
2、操作步骤打开电源开关，使屏幕显示标尺（HRC 或HRB ）和载荷相符后把试样放在洛氏硬度试验样品台上，按顺时针方向转动手轮，使试件与压头紧触，然后慢慢由左向右继续转动手轮，注意使屏幕上仪器会自动加载----保持-----卸载，加载完毕后屏幕上显示实际洛氏硬度值，此时记录实验数据，并反方向转动手轮，从样品台上取下试件。
五、显微硬度测量原理维氏硬度的测量原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是用金刚石正四棱锥压头。
正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形。
维氏硬度所用的载荷有1kg 、3kg 、5kg 、10kg 、20kg 、30kg 、50kg 、100kg 、120kg 等，负载的选择主要取决于试件的厚度。
在载荷P 的作用下压头在试样表面压出一个底面为正方形的正四棱锥压痕。
维氏显微硬度是通过光学放大，测出在一定试验力下的金刚石角锥体压头压入被测物后所残留的压痕的对角线长度来求出被测物的硬度。
硬度值计算公式如下：28544.1HV dPA P ==（9） 式中：P ——载荷（Kg ）A ——压痕的面积，mm 2 d ——压痕对角线长度，mm HV ——布氏硬度值六、综合以上各项实验报告要求1、写明实验目的2、实验原理：简述布氏、洛氏、显微硬度试验计的测量原理。
3、将实验结果填入下列表格中，并将HRB 、HRC 值换算成HB 值。
表1-1 布氏硬度机测量数据表1-2 洛氏硬度机测量数据表1-3 显微硬度机测量数据实验二铁碳合金平衡状态显微组织分析一、实验目的1、了解铁碳合金（碳钢和白口铁的显微组织）在平衡状态下的，显微组织；2、分析碳钢与白口铁的组织和铁碳相图之间的关系。
二、概述铁碳相图（如图2-1和2-2所示）上的各种合金，通常按其含碳量及组织的不同，分成下列三类：L—液体、A—奥氏体、FeC—渗碳体、F—铁素体、P—珠光体、Ld—莱氏体。
图2-1 6个典型的铁碳合金在相图上的位置纯铁（C<0.02％），显微组织为 —固溶体晶粒。
钢（0.02～2.11％）——高温组织为均匀的单相奥氏体，727℃有共析转变，低温组织因成分而异，根据低温组织的不同，钢分为三种，即亚共析钢（0.02～0.8％），共析钢（0.8％）和过共析钢（0.8～2.11％）。
白口铁（2.11～6.69％）——特点是液相结晶时，都有共晶反应，共晶反应得到的组织是莱氏共晶（奥氏体+渗碳体），由于奥氏体在727℃时发生的共析反应，故常温莱氏体为：珠光体+渗碳体，此组织是以渗碳体为基体的组织，所以白口铁很脆，不能锻造。
白口铁的低温组织因成分而异，根据其低温组织的不同，白口铁分为三种，即亚共白口铁（2.11～4.3％）、共晶白口铁（4.3％）和过共晶白口铁（4.3～6.69％）。
1、亚共析钢：其组织是由先共析铁素体和珠光体组成。
随含碳量增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体逐渐增多。
由于铁素体是从奥氏体中析出的，因此先共析铁素体分布在珠光体周围，即在原为奥氏体晶体处。
在显微镜下我们看到的白色的先共析铁素体包围着墨色的珠光体，当钢中碳含量低时，先共析铁素体很多，成粒状分布，而碳含量高时先共析铁素体成为细网状，当成分接近共析成分时先共析铁素体数量接近于零。
2、共析钢：其组织全部为珠光体，珠光体是铁素体的渗碳体的机械混合物。
在显微镜下我们看到的铁素体和渗碳体成片状交替分布着，当放大倍数低时，由于鉴别率低分辨不出片层结构，看到的只是不同程度暗黑色块状组织，每个块是由相同方位的片组成的珠光体集团，由于集团之间的位相不同，受浸蚀程度和对光线的反射能力不同，因此在显微镜下成明暗度不同的块状。
3、过共析钢：是由珠光体和网状渗碳体（二次）所组成，渗碳体是Fe 、C二组元的化合物（FeC）含碳6.69﹪显微镜下白色网状为渗碳体，暗色为光体。
随着钢中碳含量增加渗碳体量增加。
4、亚共晶白口铁：在1147～727℃时，由初生奥氏体和莱氏体共晶组成，初生奥氏体的数量将随含碳量的增加而逐渐减少。
从1147℃冷却到727℃时初生奥氏体与莱氏体共晶中的奥氏体因析出二次渗碳体而降低奥氏体中的含碳量，至727℃时转变成珠光体，所以亚共晶白铁的室温组织系由珠光体与共晶变态莱氏体所组成。
5、共晶白口铁：全部是莱氏体，莱氏体（共晶体）是在温度为1147℃所产生的，在1147～727℃时为奥氏体与渗碳体的机械混合物，在727℃以下时，其中奥氏体转变为珠光体。
6、过共晶白口铁：由初生（一次）渗碳体与莱氏体共晶所组成，一次渗碳体在随后冷却过程中不再发生相变。
故其显微组织在室温时为白亮条状的一次渗碳体和变态莱氏体共晶，其中一次渗碳体量将随着碳含量的增加而增多。
三、实验内容将表2-1中所列组织放置在显微镜下，观察其合金组织结构。
表2-1 铁碳合金组织四、实验报告要求1、写明实验目的。
2、分析各种成分的铁碳合金的组织特征。
3、将已准备好的金相样品在显微镜下进行细致观察研究，并画出所观察到的显微组织图，（画在直线为Ф30mm的圆内）。
4、思考题：分析含碳量和金相组织之间的关系。
图2-2F e －F e 3C 相图（含碳量）实验三钢的热处理一、实验目的1、不同加热温度对钢性能的影响；2、了解退火、淬火和回火的应用;3、熟悉碳钢经淬火、回火后的组织和淬火和回火对碳钢性能的影响。
二、概述热处理是一种重要的金属加工工艺。
它对改善钢材的质量，提高工件使用寿命起着极其重要的作用。
例如在机床制造中，百分之六十到七十的零件都要经过热处理。
至于模具和滚动轴承等都进行热处理之后才能使用。
