长安大学材料成型及控制工程专业综合实验报告上汇编.docx

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长安大学材料成型及控制工程专业综合实验报告上汇编

长安大学材料学院

材料成型及控制工程专业

综

合

实

验

姓名：

学号：

指导老师：

实验日期：

2015年5月

第一部分金属力学性能试验……………………………………2

第二部分金相综合分析…………………………………………7

第三部分钢的热处理……………………………………………11

第四部分铸造综合设计试验……………………………………13

第五部分参考文献………………………………………………14

第一部分金属力学性能实验

实验一静拉伸试验

一试验目的

掌握拉伸试验机和引申义等设备仪器的使用方法。

掌握钢材的强度指标σb、σs、（σ0.2）、σk及塑性指标δ、ψ的测试方法。

对拉伸试样断口进行初步宏观分析，并说明其韧脆性。

二试验用设备与仪器

静拉伸试验在万能材料试验机上进行，万能材料试验机有机械式和油压式，最新的电子拉伸试验机。

三试样

试验用的试样为光滑圆柱形，直径为10毫米。

四测试过程

在试样上打好标距100mm，并分成10格。

检查设置，调整使之处于工作状态。

装好试样，放好记录仪及记录纸。

试验在20±10℃的温度范围内进行，如试验温度超多了。

这个限制，试验报告中应给予说明。

试验拉伸速度，在达到σs或σ0.2之前，应力增加速度不大于9.8MP/S，对do=100mm的试验，即为764.4N/S，屈服后，活动夹头移动速度不大于0.5L/min，整个加载过程必须平衡而无冲击。

1屈服点σs的测定

对有明显屈服现象的材料其屈服点可借助于试验机测力表盘的指针或拉伸曲线来确定之，也就是拉伸曲线上的屈服平台的恒定载荷或第一次下降的最小载荷即为PS,用下式计算：

2屈服强度σ0.2的确定

对拉伸曲线上无明显屈服现象的材料，则必须测其屈服强度。

屈服强度σ0.2为试样在拉伸过程中标距部分残余伸长达原标距长度的0.2%时之应力。

残余伸长量0.2%是根据需要人为规定的数值

实验二、硬度试验

（一）布氏硬度试验

1、布氏硬度试验原理：

d）-D-D（DπDhπ22F=布氏硬度用符号HB表示，布氏硬度的测定原理是在直径为D（毫米）的淬火钢球上施加规定的负荷P（公斤力），压入试样表面，保持一定的时间后卸除负荷。

以压痕表面面积F上所承受的平均压力（Mpa/㎡）来表示布氏硬度数值，一般不标单位。

HB=PP2P（Mpa）或HB=（Mpa）

2、布氏硬度机的操作

①根据试样形状选择载物台、必须保证所施力与试样表面垂直。

②选择负荷和负荷保持时间。

③转动加载手轮、使工作台缓慢上升，使压头与试样接触，压紧、

④打开电源开关，电源指示灯燃亮，然后启动按钮开关，在加荷指示灯燃亮的同时迅速拧紧计时压紧螺母。

直至电动机自动停止运转为止，卸下试样。

二）洛氏硬度试验

1、洛氏硬度试验原理

0.0020.0020.002-100==hh-h0.2-洛氏硬度以符号HR表示，有数种不同的落实硬度标度，我国常用的有三种，即：

HRA、HRB、HRC。

以HRC为例，计算公式如下：

HRC=KRC

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。

2、洛氏硬度试验操作方法

①准备工作：

根据试样材料按试验规范选择压头和负荷；根据试样形状选择工作台，务必使试样能稳妥地放在其上，并使试样表面与压头保持垂直；试样表面要磨平，试样的支撑面也应五氧化皮等污染物。

②将试样放在工作台商，旋转手轮，使工作台上升，试样缓慢与压头接触，直至小指针指到红点，大指针垂直向上在5格范围内，表面已加10公斤力的初负荷；旋转指针表盘，使大指针对准表盘0点。

③将操纵手柄推向后方，将主负荷加载压头上，此时，大指针逆时针方向转动。

④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，大指针所指的数字即为洛氏硬度值。

⑤下降丝杆，取下试样，试验完毕。

3、洛氏硬度试验注意事项：

①更换压头或载物台时注意将配合处搽拭干净。

放置后，应初步试验几次，直到连续两次所得硬度值相同后才能开始正式试验。

目的是为了使压头及载物台接触部分压紧，接触良好。

②金刚石压头很脆，任何时间都要记住不要与试样、载物台等硬物相碰；当更换压头、载物台时，应先用手轮把载物台旋至较低位置，在用手指覆盖住金刚石尖端，然后在作更换动作。

③压痕间距或压痕试样边缘距离：

HRC、HRA应大于2.5毫米，而HRC应大于4毫米。

（三）维氏硬度法试验

1、维氏硬度法试验原理

维氏硬度以符号HV表示，与布氏硬度一样，维氏硬度也是根据压痕凹面积上所承受平均压力来确定的.

