综合项目工程材料及热加工试验参考指导书

工程材料和热加工实验指导书襄樊学院机械和汽车工程学院机械基础教研室试验一硬度试验一、试验目标1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计、里氏硬度计关键结构及操作方法。2、初步掌握布氏硬度值、洛氏硬度值、里氏硬度值测定方法。3、初步建立碳钢含碳量和其硬度间关系和热处理能改变材料硬度概念。二、试验概述硬度试验设备简单，操作快速方便，不需要专门制备试样，也不破坏被测试工件。所以，在工业生产中，被广泛应用于产品质量检验。另外，硬度值和其它力学性能及一些工艺性能（如切削加工性、冷成形性等）全部有一定联络，故在产品设计图样技术条件中，硬度是一项关键技术指标。现在，在测定硬度方法中，最常见是压入硬度法。其中以布氏硬度和洛氏硬度应用最广。它们试验原理全部是用一定几何形状压头在一定载荷下压入被测金属材料表面，依据压头被压入程度来测定其硬度值。1、布氏硬度布氏硬度试验方法是将一直径为D淬火钢球或硬质合金球在要求载荷F作用下压入被测试金属表面，停留一定时间后卸除载荷，在被测试金属表面上形成一个直径为d压痕。计算出压痕单位面积所承受平均压力，以此作为被测试金属布氏硬度值。但实际试验时全部是用读数显微镜测出压痕直径d，再依据d值，查对照表得出所测硬度值。当压头为淬火钢球时，硬度符号为HBS，适适用于布氏硬度值低于450金属材料；当压头为硬质合金球时，硬度符号为HBW，适适用于布氏硬度值为450～650金属材料。在进行布氏硬度试验时，应依据被测试金属材料种类和试样厚度，选择不一样大小球体直径D、施加载荷F和载荷保持时间。布氏硬度试验法因压痕面积较大，能反应出较大范围内被测试金属平均硬度，故试验结果较正确。但因压痕较大，不宜测试成品或薄片金属硬度。2、洛氏硬度洛氏硬度试验方法是以一个锥顶角为120°金刚石圆锥体或直径为1.588mm钢球为压头，在前后两次截荷（初载荷和主载荷）作用下，压入被测试金属表面，然后卸除主截荷，在保留初载荷情况下，测出由主截荷引发塑性变形压力深度h，再由h值确定洛氏硬度值。h值愈大时，被测试金属洛氏硬度值愈低；反之，则愈高。在实际试验时，全部是由硬度计指示器表盘上直接读出所测硬度值。洛氏硬度试验时，可用不一样压头和不一样主载荷组成不一样洛氏硬度标尺。最常见是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC适适用于测量硬度值高于230HBS较硬金属；HRB适适用于测量硬度值低于230HBS较软金属；HRA适适用于测量硬脆金属材料或浅层表面硬化金属。洛氏硬度试验操作快速简便，且压痕较小，能够测定成品或较薄金属硬度，故现在生产上应用广泛。退火状态碳钢硬度通常是伴随含碳量增加而逐步增加。3、里氏硬度●工作原理用要求质量冲击体在弹力作用下，以一定速度冲击试样表面，用冲头在距试样表面1mm处回弹速度和冲击速度比值计算硬度值。计算公式以下：HL＝1000×VB/VA式中：HL——里氏硬度值VB——冲击体回弹速度VA——冲击体冲击速度●适用范围碳钢、铸铁、合金钢●关键用途已安装机械或永久性组装部件。模具型腔。重型工件。压力容器、汽轮发电机组及其设备失效分析。试验空间很狭小工件。轴承及其它零件。要求对测试结果有正规原始统计。金属材料仓库材料区分。大型工件大范围内多处测量部位快速检验。三、试验设备及注意事项1、布氏硬度计布氏硬度试验关键设备有布氏硬度计和读数显微镜。常见布氏硬度计有液压式和机械式两大类。用机械式布氏硬度计试验时，先将试样放在工作台上，按顺时针方向转动手轮，使工作台上升至试样和压头接触，并在手轮打滑后，再开动电动机，经二级蜗轮蜗杆减速器减速后，驱动连杆和摇杆向下运动，此时压头在砝码经过大杠杆、小杠杆及压轴作用下，以一定大小载荷压入试样。停留一定时间后，电动机自动反转，曲柄连杆带动摇杆上升而卸除载荷。在关闭电动机后，反时针方向转动手轮，使工作台下降并取下试样。最终用读数显微镜测出压痕直径d，依据d大小查表即可求得布氏硬度值。2、洛氏硬度试验注意事项（1）清理试样表面。