材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)1=1（試用）院系：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備方法（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)二金屬材料的硬度（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)三Sn-Pb二元平衡相圖測(cè)試（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)四金相定量分析方法（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)五Fe-C合金平衡組織觀察（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)六材料彈性及塑性變形測(cè)定（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)七碳鋼試樣的制備及測(cè)試綜合性實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)八金屬塑性變形及回復(fù)再結(jié)品設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（6學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)九金屬凝固組織及缺陷的觀察（2學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備方法一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解光學(xué)顯微鏡的原理及構(gòu)造，熟悉其零件的作用。2）學(xué)會(huì)正確操作和使用金相顯微鏡。3）掌握金相試樣的制備過(guò)程和基本方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料實(shí)驗(yàn)設(shè)備：x-1型臺(tái)式光學(xué)顯微鏡，磨樣機(jī)、拋光機(jī)、砂輪機(jī)實(shí)驗(yàn)材料：碳鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解光學(xué)顯微鏡并熟悉光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造和使用方法;要求每個(gè)學(xué)生會(huì)實(shí)際操作光學(xué)顯微鏡，觀察金相樣品并測(cè)定其放大倍數(shù)。演示并初步認(rèn)識(shí)金相試樣的制備過(guò)程及方法四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式要求：一、實(shí)驗(yàn)名稱二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：1.光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造及其零部件的作用使用光學(xué)顯微鏡觀察標(biāo)準(zhǔn)樣品的收獲概述金相試樣制備過(guò)程及方法四、個(gè)人體會(huì)與建議實(shí)驗(yàn)二金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠际稀⒙迨?、維氏硬度的測(cè)試原理。初步掌握各種硬度計(jì)的操作方法和使用注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)鐵碳合金試樣實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟通過(guò)老師講解，熟悉布氏和洛氏硬度計(jì)的原理、構(gòu)造及正確的操作方法。演示測(cè)定維氏硬度值，演示測(cè)定布氏和洛氏硬度值，注：每個(gè)樣品測(cè)量壓痕數(shù)，由指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生人數(shù)確定，保證每位學(xué)生可以操作硬度計(jì)1-2次。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件限制，所以不需要嚴(yán)格按照多次測(cè)量取平均值的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。簡(jiǎn)要敘述布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的測(cè)量原理和特點(diǎn)。寫(xiě)出測(cè)量步驟，附上實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？偨Y(jié)各種硬度計(jì)的使用注意事項(xiàng)和使用體會(huì)。實(shí)驗(yàn)三Sn-Pb二元平衡相圖測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)用熱分析方法測(cè)繪Sn-Pb二元平衡相圖；掌握純金屬與合金冷卻過(guò)程的異同，學(xué)習(xí)相變點(diǎn)溫度的確定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料實(shí)驗(yàn)設(shè)備：微機(jī)差熱儀DTA-2C實(shí)驗(yàn)材料：不同重量百分比(wt.%)成分的Sn-Pb合金，如表1所示。表1Sn-Pb二元合金成分(wt.%)合金編號(hào)合金成分100%Sn80%Sn+20%Pb共晶61.9%Sn+38.1%Pb18.3%Sn+81.7%Pb10%Sn+90%Pb三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將一個(gè)大組人員分成3-4人一小組，共4個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)測(cè)試一個(gè)成分合金的冷卻曲線。將預(yù)先配置好的金屬和合金分別放在陶瓷坩蝸中，然后放入微機(jī)差熱儀中加熱，待合金熔化后，開(kāi)始冷卻。為防止金屬氧化，應(yīng)在熔化的金屬液面上覆蓋一層木炭粉或石墨粉。Sn-Pb金屬及合金在冷卻過(guò)程中，設(shè)備會(huì)自動(dòng)記錄合金的溫度-時(shí)間的冷卻曲線，要求從冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)。每組都會(huì)測(cè)出一種合金的冷卻曲線。將4個(gè)小組測(cè)得的冷卻曲線上的臨界點(diǎn)匯總，根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和總結(jié)，最后作出Sn-Pb二元相圖。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式要求：一、實(shí)驗(yàn)名稱二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：1.給出測(cè)試的成分合金的冷卻曲線結(jié)合其他小組測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出Sn-Pb二元相圖。個(gè)人體會(huì)與建議實(shí)驗(yàn)四金相定量分析方法實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私舛糠治龅幕痉?hào)和基本方程的意義掌握在顯微鏡下進(jìn)行相含量定量分析的基本方法完成試樣中Sn-Pb合金不同組織體積分?jǐn)?shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品光學(xué)顯微鏡Sn-Pb合金定量分析試樣實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟由指導(dǎo)老師簡(jiǎn)要講解截線法測(cè)Sn-Pb合金組織體積含量的方法。測(cè)量Sn-Pb合金組織中先共晶組織和共晶組織的體積百分含量。要求每個(gè)試樣至少測(cè)量10個(gè)以上珠光體品粒的截線長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。寫(xiě)出測(cè)量步驟，付上實(shí)驗(yàn)結(jié)果。向同組同學(xué)交換數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品至少獲得5個(gè)體積含量測(cè)量結(jié)果，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差，并分析誤差產(chǎn)生原因?？偨Y(jié)定量分析中注意事項(xiàng)和體會(huì)。實(shí)驗(yàn)五Fe-C合金平衡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下顯微組織。分析含碳量對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料金相顯微鏡；表1中的各種鐵碳合金的顯微樣品。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)內(nèi)容和閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，為實(shí)驗(yàn)做好理論方面的準(zhǔn)備；（2）在顯微鏡下觀察和分析表1所列鐵碳合金標(biāo)準(zhǔn)試樣的平衡組織，識(shí)別鋼和鑄鐵組織形態(tài)的特征，根據(jù)Fe-Fe3C相圖分析各合金的形成過(guò)程；建立成分、組織之間相互關(guān)系的概念。