長(zhǎng)安大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告上課件

1、長(zhǎng)安大學(xué)材料學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師： 實(shí)驗(yàn)日期：2015年5月 目 錄第一部分 金屬力學(xué)性能試驗(yàn)2第二部分 金相綜合分析7第三部分 鋼的熱處理11第四部分 鑄造綜合設(shè)計(jì)試驗(yàn)13第五部分 參考文獻(xiàn)14第一部分 金屬力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 靜拉伸試驗(yàn)一 試驗(yàn)?zāi)康恼莆绽煸囼?yàn)機(jī)和引申義等設(shè)備儀器的使用方法。掌握鋼材的強(qiáng)度指標(biāo)b、s、（0.2）、k及塑性指標(biāo)、的測(cè)試方法。對(duì)拉伸試樣斷口進(jìn)行初步宏觀分析，并說明其韌脆性。二 試驗(yàn)用設(shè)備與儀器靜拉伸試驗(yàn)在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，萬能材料試驗(yàn)機(jī)有機(jī)械式和油壓式，最新的電子拉伸試驗(yàn)機(jī)。三 試樣 試驗(yàn)用的試樣為光滑圓柱形，直徑為10

2、毫米。四測(cè)試過程在試樣上打好標(biāo)距100mm，并分成10格。檢查設(shè)置，調(diào)整使之處于工作狀態(tài)。裝好試樣，放好記錄儀及記錄紙。試驗(yàn)在20±10的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，如試驗(yàn)溫度超多了。這個(gè)限制，試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)給予說明。試驗(yàn)拉伸速度，在達(dá)到s或0.2之前，應(yīng)力增加速度不大于9.8MP/S，對(duì)do=100mm的試驗(yàn)，即為764.4N/S，屈服后，活動(dòng)夾頭移動(dòng)速度不大于0.5L/min，整個(gè)加載過程必須平衡而無沖擊。1 屈服點(diǎn)s的測(cè)定對(duì)有明顯屈服現(xiàn)象的材料其屈服點(diǎn)可借助于試驗(yàn)機(jī)測(cè)力表盤的指針或拉伸曲線來確定之，也就是拉伸曲線上的屈服平臺(tái)的恒定載荷或第一次下降的最小載荷即為PS,用下式計(jì)算：2 屈服強(qiáng)度0

3、.2的確定對(duì)拉伸曲線上無明顯屈服現(xiàn)象的材料，則必須測(cè)其屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度0.2為試樣在拉伸過程中標(biāo)距部分殘余伸長(zhǎng)達(dá)原標(biāo)距長(zhǎng)度 的0.2%時(shí)之應(yīng)力。殘余伸長(zhǎng)量0.2%是根據(jù)需要人為規(guī)定的數(shù)值實(shí)驗(yàn)二、 硬度試驗(yàn)（一）布氏硬度試驗(yàn)1、布氏硬度試驗(yàn)原理：d)-D-D(DpDhp22F=布氏硬度用符號(hào)HB表示，布氏硬度的測(cè)定原理是在直徑為D（毫米）的淬火鋼球上施加規(guī)定的負(fù)荷P（公斤力），壓入試樣表面，保持一定的時(shí)間后卸除負(fù)荷。以壓痕表面面積F上所承受的平均壓力（Mpa/)來表示布氏硬度數(shù)值，一般不標(biāo)單位。 HB=PP2P（Mpa）或HB=（Mpa） 2、布氏硬度機(jī)的操作根據(jù)試樣形狀選擇載物臺(tái)、必須保證所

4、施力與試樣表面垂直。選擇負(fù)荷和負(fù)荷保持時(shí)間。轉(zhuǎn)動(dòng)加載手輪、使工作臺(tái)緩慢上升，使壓頭與試樣接觸，壓緊、打開電源開關(guān)，電源指示燈燃亮，然后啟動(dòng)按鈕開關(guān)，在加荷指示燈燃亮的同時(shí)迅速擰緊計(jì)時(shí)壓緊螺母。直至電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)為止，卸下試樣。二）洛氏硬度試驗(yàn)1、洛氏硬度試驗(yàn)原理 0.0020.0020.002-100=hh-h0.2-洛氏硬度以符號(hào)HR表示，有數(shù)種不同的落實(shí)硬度標(biāo)度，我國常用的有三種，即：HRA、HRB、HRC。以HRC為例，計(jì)算公式如下： HRC=KRC它的壓痕較小，可測(cè)量較高和較低的硬度，可直接讀數(shù)，操作方便，生產(chǎn)檢驗(yàn)效率高，為熱處理車間產(chǎn)品檢驗(yàn)主要方法之一。2、洛氏硬度試驗(yàn)操作方法準(zhǔn)

