(完整版)機(jī)械工程材料實驗指導(dǎo)書

1、機(jī)械工程材料實驗指導(dǎo)1實驗一：金相顯微鏡的原理、構(gòu)造及使用實驗?zāi)康?、了解金相顯微鏡的基本構(gòu)造及工作原理。2、掌握金相顯微鏡的使用方法。實驗內(nèi)容1、觀察顯微鏡的構(gòu)造，了解各部件的作用。2、裝好顯微鏡的物鏡、目鏡，調(diào)好光闌進(jìn)行觀察。3、用不同的放大倍數(shù)觀察同一試樣并畫出所觀察的組織示意圖。實驗報告要求1、寫出實驗?zāi)康募八迷O(shè)備。2、寫出實驗步驟。3、畫出所觀察到的顯微組織示意圖，并對實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析。實驗原理用于研究金屬顯微組織最常用的光學(xué)顯微鏡是金相顯微鏡，它是一種反射式顯微鏡。1.顯微鏡的成相原理顯微鏡的基本放大原理如圖1-1所示。起放大作用主要由焦距很短的物鏡和 焦距較長的目鏡來完成。為了

2、減少像差， 顯微鏡的目鏡和物鏡都是由透鏡組構(gòu)成的 復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，其中物鏡的構(gòu)造尤其復(fù) 雜。為了便于說明，圖中的物鏡和目鏡都 簡化為單透鏡。物體AB位于物鏡的前焦 點外但很靠近焦點的位置上，經(jīng)過物鏡形成一個倒立放大的實像AB，這個像位于目鏡的物方焦距內(nèi)但很靠近焦點的位置 上，作為目鏡的物體。目鏡將物鏡放大的 實像再放大成虛像AB，位于觀察者的明 視距離（距人眼250mm）處，供眼睛觀察。 在視網(wǎng)膜上形成的是實像AB。2.顯微鏡的照明系統(tǒng)金相顯微鏡的光源通常采用鎢絲燈、鹵素?zé)簟⑻蓟艏半療舻取?.1鎢絲燈一般中小型顯微鏡照明部分采用68伏鎢絲燈泡做光源。其原理是光線通過物鏡射至試樣表面，然后靠金

3、屬本身反射能力，由試樣表面反射，再通過物鏡進(jìn)行放大，這種燈適合于金相顯微組織的觀察。22氙燈其特點是光強(qiáng)高，輸出穩(wěn)定，壽命較長，此外，它具有類似日光性質(zhì)的連續(xù)光譜，可用 于彩色照相。是圖11顯微鏡的成像原理圖2金相顯微組織觀察的最新光源之一。氙燈容易爆炸，因此，在使用時要特別注意安全。使用時間最多不得超過規(guī)定時間的125%，盡量減少啟動次數(shù)可以顯著延長氙燈的使用壽命。2.3其他照明系統(tǒng)目前金相顯微鏡中供觀察用的低壓鎢絲燈已逐漸為鹵素?zé)羲〈?，鹵素?zé)舻臒襞荼仨氂媚透邷氐氖⒉Ａе圃?。另外還有碳弧燈，它是利用兩支暴露在空氣中而相互靠近的碳棒， 通電后產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧發(fā)出亮度很高的光，但由此產(chǎn)生的電弧

4、跳動，導(dǎo)致光源不穩(wěn)定，特別不利于照明，這是它的缺點。3.顯微鏡的光程調(diào)節(jié)部分光程中主要調(diào)節(jié)部分是光闌。在金相顯微鏡光源系統(tǒng)中常放置著兩個孔徑可變的光闌， 分別為孔徑光闌和視場光闌?？偟哪康氖菫榱颂岣咦詈笥诚竦馁|(zhì)量。3.1孔徑光闌主要調(diào)節(jié)入射光線粗細(xì)，具體調(diào)節(jié)將根據(jù)直接觀察映像清晰度判定。3.2視場光闌主要是為減少鏡筒內(nèi)的反射光和炫光，從而提高映像的襯度，因此，常將視場光闌縮小到最低限度。除光闌外，還常常在孔徑光闌后加濾光片，以提高映像質(zhì)量。4.顯微鏡的物鏡及目鏡物鏡是靠近觀察物體的一組透鏡。物鏡是顯微鏡中主要零件。物鏡的主要特性參數(shù)有： 放大率、數(shù)值孔徑、鑒別能力。4.1放大率物鏡放大率取決于

5、物鏡的焦距，它與光學(xué)鏡筒的長度有關(guān)，焦距越短，放大倍數(shù)越高。所以，物鏡放大率除直接用放大倍數(shù)表示外，也可以用焦距表示。常用的物鏡的放大率有8x、45x（或40 x）、100 x三種。4.2數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑表示物鏡收集光線的能力。物鏡對試樣上各點的反射光收集的越多，成像質(zhì)量就越好。它取決于物鏡的角孔徑大小和介質(zhì)的折光系數(shù)。4.3分辨率顯微鏡的分辨率用它能清晰分辨試樣上兩點間的最小距離d表示。分辨率是物鏡對于試樣最細(xì)微組織形式清晰可辨映像的能力。物鏡的作用是使物體放大成實像，目鏡的作用是使這個實像再次放大； 這就是說目鏡只能放大物鏡已分辨的細(xì)節(jié)，物鏡未能分辨的細(xì)節(jié)， 決不會通過目鏡放大而變的可分辨

6、。因此，顯微鏡的分辨率主要取決于物鏡的分辨率。物鏡分辨率的表達(dá)式如下：d dA A2N2N由式中看出，物鏡鑒別能力d與光源波長成正比，波長越短，d越小，因而鑒別能力越高。放大率和數(shù)值孔徑常常刻在物鏡的外殼上。4.4目鏡是靠近人眼的一組透鏡，目鏡的作用在于將經(jīng)過物鏡放大的實像再次放大。目鏡放大倍數(shù)通常為5x、7。5x、10 x、15x、20 x數(shù)種。3金相顯微鏡種類較多，國內(nèi)普遍使用的是4X型和XJ-16型。這兩種顯微鏡均為倒立式 , 樣品臺位于顯微鏡的上方， 可在水平方向上做二維運動， 顯微鏡的物鏡為消色差物鏡， 放大 率有10X，45X或（40） ,100X（油浸系）三種。目鏡有5X，10X

7、，15X，三種。顯微鏡光源為6-8伏的鎢絲燈，這種顯微鏡孔徑光闌和視場光闌連續(xù)可調(diào)，并附帶照相設(shè)備，可照120底片的金相照片。除此以外，顯微鏡還包括底座、載物臺、粗調(diào)手輪、微調(diào) 手輪、物鏡座等機(jī)械部分。XJG-05型大型臥式金相顯微 鏡：顯微鏡與攝影部分靠連接筒 連成一個整體，這種顯微鏡連接有 較大暗盒，底片尺寸為82。5mmX120mm， 帶有100mm刻度的 毛玻璃，用于測量攝影的放大倍 率；帶中心線的毛玻璃用于攝影調(diào) 焦；帶中心叉線的透明承影板，用于暗場和偏光的攝影調(diào)焦；帶有八 級晶粒的毛玻璃，用于晶粒度的比 較。鏡體上還設(shè)有135相機(jī)接口， 可接入135相機(jī)進(jìn)行拍攝。XJG-05型大型

