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金属工艺学实验指导书范培耕编重庆科技学院材料工程教研室实验一硬度试验一、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、落氏硬度计（机）的主要结构及操作方法。
二、实验原理硬度是衡量金属材料软硬的一个指标。
硬度值的物理意义随着实验方法的不同，其含义也不同。
例如压入法硬度值是材料表面抵抗另一物体压入时所应起的塑性变形能力；刻划硬度表示金属抵抗表面局部破裂的能力；而回跳法硬度值是代表金属弹性变形功的大小。
因此，硬度值实际上不是一个单纯的物理量，它是表征材料的弹性、塑性、变形强化率，强度和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性指标。
一般可以认为，金属材料的硬度是指金属表面上不大体积内抵抗变形和破裂的能力。
由于硬度实验方法比较简单一，不破坏材料内部且能敏感的反映材料的质量高低和热处理相变过程的结果；其次，硬度与强度之间可根据大量实验数据，找出粗略的换算式，而且，硬度与切削性、成型性及可焊性等工艺性能之间也存在着某些联系，因此可作为选择加工工艺时的参考。
所以在实际生产中，硬度试验作为一种简便实用的手段得到广泛的应用。
硬度实验方法可分为压入法、刻划法及反弹法，其中应用最为广泛的是压入法。
压入法中根据加荷速度不同，有分静负荷压入法和动负荷压入法两种。
在生产中使用最广的是静负荷压入法硬度试验，即洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等。
本实验以介绍洛氏硬度、布氏硬度为主。
（一）、洛氏硬度（HR）1、原理洛氏硬度试验是目前应用最广的实验方法。
它以压痕深度来确定材料的硬度值指标。
洛氏硬度试验原理可见图1。
图1 洛氏硬度原理洛氏硬度试验所用压头有两种：一种是锥顶角为120o的金刚石圆锥，另一种是直径为1/16''（1.588mm）或1/8''（3.1176mm)的淬火钢球。
根据金属材料软硬程度不一，可选用HRA 、HRB 和HRC 等不同标尺。
洛氏硬度测定时，需要先后两次施加载荷（预载荷和主载荷）。
材料加工原理综合实验指导书徐洲、王浩伟、吴国华上海交通大学材料科学与工程学院2002年2月目录实验一合金熔炼及液态成型实验二凝固——定向凝固实验三材料的冶金缺陷实验四挤压变形与挤压力实验实验五圆环镦粗法测定摩擦系数实验六圆柱体镦粗时接触面上的正应力分布实验七冷却速度对钢组织与性能的影响实验八钢中马氏体、贝氏体组织形貌的识别及不同回火温度对淬火钢组织的影响实验九钢的淬透性测定实验十铝合金的时效硬化曲线测定实验一合金熔炼及液态成型一、实验目的：1．掌握铸造合金和变形合金的熔炼过程。
2．了解铸造合金和变形合金的铸造成型。
二、实验内容说明：铸造合金和变形合金在用途上有着很大的差别，但其熔炼过程基本相同。
选用铝硅合金，ZL101是该类合金中典型的铸造合金，4004是该类合金中典型的变形合金。
铸造Al-Si系合金中Si是作为主要合金化元素加入的，Si提高合金的铸造性能，使流动性改善，热裂倾向性降低，减少疏松，提高气密性，获得致密的铸件。
这类合金具有好的抗蚀稳定性和中等的切削加工性能，具有一般的强度和硬度，但塑性是较低的。
这类合金国内外常用的共18个牌号，按合金中Si的含量多少，可分为共晶型合金(ZL102、ZL108、ZL109),过共晶型合金和亚共晶合金。
ZL101成分：Si 6.5-7.5 Mg 0.25-0.454xxx系铝合金的主要合金元素是硅，它能以足够的数量（达12%）加到铝中，结果使熔化温度范围大为降低而不产生脆性。
由于这个原因，铝硅合金可作为焊接铝用的焊丝和钎料，即用于要求这些焊接材料的熔化范围低于基体金属的熔化范围之处。