5、備工作：根據(jù)試樣材料按試驗(yàn)規(guī)范選擇壓頭和負(fù)荷；根據(jù)試樣形狀選擇工作臺(tái)，務(wù)必使試樣能穩(wěn)妥地放在其上，并使試樣表面與壓頭保持垂直；試樣表面要磨平，試樣的支撐面也應(yīng)五氧化皮等污染物。將試樣放在工作臺(tái)商，旋轉(zhuǎn)手輪，使工作臺(tái)上升，試樣緩慢與壓頭接觸，直至小指針指到紅點(diǎn)，大指針垂直向上在5格范圍內(nèi)，表面已加10公斤力的初負(fù)荷；旋轉(zhuǎn)指針表盤，使大指針對(duì)準(zhǔn)表盤0點(diǎn)。將操縱手柄推向后方，將主負(fù)荷加載壓頭上，此時(shí)，大指針逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)大指針停轉(zhuǎn)后，扳回手輪卸除主負(fù)荷，大指針回轉(zhuǎn)一段距離。此時(shí)，大指針?biāo)傅臄?shù)字即為洛氏硬度值。下降絲桿，取下試樣，試驗(yàn)完畢。3、洛氏硬度試驗(yàn)注意事項(xiàng)：更換壓頭或載物臺(tái)時(shí)注意將配合處

6、搽拭干凈。放置后，應(yīng)初步試驗(yàn)幾次，直到連續(xù)兩次所得硬度值相同后才能開始正式試驗(yàn)。目的是為了使壓頭及載物臺(tái)接觸部分壓緊，接觸良好。金剛石壓頭很脆，任何時(shí)間都要記住不要與試樣、載物臺(tái)等硬物相碰；當(dāng)更換壓頭、載物臺(tái)時(shí)，應(yīng)先用手輪把載物臺(tái)旋至較低位置，在用手指覆蓋住金剛石尖端，然后在作更換動(dòng)作。壓痕間距或壓痕試樣邊緣距離：HRC、HRA應(yīng)大于2.5毫米，而HRC應(yīng)大于4毫米。（三）維氏硬度法試驗(yàn)1、維氏硬度法試驗(yàn)原理維氏硬度以符號(hào)HV表示，與布氏硬度一樣，維氏硬度也是根據(jù)壓痕凹面積上所承受平均壓力來確定的.但維氏硬度所用的壓頭不是鋼球，而是錐面夾角為136o的金剛石四方角錐。2、維氏硬度試驗(yàn)注意事項(xiàng)試

7、樣的準(zhǔn)備；維氏硬度試驗(yàn)時(shí)一般壓痕較小。為了保證測(cè)量準(zhǔn)確。試樣表面光潔度的要求比其他方法的高，加工精度在-5以上。表面不應(yīng)有銹蝕，機(jī)加工粗劃痕及油污等。試驗(yàn)面與支撐面應(yīng)平行，保證試驗(yàn)面能與壓頭軸線垂直。 當(dāng)硬度HV>500時(shí)，不允許選用超過50公斤的負(fù)荷。為了使壓痕測(cè)量準(zhǔn)確性高 些，壓痕大一些好。試驗(yàn)薄片或薄層時(shí)，為了防止壓透，其負(fù)荷應(yīng)根據(jù)壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度至少應(yīng)小于零件厚度的1.5倍選擇之。加荷時(shí)，保荷時(shí)間應(yīng)不小于10秒。壓痕間距離應(yīng)不小于壓痕對(duì)角線的2.5倍。測(cè)量壓痕對(duì)角線時(shí)，應(yīng)兩對(duì)角線同時(shí)測(cè)量求平均值，然后在查表或計(jì)算的HV值。由于維氏硬度試驗(yàn)壓痕一般較小，代表性差，因而最好多測(cè)幾點(diǎn)，取

8、其硬度值的平均值。（四）顯微硬度試驗(yàn)用布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等等試驗(yàn)法測(cè)定材料的硬度時(shí)，只能得到金屬材料組織的平均值硬度。這就是說，當(dāng)金屬材料是由幾個(gè)相的機(jī)械混合物組成時(shí)，測(cè)得硬度值只是這個(gè)混合物的平均硬度。當(dāng)測(cè)量某個(gè)相、某個(gè)晶粒、夾雜物或其他組成物的硬度時(shí)，或者對(duì)于研究擴(kuò)散層組織，偏析相、硬化層深度以及極薄層試樣等等，這時(shí)就可應(yīng)用顯微硬度試驗(yàn)法。實(shí)驗(yàn)三 沖擊試驗(yàn)原理：材料的沖擊韌性指標(biāo)ak值是以沖斷試樣單位面積上所消耗的功來衡量。 AK 可由試驗(yàn)前后擺錘的位能差來求得 AK =Eb-Ek=GH1-GH2=G(H1-H2)數(shù)值可由試驗(yàn)機(jī)的指針上直接讀出，單位為焦耳，用試樣缺口處橫截面F（