8、臥式金相顯微鏡還設(shè)有適合作照相光源的氙燈照明，氙燈是金相顯微鏡的最新光源之一，具有光強(qiáng)高，體積小，輸出穩(wěn)定的特點，彌補(bǔ)了一般光源光強(qiáng)較弱的不足。7.顯微鏡使用注意事項5.常用金相顯微鏡介紹圖12 XJ-16金相顯微鏡結(jié)構(gòu)示意圖圖13 XJ-16金相顯微鏡的光路圖6.大型金相顯微鏡圖14 XJG-05型臥式金相顯微鏡47.1初次使用顯微鏡，首先應(yīng)了解顯微鏡的基本原理及各部件的作用，詳細(xì)了解操作規(guī)程。7.2顯微鏡的目鏡和物鏡是顯微鏡的主要光學(xué)部分，裝卸時應(yīng)格外小心。不得用手觸摸透 鏡，對于透鏡上的灰塵、油脂、污垢，不能用手或手絹去檫，以免在鏡頭上留下劃痕及臟物 而應(yīng)用軟毛刷或鏡頭紙檫拭。7.3作顯

9、微觀察用的樣品要干凈，不得殘留有酒精和腐蝕劑。以免腐蝕鏡頭。7.4調(diào)焦時，應(yīng)先粗調(diào)，后微調(diào)。為了避免試樣與物鏡碰撞，應(yīng)先使物鏡靠近試樣（但不 能接觸），然后一面從目鏡中觀察，一面用雙手調(diào)焦，使物鏡慢慢離開試樣，直到看清楚為 止。顯微鏡使用完畢后，應(yīng)將載物臺降到最低點，這樣可避免粗調(diào)和細(xì)調(diào)螺絲因長期受載而發(fā)生變形，增加磨損。7.5顯微鏡對潮濕、高溫、灰塵、腐蝕氣體、震動等因素十分敏感，因此放置顯微鏡的 房間應(yīng)該清潔、干燥、通風(fēng)、并遠(yuǎn)離震源。思考題1、光學(xué)金相顯微鏡主要由哪幾大主要部分組成？各部分又由哪幾個零件組成?2、什么是顯微鏡的有效放大倍數(shù)？3、顯微鏡光源有哪幾種？各有什么特點？4、顯微鏡在

10、使用和維護(hù)中，應(yīng)該注意哪些事項？5實驗報告：1 1、實驗?zāi)康?扼要說明研究對象，實驗意義及作用。2、實驗原理：(1)簡要說明實驗所依據(jù)的理論：包括定律、公式等。(2 )畫出顯微鏡光學(xué)原理圖。3 3、實驗設(shè)備及方法：寫出設(shè)備名稱、型號、性能，以及實驗方法介紹和操作程序。6# #實驗二：金相顯微試樣的制備實驗?zāi)康?、了解金相顯微試樣的制備原理，熟悉金相顯微試樣的制備過程。2、初步掌握金相顯微試樣的制備方法。3、近一步熟悉金相顯微鏡的構(gòu)造及使用方法。實驗內(nèi)容1、每人制備一塊低碳或中碳鋼的金相顯微試樣。在制備過程中，先在顯微鏡下觀察拋光后 的磨面狀況，然后進(jìn)行腐蝕，并畫出腐蝕后的顯微組織的特征。2、觀

11、察金相顯微試樣制備過程中的假象，了解消除假象的方法。實驗報告要求1、寫出實驗?zāi)康募八脤嶒炘O(shè)備。2、簡述金相顯微試樣制備過程。3、分析試樣制備過程中出現(xiàn)假象的原因，如何制備出高質(zhì)量的顯微試樣。1、寫出自己所制備試樣的材料，畫出顯微組織示意圖。實驗原理1.概述顯微分析是研究金屬內(nèi)部組織的最重要的方法。 在金相學(xué)一百多年的發(fā)展歷史中， 絕大 部分研究工作是借助于光學(xué)顯微鏡完成的。 近年來，電子顯微鏡的重要性日益增加， 但是光 學(xué)顯微金相技術(shù)在科研和生產(chǎn)中仍將占據(jù)一定的位置。用光學(xué)顯微鏡觀察和研究任何金屬內(nèi)部組織，一般要分三個階段來進(jìn)行：（1）制備所截取試樣的表面。（2）采用適當(dāng)?shù)母g操作顯示表面的

12、組織。（3）用顯微鏡觀察和研究試樣表面的組織。這三個階段是一個有機(jī)的整體，無論哪一個階段操作不當(dāng)，都會影響最終效果， 因此不應(yīng)忽視任何一個階段。試樣制備工作包括許多技巧，需要有長時間的實踐經(jīng)驗才能較好的掌握； 同時它也比較 費時和單調(diào)，往往使人感到厭煩， 金相顯微鏡的使用之所以比生物顯微鏡晚二百年，其原因就是由于長期沒有解決試樣制備問題。試樣表面比較粗糙時，由于對入射光產(chǎn)生漫射，無法用顯微鏡觀察其內(nèi)部組織。因此，我們要對試樣表面進(jìn)行加工，通常是用磨光和拋光的方法，以得到一個光亮的鏡面。這個表面還必須能完全代表取樣前所具有的狀態(tài)，也就是說，不能在制樣過程中使表層發(fā)生任何組織變化。獲得具備這種條件

13、的試樣表面，才算是完成了制備階段。僅具有光滑平面的試樣，在顯微鏡下只能看到白亮的一片，而看不到其組織細(xì)節(jié)， 這是由于大多數(shù)金屬組織中不同的相，對于光具有相近的反射能力的緣故。為此，必須用一定的試劑對試樣表面進(jìn)行腐蝕，使試樣表面有選擇地溶解掉某些部分（如晶界），從而顯現(xiàn)微小的凹凸不平。這些凹凸不平都在光學(xué)系統(tǒng)的景深范圍內(nèi)，這時用顯微鏡就可以看清楚試樣組織的形貌，大小和分布，這就是組織顯示階段。完成了以上兩個階段后， 就可以進(jìn)入顯微分析的第三階段，既顯微組織的觀察和分析。本章介紹試樣的制備和組織的顯示，包括取樣、鑲樣、磨光、機(jī)械拋光（或電 解拋光、化學(xué)拋光）、腐蝕等。2.取樣選擇合適的、有代表性的

14、試樣是進(jìn)行金相顯微分析的極其重要的一步，包括選擇取樣部位、檢驗面及確定截取方法、試樣尺寸等。72.1取樣部位及檢驗面的選擇取樣部位及檢驗面的選擇取決于被分析材料或零件的特點、加工工藝過程及熱處理過程，應(yīng)選擇有代表性的部位。生產(chǎn)中常規(guī)檢驗所用試樣的取樣部位、形狀、尺寸都有明確的規(guī)定（詳見有關(guān)部頒標(biāo)準(zhǔn)）。零件失效分析的試樣，應(yīng)該根據(jù)零件失效的原因，分別在材料 失效部位和完好部位取樣，以便于對比分析。22試樣的截取方法取樣時，應(yīng)該保證不使被觀察的截面由于截取而產(chǎn)生組織變化，因此對不同的材料要采用不同的截取方法：對于軟材料，可以用鋸、車、刨等加工方法；對于硬材料，可以用砂輪 切片機(jī)切割或電火花切割等方

