工程材料实验.docx
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工程材料实验
工程材料I实验
实验一钢的热处理(水冷+空冷+油冷)
实验二金相试样的制备
实验三金相显微镜的原理及使用
实验四热处理后的显微组织观察
实验五碳钢热处理后的硬度测试
实验六硬度计的原理及使用
实验二 金相试样的制备
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;
二、实验仪器及材料
1.仪器:
台式金相显微镜、砂纸、抛光机、吹风机等。
2.材料;待磨试样每人一块;各号金相砂纸一套;腐蚀剂;4%硝酸酒精;制备好的45钢试样,滴管。
三、实验原理
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:
⑴取样:
试样尺寸通常采用直径为12㎜,高12㎜的圆柱体式样。
⑵镶嵌:
当试样的尺寸太小时,直接用手来磨制很困难,需要使用试样夹或利用样品镶嵌机,把试样镶嵌在低熔点合金和塑料中。
⑶磨制:
分粗磨和细磨两道工序。
粗磨通常在砂轮机上进行;细磨在一套粗细不同的金相砂纸上由粗到细依次进行的。
每更换一号砂纸时,需将试样的研磨方向与上一道磨痕方向垂直,直到将上一号砂纸所产生的磨痕全部消失为止。
⑷抛光:
细磨后进行抛光,只要是去除细磨时留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。
金相试样的抛光方法一般可分为机械抛光、电解抛光和化学抛光。
本实验中只使用了机械抛光。
机械抛光:
机械抛光可分为粗抛和细抛两个步骤,均在抛光机上进行。
粗抛时转速要高些,细抛或抛软材料时转速要低些,所用抛光材料由抛光布和抛光粉,抛光布蒙在抛光盘上,不同要求应适当选用不同的抛光布。
粗抛时常用帆布、粗呢等,精抛时常用绒布、细呢、丝绸等。
机械抛光的方法及注意事项如下:
A.抛光粉要配制成抛光液使用,比例大约为 水:
粉=20:
1 左右。
B.抛光时应使试样磨面均衡地压在旋转着地抛光盘上,压力不宜过大,并应使试样沿抛光盘的半径方向从中心到边缘来回移动。
C. 抛光过程中要不断注入适量的抛光液,抛光布上的抛光液不宜太多或太少,以试样表面提起后几秒内能干为宜。
D.抛光后期,应使试样在抛光盘上各方向转动,以防止钢中夹杂产生拖尾现象。
E.抛光时间不宜过长,以防抛光表面层金属变形。
(5).化学浸蚀:
经抛光后而没有浸蚀的试样在显微镜下除了能观察到非金属夹杂物(石墨、氧化物、硫化物等)及其本身所具有的孔洞、裂纹等缺陷之外,看不到金属内部的组织,必须经过浸蚀。
利用化学浸蚀剂,通过化学或电化学作用显示金属的组织:
浸蚀方法:
将已抛光好的试样磨面先用轻水冲洗干净,然后用酒精棉清擦一遍,再将试样浸入浸蚀剂中,或用镊子夹着蘸上浸蚀剂的棉球擦其磨面。
浸蚀的时间依不同合金及不同组织而定,一般碳钢和铸铁浸蚀的时间大约在 10~15 秒内即可。
用自来水冲洗干净,吹干,将浸蚀完的试样放在显微镜下,就可以观察到金属内部的显微组织。
化学浸蚀剂种类很多,一般碳钢及铸铁所用浸蚀剂为4%的硝酸酒精。
(6)电子摄像技术
将磨好的金相试样放在显微镜的载物台上,选好放大倍数以后,调整粗调手轮和微调手轮,直接在与显微镜相连的电脑显示屏幕上调清楚焦距,获得清晰的金相图片。
四、试验步骤
1.每人领取试样一块、金相砂纸一套、玻璃板一块;
2.将已粗磨好的显微试样一次在各号砂纸上细磨;
3.细磨过的试样,经指导教师检查合格后进行抛光;
4.用化学试剂浸蚀试样的抛光磨面,并在显微镜下观察其显微组织,熟悉显微镜的操作基本规程;
5.辨认试样的金相组织,确定试样的型号。
五、45钢(空冷)金相组织图