这个系的多数合金是不可热处理强化的，但当用于焊接可热处理合金时，它们可以吸取后者的一些合金成分，从而可以有限地接受热处理。
这类合金含有相当大数量的硅。
当敷以阳极氧化表面涂层时，合金变成深灰至炭黑，从而可适应建筑用途。
该系列的合金有的可以用于生产锻造的引擎活塞，例如4032。
目录实验模块简介综合实验一：铝合金制备、加工及改性1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书1.2 铝合金轧制工艺实验指导书1.3 铝合金铸锭、轧制、改性的金相组织的检验及力学性能实验指导书综合实验二：粉末冶金2.1 粉末冶金材料制备与检测实验指导书2.2 无机纳米粉体的湿化学制备及其粒度表征实验指导书2.3 熔体快淬法制备非晶、纳米晶材料实验指导书综合实验三：高分子材料的合成与加工3.1 高分子材料合成实验指导书3.2 高分子材料加工实验指导书综合实验四：玻璃的制备与加工4.1 玻璃工艺实验指导书综合实验五：焊接原理与焊接方法5.1 手工电弧焊实验指导书5.2 CO2焊接实验指导书5.3 脉冲微束等离子弧焊实验指导书5.4 埋弧焊实验指导书5.5 电阻焊实验指导书5.6 电弧喷涂实验指导书5.7 现场实验教学指导书实验模块简介随着科学技术的发展，原各类相对独立的材料学科，如金属、非金属、高分子材料学等已相互渗透、结合与交叉，形成了材料发展的新特色。
为适应形势要求，本院将三大类材料在工程技术方面所具有的共性内容综合为材料制备、加工、改性和复合四部分，将二级学科的内容有机的涵括在一级学科的教学课程中，设立了“材料工程基础”课程。
本实践环节是“材料工程基础”教学内容中的一个重要组成部分，与已完成了的“材料工程实践Ⅰ”和将要进行的“材料工程实践Ⅲ”构成了材料专业本科生工程技术实践教学的一个较为完整的体系，三者之间相互联系，但重点各不相同。
本实践的目的就是通过在校内各实践平台间的运行，加强学生的动手能力，使学生认识到材料四要素中“合成与加工”内容与成分结构、性质与使用性质各要素间的关系，明确合成加工过程将改变材料的组织、成分与结构，进而影响到材料的使用性能这样一个概念。
另外，为配合“材料工程基础”课程教学内容的进行，将焊接部分内容放在实践教学平台中完成，使学生了解焊接基本原理，掌握典型焊接方法和设备的使用。
棕刚玉的全分析1 实验目的1、学习棕刚玉的全分析方法。
2、学习分光光度法测定微量物质的原理和方法。
3、掌握分光光度计使用方法。
4、掌握试样的制备方法。
5、掌握棕刚玉试样分析试液的制备方法。
6、掌握配位滴定法测定棕刚玉中三氧化二铝的方法。
2 试样的制备2.1块状磨料先用锤子于一钢板上打碎到直径约为30mm 的小块，在小型鄂氏破碎机中，破碎至直径约5mm 的小块，用四分法缩分到40～50g ，再用钢研钵粉碎到直径小于2mm 和四分法缩分到10～15g ，继续用钢研钵或用刚玉研钵研细至全部通过100#筛，用磁力1～1.5kg 的磁铁吸出粉碎中带入的铁杂质。
然后装入试样袋中，在105～110℃的烘箱中烘干1h ，取出、放入干燥器内，冷却，备用。
2.2粒状磨料粗于10#粒度的试样，先用四分法缩分到10～15g ，用刚玉研钵研细至全部通过100#筛，混合均匀，装入试样袋中，烘干，备用。
细于100#粒度的试样，用四分法缩分到15～20g ，装入试样袋中，烘干，备用。
3 分析试液的制备准确称取样品0.5000g 于铂坩埚中，加入3g 混合熔剂，搅拌均匀后，再盖上混合熔剂1g ，加盖，将坩埚送入高温炉中于980～1100℃熔融2h ，取出，旋转坩埚，使熔融物附于坩埚内壁上，冷却后以水洗净坩埚外壁，放入已盛有近沸的100mL 15%盐酸的250mL 烧杯中，盖上表面皿，于砂浴上加热浸取，用水洗出坩埚及盖，移入250mL 容量瓶中，冷却后，以水稀释至刻度,摇匀，备用。