15、法；對于硬而脆的材料，如白口鑄鐵，可以用錘擊方法；在大工件上取樣，可用氧氣切割等方法。在用砂輪切割或電火法切割時，應(yīng)采取冷卻措施，以減少由于受熱而引起的試樣組織變化。試樣上由于截取而引起的變形層或燒損層必須在后續(xù)工序中去掉。2.3試樣尺寸金相試樣的大小以便于握持、易于磨制為準(zhǔn)。通常顯微試樣為直徑1525mm、高1520mm的圓柱體或邊長為1525mm的立方體。對于形狀特殊或尺寸細(xì)小不易握持的試樣，要進(jìn)行鑲嵌或機(jī)械夾持。試樣取下后一般先用砂輪磨平。對于很軟的材料（如鋁、銅等有色金屬）可用銼刀銼平。磨砂輪時應(yīng)利用砂輪的側(cè)面，并使試樣沿砂輪徑向緩慢往復(fù)移動，施加壓力要均勻。這樣即可以保證使試樣磨平，

16、還可以防止砂輪側(cè)面磨出凹槽，使試樣無法磨平。在磨制過程中，試 樣要不斷用水冷卻，以防止試樣因受熱升溫而產(chǎn)生組織變化。此外，在一般情況下，試樣的周界要用砂輪或銼刀磨成圓角，以免在磨光及拋光時將砂紙和拋光織物劃破，但是對于需要觀察表面組織（如滲碳層、脫碳層、和氮化層等）的試樣，則不能將邊緣磨圓，這類試樣最 好進(jìn)行鑲嵌。3.鑲嵌一般情況下，如果試樣大小合適，則不需要鑲嵌，但試樣尺寸過小或形狀及不規(guī)則者，如帶、絲、片、管，制備試樣十分困難，就必須把試樣鑲嵌起來。目前一般多采用塑料鑲嵌。鑲嵌材料有熱凝性塑料（如膠木粉）、熱塑性塑料（如聚氯乙烯）、冷凝性塑料（環(huán)氧樹脂加固化劑）等。這些材料都各有其特點。膠

17、木粉不透明，有 各種顏色，而且比較硬，試樣不易倒角，但抗強(qiáng)酸強(qiáng)堿的耐腐蝕性能比較差。聚氯乙烯為半 透明的，抗酸堿的耐腐蝕性能好，但較軟。用這兩種材料鑲樣均需用專門的鑲樣機(jī)，對加熱 溫度和壓力都有一定要求，并會引起淬火馬氏體回火、軟金屬發(fā)生塑性變形。 用環(huán)氧樹脂鑲樣，澆注后可在室溫下固化，因而不會引起試樣組織發(fā)生變化，但這種材料比較軟。此外還 可以采用機(jī)械鑲嵌法，既用夾具夾持試樣。4.磨光磨光通常是在砂紙上進(jìn)行的。砂紙上的每顆磨粒可以看成是一個具有一定迎角（磨粒的前導(dǎo)面與試樣平面之間的角）的單點刨刀，迎角大于臨界值的磨粒才能切除金屬，小于臨界 值的只能壓出磨痕（鋼鐵材料的臨界迎角為90。前一種磨

18、粒只占一小部分（約20%），如圖21中的陰影部分所示。后一種磨粒使金屬表層產(chǎn)生的流變要大得多，試樣表層的組織變化（又稱變形層）主要是由這種磨粒造成的。8圖21 200號sic砂紙磨粒迎角的分布因此，金相試樣的磨光除了要使表面光滑平整外，更重要的是應(yīng)盡可能減少表層損傷。每一道磨光工序必須除去前一道工序造成的變形層（至少應(yīng)使前一工序產(chǎn)生的變形層減少到本道工序產(chǎn)生的變形層深度），而不是僅僅把前一道工序的磨痕除去；同時，該道工序本身 應(yīng)做到盡可能減少損傷， 以便于進(jìn)行下一道工序。 最后一道磨光工序產(chǎn)生的變形層深度應(yīng)非 常淺，要保證能在下一道拋光工序中除去。圖22為試樣經(jīng)過切割加工及四道磨光工序后，表面

19、變形層厚度變化示意圖。圖中A、B、C均為變形層，越往里，變形量越小，D為末受普通的金相砂紙所用的磨料有碳化硅和天然剛玉兩種。碳化硅砂紙最適用金相試樣的磨光，其優(yōu)點是：磨光速率（單位時間除去的金屬重量）較高，變形層較淺，可以用水作潤滑劑 進(jìn)行手工濕磨和機(jī)械濕磨。碳化硅砂紙的粒度大到一定尺寸（280號一150號）后，磨光速率相差不多，但變形層深度卻隨著磨粒尺寸的增大而增加。因此，開始磨光時所用的砂紙，不一定越粗越好。通常使用粒度為200，400，600及800（或300，500，700，900）的四種砂紙，進(jìn)行磨光后即可進(jìn)行拋光。對于較軟的金屬，應(yīng)用更細(xì)的砂紙磨光后再拋光。KHi()?04060X

20、(1 IN 120t401641180劉心G/()9如果把碳化硅砂紙放在邊緣略有突起放了一些水的轉(zhuǎn)盤上，則隨著轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，砂紙下面10的水被甩出，砂紙被吸附在轉(zhuǎn)盤上，即可進(jìn)行機(jī)械濕磨，磨光效率能進(jìn)一步提高。圖23示出轉(zhuǎn)盤式金相預(yù)磨機(jī)，使用時用水作潤滑劑和冷卻劑。配有微型計算機(jī)的自動磨光機(jī)，可1電動機(jī)2一底座3軸4磨盤5水砂紙6螺釘7開關(guān)8罩9盤10調(diào)節(jié)旋紐11蓋12水管天然剛玉（氧化鋁和氧化鐵的混合物）砂紙過去曾長期用作金相試樣的磨光，這種砂紙所 用的磨粒粘接劑溶于水，因此，一般只用于干磨，或用不含水的潤滑劑（如煤油）。天然剛玉磨料較軟，在磨光過程中容易破碎，使其有效粒度減小，因此耐用性差。目前

21、這種砂紙已較少使用。新砂紙產(chǎn)生的變形層較深， 但經(jīng)過磨50100下以后就基本穩(wěn)定不變， 磨光速率則隨著 使用次數(shù)的增加而下降。因此，新砂紙稍加使用后即處于最佳使用 狀態(tài)，當(dāng)用得太舊時，就不宜再使用。磨光時施加的壓力越大，磨光速率也越大，但對變形層的深度卻影響不大，所以在磨 光時可以適當(dāng)加大壓力。手工磨光時，本道工序的磨痕應(yīng)與上一道工序的磨痕方向垂直，這樣可以使試樣磨面保持平整并平行于原來的磨面。只要砂紙?zhí)幱谧畲竽ス馑俾实那闆r下，每道工序可以在0.51.0min內(nèi)完成。5.拋光5.1機(jī)械拋光拋光的目的就是要盡快把磨光工序留下的變形層除去，并使拋光產(chǎn)生的變形層不影響顯微組織的觀察。拋光與磨光的機(jī)制