9、厘米2）除 （AK）,即得沖擊值（沖擊韌性ak）試樣：鋼樣：斷面正方形10×10×55；開U型槽，槽深2；鑄鐵：斷面小正方形20×20×110，不開槽。實(shí)驗(yàn)四 疲勞試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模好枥L疲勞曲線，并求疲勞極限-1。原理：-1 =M/W公斤力/毫米（M=危險(xiǎn)斷面彎曲力矩，M= PK/2公斤毫米，K一般為100毫米；W=試樣斷面系數(shù)，W=d3/32毫米3；d=試樣直徑，d=6）。測(cè)定方法：準(zhǔn)備68個(gè)同一批試樣，加載P=12公斤，（記表面轉(zhuǎn)速），試樣斷并記錄轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速n5*106N),卸載，加載（第二根）如P=14公斤，轉(zhuǎn)速3*105N斷,則載荷過大，則在第1，2

10、根間取值，再斷與不斷之間重復(fù)幾次試驗(yàn)，做到斷與不斷之應(yīng)力差1公斤力（厘米2），以取得精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)五 磨損試驗(yàn)MM200型磨損試驗(yàn) （干摩擦，潤(rùn)滑摩擦）ML10磨料磨損試驗(yàn)（環(huán)對(duì)環(huán)，一般為干摩擦）MLD10型的動(dòng)載荷磨損試驗(yàn)（邊沖邊磨，干摩擦，三體摩擦）MLS23型濕砂橡膠輪磨損試驗(yàn)（三體磨損）MHK500型環(huán)塊磨損（滾、滑摩擦）第二部分 金相綜合分析實(shí)驗(yàn)一 金相顯微鏡的構(gòu)成原理及使用金相顯微鏡的構(gòu)成原理：顯微鏡不像放大鏡那樣由單個(gè)透鏡組成，靠近所觀察的物體的透鏡叫做物鏡，靠近眼睛的透鏡叫做目鏡。借助物鏡和目鏡的兩次放大就能將物體放大到很高的倍數(shù)（15002000倍）。金相顯微意的使用：

11、 接通電源，根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上及目鏡筒內(nèi)，并使轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)至固定位置。 將試樣放在樣品臺(tái)中心，是觀察面朝下。 轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，先使載物臺(tái)下降，同時(shí)用肉眼觀察，使物鏡盡可能接近試樣表面（但不得與試樣相碰），然后相反轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使載物臺(tái)漸漸上升以調(diào)整焦距，當(dāng)視場(chǎng)亮度增強(qiáng)時(shí)再改用微調(diào)手輪，直到物象調(diào)整到最清晰程度為止。 適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光欄和視場(chǎng)光欄，以獲得最佳質(zhì)量的物象。實(shí)驗(yàn)二 金相技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)金相顯微試樣的制備方法金相顯微試樣制備過程包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序。拋光時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)我們使用了機(jī)械拋光，是在拋光機(jī)上進(jìn)行的，拋光時(shí)在拋光盤上不斷滴注拋光液，拋光液采用Cr

12、2O3（粒度均為0.31um）在水中的懸浮液。鋼鐵材料利用4硝酸酒精溶液對(duì)試樣表面進(jìn)行浸蝕。若浸蝕不足即可重復(fù)浸蝕，浸蝕畢后用清水沖洗，再用酒精沖洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干，這樣得到的金相試樣即可在顯微鏡下進(jìn)行觀察和分析研究。電子攝像技術(shù)將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺(tái)上分別焦距，獲得清晰金相圖片，分別在20倍，200倍，400倍下放大觀察，得到不同等級(jí)圖片。400倍的金相圖片200倍的金相圖片20倍的金相圖片實(shí)驗(yàn)三 鋼件的火花鑒別法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠没鸹z測(cè)或斷口分析來鑒別鋼鐵材料的種類及其主要的化學(xué)成分。 二、用具和材料電動(dòng)砂輪，各種實(shí)驗(yàn)用的鋼鐵試樣。 三、實(shí)驗(yàn)說明（一）火花鑒別要點(diǎn)：火花鑒別的要