4 灼减的测定4.1实验步骤称取制备好的试样1g 于已经过980～1100℃灼烧至恒重的30mL 的铂坩埚中，加盖，盖微启置铂坩埚于高温炉中，980～1100℃灼烧1h 后取出，置于干燥器中，冷至室温，称量，重复灼烧，称量至恒重为止。
4.2计算：灼减＝12m m m×100% 式中：m 1－灼烧前坩埚及样品质量，g ；m ２－灼烧后坩埚及样品质量，g ；m —灼烧前样品质量，g 。
金属学与热处理实验指导书张学萍高景龙沈阳理工大学二O 一二年九月前言本书是根据《金属学与热处理》课程的有关内容为提高实验教学质量、加强实验教学环节而编写的。
在内容上基本符合教学大纲的要求。
本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法、热处理及金相显微组织的观察，使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识，而热处理综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。
本实验指导书使用于：材料成型及控制专业目录实验一金属的磨片实验 (4)实验二铁碳合金的平衡组织观察 (14)实验三钢的热处理综合实验 (21)实验一金属的磨片实验一、实验目的1掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；2初步学会用比较法测定工业纯铁的晶粒度。
二、实验仪器及材料1仪器：台式金相显微镜、予磨机、抛光机、吹风机等。
2材料；45钢待磨试样(Ø12 15)每人一块；各号金相砂纸(或水磨砂纸)一套；腐蚀剂；4％硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镊子等。
三、实验内容在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显微试样。
即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为磨片。
磨片的方法与步骤如下：1．取样①取样的部位及磨面的选择根据被检验金属材料或零件的特点，加工工艺及研究目的进行选择，如：研究另件破裂的原因时，应在破裂部位取样，再在离破裂处较远的部位取样，以做比较。
研究铸造合金时，由于组织不均匀，从铸件表层到中心必须分别截取几个样品。
研究轧材时，如研究材料表层的缺陷、非金属夹杂物的分布等。
应在垂直于轧制方向上截取横向试样．如研究夹杂物的形状、类形，材料的的形变程度、晶粒拉长的程度、带状组织等，应在平行于轧制方向上截取纵向试样。
研究焊缝组织时，应在焊缝及热影响区周围取样。
实验名称：金属综合实验实验日期：2021年10月15日实验地点：化学实验室实验人员：张三、李四、王五一、实验目的1. 了解金属的性质及其在工业中的应用。
2. 掌握金属的化学和物理实验方法。
3. 分析金属的组成和结构。
4. 熟悉金属的加工工艺。
二、实验原理金属是一类具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性的物质。
金属的化学性质主要表现为与氧气、酸、碱等物质的反应，物理性质包括密度、熔点、硬度等。
本实验通过一系列实验，观察金属的性质，分析金属的组成和结构，了解金属的加工工艺。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：天平、酒精灯、试管、烧杯、试管夹、滴管、镊子、玻璃棒、滤纸、蒸发皿等。
2. 试剂：金属铁、铜、锌、铝、硫酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化铁、氧化铜等。
四、实验步骤1. 金属的物理性质实验（1）观察金属的外观，记录颜色、光泽、硬度等。