被测表面应无油脂、氧化皮、裂纹、凹坑、显著加工痕迹和其它外来污物。（2）依据试样材料选择压头及载荷。依据试样形状选择适宜工作台。工作台表面、试样支承面和压头表面均应清洁。（3）把试样稳固地放在硬度计工作台上，按洛氏硬度计操作次序进行试验，试验中心必需确保载荷平衡地垂直施加于试样测试表面，不得有冲击或震动。然后由指示器上读得硬度值并作好统计。（4）移动试样，并在另一位置继续进行试验，两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘距离通常不得小于3mm，前后共测三点，计算后两次试验得出硬度值平均值，并作好统计。3、里氏硬度计使用前准备和检验（1）在制备试样表面过程中，应尽可能避免因为受热、冷加工等对试样表面硬度影响。（2）被测表面过于粗糙，则会引发测量误差。所以，试样被测表面必需露出金属光泽，而且平整、光滑、不得有油污。（3）曲面：试样试验面最好是平面。当被测表面曲率半径R小于30mm试样在测试时应使用小支承环或异型支承环。（4）试样应有足够厚度四、试验材料布氏硬度试验退火状态低碳钢、中碳钢、高碳钢洛氏硬度试验淬火状态低碳钢、中碳钢、高碳钢里氏硬度试验铸钢、灰铸铁、铸铝合金五、试验步骤1、布氏硬度试验（1）清理试样表面。被测表面应是无氧化皮及外来污物光洁平面，以确保能正确测量压痕直径。（2）依据试样材料及厚度，按布氏硬度试验规范选择钢球压头直径、载荷大小及截荷保持时间。（3）把试样稳固地放在硬度计工作台上，按布氏硬度计操作次序进行试验，使试样表面留下一个压痕。试验时，应使载荷均匀平衡地垂直施加于试样测试表面，不得有冲击或震动。（4）移动试样后重做一次试验，使试样表面又留下一个压痕。为了使试验结果正确，相邻两压痕中心距离应大于压痕直径4倍；压痕中心距试样边缘距离大于压痕直径2.5倍；压痕直径d大小应在0.24D～0.6D范围内；压痕深度应小于试样厚度1/10。（5）自工作台上取下试样，用读数显微镜在相互垂直方向上测量压痕直径，然后计算其平均值并做好统计。（6）依据压痕直径d，查对照表求得各试样布氏硬度值。2、洛氏硬度试验步骤（1）硬度计试验程序HBRV－187.5型（2）将机身后端电源插头接上电源后，打开机身右侧下方光源开关，使在投影屏上能看到清楚影像。（3）依据试验要求选择压头（120°金刚石圆锥HRC），并将压头安装在主轴孔中，安装时应使压头肩部和主轴端面紧密接触，然后合适拧紧紧固螺钉。（4）依据试验需要选择试验负荷（150kgHRC），转动机身右侧变换旋钮，使所需负荷数字对正标识。（5）将手柄推向后方，然后将试样放在工作台上，转动手轮使试样试面和压头接触，继续转动手轮，使试样升高，直到投影屏上基线和左边刻度“100”靠近重合。（6）旋转投影屏下调整旋钮，使分划板上刻度100和投影屏横线重合。（7）拉动手柄，使主负荷缓慢施加在试样上，投影屏上刻线慢慢回行而停止在一定位置。（8）将手柄推向后方，使主负荷卸除，此时投影屏上横线对准标尺数字，即为洛氏硬度值（左边读HRC）。3、里氏硬度试验（1）装打印纸●用拇指和中指轻轻捏住打印仓盖两端长条棱状凸起部位，稍稍用力使打印仓盖向上旋起。向前上方按打印机搬把，使出纸口抬起并处于打开状态。●向打印仓中装入打印纸，拉起打印纸并对准朝向打印仓一端出纸口并装入。（2）开启●将冲击装置插头插入在仪器上冲击装置插口。●按键接通电源，仪器进入测量状态。（3）加载●向下推进加载套锁住冲击体；对于DC型冲击装置，则可将加载杆吸于试验表面，将DC型冲击装置插入加载杆，直到停止位置为止，此时就完成加截。●将冲击装置支承环紧压在试样表面上，冲击方向应和试验面垂直。（4）测量●按动冲击装置上部释放按钮，进行测试。此时要求试样、冲击装置、操作者均稳定，而且作用力方向应经过冲击装置轴线。●试样每个测量部位通常进行五次试验。数据分散不应超出平均值±15HL。（5）读取测量值（6）打印输出结果（7）按键关机六、试验汇报（1）洛氏硬度数值项目试验材料及其处理状态试验规范测得硬度值换算成布氏硬度值HBS压头总载荷F（kgf）硬度标尺第一次第二次第三次平均硬度值（2）里氏硬度试验结果处理用五个有效试验点平均值作为一个里氏硬度试验数据。