但维氏硬度所用的压头不是钢球，而是锥面夹角为136o的金刚石四方角锥。

2、维氏硬度试验注意事项

①试样的准备；维氏硬度试验时一般压痕较小。

为了保证测量准确。

试样表面光洁度的要求比其他方法的高，加工精度在-5以上。

表面不应有锈蚀，机加工粗划痕及油污等。

试验面与支撑面应平行，保证试验面能与压头轴线垂直。

②当硬度HV>500时，不允许选用超过50公斤的负荷。

为了使压痕测量准确性高些，压痕大一些好。

试验薄片或薄层时，为了防止压透，其负荷应根据压痕对角线长度至少应小于零件厚度的1.5倍选择之。

③加荷时，保荷时间应不小于10秒。

④压痕间距离应不小于压痕对角线的2.5倍。

⑤测量压痕对角线时，应两对角线同时测量求平均值，然后在查表或计算的HV值。

由于维氏硬度试验压痕一般较小，代表性差，因而最好多测几点，取其硬度值的平均值。

（四）显微硬度试验

用布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等等试验法测定材料的硬度时，只能得到金属材料组织的平均值硬度。

这就是说，当金属材料是由几个相的机械混合物组成时，测得硬度值只是这个混合物的平均硬度。

当测量某个相、某个晶粒、夹杂物或其他组成物的硬度时，或者对于研究扩散层组织，偏析相、硬化层深度以及极薄层试样等等，这时就可应用显微硬度试验法。

实验三冲击试验

原理：

材料的冲击韧性指标ak值是以冲断试样单位面积上所消耗的功来衡量。

AK可由试验前后摆锤的位能差来求得AK=Eb-Ek=GH1-GH2=G（H1-H2）数值可由试验机的指针上直接读出，单位为焦耳，用试样缺口处横截面F（厘米2）除（AK）,即得冲击值（冲击韧性ak）试样：

钢样：

断面正方形10×10×55；开U型槽，槽深2㎜；

铸铁：

断面小正方形20×20×110，不开槽。

实验四疲劳试验

⑴实验目的：

描绘疲劳曲线，并求疲劳极限σ-1。

⑵原理：

σ-1=M/W公斤力/毫米（M=危险断面弯曲力矩，M=PK/2公斤﹒毫米，K一般为100毫米；W=试样断面系数，W=πd3/32毫米3；d=试样直径，d=6）。

⑶测定方法：

准备6~8个同一批试样，加载P=12公斤，（记表面转速），试样断并记录转速（转速n＞5*106N）,卸载，加载（第二根）如P=14公斤，转速3*105N断,则载荷过大，则在第1，2根间取值，再断与不断之间重复几次试验，做到断与不断之应力差＜1公斤力／（厘米2），以取得精确的实验结果。

实验五磨损试验

⒈MM—200型磨损试验（干摩擦，润滑摩擦）

⒉ML10磨料磨损试验（环对环，一般为干摩擦）

⒊MLD—10型的动载荷磨损试验（边冲边磨，干摩擦，三体摩擦）

⒋MLS——23型湿砂橡胶轮磨损试验（三体磨损）

⒌MHK—500型环块磨损（滚、滑摩擦）

第二部分金相综合分析

实验一金相显微镜的构成原理及使用

金相显微镜的构成原理：

显微镜不像放大镜那样由单个透镜组成，靠近所观察的物体的透镜叫做物镜，靠近眼睛的透镜叫做目镜。

借助物镜和目镜的两次放大就能将物体放大到很高的倍数（1500~2000倍）。

金相显微意的使用：

①接通电源，根据放大倍数选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上及目镜筒内，并使转换器转至固定位置。

