材料科学基础实验报告

材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 科学基础实验 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 材料科学基础实验报告 2010年08月09日 材料科学基础实验报告 Dissertation of Material Science Experiment 一、实验目的(Experiment purpose) 本实验是一项有材料科学基础知识的综合自主性实验，目的是增强学生的查阅资料能力、动手能力、综合 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 能力。通过实验能够更好的掌握、理解和运用材料科学基础知识，并学会金相试样制备、金相显微镜的使用、定量金相、布氏洛氏硬度测试以及热处理基本原理和方法。 二、实验主要仪器(the main equipments) 砂纸磨光机、砂纸(200#、400#、600#、800#、1000#)、抛光机、抛光布、抛光液、腐蚀液(4%硝酸酒精)、棉球、吹风机、光学金相显微镜、读数显微镜JC-10、数码相机、布氏硬度计HB-300、洛氏硬度计HR-150、箱式电阻炉 三、实验原理(Experiment principle) ?.光学金相显微镜(Optical metallograph microscope) 1.显微镜的构造(microscopic structure) ?照明系统(illuminate system) :光源(illuminant)、光栅(diaphragm)、明场(light field)、 暗场(dark field) ?光学系统(Optical System):物镜(objective)、目镜(ocular)、平面镜(plane mirror)、棱镜(prism)、凸凹镜(concavo-convex lens) ?机械系统(mechanical system):载物台(object stage)、粗调螺丝(coarse adjustment)、 微调螺丝(fine control) 2.显微镜的成像原理(microscopically imaging principle) 右图为金相显微镜成像示意图 金相显微镜总的放大倍数为: M= M物×M目=(250L)/( f1×f2) 式中 M—金相显微镜总放大倍数; M物—物镜放大倍数; M目—目镜放大倍数; f1—物镜的焦距; f2—目镜的焦距; L—显微镜光学镜筒长度(即物镜后焦点F1'到目镜前焦点F2的距离)。 物镜的数值孔径(Numerical aperture objective lens):描述进入物镜光线多少的物理量。 A=数值孔径 NA=n*s=ηsinψ A---数值孔径 η---介质折射率ψ---孔径半角 鉴别率 d=λ/2N*A 3.工作程序(operational steps) (1)光学金相显微镜结构: 1.灯泡(lamp bulb) 2.3. 聚光镜系统 (condenser system) 4. 半反射镜(half driving mirror) 5.10. 补助透镜( positive lens) 6. 物镜组(objective system) 7. 反光镜 (reflection mirror) 8. 孔径光阑 (aperture orifice) 9. 视场光阑 (field diaphragm) 11.12. 棱镜(prism) 13. 场镜 (field lens) 14. 目镜 (eye lens) 光学金相显微镜结构简图 (2)光学金相显微镜工作流程: 灯泡1? 聚光镜2? 反光镜7? 孔径光阑8? 聚光镜3?物镜6? 辅助透镜5? 半反射镜4? 辅助透镜10? 棱镜11? 棱镜12? 倒立放大实 像? 场镜13? 目镜14 ?.