TH160里氏硬度计探头型号：冲击方向：平均次数：材料：测量值：平均值：（3）分析碳钢含碳量和硬度间关系，并画出其关系曲线图。（4）分析热处理对硬度影响（5）比较多种硬度计原理及适用范围。试验二碳钢平衡组织分析及热处理后组织识别一、试验目标①了解金相试样制备过程及金相显微镜使用。②识别碳钢平衡组织显微特征并分析成份对组织影响。③明确化学成份和组织改变间关系，加深对Fe－Fe3C相图了解④识别碳钢热处理后显微组织特征及其相和组织组成物分布规律。二、金相试样制备。为了在金相显微镜下确切地、清楚地观察到金属内部显微组织，金属试样必需进行精心制备。试样制备过程包含取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。1、取样取样部位及观察面选择，必需依据被分析材料或零件失效特点、加工工艺性质和研究目标等原因来确定。比如，研究铸造合金时，因为它组织不均匀，应从铸件表面、中心等经典区域分别切取试样，全方面地进行金相观察。研究零件失效原因时，应在失效部位取样，并在完好部位取样，方便作比较性分析。对于轧材，如研究材料表层缺点和非金属夹杂物分布时，应在垂直轧制方向上切取横向试样；研究夹杂物类型、形状、材料变形程序、晶粒被拉长程度、带状组织等，应在平行于轧向切取纵向试样。在研究热处理后零件时，因为组织较均匀可自由选择断面试样。对于表面热处理后零件，要注意观察表面情况，如氧化层、脱碳层、渗碳层等。取样时，要注意取样方法，应确保不使试样被观察面金相组织发生改变。对于软材料可用锯、车等方法；硬材料可用水冷砂轮切片机切取或电火花线切割机切割；硬而脆材料（如白口铸铁），可用锤击；大件可用氧气切割，等等。试样尺寸不要太大，通常以高度为10mm～15mm，观察面边长或直径为15mm～25mm方形或圆柱形较为适宜。2、镶样通常试样不需镶样。尺寸过于细小，如细丝、薄片、细管或形状不规则，和有特殊要求（比如要求观察表层组织）试样，制备时比较困难，则必需把它镶嵌起来。镶样方法很多，有低熔点合金镶嵌、电木粉镶嵌、环氧树脂镶嵌、夹具夹持法等。现在通常多用电木粉镶嵌，采取专门镶样机。用电木粉镶嵌时要加一定温度和压力，这可使马氏体回火和软金属产生塑性变形。在这种情况下，可改用夹具夹持法。能够用环氧树脂加凝固剂来镶嵌试样，其配方以下：环氧树脂100g,磷苯二甲酸二丁脂20g,乙二胺20g。但必需停留7h～8h后方可使用。3、磨制1）粗磨软材料（有色金属）可用锉刀锉平。通常钢铁材料通常在砂轮机上磨平，磨样时应利用砂轮侧面，以确保试样磨平。打磨过程中，试样要不停用水冷却，以防温度升高引发试样组织改变。另外，试样边缘棱角如没有保留必需，可最终磨圆（倒角），以免在细磨及抛光时划砂纸或抛光布。2）细磨细磨有手工磨和机械磨两种。手工磨是用手拿持试样，在金相砂纸上磨平。中国金相砂纸按粗细分为01号、02号、03号、04号、05号多个。细磨时，依次从01号磨至05号。必需注意，每更换一道砂纸时，应将试样磨制方向调转90°，即和上一磨痕方向垂直，方便观察上一道磨痕是否被磨去。另外，在磨制软材料时，可在砂纸上涂一层润滑剂，如机油、汽油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入试样磨面。为了加紧磨制速度，减轻劳动强度，可采取在转盘上贴水砂纸预磨机进行机械磨光。水砂纸按粗细有200号、300号、400号、500号、600号、700号、800号、900号等。用水砂纸磨制时，要不停加水冷却，由200号逐次磨到900号砂纸，每换一道砂纸，将试样用水冲洗洁净，并调换90°方向。4、抛光细磨后试样还需进行抛光，目标是去除细磨时遗留下磨痕，以取得光亮而无磨痕镜面。试样抛光有机械抛光、电解抛光和化学抛光等方法。1）机械抛光机械抛光在专用抛光机上进行。抛光机关键由一个电动机和被带动一个或两个抛光盘组成，转速为200r/min～600r/min。抛光盘上旋转不一样材质抛光布。