（2）测定金属的密度，将金属放入烧杯中，加入适量水，用天平称量。
（3）测定金属的熔点，将金属放入试管中，用酒精灯加热，观察熔化现象。
2. 金属的化学性质实验（1）金属与氧气反应：将金属铁、铜、锌、铝分别放入试管中，加热至红热，观察反应现象。
（2）金属与酸反应：将金属铁、铜、锌、铝分别放入试管中，加入适量硫酸、盐酸，观察反应现象。
（3）金属与碱反应：将金属铁、铜、锌、铝分别放入试管中，加入适量氢氧化钠、氢氧化钾，观察反应现象。
3. 金属的组成和结构分析（1）金属氧化物的制备：将金属铁、铜、锌、铝分别与氧化剂反应，制备相应的金属氧化物。
（2）金属氧化物的性质分析：观察金属氧化物的颜色、熔点、溶解性等性质。
4. 金属的加工工艺实验（1）金属的拉伸实验：将金属铁、铜、锌、铝分别拉伸至不同长度，观察金属的延展性。
（2）金属的铸造实验：将金属铁、铜、锌、铝分别铸造，观察金属的铸造性能。
五、实验结果与分析1. 金属的物理性质实验结果（1）金属铁：银白色，有金属光泽，硬度较大，密度为7.874g/cm³，熔点为1538℃。
实验一铸铁表面等离子束硬化的组织和性能分析一、实验目的1、初步掌握材料表面硬化层金相分析的方法；2、了解铸铁表面等离子束硬化层显微组织的分布特征；3、掌握沿铸铁表面等离子束硬化层的硬度测试方法及原理。
二、实验属性本实验属综合性实验。
三、实验设备仪器及器材1. 宏观、微观试样。
2. 预磨机、抛光机。
3、光学显微镜。
4、维氏硬度计。
四、实验要求1、实验前作好预习工作；2、整理实验记录，要求实验前要预先制成记录表格；3、正确使用光学显微镜、显微维氏硬度计及辅助设备；4、掌握实验的基本技能及方法；5、独立的分析及处理实验中出现的问题及故障6、采集铸铁表面等离子束硬化层各个区域的显微组织照片；8、测试铸铁表面等离子束硬化层沿层深的硬度，绘制硬度曲线，结合显微组织组织分析各区域的性能9、独立写出文字通顺、严谨、有理论分析及实验结果分析的实验报告。
五、实验原理1、金相显微镜成像原理及使用方法（1）金相显微镜成像原理当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像.观察到的是经两次放大后的倒立虚像。
（2）高倍镜的使用方法1)选好目标：一定要先在低倍镜下把需进一步观察的部位调到中心，同时把物象调节到最清晰的程度，才能进行高倍镜的观察。
2)转动转换器,调换上高倍镜头,转换高倍镜时转动速度要慢，并从侧面进行观察(防止高倍镜头碰撞玻片)，如高倍镜头碰到玻片，说明低倍镜的焦距没有调好，应重新操作。
(3)调节焦距：转换好高倍镜后，用左眼在目镜上观察，此时一般能见到一个不太清楚的物象，可将细调节器的螺旋逆时针移动约0.5－1圈，即可获得清晰的物象(切勿用粗调节器!) 4）如果视野的亮度不合适,可用集光器和光圈加以调节。
如果需要更换玻片标本时，必须顺时针(切勿转错方向)转动粗调节器使镜台下降，方可取下玻片标本。
2、维氏硬度的试验原理和方法维氏硬度的试验是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值的。
材料成型及控制工程专业综合实验指导书实验一焊条电弧焊工艺1、实验目的与任务( 1) 比较不同类型焊条的焊接工艺性及对焊缝成形的影响。
( 2) 观察分析低碳钢熔化焊接头金相组织变化情况。
( 3) 分析焊接接头组织变化对机械性能的影响。
2、实验原理焊条电弧焊采用的焊条药皮类型有酸性、碱性、纤维素型和金红石型等。
不同药皮的焊条在焊接时表现出不同的工艺性。
比如, 酸性药皮中含有较多的稳弧物质和脱渣物质, 易于引弧, 电弧稳定, 飞溅小, 脱渣能力强, 焊缝成形美观。
但焊缝中氢的含量不易控制, 焊缝金属的冲击韧性一般。