定量金相技术(quantitative metallographic technique)定量 金相是指借助于金相显微镜(或图像分析仪)在二维平面上对显微组织作几何 测量，然后推算出三维空间中组织特征的方法，方法有测量面积法、线分法和点标法等。本实验用到的是线分法测量。 ?.硬度测试原理(Hardness testing principle) (1) 布氏硬度测试法(Brinell hardness) 通常以一定的试验力P，将直径为D(一般为10mm)的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属表面并保持一定时间后卸去试验力，得到直径为d的压痕，试验力除以压痕表面积所得之值即为布氏硬度，以HB表示，即HB=P/F 式中P为外力(N)，F为压痕面积(mm )。 在测试布氏硬度时，由于试验力P和直径D都是定值，实际上并不需要进行上述计算，只要先测得压痕直径d，在根据d查有关 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 即可确定HB值。 布氏硬度测量精确度较高，但因压痕面积大，故不宜测试太薄的试样和成品零件的硬度。 注意:原材料打布氏硬度时两点间不能靠得太近 (2) 洛氏硬度测试法(Rockwell hardness) 用一定的试验力P，将顶角为120º的金刚石圆锥体或直径为1.588mm的淬火钢球压入被测金属表面，然后根据压痕的深度确定被测金属材料的硬度值。一般洛氏硬度机不需要直接测量压痕深度，其值可由刻度盘上的指针指示出来。 洛氏硬度测试法侧硬度简便、迅速、压痕小，可测定材料范围广。由于压痕小，对组织和硬度不均匀的材料，所测结果不够准确，因此需在试样上测定三点的取其平均值。 洛氏硬度试验力及应用范围 符号 应用范围 压头类型 总试验力/kg 适用的材料 HRA 60~85HRA 120º金刚石圆锥 60 硬质合金、表面淬硬层或渗碳层 HRB 25~100HRB 直径为1.588mm的钢球 100 有色金属或退火、正火钢等 HRC 20~67HRC 120º金刚石圆锥 150 调质钢、淬火钢等 HRD 40~77HRD 120º金 刚石圆锥 100 薄钢板，中等厚度的表面硬化零件 ?.热处理原理(Treatment principle) 金属材料的热处理是指将金属或合金在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需要性能的一种方法。热处理不仅可以强化金属材料、充分发挥钢材的潜力，提高或改善工件的使用性能和加工工艺，而且还是提高加工质量、延长工件和刀具的使用寿命、节约材料、降低成本的重要手段。 热处理工艺都是由加热、保温、冷却三个阶段组成的。 先将试样置于炉中心，升温至该试样的奥氏体化温度，然后保温。 保温时间(Holding time):T=aKd T(min)—保温时间 K—单放时取1，紧靠时圆形试样取2，方形试样取4 d—试样有效厚度(mm) 根据冷却方式的不同可分为淬火、退火、正火、回火。 淬火〔Quenching〕::将试样迅速投入已装满冷却液的水桶中，至试样冷却到常温。 退火(Annealing):将炉子电源关闭，试样在炉中随炉冷却至室温。 正火(normalizing):试样取出放置在空气中，冷却至室温即可。 回火(Tempering):就是将淬火后的钢加热到Ac1以下某温度，并在此温度下保持一定的冷却速度冷却到室温。回火的目的是为了消除淬火造成的内应力，提高钢的韧性，并获得所需要的各项机械性能。 热处理所需要的温度: 淬火:亚共析钢---温度=Ac3+30~50? 共析、过共析钢---Ac1+30~50? 退火:完全退火---温度= Ac3+20~30? 等温退火----温度= Ac3+20~30? 球化退火---温度= Ac1+20~30? 扩散退火-----温度= Ac3+150~200? 去应力退火----温度= Ac1+500~650? 正火:温度=-Ac1+30~50? ?.金属试样的侵蚀(Erosion) 未经侵蚀的金相试样，其组织组成的反光能力差大于10,者才能明显地区分开来。