②将试样放在样品台中心，是观察面朝下。

③转动粗调手轮，先使载物台下降，同时用肉眼观察，使物镜尽可能接近试样表面（但不得与试样相碰），然后相反转动粗调手轮，使载物台渐渐上升以调整焦距，当视场亮度增强时再改用微调手轮，直到物象调整到最清晰程度为止。

④适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。

实验二金相技术综合实验

⒈金相显微试样的制备方法

金相显微试样制备过程包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。

抛光时实验时我们使用了机械抛光，是在抛光机上进行的，抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液，抛光液采用Cr2O3（粒度均为0.3~1um）在水中的悬浮液。

钢铁材料利用4﹪硝酸酒精溶液对试样表面进行浸蚀。

若浸蚀不足即可重复浸蚀，浸蚀毕后用清水冲洗，再用酒精冲洗，最后用吹风机吹干，这样得到的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。

⒉电子摄像技术

将磨好的金相试样放在显微镜的载物台上分别焦距，获得清晰金相图片，分别在20倍，200倍，400倍下放大观察，得到不同等级图片。

。

400倍的金相图片

200倍的金相图片

20倍的金相图片

实验三钢件的火花鉴别法

一、实验目的

用火花检测或断口分析来鉴别钢铁材料的种类及其主要的化学成分。

二、用具和材料

电动砂轮，各种实验用的钢铁试样。

三、实验说明

（一）火花鉴别要点：

火花鉴别的要点是：

详细观察火花的火束粗细、

长短、花次层叠程度和它的色泽变化情况，注意观察组成火束的流线形态，火花束根部、中部及尾部的特殊情况和它的运动规律和火花爆裂形态、花粉大小和多少等。

（二）火花产生的基本原理：

火花产生的机理

是,当钢铁材料试件以一定的压力压在高速旋转的砂轮表面时,根据磨削原理,试件会被砂轮“切削”下来无数的细微金属碎屑,由于变形热和摩擦热的作用,这些细微的金属颗粒瞬间即达到熔融状态,在离心力的作用下,从试件与砂轮接触处的切线方向高速抛射出去,形成一条条光亮的流线。

这些高速运行的熔融金属颗粒,与空气发生剧烈的氧化作用,在它们的表面上形成一层氧化铁薄膜。

而钢中的碳元素在高温下极易与氧结合而生成CO,使Fe还原,还原后的铁再次被空气氧化,然后再次被还原,这种反应多次重复进行,于是熔滴内聚积了大量的CO气体。

第三部分钢的热处理

一、概述：

热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。

热处理的主要目的是改变钢的性能，其中包括使用性能及工艺性能。

钢的热处理工艺热点是将钢加热到一定的温度，经过一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。

热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构可以发生一系列的变化。

采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。

钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。

二、退火和正火

钢的退火通常是把钢加热到临界温度J或者J以上，保温一段时间，然后缓慢地随炉冷却。

此时奥氏体在高温区发生分解而得到比较接近平衡状态的组织。

正火是将钢加热到AC3或ACM以上30-50℃，保温后进行空冷。

由于冷却速度稍快，与退火组织相比，组织中的珠光体相对量较多，且片层较细密，所以性能有所改善。

对低碳钢来说，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光洁度；对高碳钢则正火可消除网状渗碳体，为下一步球化退火或淬火作准备。

三、淬火

所谓淬火就是将钢加热到AC3或A1以上30-50℃，保温后放进各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织。

碳钢经淬火后的组织由马氏体及一定数量的残余奥氏体所组成。

为了正确的进行钢的淬火，必须考虑三个重要的因素：

淬火加热温度、保温时间和冷却速度。

四、回火

钢的淬火处理得到的马氏体组织质硬而脆，并且工件内部存在很大的内应力，如果直接进行磨削加工往往会出现龟裂，一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化而失去精度，甚至开裂。