粗抛时常见帆布或粗呢，精抛时常见绒布、细呢或丝绸，抛光时在抛光盘上不停滴注抛光液，抛光液通常采取Al2O3、MgO或Cr2O3等粉末（粒度约为0.3μm－1μm）在水中悬浮液（每升水中加入Al2O3粉末5g～10g），或在抛光盘上涂以由极细金刚石制成膏状抛光剂。抛光时应将试样磨面均匀地、平正地压在旋转抛光盘上。压力不宜过大，并沿盘边缘到中心不停作径向往复移动。抛光时间不宜过长，试样表面磨痕全部消除而呈光亮镜面后，试抛光即可停止。样用水冲洗洁净，然后进行侵蚀，或直接在显微镜下观察。2）电解抛光电解抛光时把磨光试样浸入电解液中，接通试样（阳极）和阴极之间电源（直流电源）。阴极为不锈钢板或铅板，并和试样抛光面保持一定距离。当电流密度足够大时，试样磨面即产生选择性溶解，靠近阳极电解液在试样表面上形成一层厚度不均匀薄膜。因为薄膜本身含有较大电阻，并和其厚度成正比，假如试样表面高低不平，则突出部分薄膜厚度要比凹陷部分薄膜厚度薄此，所以突出部分电流密度较大，溶解较快，于是，试样最终形成平坦光滑表面。3）化学抛光化学抛光实质和电解抛光相类似，也是一个表层溶解过程，但它完全是靠化学溶剂对于不均匀表面所产生选择性溶解来取得光亮抛光面。它操作简便，抛光时将试样浸在抛光液中，或用棉花沾取抛光液，在试样磨面上往返擦洗。化学抛光兼有化学浸蚀作用，能显示金相组织。所以试样经化学抛光后可直接在显微镜下观察。除观察试样中一些非金属夹杂物或铸铁中石墨等情况外，金相试样磨面经抛光后，还须进行浸蚀。常见化学浸蚀来显示金属显微组织。对不一样材料，显示不一样组织，可选择不一样浸蚀剂。浸蚀时可将试样磨面浸入浸蚀剂中，也可用棉花沾浸蚀剂擦试表面。浸蚀深浅依据组织特点和观察时放大倍数来确定。高倍观察时，浸蚀要浅部分，低倍略深部分。单相组织浸蚀重部分，双相组织浸蚀轻些。通常浸蚀到试样磨面稍发暗时即可。浸蚀后用水冲洗。必需时再用酒精清洗，最终用吸水纸（或毛巾）吸干，或用吹风机吹干。三、金相显微镜基础原理及使用1、金相显微镜基础原理光学系统包含物镜、目镜及部分辅助光学零件。物镜和目镜分别由两组透镜组成。对着物体AB一组透镜组成物镜O1；对着人眼一组透镜组成目镜O2。现代显微镜物镜、目镜全部由复杂透镜系统组成。物镜使物体AB形成放大倒立实像A′B′（称中间像），目镜再将A′B′放大成仍倒立虚像A″B″，其位置恰好在人眼明视距离处（即距人眼250mm处），人眼在目镜中看到就是这个虚像A″B″。金相显微镜关键性能以下：1）金相显微镜放大倍数放大倍数由下式来确定：式中M——金相显微镜放大倍数；——物镜放大倍数；——目镜放大倍数；——物镜焦距；——目镜焦距；L——金相显微镜光学镜筒长度；D——明视距离（250mm）、越短或L越长，则金相显微镜放大倍数越大。在使用时，显微镜放大倍数就是物镜和目镜放大倍数乘积。2）金相显微镜判别率金相显微镜判别率是指它能清楚地分辨试样上两点间最小距离d能力。在一般光线下，人眼能分辨两点间最小距离为0.15mm～0.30mm，即人眼判别率d为0.15mm～0.30mm，而显微镜当其有效放大倍数为1400倍时，其判别率d为0.21μm。显然d值越少，判别率就越高。判别率是显微镜一个最关键性能。显微镜判别率取决于使用光线波长和物镜数值孔径，和目镜无关，光线波长可经过滤色片来选择，蓝光波长（λ＝0.44μm）比黄绿光（λ＝0.55μm）短，所以判别率较黄绿光大25％。当光线波长一定时，可经过改变物镜数值孔径来调整显微镜判别率。3）物镜数值孔径数值孔径A表示物径集光能力。A＝nsinφ式中n——物镜和试样之间介质折射率；φ——物镜孔径角二分之一n越大或φ角越大，则A越大。因为φ总是小于90°，所以在空气介质（n＝1）中使用时，A一定小于1，这类物镜称干系物镜。当物镜和试样之间充满松柏油介质（n＝1.5时），A值最高可达1.4。这就是显微镜在高倍观察时用油浸系物镜（简称油镜头）。每个物镜全部有一个设计额定A值，它标刻在物镜体上。4）放大倍数、数值孔径、判别率之间关系显微镜同一放大倍数可由不一样倍数物镜和目镜来组合。如45倍物镜乘10倍目镜或15倍物镜乘30倍目镜全部是450倍，所以对于同一放大倍数，存在着怎样合理选择物镜和目镜问题。