多数情况下未经侵蚀的抛光金属试样不显示其显微组织。由于组织组成的反光能力差别小，入射光均匀地被反射，人的眼睛不能区分其组织组成。因此，在用金相显微镜观察显微组织之前需要对金相试样进行腐蚀。 腐蚀的方法有:化学腐蚀法(Chemical etching)、电解腐蚀法(Electrolytic etching) 化学腐蚀法(Chemical etching):利用化学试剂的溶液，借助化学或电化学的作用来显露金属的组织，化学腐蚀法是最常用的组织显露方法。 电解腐蚀法(Electrolytic etching):是将金相试样浸入合适的化学试剂溶液(电解腐蚀剂中)，依靠微弱的直流电流进行腐蚀的作用。该法主要用于化学稳定性较高的金属。 本实验采用的是化学腐蚀法。 四、实验过程及分析 1(切样〔Cutting〕 选定材料〔Materials selected〕，进行切样。实验操作前已切好。 在切样过程中要防止试样内部组织发生改变:(1)防止切割时金属材料发生范围性变形改变金相组织;(2)防止金属材料因受热引起金相组织的变化。 2(倒角〔Rounding〕 将切下的试样在砂轮上磨成一个倒角， 45?为宜。以防止在用砂纸打磨过程中由于试样的边缘过于锋利而划破手指或刮伤砂纸而将试样飞出伤到人。 3(打磨平面〔Flatting〕 用砂轮将试样端面的氧化表层磨掉，并打磨出一个平面。磨平是为了得打平坦的磨面，并消除或减少切割时表面产生的变形。在砂轮机上磨平时，平稳地手执试样，用力轻而均衡，这样试样既容易磨平，又不至于有飞出去伤人的危险。 4(粗磨〔Rough grinding〕和细磨〔Precision grinding〕 采用200#、400#砂纸在砂纸磨光机上进行粗磨;用600#、800#、1000#砂纸进行细磨。 在磨光的过程中要不断注入冷水，这样不仅可以给试样降温，还可以使砂纸紧紧贴在盘上，磨削后的残渣也可以及时排除。 注意:在更换砂纸时要将手和攻坚清洗干净，这样是为了防止上一次的残渣夹杂到下一次的磨光过程中，给实验带来不利影响。 5(抛光〔Polishing〕 机械抛光时将帆布、尼纶或呢绒等用夹箍紧紧蒙在抛光盘上，将抛光液(三氧化二铬悬浮液等)洒在这些织物上，开动感抛光机，将试样磨面接触磨料和抛光织物进行抛光操作，一般抛光2-5min。 6.腐蚀〔Corrosion〕 用4%的硝酸酒精溶液作为腐蚀剂，用镊子夹取蘸有腐蚀剂的脱脂棉，不断的擦试抛光后的试样表面，腐蚀3-5秒后立即用清水冲洗干净，然后用吹风机把试样表面吹干。 7.观察金相组织(Observation of microstructure)和显微照相(photomicrograph) 调节好光学金相显微镜，将腐蚀好的金相试样放到显微镜的载物台上，调节粗准焦螺旋和细准焦螺旋，以致观察到清楚的试样组织，经观察分析，该试样有铁素体(Ferrite)和珠光体(Pearlite)组成，且明的为铁素体(Ferrite)，暗的为珠光体(Pearlite)。 调好数码啊相机的焦距，然后拍下金相试样的显微组织，如下图。 铁素体(Ferrite)+珠光体(Pearlite) 8. 定量金相( quantitative metallographic analysis) 采用线分析法分析该金相组织的成分的相对含量，实验数据如下: 次数 铁素体(白色)所占格数 求和 1 2.5 1.5 2 4 3.5 6 2 3 1 2.5 5 4 2.5 1.5 41 2 2 3.5 2 2 3 1 2.5 3.5 2 1 1.5 3.5 4 6 2 5 44.5 3 3.5 2 2.5 3.5 4 6.5 1 5 2.5 4.5 1.5 4 2 39.5 4 3 1.5 2 1.5 3 4 2.5 2 1 6 4 3.5 3.5 5 42.5 5 1 3 3 4 4 5 3.5 4 6.5 3 3 40 6 3 1 2 1 2 4 4 4.5 2 2.5 2 5 4.5 2 1 40.5 7 3 1.5 3.5 3 4 1.5 3 1 6 