22、基本相同，即嵌在拋光織物纖維上的每顆磨?？梢钥闯墒且话雅俚?， 根據(jù)它的取向，有的可以切除金屬， 有的則只能使表面產(chǎn)生劃痕。由于磨粒只能以彈性力與試樣作用，它所產(chǎn)生的切屑、劃痕及變形層都要比磨光時細(xì)小和淺得多。拋光操作的關(guān)鍵是要設(shè)法得到最大的拋光速率，以便盡快除去磨光時產(chǎn)生的損傷層，同時要使拋光產(chǎn)生的變形層不致影響最終觀察到的組織，即不會產(chǎn)生假象。這兩個要求是有矛盾的，前者要求使用較粗的磨料，但會使拋光變形層較深；后者要求使用最細(xì)的磨料，但拋光速率較低。解決這個矛盾的最好辦法就是把拋光分為兩個階段來進(jìn)行。首先是粗拋，目的是除去磨光的變形層，這一階段應(yīng)具有最大的拋光速率，粗拋本身形成的變形層是次要

23、的考 慮，不過也應(yīng)盡可能以對磨光過程進(jìn)行程序控制，整個磨光過程可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成。圖23轉(zhuǎn)盤式金相預(yù)磨機(jī)11小。其次是精拋（又稱終拋），其目的是除去粗拋產(chǎn)生的變形層，使拋光損傷減到最小。過去，粗拋常用的磨料是粒度為1020um的A1203,Cr2O3或Fe2O3,加水配成懸浮液 使用。目前，人造金剛石磨料已逐漸取代了氧化鋁等磨料，因其具有以下優(yōu)點：（1）與氧化鋁等相比，粒度小得多的金剛石磨粒，拋光速率要大得多，例如48um金剛石磨粒的拋光速率與1020um氧化鋁或碳化硅的拋光速率相近； （2）表面變形層較淺；（3）拋光質(zhì)量最好。通常，使用金剛石膏狀磨料的拋光速率遠(yuǎn)比懸浮液大。金剛石磨料的價格雖

24、高，但拋光速率大，切削能力保持的時間也長，因此它的消耗量少， 只要注意節(jié)約使用，并合理選擇拋光機(jī)的轉(zhuǎn)速（采用機(jī)械拋光時應(yīng)為250300 r/min，自動拋光時應(yīng)為150 r/min），就可以充分 發(fā)揮其優(yōu)越性。用金剛石研磨膏進(jìn)行粗拋時，一般先使用粒度為3.5um的磨料，然后再使用粒度為1/um的磨料，可獲得最佳效果。盡管對于磨光及粗拋已經(jīng)有了比較成熟的原則，但是對于精拋，還要求操作者有較高的技巧。 常用的精拋磨料為MgO及YAI2O3,其中MgO的拋光效果最好， 但拋光效率低， 且 不易掌握； 粒度為0.1um的YAI2O3O拋光速率高，且易于掌握。過去有些資料推薦使用反復(fù)腐蝕、拋光的辦法來除

25、去磨光變形層，但是這樣做效率低， 還會使試樣產(chǎn)生越來越嚴(yán)重的表面浮凸?，F(xiàn)在已經(jīng)清楚，粗拋可以更有效地除去磨光變形層。近年來已有在拋光機(jī)上配置微型計算機(jī)的，使拋光過程自動化， 拋光機(jī)可以按照規(guī)定的參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、壓力、潤滑劑的選擇、磨料噴撒頻率等）進(jìn)行工作，這些參數(shù)還可以隨時間而變。對于某種材料的金相試樣，只要建立了最佳制樣參數(shù)，制樣效果的重現(xiàn)性很好，工作效率大大提高。不過這種制樣設(shè)備并不能完全取 代金相技術(shù)人員的工作，它只能按照人們預(yù)制定的程序進(jìn)行工作。5.2其它拋光方法介紹機(jī)械拋光時，試樣表面要產(chǎn)生變形層，影響金相組織顯示的真實性。電解拋光可以避免上述問題，因為電解拋光純系電化學(xué)的溶解過程，沒

26、有機(jī)械力的作 用，不引起金屬的表面變形。對于硬度低的單相合金，如奧氏體不銹鋼、高錳鋼等宜采用此 法。此外，電解拋光對試樣磨光程度要求低（一般用800號水砂紙磨平即可），速度快，效率高。但是電解拋光對于材料化學(xué)成分的不均勻性，顯微偏析特別敏感，非金屬夾雜物處會被劇烈的腐蝕，因此電解拋光不適用于偏析嚴(yán)重的金屬材料及作夾雜物檢驗的金相試樣?；瘜W(xué)拋光是靠化學(xué)溶解作用得到光滑的拋光表面。這種方法操作簡單，成本低廉，不需要特別的儀器設(shè)備，這些優(yōu)點都給金相工作者帶來很大的方便?；瘜W(xué)拋光的原理與電解拋光類似，是化學(xué)藥劑對試樣表面不均勻溶解的結(jié)果。在溶解過程中也產(chǎn)生一層氧化膜，但化學(xué)拋光對試樣原來凸起部分的溶解

27、速度比電解拋光慢，因此經(jīng)化學(xué)拋光后的磨面較光滑但不十分平整，有波浪起伏。這種起伏一般在物鏡的垂直鑒別能力之內(nèi)，適于用顯微鏡作低倍和中倍觀察?；瘜W(xué)拋光是將試樣浸在化學(xué)拋光液中， 進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄噭踊蛴妹藁ń?jīng)常擦拭， 經(jīng)過一定時 間后，就可以得到光亮的表面?；瘜W(xué)拋光兼有化學(xué)腐蝕的作用，能顯示金相組織，拋光后可直接在顯微鏡下觀察?；瘜W(xué)拋光液的成分隨拋光材料的不同而不同。一般為混合酸溶液， 常用的酸類有：正磷酸、鉻酸、硫酸、醋酸、硝酸及氫氟酸；為了增加金屬表面的活性以利于化學(xué)拋光的進(jìn)行， 還加入一定量的過氧化氫?；瘜W(xué)拋光液經(jīng)使用一段時間后，溶液內(nèi)金屬離子增多，拋光作用減弱，需經(jīng)常更換新溶液。6.腐蝕試樣拋

28、光后（化學(xué)拋光除外），在顯微鏡下，只能看到光亮的磨面及夾雜物等。要對試樣 的組織進(jìn)行顯12微分析，還須讓試樣經(jīng)過腐蝕。常用的腐蝕方法有化學(xué)腐蝕法和電解腐蝕法。136.1化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是將拋光好的樣品磨面在化學(xué)腐蝕劑中腐蝕一定時間，從而顯示出試樣的組 織。純金屬及單相合金的腐蝕是一個化學(xué)溶解的過程。由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高的自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來，在顯微鏡下可以看到多邊形的晶粒。若腐蝕較深，則由于各晶粒位向不同， 不同的晶面溶解速率不同，腐蝕后的顯微平面 與原磨面的角度不同，在垂直光線照射下，反射入物鏡的光線不同， 可看到明暗不同的晶粒。 兩相合金的腐蝕主要