这里，应该首先确定物镜，然后依据计算选定目镜，并必需使显微镜放大倍数在该物镜数值孔径500～1000倍之间，即M＝（500～1000）A这个范围称有效放大倍数范围。若M＜500A，则未能充足发挥物镜判别率。若M＞1000A，则造成虚伪放大，细微部分将分辨不清。5）透镜成像缺点（1）球面像差当来自A点单色光（即一定波长光线）经过透镜后，因为透镜表面呈球形，光线不能交于一点，而使放大后像模糊不清。此现象称为球面像差。降低球面像差措施，除了制造物镜时采取不一样透镜组合进行必需校正外，在使用显微镜时，也可采取调整孔径光栏，合适控制入射光束粗细，降低透镜表面面积等方法，把球面像差降低到最低程度。（2）色像差白色光是由7种单色光组成，当来自A点白色光经过透镜后，因为各单色光波长不一样，折射率不一样，使光线折射后不能交于一点。紫光折射最强，红光折射最弱，结果使成像模糊不清。此现象称为色像差。消除色像差方法，一是制造物镜时进行校正。依据校正程序，物镜可分为消色差物镜和复消色差物镜。消色差物镜常和一般目镜配合，用于低倍和中倍观察；复消色差物镜和赔偿目镜配合，用于高倍观察。二是使用滤色片得到单色光。常见滤色片有蓝色、绿色或黄色等。2、金相显微镜结构金相显微镜种类和形式很多，但最常见形式有台式、立式和卧式三大类。金相显微镜结构通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。有显微镜还附带有摄影摄影装置。现以国产XJP－3A型双目金相显微镜为例进行说明。由灯泡发出一束光线经过聚光镜组1及反光镜，被会聚在孔径光栏上，然后经过聚光镜组2，再将光线聚集在物镜后焦面上。最终光线经过物镜，用平行光照明样品，使其表面得到充足均匀照明。从物体表面上散射成像光线，复经物镜、辅镜物镜片1、半透反光镜、辅助物镜片2、棱镜，造成一个物体放大实像。该像被目镜再次放大。XJP－3A型双目金相显微镜采取倒置式。其优点是：结构紧凑，体积较小；重心低，安放稳定；目镜筒成45°倾斜，观察舒适。因为试样放在载物片上（试样被观察表面和截物片上表面重合），其观察面肯定垂直于光轴，而且和试样高度无关，所以操作较方便。其各部分结构分述以下：1）底座组底座后端装有低压灯泡作为光源，利用灯座孔上面两边斜向部署两个滚花螺钉，可使灯泡作上下和左右移动；转松压有直纹偏心圈，灯座就可带着灯泡前后移动，然后转紧偏心圈，灯座就可坚固在灯座孔内。灯前有聚光镜，反光镜和孔径光栏组成部件，这组装置是照明系统一部分，其它还有视场光栏及另外安装在支架上聚光镜。经过以上一系列透镜及物镜本身作用，从而使试样表面取得充足均匀照明。2）调焦机构粗动、微动调焦机构采取是同轴式调焦机构。粗动调焦手轮和微动调焦手轮是安装在粗微动座两侧，在仪器下部。旋转粗动调焦手轮，能使载物台快速地上升或下降，旋转微动调焦手轮，能使载物台作缓慢上升或下降，这是物镜正确调焦所必需。在粗调旋钮一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台位置。微动旋钮转动内部一组齿轮，使其沿着滑轨缓慢移动。在右侧旋钮上刻有分度，每小格表示微动升降2μm，估读值为1μm。镜体齿轮上刻有两条白线，相连支架上有一条白线，用以表示微动升降极限位置。微调时不可超出这一范围。不然将会损坏机件。3）物镜转换器旋动转换器可使物镜镜头进入光路，转换器呈球面形，上面有三个螺孔，可安装不一样放大倍数物镜，用手指捏住转换器外圆，转动转换器，就可实现更换不一样倍数物镜，并和不一样目镜搭配使用，即取得多种放大倍数。4）载物台XJP－3型载物台采取是手推式，方形（其前方带弧形）结构，和仪器主体协调。载物台连接面采取粘性油膜和托盘联结。用双手拇指和食指按住载物台两侧，轻轻用力推进，就可使载物台前后、左右在水平面上作一定范围移动，以改变试样观察部位。载物台和托盘之间有四方导架，目标是避免载物台滑出托盘之外。载物台上可安装试样压片组，用以压紧试样。XJP－3A双目金相显微镜采取机械移动式载物台，使用更为方便。