4 4.5 3.5 38 8 1.5 1 1.5 1.5 3 3.5 4 5 3 1.5 4 2.5 6 5 43 9 4 2.5 1.5 2 2.5 2 3 3 2 2.5 3.5 3.5 5 1 37.5 10 4 2 4.5 3 1.5 2 1 2 2 2.5 1.5 5 4.5 1.5 1.5 3 41.5 11 3 1.5 2 1.5 1 3 3 5.5 1 3.5 1 2 2 1.5 3.5 35 12 3.5 3 1.5 1.5 4 1 4 3.5 3 4.5 1.5 5 3.5 4 2 45.5 13 3.5 1.5 2 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 5.5 2 3.5 2 5 6 40.5 14 2 5 4 3 2 2.5 1.5 5.5 2 2.5 2 1 4.5 6 43.5 15 2 2.5 1.5 2.5 2 3 1.5 2 1 2 2 4 3 5.5 2 37.5 平均值 40.7 由金相试样显 微组织可估计:L (估)= =0.4 ε=Kσ(其中ε为不确定度σ标准差，K一般取 2) 若要求ε精确度达到0.01 则 由σ= L (1- L )且得:N=2* * L (估) (1- L (估)) =4608 又由n=N/16=288 可知需要测量288次以上，实际测量了15次。 标准差σ= L (1- L )=0.005 则ε=Kσ=0.01 综上可得该试样中铁素体的含量为::L =41%+1% 由铁碳相图可计算45#钢铁素体含量为:W%= =42.77% 由此可以断定，该试样为45#钢。 9.硬度测试(hardness) 采用布氏硬度测量，先将在试样表面抛光膏，然后选取三个位置测量 三次，这三个位置距离不能太远也不能太近，也不能靠近边缘，三个位置尽量 呈正三角形排列。 测量数据如下表: 得到布氏硬度值为:HB=220 kg/mm 10.热处理(Heat-treatment) 45#钢属于亚共析钢，因此选用淬火热处理工艺。将试样放到箱式电阻炉中，调节合适的电流和电压进行加热，将温度加热到Ac3以上30~50?，该实验加热到的最高温度为845?。 保温时间:T=aKd =1.2*2*10=24min 加热足够的时间后将试样取出放入冷水中冷却至室温。 11.热处理后重复1到9步 得到的金属试样显微组织照片如右图: 组织为针状马氏体和板条状马氏体，马氏体组织的硬度比较高。 洛氏硬度测量结果: 由此可得热处理后的洛氏硬度值为:HRC=63.25 12.热处理组织转变分析(Transition of Heat Treatment) 将该45#钢(亚共析钢)加热到Ac3以上30~50?足够的时间后，铁 和珠光体全部转变为奥氏体组织，后在冷水中迅速冷却至室温，得到马氏素体 体组织，马氏体硬度高，而且组织不稳定，还存在很大的内应力，极易变形和开裂。淬火后应及时回火以获得所需要的各种不同性能的组织，来满足使用要求。 五、思考题(Thinking problems) 1. 显微镜由哪几部分组成,分别写出。 答:放大系统: 物镜、目镜 照明系统:光源、光阑、 明场)、 暗场 机械系统: 载物台、 粗调、 微调) 光学系统:平面镜、棱镜、凹凸透镜 2. 说明含碳量对铁碳合金的组织性能影响的大致规律。 答:从相组成物看，铁碳合金在室温下只有铁素体和渗碳体两个相，随含碳量的增加，渗碳体含量线性增加。从组成物质来看，随含碳量的增加，将先生成珠光体、二次渗碳体、变态莱氏体和一次渗碳体，渗碳体不仅数量增加，同时形态、分布也发生变化。对亚共析钢而言，随含碳量的增加，珠光体含量增加，钢的强度、硬度增加，而塑性韧性下降;在过共析钢中，如果碳含量过高，由于二次渗碳体在奥氏体晶界形成连续网状，硬度虽然继续增加，但强度和塑性均明显下降 3.金属具有那些特性, 答:导电性、导热性、延展性、具有金属光泽，其密度、硬度和熔点也相对较高。 4.什么是临界冷却速度,它对淬火有何重要意义, 答:临界冷却速度是使过冷奥氏体急速过冷到c曲线鼻部以下，使过冷奥氏体转变为马氏体组织所需的最小冷却速度。