放大倍数(12.5*10)放大倍数(12.5*40)
实验五碳钢热处理后的硬度测试
测量金属的硬度,是热处理生产中最常使用的质量检测方法之一。
本次试验用洛氏硬度试验方法。
1、实验目的:
掌握洛式硬度的试验方法及应用范围。
2、硬度测试的原理:
压头通过杠杆在一定载荷作用下使压头压入试样内部,测量压入深度来表征材料硬度。
三、实验仪器及材料
1 仪器:
洛氏硬度计
2 材料;直径为12㎜,高12㎜的圆柱体45钢试样
四、洛氏硬度试验内容
洛氏硬度试验是压入硬度法中的一种,是以压痕深度大小表示材料的硬度值的。
它的压痕较小,可测量较高和较低的硬度,可直接读数,操作方便,生产检验效率高为热处理车间产品检验主要方法之一。
洛氏硬度试验操作方法
① 取平行面,对试样进行处理;
② 手匀,接触;
③ 加初载荷980N(由于缩松缩孔的存在,保证结果准确统一),小指针由黑点转至红点;
④ 旋转指针表盘使大指针对准表盘0点;
⑤ 将操作手柄推向后方;
⑥ 当大指针停转后,扳回手轮卸除主负荷,大指针回转一段距离,此时,大指针所指数字即为洛氏硬度值;
⑦ 下降丝杆取下试样,试验完毕。
5、实验数据记录
不同方式冷却后的硬度测试(单位;HRB)
1
2
3
4
5
6
平均值
空冷
36.0
36.4
36.0
34.5
37.5
37.0
36.2
油冷
66.2
65.1
67.6
68.4
67.1
66.8
66.8
水冷
79.5
81.0
79.5
81.0
79.5
82.0
80.5
原始态
36.5
40.5
36.7
31.5
32.5
33.5
35.0
数据分析;
热处理过程中的加热和冷却速度是非常重要的。
冷却速度则须视不同的热处理方法而各异。
冷却速度从大到小依次为:
水冷、油冷、空冷。
冷却速度不一样,得到的组织不一样,水冷产物是索氏体(25-35HRC)油冷产物是屈氏体+马氏体+残余奥氏体(45-55HRC)空冷产物是马氏体(55-65HRC)。
马氏体的硬度很高,马氏体质量分数越大金属越硬。
所以水冷处理的式样硬度最大,而空冷得到的试样硬度最小。
实验六硬度计的原理及使用
一、实验目的:
1.掌握硬度计的原理、构造。
2.学会洛氏硬度计的使用。
二、洛氏硬度的测量原理
洛氏硬度测量法是最常用的硬度试验方法之一。
它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下,压入材料的塑性变形浓度来表示的。
通常压入材料的深度越大,材料越软;压入的浓度越小,材料越硬。
图14-1表示了洛氏硬度的测量原理。
图中:
0-0:
未加载荷,压头未接触试件时的位置。
1-1:
压头在预载荷P0(98.1N)作用下压入试件深度为h0时的位置。
h0包括预载所相起的弹形变形和塑性变形。
2-2:
加主载荷P1后,压头在总载荷P=P0+P1的作用下压入试件的位置。
3-3:
去除主载荷P1后但仍保留预载荷P0时压头的位置,压头压入试样的深度为h1。
由于P1所产生的弹性变形被消除,所以压头位置提高了h,此时压头受主载荷作用实际压入的浓度为h=h1-h0。
实际代表主载P1造成的塑性变形深度。
h值越大,说明试件越软,h值越小,说明试件越硬。
为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念,人为规定,用一常数K减去压痕深度h的数值来表示硬度的高低。
并规定0.002mm为一个洛氏硬度单位,用符号HR表示,则洛氏硬度值为:
(14-1)
此值为无量纲数。
测量时可直接在表盘上读出。
表盘上有红、黑两种刻度,红色的30和黑色的0相重合。
使用金刚石圆锥压头时,常数K为0.2mm,硬度值由黑色表盘表示,此时
(14-2)
使用钢球(Φ=1.588mm)压头时,常数K为0.26mm,硬度值由红色表盘表示,此时