5）物镜和目镜XJP－3型双目显微镜是采取消色差物镜（40×为半平场消色差物镜）配合平场目镜（5×为惠更斯目鏡）可取得良仿佛质。XJP－3A型双目金相显微镜是采取平场消色差物镜（100×为半平场消色差物镜）配合平场目鏡（5×为惠更斯目镜），像面平坦，像质更佳，观察更为舒适，摄影质量更高。XJP－3、XJP－3A型双目金相显微镜配是双筒目镜组。6）孔径光栏和视场光栏孔径光栏装在照明反射镜座上面，刻有0～5分刻线，它表示孔径大小毫米数。视场光栏装在物镜支架下面，能够旋转滚花套圈来调整视场光栏大小。在套圈上方有两个滚花螺钉，用来调整光栏中心。经过调整孔径和视场光栏大小，能够提升最终映像质量。表一中列出了XJP－3A型金相显微镜物镜和目镜不一样配合情况下放大倍数。表一XJP－3A型金相显微镜放大倍数光学系统目镜物镜5×10×12.5×干燥系统10×50×100×125×干燥系统40×200×400×500×油浸系统100×500×1000×1250×3、显微镜使用注意事项金相显微镜是珍贵精密光学仪器，在使用时必需十分珍惜，自觉遵守试验室规章制度和操作程序。1）首次操作显微镜前，应首先了解显微镜基础原理、结构和各关键附件作用等，并要了解显微镜使用注意事项。2）金相试样要洁净，不得残留有酒精和浸蚀剂，以免腐蚀物镜透镜。使用时不能用手触摸透镜。擦镜头要用镜头纸。3）照明灯泡电压通常为6V。必需经过降压变压器使用，千万不可将其灯炮插入直接插入220V电源，以免烧毁灯泡。4）操作要细心，不得有粗暴和猛烈动作。安装、更换镜头及其它附件时要细心。严禁拆卸显微镜和镜头等关键附件。5）调焦距时应先将载物台下降，使样品尽可能靠近物镜（不能接触），然后用目镜观察。先用双手旋转粗调焦旋钮，使载物台慢慢上升，待看到组织后，再调整微调焦旋钮直至图像清楚为止。6）使用时如出现故障应立即汇报老师，不得自行处理。7）使用完成，关闭电源。将显微镜恢复到使用前状态，盖上仪器罩，经老师检验无误后，方可离开试验室。四、试验原理及概述认识铁碳合金平衡组织是分析判别钢铁材料质量及性能基础，所谓平衡组织是指铁碳合金以极为缓慢冷却速度冷至室温所得到组织，在通常工业生产及试验条件下，经退火碳钢组织能够看成是平衡组织。由Fe－Fe3C相图能够看出，铁碳合金室温平衡组织组成物有铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体而组成相关键是铁素体，渗碳体（含Fe3CI、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共晶、Fe3C共析等五种）两个基础相。对于含碳量不一样铁碳合金，因为铁素体和渗碳体析出条件、质量分数、形态和分布全部不一样，从而使其经WHNO3＝4％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下表现出不一样显微形貌。1、碳钢及白口铁中基础相及组成物显微形貌。（1）铁素体在亚共析钢成份范围内，含碳量较低时铁素体呈白色块状若Wc≈0.6%，则铁素体会由白色块状变成白色断续网状。（2）渗碳体一次渗碳体呈白色条带状分布在莱氏体之间；二次渗碳体是从奥氏体晶界上析出，当奥氏体转变成珠光体后，二次渗碳体便呈白色（或黑色）连续网状分布在珠光体边界上；三次渗碳体分布在铁素体上会变成黑褐色，铁素体仍呈白色。这么就能够区分铁素体和渗碳体。（3）珠光体在珠光体中铁素体和渗碳体全部为片层状，因二者边界易腐蚀，在显微镜分辨率较低情况下，看到只是较密黑条和白条相间排布形貌（称层状珠光体），若放大倍率较低，条间分不清楚，珠光体就表现为黑色块状。（4）莱氏体室温下，莱氏体是珠光体和渗碳体机械混合物，渗碳体含Fe3C共晶及Fe3CⅡ二者没有边界，连成一体，呈白亮色基体，珠光体则呈黑色点状，短条状及小块状。2、灰铸铁显微形貌灰铸铁显微组织可依据其基体和石墨形态来判别，灰铸铁基体有铁素体基，珠光体基及铁素体十珠光体基三类，石墨形态关键有片状，球状及团絮状多个。①一般灰铸铁一般灰铸铁基体有铁素体，铁素体十珠光体，珠光体，其石墨为片状。②球墨铸铁球墨铸铁基体也有三类，和一般灰铸铁相同，其石墨为球状。