29、是一個電化學(xué)腐蝕過程。兩個組成相具有不同的電極電位， 在腐蝕劑中，形成極多微小的局部電池。具有較高負(fù)電位的一相成為陽極被溶入電解液中而逐漸凹下去；具有較高正電位的另一相為陰極，保持原來的平面高度。 因而在顯微鏡下可清楚地顯示出合金的兩相。多相合金的腐蝕，主要也是一個電化學(xué)的溶解過程。在腐蝕過程中腐蝕劑對各相有不同的溶解。必須選用合適的腐蝕劑，如果一種腐蝕劑不能將全部組織顯示出來，就應(yīng)采取兩種或更多的腐蝕劑依次腐蝕，使之逐漸顯示出各相組織，這種方法也叫選擇腐蝕法。另一種方法是薄膜染色法。此法是利用腐蝕劑與磨面上各相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層厚薄不均的膜（或反應(yīng)沉淀物），在白光的照射下，由于光的干涉使

30、各相呈現(xiàn)不同的色彩，從而達(dá)到辨 認(rèn)各相的目的。圖25為錫銻合金與珠光體組織兩相腐蝕后的情況（a）Sn-Sb合金（b）珠光體組織化學(xué)腐蝕的方法是顯示金相組織最常用的方法。其操作方法是：將已拋光好的試樣用水沖洗干凈或用酒精擦掉表面殘留的臟物，然后將試樣磨面浸入腐蝕劑中或用竹夾子夾住棉花球蘸取腐蝕劑在試樣磨面上擦拭，拋光的磨面即逐漸失去光澤；待試樣腐蝕合適后馬上用水沖洗干凈，用濾紙吸干或用吹風(fēng)機(jī)吹干試樣磨面，即可放在顯微鏡下觀察。試樣腐蝕的深淺程度要根據(jù)試樣的材料、 組織和顯微分析的目的確定，同時還與觀察者所需要的顯微鏡的放大率有關(guān)；放大率高，應(yīng)腐蝕淺一些，放大率低則可腐蝕深一些。6.2電解腐蝕電解

31、腐蝕所用的設(shè)備與電解拋光相同，只是工作電壓和工作電流比電解拋光時小。這時在試樣磨面上一般不形成一層薄膜，由于各相之間和晶粒與晶粒之間電位不同，在微弱電流的作用下各相腐蝕程度不同，因而顯示出組織。此法適于抗腐蝕性能強(qiáng)、難于用化學(xué)腐蝕法腐蝕的材料。圖24純金屬及單相合金化學(xué)腐蝕情況示意圖14若試樣制備好后需要長期保存，則需要在腐蝕過的試樣觀察面上涂一層保護(hù)膜，常用的有硝酸纖維漆加香蕉水或指甲油。表21顯示鋼鐵材料顯微組織用的化學(xué)腐蝕劑序號浸蝕劑名稱成分用法用途碳素鋼、低合金鋼及中合金鋼通用浸蝕劑1硝酸酒精 溶液HN032ml95%酒精100ml浸蝕時間：數(shù) 秒至一分鐘，浸 蝕速度隨溶液 濃度而增加

32、，但 選擇性則隨之 而降低。通用浸蝕劑，使珠光體發(fā) 黑，并能增加珠光體區(qū)域的 襯度；顯示鐵素體晶界；區(qū) 分鐵素體及馬氏體。用較淡 溶液（1%），亦可顯示鋼經(jīng)不 同熱處理后的組織。2苦味酸酒精 溶液苦味酸4g95%酒精100ml（僅當(dāng)苦味酸含水 超過10%時，才用 純酒精）浸蝕時間：數(shù) 秒至數(shù)分；有時 可用較淡溶液。通用浸蝕劑，可顯示碳鋼、 低合金鋼各種熱處理后的組 織。能清晰顯示細(xì)珠光體、 馬氏體、回火馬氏體及貝氏 體組織；顯示碳化物。但顯 示鐵素體晶界不如硝酸酒精 溶液的效果。3鹽酸苦味酸 酒精溶液（Vilella試劑）HCL5ml苦味酸1g95%酒精100ml浸蝕顯示淬火及淬火回火后的 實

33、際奧氏體晶粒度。淬火試 樣在200250oC回火15min后，效果最好。思考題1、顯微試樣的制備主要有那幾個步驟？2、顯微試樣截取的方法有那幾種？選用不同截取方法的原則是什么3、 顯微試樣在什么情況下需要鑲嵌？4、 常用的砂紙有幾類？各有什么特點？如何選用？5、制備好的顯微試樣如何保護(hù)？15實驗報告:1、實驗?zāi)康?寫出試樣制備所用設(shè)備名稱、型號、規(guī)格，簡述金相試樣的制備過程。2、實驗結(jié)論：用不同放大倍數(shù)觀察同一試樣，用圖表、數(shù)字及專業(yè)用語加以分析，最后 用肯定語言進(jìn)行概述，作出論斷。3 3、實驗討論：分析試樣制備過程中出現(xiàn)假象的原因，如何制備出高質(zhì)量的顯微試樣。16實驗五碳鋼的熱處理實驗?zāi)康?

34、了解碳鋼的基本熱處理（退火、正火、淬火及回火）工藝方法。2研究冷卻條件與鋼性能的關(guān)系。箱式電阻爐的構(gòu)造箱式電阻爐有稱馬弗爐， 它是一種周期作業(yè)式加熱爐，可供實驗室做退火、正火、淬火、回火等熱處理加熱用。上圖是箱式電阻爐的構(gòu)造示意圖。用高強(qiáng)度耐火材料制成的加熱室1其壁中排列著許多縱向電熱絲孔2電熱絲多用鐵鉻鋁合金絲制成螺旋形。 當(dāng)電源通過接線 盒4使電熱絲中通有電流時， 便產(chǎn)生電熱效應(yīng)，所發(fā)出的熱量即可加熱爐內(nèi)的試樣5.o為了避免取放試樣時碰壞或磨損加熱室底部耐火材料，在加熱室底部放置一塊高強(qiáng)度耐火材料制成的爐底板10.熱室的開口處用爐門8封閉。爐門上有一個小孔，供觀察爐內(nèi)溫度和試樣 加熱情況用

35、。爐門下部有一擋鐵7.,爐門關(guān)閉時，擋鐵掀動控制開關(guān)6.,使加熱室內(nèi)的電熱絲中有電流通過，當(dāng)爐門打開時，控制開關(guān)切斷了電源控制電路，此時即使閉合電源開關(guān)，從而保證了操作時的安全。隔熱層9.是用隔熱材料填充在加熱室后壁開有一圓孔3.,供插入測量電偶用。 整個箱式電阻爐用于熱處理加熱時， 其爐溫大都是利用熱電偶高溫計和溫度指示調(diào)節(jié)儀進(jìn)行 測量和控制的。熱電偶高溫計由三部分組成：熱電偶，溫度指示儀和連接導(dǎo)線。它們之間的線路關(guān)系如圖所示。熱電偶由兩根金屬絲組成。測量1000以下的爐溫時，它兩根金屬絲分別用鎳鉻合金和鎳鋁合金組成。熱電偶的一端焊接在一起，另一端接在熱電偶的接線柱上。連接導(dǎo)線把熱電偶的兩個