碱性药皮焊条稳弧物质较少, 不易引弧, 电弧不稳, 易于断弧, 飞溅较大, 脱渣能力差, 焊缝成形也稍差。
但焊缝金属中氢含量低, 属低氢型焊缝, 冲击韧性高。
低碳钢电弧焊焊接接头包括焊缝金属、熔合区( 熔合线) 和热影响区三个主要区域。
其中, 焊缝金属为液态熔池结晶而成, 位于接头断面的中心, 其显微组织是典型的柱状晶。
熔合区为半熔化的母材结晶和冷却而成, 位于焊缝金属两侧, 与之紧密相连, 焊缝金属的柱状晶”镶嵌”于此。
热影响区是母材受到焊接热输入影响产生了组织形态变化的固态区, 紧邻熔合区, 向着远离焊缝中心的方向分别是过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。
过热区是母材在焊接时温度处于奥氏体区的高温区, 奥氏体严重长大, 冷却后得到的组织为粗大的铁素体+珠光体等轴晶, 其间夹杂着针状的魏氏组织; 正火区是母材在焊接时温度处于奥氏体均匀化的温度区间, 在空冷条件下发生相变, 相当于进行了一次正火热处理, 为均匀细小的铁素体+珠光体等轴晶; 部分相变区是母材在焊接时温度处于奥氏体-铁素体两相区的温度区间, 一部分铁素体发生了奥氏体相变, 冷却后得到组织不均匀的铁素体+珠光体组织; 再结晶区是母材在焊接时温度处于再结晶温度区, 轧制的带状组织发生了回复和再结晶, 成为均匀细小的等轴晶。
由于接头各部分组织形态的不同, 其力学性能也存在差异, 从焊缝中心向两侧测量其硬度, 硬度曲线将出现一个峰值, 峰值位置位于正火区, 说明该区域的力学性能指标较高。
金属材料工程专业 金属材料综合实验指导书
材料科学与工程学院 2015年8月 1
目 录 实验一 冷却速度对碳钢连续冷却转变组织及其性能的影响 第02页 实验二 淬火碳钢经不同温度回火后的显微组织和性能变化 第07页 实验三 热处理工艺对高速钢组织和性能的影响 第13页 实验四 碱性次磷酸盐化学镀镍 第19页 实验五 酸性次磷酸盐化学镀镍 第21页 实验六 钢铁的化学氧化 第24页 2
实验一 冷却速度对碳钢连续冷却转变组织及其性能的影响 一、实验目的 1．通过观察和分析碳钢在不同的冷却速度下发生的连续冷却转变，了解冷却速度对碳钢的显微组织和力学性质的影响规律，加深对钢的连续冷却转变曲线和淬火临界冷却速度等概念的理解； 2．熟悉碳钢的基本热处理工艺（退火、正火、淬火等）的操作要领； 3．掌握碳钢热处理温度的选定原则，加深对Fe-Fe3C相图的认识和理解； 4．了解奥氏体连续冷却转变动力学曲线的意义及其在制定热处理工艺时的应用。
三、实验原理 在实际生产中，零件在热处理时，奥氏体大多是在连续冷却过程中进行转变的。过冷奥氏体以不同冷却速度连续冷却时发生的转变，可用连续冷却转变曲线来表示。图1所示为45钢(0.45％C)的连续冷却转变曲线，可以代表连续冷却转变曲线的一般型式。
图1 45钢的连续冷却转变动力学曲线 从图l中可以看到代表不同冷却速度的冷却曲线、铁素体析出线，珠光体转变开始和终了线，贝氏体转变开始线和马氏体转变开始线。这些线将图形分割成不同的区域，即过冷奥氏体区、铁素体析出区、珠光体转变区，贝氏体转变区和马氏体转变区。在转变完成后，高温区转变产物是珠光体，中温区转变产物是贝氏体，低温区转变产物是马氏体，与等温转变基本相同。所不同的是，等温转变得到的组织产物是均匀的，而连续冷却转变是在一个温度范围内发生的转变过程，因此转变产物是不均匀的。在某些冷却速度条件下，会得到混合的组织。如45钢在一定的冷速下可得到“铁素体+细珠光体（即屈氏体）+贝氏体+马氏体”的混合组织。 奥氏体冷却转变时全部得到珠光体类型组织的最快的冷却速度叫做上临界冷却速度，冷却速度超过上临界冷却速度就开始有马氏体出现。奥氏体冷却转变时全部得到马氏体组织的最低的冷却速度叫做下临界冷却速度，即一般而言的临界冷却速度。因此，冷却速度低于上临界冷却速度得到不均匀的珠光体类型的组织，高于下临界冷却速度则全部得到马氏体组织。在上、下临界冷却速度之 3