因此淬火钢必须进行回火处理。

不同的回火工艺可以使钢获得所需的各种不同性能。

主要分为低温回火、中温回火、高温回火。

五、注意事项：

1.本实验加热所用都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

2.往炉中放取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油或水。

开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。

3.试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。

手工艺品，它运用不同的材料，通过不同的方式，经过自己亲手动手制作。

看着自己亲自完成的作品时，感觉很不同哦。

不论是01年的丝带编织风铃，02年的管织幸运星，03年的十字绣，04年的星座手链，还是今年风靡一时的针织围巾等这些手工艺品都是陪伴女生长大的象征。

为此，这些多样化的作品制作对我们这一创业项目的今后的操作具有很大的启发作用。

4.试样在淬火液中应不断搅拌，否则试样表面会由于冷却不均匀而出现软点。

“碧芝”最吸引人的是那些小巧的珠子、亮片等，都是平日里不常见的。

店长梁小姐介绍，店内的饰珠有威尼斯印第安的玻璃珠、秘鲁的陶珠、奥利的施华洛世奇水晶、法国的仿金片、日本的梦幻珠等，五彩缤纷，流光异彩。

按照饰珠的质地可分为玻璃、骨质、角质、陶制、水晶、仿金、木制等种类，其造型更是千姿百态：

珠型、圆柱型、动物造型、多边形、图腾形象等，美不胜收。

全部都是进口的，从几毛钱一个到几十元一个的珠子，做一个成品饰物大约需要几十元，当然，还要决定于你的心意。

“碧芝”提倡自己制作：

端个特制的盘子到柜台前，按自己的构思选取喜爱的饰珠和配件，再把它们串成成品。

这里的饰珠和配件的价格随质地而各有同，所用的线绳价格从几元到一二十元不等，如果让店员帮忙串制，还要收取１０％～２０％的手工费。

5.淬火时水温应保持在20-30左右，水温过高要及时换水。

6.淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮再打硬度。

自制饰品一反传统的饰品消费模式，引导的是一种全新的饰品文化，所以非常容易被我们年轻的女生接受。

第四部分铸造综合设计实验

十字绣□编制类□银饰制品类□串珠首饰类□在进行高铬铸铁试样制备之前先了解一下铸造实验室主要大型设备和常用设备的原理，使用维护和注意事项。

一、中频感应电炉

使用可控硅元件连接成三相全控桥电路，将三相工频交流电压整流为单相直流电压。

（电压从0伏-540伏可调节）为逆变电路提供了电源。

炉体的感应线圈（铜管绕制）与补偿电容组成振荡电路，从而将三相工频电压转换成单相的中频电压（1000Hz）。

此电压通入感应线圈就可熔炼金属，也可中频淬火。

1、DIY手工艺市场状况分析中频感应电炉在使用过程中一定要保证冷却水管畅通无阻。

在调节功率时不要超过额定值（电压<750V电流<300A）。

就算你买手工艺品来送给朋友也是一份意义非凡的绝佳礼品哦。

而这一份礼物于在工艺品店买的现成的礼品相比，就有价值意义，虽然它的成本比较低但它毕竟它是你花心血花时间去完成的。

就像现在最流行的针织围巾，为何会如此深得人心，更有人称它为温暖牌绝大部分多是因为这个原因哦。

而且还可以锻炼你的动手能力，不仅实用还有很大的装饰功用哦。

二、真空热电炉

培养动手能力□学一门手艺□打发时间□兴趣爱好□利用可控硅调压器以及大功率变压器提供给石墨发热体可调节电压（0-30伏），石墨发热体安置在耐用钢板制作的炉体内，此炉体通过机械真空泵及扩散泵的工作将炉体内的空气抽出形成真空。

这样在一定的真空度夏可烧结材料。

真空热压炉在使用过程中同样保持冷水管畅通。

三、铸造合金流动性测定

送人□有实用价值□装饰□实验内容：

配制Al—Cu5%的合金，用螺旋型板制作砂型，将熔化好的试验材料浇入砂型，

等凝固后，清理出螺旋形试样，测量出螺旋形试样长度，分析浇注温度、铸型性质对合金流动性的影响

。

实验数据：

实验材料

浇注温度（℃）

铸型性质

（2）物品的独一无二螺旋线长度（mm）

Al—Cu5%合金

1、现代文化对大学生饰品消费的影响760

普通砂型

800

Al—Cu5%合金

660

普通砂型

680

Al—Cu5%合金

660

型腔内涂黑烟

760

1、同种合金，铸型性质相同，分析浇注温度对合金流动性的影响。

答：

由实验数据可知，同种合金，铸型性质相同，浇注温度越高，凝固后清理出的螺旋线长度就越长，说明合金流动性越好。

2、同种合金，浇注温度相同，分析铸型性质对合金流动性的影响。

答：

由实验数据可知，同种合金，浇注温度相同，型腔内涂了黑烟的砂型比普通砂型凝固后清理出的螺旋线长度长，说明合金流动性较好。

参考文献

1.张翔主编.长安大学材料学院材料成型及控制工程专业《综合实验》指导书