材料科学基础实验指导书

《材料科学基础》实验指导书

（试用）

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大连理工大学

年月日

实验目录

实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2学时）实验二金属材料的硬度（2学时）实验三 Sn-Pb二元平衡相图测试（2学时）实验四金相定量分析方法（2学时）实验五 Fe-C合金平衡组织观察（2学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2学时）

实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法

一、实验目的

1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。

2）学会正确操作和使用金相显微镜。

3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。

二、实验设备与材料

实验设备：x-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机

实验材料：碳钢标准样品

三、实验内容

1.通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法；

2.要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。

3.演示并初步认识金相试样的制备过程及方法

四、实验报告撰写

撰写实验报告格式要求：

一、实验名称

二、实验目的

三、实验内容

包括：1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用

2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获

3. 概述金相试样制备过程及方法

四、个人体会与建议

实验二金属材料的硬度

一．实验目的

1.了解布氏、洛氏、维氏硬度的测试原理。

2.初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。

二．实验设备和样品

1．布氏、洛氏、维氏硬度计

2．铁碳合金试样

三．实验内容和步骤

1.通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。

2.演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值，

注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可以操作硬度计1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均值的要求进行实验。

四．实验报告内容

1．简述实验目的和步骤。

2．简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。

3．写出测量步骤，附上实验结果。

4．总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。

实验三Sn-Pb二元平衡相图测试

一、实验目的

1)学会用热分析方法测绘Sn-Pb二元平衡相图；

2)掌握纯金属与合金冷却过程的异同，学习相变点温度的确定方法。

二、实验设备与材料

实验设备：微机差热仪DTA-2C

实验材料：不同重量百分比(wt. %)成分的Sn-Pb合金，如表1所示。

表1 Sn-Pb二元合金成分(wt. %)

合金编号合金成分

1 100%Sn

2 80%Sn+20%Pb

共晶61.9%Sn+38.1%Pb

3 18.3%Sn+81.7%Pb

4 10%Sn+90%Pb

三、实验内容

1.将一个大组人员分成3-4人一小组，共4个小组，每个小组负责测试一个成

分合金的冷却曲线。将预先配置好的金属和合金分别放在陶瓷坩埚中，然后放入微机差热仪中加热，待合金熔化后，开始冷却。为防止金属氧化，应在熔化的金属液面上覆盖一层木炭粉或石墨粉。

2.Sn-Pb金属及合金在冷却过程中，设备会自动记录合金的温度-时间的冷却曲

线，要求从冷却曲线上找出临界点。每组都会测出一种合金的冷却曲线。

3.将4个小组测得的冷却曲线上的临界点汇总，根据这些实验结构进行分析和

总结，最后作出Sn-Pb二元相图。

四、实验报告撰写

撰写实验报告格式要求：

一、实验名称

二、实验目的

三、实验内容

包括：1. 给出测试的成分合金的冷却曲线

2. 结合其他小组测得的实验结果，做出Sn-Pb二元相图。个人体会与建议

实验四金相定量分析方法

一．实验目的

1．了解定量分析的基本符号和基本方程的意义

2．掌握在显微镜下进行相含量定量分析的基本方法

3．完成试样中Sn-Pb合金不同组织体积分数测定

二．实验设备和样品

1．光学显微镜

2．Sn-Pb合金定量分析试样

三．实验内容和步骤

1.由指导老师简要讲解截线法测Sn-Pb合金组织体积含量的方法。

2.测量Sn-Pb合金组织中先共晶组织和共晶组织的体积百分含量。要求每个试

样至少测量10个以上珠光体晶粒的截线长度。

四．实验报告内容

1.简述实验目的和步骤。

2.写出测量步骤，付上实验结果。

3.向同组同学交换数据，每个样品至少获得5个体积含量测量结果，计算标准

误差，并分析误差产生原因。

4.总结定量分析中注意事项和体会。

实验五Fe-C合金平衡组织观察

一、实验目的

1. 认识铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下显微组织。

2. 分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系

二、实验方法指导

1.实验设备及材料

金相显微镜；

表1中的各种铁碳合金的显微样品。

2.实验内容及步骤

（1）验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备；

（2）在显微镜下观察和分析表1所列铁碳合金标准试样的平衡组织，识别钢和铸铁组织形态的特征，根据Fe-Fe3C相图分析各合金的形成过程；建立成分、组织之间相互关系的概念。

（3）绘出所观察的显微组织示意图，画时抓住组织形态的典型特征，并在图中表示出来。

（4）根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量：

C%= (P×0.77)/ 100 + (F×0.0218)/100,

式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积（%）

三、实验报告要求

1.实验目的

2.画出所观察显微组织示意图，并注明材料名称、含碳量、侵蚀剂和放大倍数，显微组织画在直径为30-50mm的圆内，并将组成物名称以箭头引出标明。

3.根据所观察的显微组织近似确定一种亚共析钢的含碳量。

4.分析和讨论：含碳量对铁碳合金的组织和性能的影响。