淬火时要得到马氏体，淬火的冷却速度要大于临界冷却速度，临界冷却速度为形成马氏体的淬火冷却速度控制提供了依据。 5.在打布氏硬度时应注意哪几项, 答:压痕中心距试样边缘距离不应小于压痕平均直径的2.5倍;两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍;试样厚度至少应为压痕厚度的10倍。试验后，试样支撑面无可见变形痕迹。 6.若一试样，其金相组织中含有40%珠光体，含有60%铁素体，试问该钢的含碳量是多少, 答:铁素体室温下溶碳量为0.0008%，珠光体含碳量为0.77%，所以该钢的含碳量为: Wc%=60%*0.0008%+40%*0.77%=0.31% 7. 铁—碳合金中，五种不同的渗碳体分别从哪析出，以什么样的形态分布, 答:一次渗碳体:在铁-石墨相图中，碳含量大于4.3,时，在L(Fe)，Fe C两相区内结晶析出的初生Fe C为一次渗碳体，形成温度于共晶温度(1148?)以上，形貌为大的(其间为共晶组织)。碳含量于4.3%,6.69%片状 是其典型成分区间。 二次渗碳体:在铁-石墨相图中，碳含量大于0.77,时，在A(Fe)，Fe ?)与共析C两相区内析出的Fe C为二次渗碳体，形成温度于共晶温度(1148温度(727?)之间，形貌以网状为典型。碳含量于0.77%,6.69,是其典型成 分区间。 三次渗碳体:在铁-石墨相图中，F(Fe)，Fe C两相区内析出的Fe C为三次渗碳体，形成温度于共析温度(727?)以下，形貌为细片状或粒状。 共晶渗碳体:于共晶温度(1148?)形成的共晶组织(A(Fe)，Fe C)中的Fe C体。形貌为片状的共晶组织形貌。碳含量约为4.3%。 共析渗碳体:于共析温度(727?)形成的共析组织(F(Fe)+Fe C)中的Fe C，形貌为片状的共析组织形貌。碳含量约为0.77%。 8. 热处理时，如何选择加热温度，保温时间和冷却方式,选择的基本原则是什么, 答:?热处理所需要的温度: 淬火:亚共析钢---温度=Ac3+30~50? 共析、过共析钢---Ac1+30~50? 退火:完全退火---温度= Ac3+20~30? 等温退火----温度= Ac3+20~30? 球化退火---温度= Ac1+20~30? 扩散退火-----温度= Ac3+150~200? 去应力退火----温度= Ac1+500~650? 正火:温度=-Ac1+30~50?(其中Ac1为共析或过过共析钢的实际相变温度，Ac3为亚共析钢的实际相变温度。) 基本原则是能够使组织发生相变，达到能够转变为奥氏体的温度。 ?保温时间由 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 :T=aKd {其中 T(min)—保温时间 K—单放时取1，紧靠时圆形试样取2，方形试样取4 d—试样有效厚度(mm)} 可计算出来。 基本原则是让组织全部转化为奥氏体。 ?实际生产中的冷却方式有等温冷却和连续冷却方式两种。 等温转变产物可分为以下三个类型: 高温转变产物:在727~550?之间等温转变产物属珠光体组织。 中温转变产物:在550~230?之间的等温转变产物属贝氏体型组织。 低温转变产物:在M 以下范围内，产物为马氏体组织。 连续冷却是指经奥氏体化的钢，使其在温度连续下降的过程中发生组织转变。不同的冷速会得到不同的组织，常根据CCT和TTT曲线选取连续冷却方式。 六、实验体会(Experimental experience) 本次实验是一项综合自主性实验，自己能够选择适当的时间以及方式去完成实验。通过对本实验的操作和查阅相关资料，不仅增强了自己的动手能力，还扩展了自己的知识面，进一步理解和掌握了材料科学基础知识，掌握了材料学科实验的基本方法，为以后专业课的学习打下了基础。 特别声明: 1:资料来源于互联网，版权归属原作者 2 :资料内容属于网络意见，与本账号立场无关 3:如有侵权，请告知，立即删除。