36、端點與溫度指示儀的接線柱連接起來。當(dāng)熱電偶的焊接端（熱端）受熱時， 由于另一端（冷端）的溫度沒有變化，于是在冷端的兩個接點之間就產(chǎn)生熱電勢（或稱溫差電勢）熱端與冷端之間的溫差越大， 熱電勢也就越大。溫度指示儀實際上是一個比較精密的毫伏計。 在熱電勢的作用下，毫伏計發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于熱電勢與熱端溫度有一定的函數(shù)關(guān)系，所以溫度 指示儀的表盤上通常直接標(biāo)出熱端的溫度值。電爐中的電熱絲也不會有電流通過,的， 其作用是減少爐內(nèi)熱量的散失。爐體用鋼板包裹，并由支架支撐著。1加熱瞇;2電熱絲乩洛勵狙孔討複線盒洛試樺; 隊控制開關(guān)汙一掛快淚”爐門4隔熱圧門心護(hù)底耘圖51希式電阻爐結(jié)構(gòu)示意的17熱電偶高溫度結(jié)構(gòu)簡單

37、，使用方便。但是它只能引起指示爐溫的作用，加熱爐的溫度還須人工控制。溫度指示調(diào)節(jié)儀除了能指示爐溫外，還能根據(jù)需要自動控制爐溫。原理是：由熱電偶傳來的熱電勢，使磁電式測量機(jī)構(gòu)（即毫伏計）上的溫度指示針偏轉(zhuǎn)至一定位置。此時，溫度 指示針下的讀數(shù)就是熱電勢的毫伏值。爐溫越高，熱電勢的毫伏值越高， 指示針的偏轉(zhuǎn)角度就越大。溫度指示調(diào)節(jié)儀的調(diào)節(jié)控制部分主要由溫度給定針，檢測線圈和控制繼電器等部分組 成。當(dāng)加熱電爐工作時， 根據(jù)對爐溫的要求， 通過轉(zhuǎn)動旋鈕使溫度給定針處于一定位置。當(dāng) 爐溫升高，溫度指示針偏轉(zhuǎn)到與溫度給定針重合時，安裝在溫度指示針上的鋁片也同時進(jìn)入檢測線圈的間隙中間。 由于鋁片隔斷了檢測線

38、圈之間的磁耦合，使測溫儀表內(nèi)的振蕩回路的電參數(shù)改變，這一信息通過放大器使控制繼電器動作，切斷電爐的電源，爐溫就不會繼續(xù)升高。當(dāng)爐溫下降時，溫度指示針向低溫刻度方向偏轉(zhuǎn)，于是鋁片就離開檢測線圈，振蕩回路的電參數(shù)又恢復(fù)到原來的數(shù)值，控制繼電器失去動作，電爐又接通電源，爐溫復(fù)又升高，達(dá)到自動控溫的目的。EE5-2 快電閉囲冃* 廈將示節(jié)供的工柞係理帽實驗概述碳鋼的熱處理一般有退火、正火、淬火、回火四種方法。不同的熱處理方法使碳鋼獲得 不同的組織和性能；同一種熱處理方法， 當(dāng)采用不同的熱處理工藝參數(shù)時，碳鋼所獲得的組織和性能也不同。（一）碳鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點ACi,或AC3以上某一溫度，經(jīng)

39、過上當(dāng)保溫后，快速冷卻，以得到馬氏體組織，從而顯著提高碳鋼的強(qiáng)度和硬度。加熱溫度，保溫時間和冷卻速度是影響淬火質(zhì)量的重要工藝參數(shù)。亞共析鋼淬火時，要加熱到AC3以上3050，經(jīng)適當(dāng)保溫后，得到均勻細(xì)小的奧氏體。當(dāng)在水中快冷時，就回得到均勻細(xì)小的條狀、片狀馬氏體，及少量殘余奧氏體。如果加 熱溫度過高，會得到粗大的奧氏體晶粒，淬火后得到的馬氏體晶粒也粗大。粗大的馬氏體組織使鋼的韌性下降，具有這種組織的零件或工模具在工作過程中容易發(fā)生脆斷現(xiàn)象。若加熱溫度選在ACiAC3之間，則碳鋼的高溫組織為奧氏體加鐵素體，淬火冷卻后的組織為馬氏 體加鐵素體。由于鐵素體的存在， 顯著減小了鋼的強(qiáng)化效果。淬火的過熱組

40、織和欠熱組織都是因淬火溫度選擇不當(dāng)形成的。JI18過共析鋼的淬火溫度為AC什（3050）此 時得到細(xì)小的奧氏體加未溶的顆粒狀二次滲碳 體。淬火后的組織為馬氏體加滲碳體，也有少量 殘余奧氏體。如果淬火溫度選在ACcm以上，則 鋼中二次滲碳體全部溶入奧氏體。淬火冷卻后， 除得到粗大的片壯馬氏體外，還會得到較多的殘 余奧氏體。作為強(qiáng)化相的未溶滲碳體沒有了而硬 度低的殘余奧氏體增多了。 所以過共析鋼過熱淬 火組織的硬度、耐磨性和韌性都不如正常淬火的 組織，對于共析鋼，其正常淬火溫度當(dāng)然是ACi+（3050 C）。表 5-2 碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機(jī)械特性性能熱處理狀態(tài)含碳量（%）0.10.20.30

41、.40.6硬度（HB）退火120150160180230正火130140160180220250強(qiáng)度db(MN/m2)退火300330420500560670正火340360480550660760為了使淬火加熱組織（奧氏體）充分轉(zhuǎn)變，并使其具有均勻的碳濃度，碳鋼加熱到淬火 溫度后，還應(yīng)有一定的保溫時間。在實驗室中，通常是將加熱爐升溫到淬火溫度，然后向爐內(nèi)裝入試樣進(jìn)行加熱。當(dāng)試樣升溫至爐溫（即淬火溫度）相同時，即進(jìn)入保溫階段。保溫時 間與試樣的有效尺寸（直徑和厚度）有關(guān)。在箱式電阻爐中加熱試樣的加熱保溫總時間”即試樣自裝爐到出爐的總時間。如果裝爐試樣較多，可能出現(xiàn)試樣的相互接觸甚至堆集情況 時

42、，應(yīng)適當(dāng)延長加熱保溫總時間。表 5-2 碳鋼的臨界點型號臨界點（近似值）CAC1AC3ACcm4072479045724780T10730800T12730822JJOU/5-4嶠鋼正常淳火溫度范19表 5-3 碳鋼在箱式電阻爐中的加熱保溫時間加熱溫度C加熱保溫總時間（分）圓形試樣每1毫米直徑方形試樣每1毫米邊長6002.03.07001.5228001.01.59000.81.210000.40.6冷卻速度是碳鋼淬火過程中極重要的工藝規(guī)范。冷卻速度不同，奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不同。由下圖可以看出，水冷時的冷卻速度大于臨界冷卻速度VK，冷卻后得到馬氏體組織，硬度最高；在油中冷卻時，得到馬氏體加屈氏