（3）繪出所觀察的顯微組織示意圖，畫(huà)時(shí)抓住組織形態(tài)的典型特征，并在圖中表示出來(lái)。（4）根據(jù)顯微組織近似確定亞共析鋼的含碳量：C%=（PX0.77）/100+（FX0.0218）/100,式中：P和F分別為珠光體和鐵素體所占面積（%）三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康漠?huà)出所觀察顯微組織示意圖，并注明材料名稱、含碳量、侵蝕劑和放大倍數(shù)，顯微組織畫(huà)在直徑為30-50mm的圓內(nèi)，并將組成物名稱以箭頭引出標(biāo)明。根據(jù)所觀察的顯微組織近似確定一種亞共析鋼的含碳量。分析和討論：含碳量對(duì)鐵碳合金的組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)后的感想與體會(huì)實(shí)驗(yàn)六材料彈性及塑性變形測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饫煸囼?yàn)機(jī)的工作原理和操作方法測(cè)量碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析碳含量對(duì)彈性和塑性變形性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品拉伸試驗(yàn)機(jī)鐵碳合金拉伸試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟通過(guò)老師講解，了解材料拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理。對(duì)鐵碳合金試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%三個(gè)樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，注意觀察拉伸過(guò)程中四個(gè)特征階段的各種現(xiàn)象，并記錄各特征數(shù)值。注：將學(xué)生分為三組，每組學(xué)生測(cè)量一個(gè)樣品。然后三組學(xué)生交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。附上實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到曲線，給出不同樣品的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、斷面收縮率等特征數(shù)值。比較并分析碳含量對(duì)樣品的彈性和塑性性質(zhì)的影響?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)和體會(huì)。實(shí)驗(yàn)七碳鋼試樣的制備及測(cè)試綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)實(shí)際制備鐵碳合金樣品；綜合運(yùn)用已學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)觀察金相組織，定量分析組織相對(duì)含量，測(cè)試硬度，綜合分析并加深理解材料成分、顯微組織和性能之間的相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品鐵碳合金試樣光學(xué)顯微鏡，磨樣機(jī)、拋光機(jī)、砂輪機(jī)、硬度計(jì)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)四的部分，為動(dòng)手實(shí)驗(yàn)做好的準(zhǔn)備;把領(lǐng)取到的碳鋼試樣按照粗磨一細(xì)磨一機(jī)械拋光一浸蝕的步驟制備金相樣品；利用光學(xué)顯微鏡觀察試樣金相形貌，得到顯微組織圖測(cè)量鐵碳合金試樣中珠光體的體積百分含量。要求每個(gè)試樣至少測(cè)量10個(gè)以上珠光體品粒的截線長(zhǎng)度。根據(jù)杠桿定律計(jì)算合金中組織組成物的含量，另外根據(jù)顯微組織近似計(jì)算鋼中含碳量。測(cè)定試樣的硬度值，結(jié)合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合分析碳鋼的組織與性能的基本測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容這是驗(yàn)證性綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)所學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)際操作，學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)的基本技術(shù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。個(gè)人體會(huì)與建議實(shí)驗(yàn)八金屬塑性變形及回復(fù)再結(jié)晶設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼J(rèn)識(shí)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響認(rèn)識(shí)冷變形金屬在回復(fù)再結(jié)品后組織性能的變化。實(shí)驗(yàn)設(shè)備和樣品金相顯微鏡硬度計(jì)冷軋機(jī)或拉伸機(jī)箱式加熱爐純Cu、純Al、純Zn切割機(jī)、鑲嵌用品實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟建議的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容認(rèn)識(shí)和分析金屬在不同塑性變形量后形變組織特征以及性能(硬度)的變化；認(rèn)識(shí)和分析冷變形金屬在加熱后的回復(fù)再結(jié)品過(guò)程中組織及性能的變化；認(rèn)識(shí)和分析不同晶體結(jié)構(gòu)的金屬在塑性變形過(guò)程中組織和性能變化特點(diǎn)。4.實(shí)驗(yàn)說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，一般5人為1組，選組長(zhǎng)1人。小組根據(jù)建議實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或自設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制定方案，分別開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。最終將小組各位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)匯總，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。示例實(shí)驗(yàn)方案：1、取純Al試樣五個(gè)(每人1個(gè)試樣)，在軋機(jī)上進(jìn)行塑性變形，相對(duì)變形量分別為0%、10%、20%、30%、40%。2、將上述試樣用砂輪切割機(jī)從中部切開(kāi)，其中一個(gè)用于制備金相試樣（如果實(shí)驗(yàn)尺寸較小，需要鑲嵌試樣），磨樣觀察試樣的組織并測(cè)試心部區(qū)域硬度，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3、將切割的另一半試樣放入箱式加熱爐中，加熱到300°C，保溫0.5小時(shí)，取出試樣后重新制樣磨樣觀察組織并測(cè)試硬度，將數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，并與熱處理前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。4、匯總小組其他成員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合分析，形成最終實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和基本步驟。附上實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的金相組織及性能數(shù)據(jù)和曲線。根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案及目的敘述實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析原因?？偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)和體會(huì)。五、思考題將冷變形試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成變形量-硬度關(guān)系圖，分析冷加工后材料性能的變化規(guī)律及機(jī)理。冷變形試樣加熱后硬度變化規(guī)律如何？組織變化規(guī)律如何？為什么？什么是臨界變形度，你小組的試驗(yàn)中是否發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)九金屬凝固組織及缺陷的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>