13、點(diǎn)是：詳細(xì)觀察火花的火束粗細(xì)、長(zhǎng)短、花次層疊程度和它的色澤變化情況，注意觀察組成火束的流線形態(tài)，火花束根部、中部及尾部的特殊情況和它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和火花爆裂形態(tài)、花粉大小和多少等。（二）火花產(chǎn)生的基本原理：火花產(chǎn)生的機(jī)理是,當(dāng)鋼鐵材料試件以一定的壓力壓在高速旋轉(zhuǎn)的砂輪表面時(shí),根據(jù)磨削原理,試件會(huì)被砂輪“切削”下來無數(shù)的細(xì)微金屬碎屑,由于變形熱和摩擦熱的作用,這些細(xì)微的金屬顆粒瞬間即達(dá)到熔融狀態(tài),在離心力的作用下,從試件與砂輪接觸處的切線方向高速拋射出去,形成一條條光亮的流線。這些高速運(yùn)行的熔融金屬顆粒,與空氣發(fā)生劇烈的氧化作用,在它們的表面上形成一層氧化鐵薄膜。而鋼中的碳元素在高溫下極易與氧結(jié)合而

14、生成CO ,使Fe 還原,還原后的鐵再次被空氣氧 化,然后再次被還原,這種反應(yīng)多次重復(fù)進(jìn)行,于是熔滴內(nèi)聚積了大量的CO 氣體。第三部分 鋼的熱處理一、概述：熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法，也是充分發(fā)揮金屬材料性能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝熱點(diǎn)是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化，主要是由于鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可以發(fā)生一系列的變化。采用不同的熱處理工藝過程，將會(huì)使鋼得到不同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理基本工藝

15、方法可分為退火、正火、淬火和回火等。二、退火和正火鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度J或者J以上，保溫一段時(shí)間，然后緩慢地隨爐冷卻。此時(shí)奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織。 正火是將鋼加熱到AC3或ACM以上30-50，保溫后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體相對(duì)量較多，且片層較細(xì)密，所以性能有所改善。對(duì)低碳鋼來說，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對(duì)高碳鋼則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火或淬火作準(zhǔn)備。 三、淬火所謂淬火就是將鋼加熱到AC3或A1以上30-50，保溫后放進(jìn)各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻，以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后

16、的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。為了正確的進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮三個(gè)重要的因素：淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。四、回火鋼的淬火處理得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工往往會(huì)出現(xiàn)龜裂，一些精密的零件在使用過程中將會(huì)引起尺寸變化而失去精度，甚至開裂。因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。主要分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。五、注意事項(xiàng)：1.本實(shí)驗(yàn)加熱所用都為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試樣時(shí)必須先切斷電源。2.往爐中放取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油

17、或水。開關(guān)爐門要迅速，爐門打開時(shí)間不宜過長(zhǎng)。3.試樣由爐中取出淬火時(shí)，動(dòng)作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。4.試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪拌，否則試樣表面會(huì)由于冷卻不均勻而出現(xiàn)軟點(diǎn)。5.淬火時(shí)水溫應(yīng)保持在20-30左右，水溫過高要及時(shí)換水。6.淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面，去掉氧化皮再打硬度。第四部分 鑄造綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行高鉻鑄鐵試樣制備之前先了解一下鑄造實(shí)驗(yàn)室主要大型設(shè)備和常用設(shè)備的原理，使用維護(hù)和注意事項(xiàng)。一、中頻感應(yīng)電爐使用可控硅元件連接成三相全控橋電路，將三相工頻交流電壓整流為單相直流電壓。（電壓從0伏-540伏可調(diào)節(jié)）為逆變電路提供了電源。爐體的感應(yīng)線圈（銅管繞制）與補(bǔ)償電容

18、組成振蕩電路，從而將三相工頻電壓轉(zhuǎn)換成單相的中頻電壓（1000Hz）。此電壓通入感應(yīng)線圈就可熔煉金屬，也可中頻淬火。中頻感應(yīng)電爐在使用過程中一定要保證冷卻水管暢通無阻。在調(diào)節(jié)功率時(shí)不要超過額定值（電壓<750V 電流<300A）。二、真空熱電爐利用可控硅調(diào)壓器以及大功率變壓器提供給石墨發(fā)熱體可調(diào)節(jié)電壓（0-30伏），石墨發(fā)熱體安置在耐用鋼板制作的爐體內(nèi)，此爐體通過機(jī)械真空泵及擴(kuò)散泵的工作將爐體內(nèi)的空氣抽出形成真空。這樣在一定的真空度夏可燒結(jié)材料。真空熱壓爐在使用過程中同樣保持冷水管暢通。三、鑄造合金流動(dòng)性測(cè)定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：配制AlCu5%的合金，用螺旋型板制作砂型，將熔化好的試驗(yàn)材料澆入砂型，等凝固后，清理出螺旋形試樣，測(cè)量出螺旋形試樣長(zhǎng)度，分析澆注溫度、鑄型性質(zhì)對(duì)合金流動(dòng)性的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 實(shí)驗(yàn)材料澆注溫