43、體混合組織，其淬火硬度比水冷試樣的淬火硬度低一些；而冷卻是在空氣或爐中進(jìn)行時，奧氏體則完全分解為索氏體或珠光體，硬度進(jìn)-步降低。S5-6共斯鋼遇火齒卻工藝曲圾由上述可見，鋼的冷卻速度可以通過選擇不同的冷卻介質(zhì)來控制。碳鋼的奧氏體穩(wěn)定性差，臨界冷卻速度大，通常要在冷卻能力強(qiáng)的冷卻介質(zhì)中冷卻才能得到馬氏體組織，自來水和10%氯化鈉水溶液是常用的碳鋼淬火冷卻介質(zhì)。必須注意，水和水溶液的溫度一般不能 超過40C,否則會降低其冷卻能力。 操作過程中如果因為不斷的淬火冷卻而使水溫超過40C時，則必須更換冷卻水。（二）淬火碳鋼的回火碳鋼制件淬火后都必須進(jìn)行回火處理，以減少或消除內(nèi)應(yīng)力， 提高韌性，獲得比較穩(wěn)

44、定的組織和性能?；鼗鹗菍⒁汛慊鸬奶间摷訜岬紸i以上某一溫度，適當(dāng)保溫一段時間，然后空冷或爐冷 至室溫。在回火的保溫和冷卻過程中，淬火馬氏體和殘余奧氏體都要發(fā)生分解和分解產(chǎn)物的聚集長大。隨著回火溫度的升高， 淬火碳鋼的組織將依次得到回火馬氏體，回火屈氏體和回5共析柳連壌冷卻時的轉(zhuǎn)吏產(chǎn)輸豹世龍20火索氏體，淬火碳鋼的硬度將依次降低，韌性將逐漸回升，內(nèi)應(yīng)力也逐漸趨于消除。低溫回火的溫度一般為150250，淬火組織為馬氏體（常有少量殘余奧氏體） 的碳鋼, 在低溫回火后獲得回火馬氏體， 它仍保留著原來馬氏體的針片或板條狀形態(tài)，性能基本上與淬火馬氏體相同，但脆性較低。表 5-4 各種不同溫度回火后的硬度值

45、（HRC）回火溫度（C）45鋼T8鋼T10鋼T12鋼15020060546455646265622003005450554562566557300400504055455647574940050040334535473849385006003324352738273828中溫回火的溫度一般為350500回火后的組織為極細(xì)顆粒的滲碳體加針狀鐵素體， 即回火屈氏體，此時，鋼的硬度有明顯降低，而剛的彈性的韌性較高。高溫回火的溫度一般500650，回火后的組織為細(xì)粒狀滲碳體加鐵素體，即回火索氏體，淬火加高溫回火又稱調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)后鋼的硬度降低較多，而韌性大幅度提高?；鼗鸬募訜岜貢r間主要根據(jù)試樣的有效尺寸

46、來確定。若采用到溫入爐法回火時，有效尺寸在15mm以下的碳鋼試樣，自裝入爐中算起，一般需要3040分鐘。碳鋼的回火冷卻無特殊要求，一般可在空氣中冷卻。有時為了盡早測定回火硬度，也可在水中冷卻。（三）碳鋼的退火退火是將碳鋼加熱到臨界點Aci或AC3以上2040 C適當(dāng)保溫一段時間后，緩冷至室 溫。由于冷卻是緩慢進(jìn)行的，因此轉(zhuǎn)變產(chǎn)物基本上符合鐵碳狀態(tài)圖的相變規(guī)律。為達(dá)到改善組織的目的， 亞共析鋼必須進(jìn)行 完全退火”即AC3以上2040 C保溫足夠時 間，得到均勻細(xì)小的奧氏晶粒。以最終獲得接近平衡狀態(tài)的組織。共析鋼和過共析鋼多采用球化退火”。溫度Aci以上2030緩冷時，自奧氏體中析出的滲碳體沿未溶

47、的顆粒狀滲碳體結(jié)晶，得到鐵素體基體均勻分布著顆粒狀滲碳體的組織，即球化體”。退火時的加熱保溫時間，在采用到溫入爐法時，可按每1毫米直徑或厚度加熱保溫1.21.5分鐘估算。退火時的冷卻應(yīng)當(dāng)是緩慢的，只要冷速能控制在每小時100200以下，便可獲得滿意的結(jié)果。箱式爐斷電后冷速大約每小時30120C。所以隨爐冷卻是最常用的退火冷卻方法。當(dāng)退火緩冷至550650 C時，奧氏體已完全分解轉(zhuǎn)變。所以，可以出爐空冷或水冷， 而不會影響奧氏體分解產(chǎn)物的組織狀態(tài)，但卻縮短了退火總時間。同理，采用等溫退火法時，將加熱后的試樣放在另一溫度稍低于Ar1的爐中停留一段或使原加熱爐迅速冷卻至稍低于Ar1的某一溫度進(jìn)行等溫

48、停留，待奧氏體分解完畢后，將試樣從爐中取出，在空氣中冷卻至 室溫。（四）碳鋼的正火正火就是把鋼加熱到AC3，或ACCcm以上3050，適當(dāng)保溫一段時間，然后在靜止 的空氣中冷卻至室溫。由于正火的冷卻速度比退火大，所以共析鋼轉(zhuǎn)變組織比退火的要更細(xì) 密些。亞共析鋼的正火組織為索氏體加鐵素體，共析鋼為索體，過共析鋼則為索氏體加顆粒狀滲碳體。正火與退火相比，具有較高的硬度與韌性，且生產(chǎn)率也高，因此，除高碳鋼外，碳鋼一 般都可采用正火代替退火，作為改善毛坯組織的預(yù)先熱處理，在某些場合，正火也可作為最 終熱處理。21過共析鋼正火后的組織是索氏體及少量二次滲碳體，硬度較高，不易切削加工，但正火可作為球化退火

49、前消除網(wǎng)狀滲碳體及魏氏體組織的預(yù)先熱處理。碳鋼正火的加熱保溫時間可參照退火的估算方法。實現(xiàn)前的準(zhǔn)備工作1.實現(xiàn)前學(xué)生應(yīng)認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書。2.根據(jù)學(xué)生分組情況的要求，準(zhǔn)備好試樣，學(xué)生分到試樣后，按要求用鋼字頭打號。3.操作前應(yīng)組織學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)安全守則。實驗方法步驟1.檢查加熱爐溫度是否與實驗要求相符。如發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整。2.為了使各試樣的編號與其熱處理工藝相一致，應(yīng)按照一定的順序向加熱爐內(nèi)放置試 樣。加熱保溫完畢，再按一定順序出爐冷卻。3.爐內(nèi)試樣應(yīng)互相間隔，距離不小于試樣直徑或厚度。不允許堆放或靠近爐門。4試樣經(jīng)充分加熱保溫后，即可打開爐門，用夾鉗夾試樣迅速與水槽中冷卻，

50、并使試 樣在淬火介質(zhì)中不斷運動。5.淬火時不慎將試樣掉在地上，應(yīng)將試樣重新加熱一段時間后淬火冷卻?？绽涞脑嚇幼詈蟪鰻t。爐冷的試樣使其隨爐緩冷在650左右，即可出爐空冷或水冷。6.全部試樣測定洛氏硬度。試樣在測定硬度前，用砂布打磨試樣的被測表面和支撐面。7.將熱處理實驗的工藝參數(shù) 和硬度測定結(jié)果，寫在黑板上，供全班同學(xué)抄寫。熱處理實驗分四部分進(jìn)行，第一部分為加熱溫度的影響，第二部分為冷卻介質(zhì)的影響， 第三部分為回火溫度的影響，第四部分為含碳量的影響。（一）加熱溫度的影響正確選擇加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)，淬火后時的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)FeFe3C相圖確定，對亞共析鋼，其