③可锻铸铁可锻铸铁基体为铁素体，珠光体两类，其石墨为团絮状。五、多种金属材料组织及分析1、碳素钢室温下平衡组织及分析①亚共析钢：20钢，45钢a、材料：20钢状态：退火浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：20钢在显微组织中，白色块状为铁素体，暗色层片状为珠光体，组织组成物铁素体和珠光体质量分数依据杠杆原理分别为F%=74.1%P%=25.9%相组成物为F和Fe3C，其质量分数分别为：F％＝97％Fe3C％＝3％b、材料：45钢状态：退火浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：黑色块状部分为珠光体，白色块状部分为铁素体，组成物铁素体和珠光体质量分数为：F%＝41.6%P%＝58.4%②共析钢材料：T8钢状态：退火浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：片状为珠光体，即铁素体和渗碳体成层片状相间排列，形如指纹，室温下组织组成物为珠光体，则P％＝100％，相组成物为铁素体和渗碳体，质量分数分别为：F%＝88.5%Fe3C%＝11.5%③过共析钢材料：T12状态：退火浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：基体为片状珠光体，晶界上白色网状为二次渗碳体（因为放大倍数低，片状珠光体未能显示出来），组织组成物为Fe3CⅡ和P，其质量分数分别为：Fe3CⅡ％＝7％P％＝93％2、碳钢热处理组织①材料：45钢状态：调质（淬火＋高温回火）浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：回火索氏体在白色铁素基体上分布着细小线黑色片状渗碳体。②材料：T12钢状态：淬火后低温回火浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：回火马氏体及残余奥氏体③材料：20钢状态：渗碳浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：低碳钢经渗碳后表层含碳量增高，成为过共析成份，在该层组织中，白色网络状全部分为二次渗碳体，黑色部分为片状珠光体，由表层向里，含碳量逐步降低，组织为共析组织，并过渡到亚共析组织，再向里即为原材料20钢组织。3、铸铁组织观察①材料：灰口铸铁（HT）状态：铸态浸蚀剂：4％销酸酒精溶液组织及说明：在线黑色细片状珠光体上分布着片状石墨②材料：球墨铸铁（QT）状态：铸态浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液组织及说明：在白色铁素体及浅黑色珠光体基体上分布着球状石墨4、其它材料组织说明材料状态浸蚀剂放大倍数组织及说明亚共晶白口铸铁铸态4％硝酸酒精溶液400×基体为共晶莱氏体组织，黑色枝晶状组织为珠光体系共晶白口铸铁铸态4％硝酸酒精溶液400×共晶莱氏体组织，白色基体为共晶渗碳体黑色圆粒及长条为珠光体过共晶白口铸铁铸态4％硝酸酒精溶液400×在黑色回火马氏体基体上分布着白色粒状碳化物W18Cr4V淬火后低温回火4％硝酸酒精溶液500×在黑色回火马氏体基体上分布着白色粒状碳化物H62黄铜退火4％硝酸酒精溶液200×白色部分为固溶体，黑色部分为β固溶体六、试验汇报分析讨论合金成份、组织、性能间关系。1、绘出碳素钢室温下平衡组织，并标注材料名称、状态、浸蚀剂、放大倍数和组织说明（用箭头标明图中各个组成物名称）亚共析钢：20钢45钢共析钢：T8过共析钢T122、碳钢在热处理状态下组织特征及性能分析。3、珠光体组织在低倍观察和中倍观察时有何不一样？为何?试验三碳钢热处理一、试验目标（1）了解一般热处理（退火、正火、淬火、回火）方法。（2）分析碳钢热处理时冷却速度及回火温度对其组织和硬度影响。（3）分析碳钢含碳量对淬火后硬度影响。（4）观察碳钢在一般热处理后组织，并识别其组织特征。（5）加深认识碳钢成份、热处理工艺和其组织、性能间关系。