金相组织分析实验.doc

工程材料及机械制造基础实验指导书南京农业大学工学院机械工程系机械制造教研室编2006年10月目 录实验一 金属材料的硬度实验1实验二 金相显微镜的使用和金相试样的制备9实验三 铁碳合金平衡组织观察19实验四 碳钢的热处理及显微组织观察25实验五 合金钢、铸铁、有色金属显微组织观察33附表I 压痕直径与布氏硬度对照表40附表II 布洛维硬度换算表41工程材料及机械制造基础实验指导书实验一 金属材料的硬度实验一、实验目的 了解硬度测定的基本原理和应用范围。 了解布氏、洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法。 掌握金属材料布氏、洛氏硬度的测量方法。二、实验原理硬度是金属材料力学性能指标中最常用的指标之一，表征金属材料在局部体积内抵抗变形或破裂的能力。金属材料的硬度虽然没有确切的物理意义，但是它不仅与材料的静强度、疲劳强度存在近似的经验关系，还与其冷成形性、切削性、焊接性等工艺性能问也存在某些关系。因此硬度值对于控制材料冷热加工工艺质量也有一定的参考意义。对于玻璃、陶瓷等脆性材料，硬度还与材料的断裂韧度存在一定的经验关系。此外，表面硬度和显微硬度实验反映了金属表面及局部范围内的力学行为，因此可以用于检验材料表面或鉴别微区组织。硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是把一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。硬度实验是金属力学性能实验中最迅速、最简单易行的方法，可对零件直接检验，损伤小，属于非破坏性实验。 金属的硬度与强度指标之间有以下近似关系： 式中 b材料的抗拉强度值； HB布氏硬度值；K系数。退火碳钢K：0.340.36；合金调质钢K0.330.35；有色金属合金K：0.330.53。1 布氏硬度金属布氏硬度实验按金属布氏硬度实验方法(GBT231.12002)进行，其原理如图1-1所示，用一定直径的淬火钢球或硬质合金球，以规定负荷压入被测材料表面，经规定保荷时间后卸除负荷，测量试样表面的压痕直径，计算试样上钢球压痕的球形面积所承受的平均压力(kgfmm。)即布氏硬度值，用HBS(淬火钢球)或HBW(硬质合金球)表示。因为压痕表面积等于、钢球直径D于压痕深度h的乘积（S=Dh）。但由于压痕深度较难测量，所以将h转换为压痕直径d:即：式中：F为通过球压头施加在试样表面上的负荷(kgf，1 kgf=9.8 N)；D为球压头的直径(mm)；d为压痕直径(mm)。 图1-1 布氏硬度实验原理图当所用钢球压头直径为10 mm，在29.43 kN(3 000 kgf)负荷保持10 s测定硬度时，其布氏硬度值以符号HBS表示，例如HBS400、HBS300等。在其他实验条件下，符号应在右下角注明球的直径，负荷大小及保持时间。例如：100HBS5/250/30表示5 mm直径的钢球在2.45 kN(250kgf)下保荷30 s时所测得的布氏硬度值为100。表1-1布氏硬度实验规范材料硬度/HBS试样厚度/mmF/D2D/mmF/N载荷保持时间/s钢铁材料14045063301029 400104257 35022.51 837.5610109 800106352 450610109 800306352 45062.5102