51、加熱溫度應(yīng)選擇在Ac3+3050，若加熱溫度不足（低于AC3）則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體而造成強(qiáng)度及硬度的降低，過高的 加熱溫度，不僅無助于強(qiáng)度硬度的增加，反而會由于產(chǎn)生過多的殘余奧氏體而導(dǎo)致硬度及耐磨性的下降，需要指出，不論在退火、正火及淬火時，均不能任意提高淬火溫度，溫度過高 晶粒容易長大，而且增加、氧化、脫碳和變形的傾向。本實驗選用45#鋼，分別給予4中不同的加熱溫度，經(jīng)同一介質(zhì)的冷卻液，我們選用水 進(jìn)行淬火后，用洛氏硬度計檢測其硬度值，觀察不同加熱溫度對鋼硬度值的影響。（二）冷卻介質(zhì)的影響本實驗選擇T8鋼加熱到淬火溫度后，在不同的介質(zhì)中，進(jìn)行冷卻，即空氣、油冷、水 冷、觀察由于冷卻介質(zhì)的

52、不同，對剛硬度的影響。（三）回火溫度的影響1.將加熱爐的爐溫分別降至600、400、200其調(diào)整方法是：完全打開爐門（爐溫600 以下時）部分打開爐門（600C以上時）也可裝入金屬廢料。必須注意，打開爐門降溫時，由于冷空氣進(jìn)入，儀表指示溫度往往比實際爐溫低些，所以一定要等到儀表指示溫度比要求爐溫低3050 C，再關(guān)閉爐門。2.將試樣放入已到溫的爐中， 直徑不超過15mm的試樣總加熱保溫時間為3045分鐘， 試樣的冷卻，水中空氣中均可。（四）含碳量的影響22在正常淬火條件下，鋼的含碳量越高，淬火后的硬度也越高，但含碳量大于 淬火后硬度增加不明顯。本實驗選用15#、45#、T8、T12鋼，分別在其

53、相應(yīng)的溫度進(jìn)行加熱，然后進(jìn)行正常的淬 火操作，請同學(xué)注意其硬度的變化，并分析應(yīng)該得到的金相組織。實驗的組織工作1.本實驗在教學(xué)大綱中規(guī)定為二學(xué)時，為了使實驗進(jìn)行的連貫完整，每3個同學(xué)負(fù)責(zé)一項實驗。2.本實驗主要市為機(jī)制專業(yè)的學(xué)生安排的，所以不要求學(xué)生自己磨制金相試樣和觀察 金相組織。3.由于機(jī)制專業(yè)不要求講授加熱爐的構(gòu)造和測溫原理，所以上訴內(nèi)容，僅供實驗進(jìn)行 間隙時間指導(dǎo)教師講解和學(xué)生自學(xué)用。4.實驗中， 要求操作的學(xué)生能力集中， 不直接參加操作的學(xué)生能觀看清楚。 嚴(yán)禁嬉戲 喧鬧和擅離實驗崗位。實驗報告及思考題1.分析碳鋼的淬火加熱溫度對顯微組織的影響。2.淬火的冷卻速度是否越快越好。舉例說明

54、。3.繪出鋼的含碳量與淬火溫度，以及硬度的關(guān)系曲線，并分析原因。學(xué)號材料加熱溫度保溫 時間冷卻介質(zhì)硬度值HRC平均 值組織規(guī)律加熱溫度的影響115 2945700水216 3045820水317 3145860水418 3245950水冷卻介519 33T8820空質(zhì)的影響62034T8820油72135T8820水回火溫 度的82236T8820200C水影響92337T8820400C水1024 38T8820600C水含碳量11253915950水12264045860水的影響1327 41T8820水142842T12820水# #實驗六鐵碳合金平衡組織觀察一、實驗?zāi)康?.8%的鋼,2

55、31初步識別各種鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織特征。2、 分析成分（含碳量）對鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成分、組織與性能之間 的相互關(guān)系。3、 初步認(rèn)識各種鐵碳合金熱處理后的顯微組織特征。二、實驗概述鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)。所謂平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如退火狀態(tài)即接近平衡狀態(tài)）所得到的組織。我們可以根據(jù)Fe-Fe3C相圖來分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。lb cJ涉鐵碳合金的平衡組織主要是指碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織。 從上圖可見，碳鋼和白 口鐵的室溫組織均由鐵素體和滲碳體這兩個基本相所組成。 但是由于含碳量不同，鐵素體和 滲碳體

56、的相對數(shù)量，析出條件以及分布情況均有所不同，因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)。（一）鐵碳合金室溫下基本組織組成物的顯微組織特征各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織表類型含碳量（%顯微組織侵蝕劑工業(yè)純鐵hhh1）/C/C式中: :HRHR洛氏硬度值，為無量綱數(shù)；K K 常數(shù)，當(dāng)采 用金剛石壓錐時，K=100K=100; ;當(dāng)采用鋼球壓頭時，K K=130=130; C C常數(shù)，表示指示器刻度盤上一個分度格相當(dāng)于壓頭入試樣的深度，C C值恒等于 0.002mm0.002mm為了能用同一硬度計測定從軟到硬材料的硬度，可以采用不同的壓頭和載荷 組成1515 種不同的洛氏標(biāo)尺,其中最常用的 HRAHRA HRBHR

57、B HRCEHRCE 種，其試驗規(guī)范如表 1-11-1 所示。三. 實驗操作步驟1.1.據(jù)試樣材料及預(yù)計硬度范圍，選擇壓頭類型和初、主載荷2 2 根據(jù)試樣形狀和大小，選擇適宜工作臺，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上。3 3順時針方向轉(zhuǎn)動工作臺升降手輪，將試樣與壓頭緩慢接觸。4 4加主載荷應(yīng)在 4 48 8 秒內(nèi)完成。待指針停止轉(zhuǎn)動后，再將主載荷卸除。5 5.逆時針方向旋轉(zhuǎn)手輪，降下工作臺，取下試樣，或移動試樣選擇新的部位, 繼續(xù)進(jìn)行實驗。29HAS.1S0型嗾屋沼氏儀廉悴HMICWVII1Hanfrwt Twier圖1-2HRS-150型數(shù)顯洛氏硬度計四. 實驗注意事項1 1 .試樣兩相鄰壓痕中心距離或任一壓痕中心距試樣邊緣距離一般不小于3mm3mm在特殊情況下，這個距離可以減小，但不應(yīng)小于直徑的3 3 倍。2.2. 為了獲得較準(zhǔn)確的硬度值，在每個試樣上的試驗點數(shù)應(yīng)不小于三點（第一點 不記），取三點的算術(shù)平均值作為硬度值。對于大批試樣的檢驗，點數(shù)可以適當(dāng) 減少。3.3. 被測試樣的厚度應(yīng)大于壓痕殘余深度的十倍，試樣表面應(yīng)光潔平整，不得有 氧化皮，裂縫及其它污物沾染。4.4. 要記住手輪的旋轉(zhuǎn)方向，順時針旋轉(zhuǎn)時工作臺上升，反之下降。特別在試驗快結(jié)束時需下降工作臺取下試樣或調(diào)換試樣位置的時候，手輪不得