间得到的为混合组织。在连续冷却转变曲线上，一般还标出个中冷却组织的转变量。此外，还给出不同冷却速度下冷却产物的硬度值。 碳钢的连续冷却转变曲线因含碳量不同而有所不同。由于碳是阻碍贝氏体转变的元素，因此在大于0.8％C的过共析钢中，没有中温贝氏体转变部分，只有高温和低温转变。在上下临界冷却速度之间的冷却速度下，在高温区，奥氏体先部分转变为珠光体，然后中止转变，在中温区不发生转变，直到Ms点以下才发生马氏体转变。 在共析钢中，可以发生少量的贝氏体转变，但数量较少，因此在有的共析钢的连续冷却转变曲线中常常被忽略而未画出。在低、碳钢中，贝氏体转变则是很明显的。 在实际生产中，钢的连续冷却转变有退火、正火和淬火等几种形式。 1．退火 常用的退火工艺有完全退火、球化退火、去应力退火等。完全退火的主要目的是改善组织、细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。一般常用于一些对强度要求不高的亚共析成分的碳钢及合金钢零件的最终热处理，也常作为某些重要零件的预先热处理。经过完全退火以后，亚共析钢的室温组织为“块状铁素体+珠光体”；球化退化的目的主要是改善组织、降低硬度、改善切削加工性，为后面的淬火做准备，以减少工件淬火时的变形和开裂。主要用于共析成分和过共析成分的碳钢及合金钢，它能使钢中的层片状珠光体和网状渗碳体发生球化，得到硬度更低韧性更好的粒状珠光体组织。在T12钢球化退火后的组织中，亮白色的圆颗粒为渗碳体，亮白色的基体为铁素体。画组织示意图时，只需画出圆颗粒渗碳体，其余的基体就是铁素体。 2．正火 正火与退火明显的区别就是冷却速度较快，得到的组织要比退火组织细。其主要目的是细化组织，适当提高硬度和强度，改善切削加工性能。一般用于普通结构件作为最终热处理，或作为低碳钢的预先热处理，或消除过共析钢中的网状渗碳体。在45钢正火组织中，亮白色的铁素体比退火组织明显减少，暗黑色的组织为细珠光体或屈氏体。在T12钢正火组织中，二次渗碳体不再是退火态中的网状，而是不连续的网状或颗粒状，画组织示意图时，先画出不连续网状或颗粒状的渗碳体，再画出珠光体组织。 3．淬火 淬火的主要目的是获得马氏体组织，提高零件的硬度和耐磨性，是发挥钢铁材料性能潜力的重要手段之一。将45钢加热到760℃（即AC1以上），保温一定时间后在水中冷却，即为不完全淬火。根据Fe-Fe3C相图可知，在此温度下，45钢中有部分铁素体尚未转变为奥氏体，因此淬火后得到的显微组织为在暗黑色板条马氏体和针状马氏体基体上分布着亮白色块状铁素体，画组织示意图时，可以先画出亮白色块状的铁素体，再画出呈平行束状的暗黑色板条马氏体和“人”字形针状马氏体基体。45钢经正常淬火即加热到860℃（即AC3以上），保温一定时间后在水中冷却，将获得暗黑色板条马氏体和针状马氏体的混合组织。若将淬火温度提高到1200℃，即过热淬火，此时由于奥氏体晶粒长得比较粗大，经淬火后将得到粗大板条马氏体和针状马氏体组织。将45钢加热到正常淬火温度，然后在油中冷却，则由于冷却速度较慢，将得到细小的暗黑色马氏体和沿原奥氏体晶界呈网状分布的黑色团状屈氏体。画组织示意图时，可先画出网状分布的黑色团状屈氏体，再画马氏体。 T12钢经正常温度760℃（即AC1以上）淬火后的显微组织为暗黑色细小的“人”字形针状马氏体和部分亮白色未溶的颗粒状渗碳体，在马氏体之间有一定数量的亮白色残余奥氏体。若将淬火温度提高到1000℃（即ACcm以上），即过热淬火，显微组织为暗黑色粗大的“人”字形针状马氏体和部分亮白色的残余奥氏体。
三、实验内容 1．钢的热处理 热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定的速度冷却下来的一种操作 4