二、试验概述钢热处理是指将钢在固态下施以不一样加热、保温和冷却，以改变其组织和性能一个工艺。一般热处理有退火、正火、淬火及回火等。（一）碳钢热处理工艺1、加热温度碳钢一般热处理加热温度，在生产中，应依据工件实际情况作合适调整。热处理加热温度不能过高，不然会使工件晶粒粗大，氧化，脱碳严重，变形、开裂倾向增加。但加热温度过低，也达不到要求。2、加热时间热处理加热时间（包含升温时间和保温时间）和钢成份、原始组织、工件尺寸和形状、使用加热设备和装炉方法及热处理方法等很多原因相关。所以，要确切计算加热时间是比较复杂。在试验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：t=α×D式中t――加热时间（min）α――加热系数（min/mm）D――工件有效厚度（mm）当碳钢工件有效厚度D≤50mm，在800-960℃箱式电阻加热炉中加热时，α＝1-1.5（min/mm）。回火保温时间，要确保工件穿透加热，并使组织充足转变。组织转变时间通常小于0.5h，但穿透加热时间则随回火温度、工件有效厚度、装炉量及加热方法而异。生产中，通常为1-3h。因为试验所用试样较小，故可用0.5h。3、冷却方法钢退火通常采取随炉冷却到600℃以下再出炉空冷。正火采取空气中冷却。淬火时，钢在过冷奥氏体最不稳定范围内（650-500℃）冷却速度应大于马氏临界冷却速度，以确保工件不转变为珠光体型组织；而在Ms周围冷却速度应尽可能低，以降低淬火内应力，降低工件变形和开裂。所以，淬火时除了要选择适宜淬火冷却介质外，还应改善淬火方法。对形状简单单液淬火法，碳钢用水或盐水溶液作冷却介质，合金钢常见油作冷却介质。回火通常在空气中冷却。（二）碳钢热处理后组织和性能1、珠光体型组织它是过冷奥氏体高温（Ar1和C曲线鼻尖）转变产物。随奥氏体冷却时过冷度增加，依次得到珠光体、索氏体、托氏体。它们全部是铁素体和渗碳体层状细密混合物，但铁素体和渗碳体片层间距离依次变小，使强度和硬度递增。因为正火冷却速度较快，过冷度较大，所以发生了伪共析转变，使组织中珠光体量增多，片层间距减小。托氏体是极细珠光体，在光学金显微镜下不能分辨其层状形态，易浸蚀成黑色团絮状。2、贝氏体型组织它是过冷奥氏体中温（C曲线鼻尖至Ms处）转变产物。上贝氏体和下贝氏体是同含碳过饱铁素体和渗碳体组成两相混合物。上贝氏体在光学显微镜下呈羽毛状。下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针片状。下贝氏体性能和上贝氏体相比较，它不仅含有较高硬度、强度和耐磨性，而且下贝氏体韧性和塑性均高于上贝氏体。3、马氏体组织它是过冷奥氏体低温（Ms以下）转变产物。马氏体是碳在α－Fe中过饱和固溶体。低碳马氏体组织呈板条状，它不仅含有较高强度和硬度，同时还含有良好塑性和韧性。高碳马氏体组织呈针片状，性能硬而脆。通常，共析钢和过共析钢在正常加热淬火后，得到马氏体是很细小，在光学显微镜下不易分辨出它形态。4、回火组织淬火组织为马氏体（带有少许残余奥氏体）碳钢，在低温回火后取得回火马氏体。它是由含碳过饱和α固溶体和其共格η碳化物组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体针片状或板条状形态，但因为在过饱和α固溶体上分布着大量高度弥散η碳化物，使回火马低体比淬火状态马氏体轻易被腐蚀，故在光学显微镜下呈暗黑色。回火马氏体性能基础上和淬火马氏体相同，但脆性较低。中温回火取得回火托氏体。它是由还未发生再结晶铁素体和弥散分布极细粒状渗碳体组成。这些极细粒状渗碳体在光学显微镜下无法分辨，且因铁素体还未再结晶，故仍保持原来马氏体形态。回火托氏体含有高屈服点、弹性极限和很好韧性。高温回火得到回火索氏体，它是由已再结晶铁素体和细粒状渗碳体所组成。因为铁素体已发生再结晶，故基础上已失去马氏体形态。在放大500倍以上情况下，能够看到渗碳体微粒。回火索氏体含有优良综协力学性能。回火温度更高时，形成回火珠光体，它是由多边形铁素体和较大粒状渗碳体组成，其光学显微组织