(14-3)
洛氏硬度计的压头共有5种,其中最常用的有两种:
一种是顶角为120°的金刚石圆锥压头,用来测试高硬度的材料;另一种是直径为的淬火钢球,用来测软材料的硬度。
对于特别软的材料,有时还使用直径为、、的钢球作压头,不过这几种比较少用。
为了扩大洛氏硬度的测量范围,可用不同的压头和不同的总载荷配成不同标度的洛氏硬度。
洛氏硬度共有15种标度供选择,它们分别为:
HRA,HRB,HRC,HRD,HRE,HRF,HRG,HRH,HRK,HRL,HRM,HRP,HRR,HRS,HRV。
其中常用的几种标度列表如下:
表14-1各种洛氏硬度值的符号及应用
标度符号
压头
总载荷
N(kg)
表盘上
刻度颜色
常用硬度
值范围
应用举例
HRA
金刚石圆锥
588.6(60)
黑色
70~85
碳化物、硬质合金、表面淬火钢等
HRB
1.588mm钢球
981(100)
红色
25~100
软钢、退火钢、铜合金
HRC
金刚石圆锥
1471.5(150)
黑色
20~67
淬火钢、调质钢等
HRD
金刚石圆锥
981(100)
黑色
40~77
薄钢板、中等厚度的表面硬化工件
HRE
3.175mm钢球
981(100)
红色
70~100
铸铁、铝、镁合金、轴承合金
HRF
1.588mm钢球
588.6(60)
红色
40~100
薄板软钢、退火铜合金
HRG
1.588mm钢球
1471.5(150)
红色
31~94
磷青铜、铍青铜
HRH
3.175mm钢球
588.6(60)
红色
铝、锌、铅
三、洛氏硬度计的构造
洛氏硬度计种类很多,构造各不相同,但构造原理及主要部件都相同。
图14-2表示了洛氏硬度计的机构构造原理,其他静力载荷测定法的硬度计的构造原理基本与此相同。
图14-3为硬度计的外形图。
图14-2洛氏硬度计机构示意图图14-3硬度计外形图
1-压头②-载荷法码③--主杠杆④-测量杠杆①--读数百分表②--装压脑处
⑤-表盘⑥-缓冲装置⑦--载物台⑧-升降丝杠③-载物台④--升降丝杠手轮
⑤--加载手轮⑥--卸载手轮
四、使用硬度计应注意的事项
1.硬度计本身会产生两种误差:
一是其零件的变形、移动造成的误差;二是硬度参数超出规定标准所造成的误差。
对第二种误差,在测量前需用标准块对硬度计进行校准。
对洛氏硬度计校正结果,差值在±1之内合格。
差值在±2之内的稳定数值,可以给出修正值。
差值在±2范围之外时则必需对硬度计进行校正维修或换其他硬度测试法测定。
洛氏硬度各标度有一事实上的适用范围,要根据规定正确选用。
例如,硬度高于HRB100时,应采用HRC标度进行测试;硬度低于HRC20时应用HRB标度进行测试。
因为超出其规定的测试范围时,硬度计的精确度及灵敏度较差,硬度值不准确,不宜使用。
其他硬度测试法也都规定有相应的校正标准。
校准硬度计用的标准块不能两面使用,因标准面与背面硬度不一定一致。
一般规定标准块自标定日起一年内有效。
2.在更换压头或砧座时,注意接触部位要擦干净。
换好后,要用一定硬度的钢样测试几次,直到连续两次所得硬度值相同为止。
目的是使压头或砧座与试验机接触部分压紧,接触良好,以免影响试验结果的准确性。
3.硬度计调整后,开始测量硬度时,第一个测试点不用。
因怕试样与砧座接触不好,测得的值不准确。
特第一点测试完,硬度计处于正常运行机制状态后再对试样进行正式测试,记录测得的硬度值。
4.在试件允许的情况下,一般选不同部位至少测试三个硬度值,取平均值,取平均值作为试件的硬度值。
5.对形状复杂的试件要采用相应形状的垫块,固定后方可测试。
对圆试件一般要放在V形槽中测试。
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