方法，通过这样的工艺过程，钢的组织和性能将发生改变。 加热、保温的目的是为了获得成分均匀的细小的奥氏体晶粒。亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度的范围是AC3 + 30℃~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是AC1+30℃~50℃，过共析钢的正火温度是ACcm + 30℃~50℃。保温时间则根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。 碳钢的过冷奥氏体在AC1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的整合组织。依据片层的薄厚不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体—索氏体（S）和极细片状珠光体—屈氏体（T）之分，硬度随其片间距的减小（转变温度的降低）而增大。 碳钢的过冷奥氏体在550℃~350℃范围内发生上贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。在光学显微镜下，上贝氏体呈黑色羽毛状。碳钢的过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到的黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。 过冷奥氏体以超过临界速度快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体—马氏体。常见的马氏体类型有板条马氏体（碳 < 0.2%）、针（片）状（碳 > 1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2~1.0%）。 随转变温度的降低，碳钢会发生以上不同类型的组织转变并伴随着性能的变化。 2．硬度测试 洛氏硬度常用的标尺有HRA、HRB、HRC三种。其中，HRC适合于测定硬度较高的金属如淬火钢的硬度，选用金刚石压头，总载荷为150kgf。HRB适合于测定硬度较低的有色金属、退火及正火钢等的硬度，选用淬火钢球，总载荷为100kgf。HRA则适合于测定硬度极高的碳化物、硬质合金表面淬火等的硬度，选用金刚石压头，总载荷为60kgf。 3．金相试样制备 要在金相显微镜下对金属的组织进行观察和摄影，必须制备平整、光亮、清洁、无划痕、并且用适当的方法显示出真实组织的试样。试样制备通常包括一下几个步骤： （1）手工磨样 手持试样在金相砂纸上由粗到细磨制。磨制试样时用力要均匀，待磨面上旧磨痕消失，新磨痕均匀一致时，可更换细一号的砂纸，并且把试样转90º再磨。一般依次使用400号、600号、800号、1000号、1200号和1500号砂纸中的几种磨制即可。 （2）机械抛光 金相试样的机械抛光在专用的抛光机上进行，抛光织物（呢料、金丝绒等）固定在抛光盘上，洒以抛光粉悬浮液，试样则轻压在旋转的抛光盘上，依靠嵌在抛光织物中的抛光粉的磨削和滚压作用，得到平整、光亮无划痕的抛光面。 （3）化学浸蚀 在浸蚀剂的作用下，试样组织中电位低的部分成为阳极，电位高的部分成为阴极，因为阳极溶解较快而凹陷下去，从而显示出试样的组织特征。碳钢最常用的浸蚀剂为3~4%的硝酸酒精溶液。 4．组织观察与显微摄影 在光学显微镜下观察和分析组织，仔细选择典型的清洁无划痕的部位进行摄影。拍照时，组织的图像显示在计算机屏幕上，选好视场，调好焦距后，即可拍照并保存图像。
四、实验步骤 1. 每组从所给的几种碳钢牌号中取一种成分的钢材，用金相试样切割机切取若干高度约25mm的中碳圆柱形试样，分为8组，每组3个。对试样的两个端面进行初步打磨，使两个端面保持平行，并在试样侧面打上编号。
