材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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（試用）

院系：

班級(jí)：

姓名：

學(xué)號(hào)：

大連理工高校

年代日

試驗(yàn)名目

試驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備辦法（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)二金屬材料的硬度（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)三Sn-Pb二元平衡相圖測試（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)四金相定量分析辦法（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)五Fe-C合金平衡組織觀看（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)六材料彈性及塑性變形測定（2學(xué)時(shí)）試驗(yàn)七碳鋼試樣的制備及測試綜合性試驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）試驗(yàn)八金屬塑性變形及回復(fù)再結(jié)晶設(shè)計(jì)性試驗(yàn)（6學(xué)時(shí)）試驗(yàn)九金屬凝固組織及缺陷的觀看（2學(xué)時(shí)）

試驗(yàn)一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備辦法

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）了解光學(xué)顯微鏡的原理及構(gòu)造，認(rèn)識(shí)其零件的作用。

2）學(xué)會(huì)正確操作和使用金相顯微鏡。

3）把握金相試樣的制備過程和基本辦法。

二、試驗(yàn)設(shè)備與材料

試驗(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)

試驗(yàn)材料：碳鋼標(biāo)準(zhǔn)樣品

三、試驗(yàn)內(nèi)容

1.通過本次試驗(yàn)使同學(xué)了解光學(xué)顯微鏡并認(rèn)識(shí)光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造和使用辦法；

2.要求每個(gè)同學(xué)會(huì)實(shí)際操作光學(xué)顯微鏡，觀看金相樣品并測定其放大倍數(shù)。

3.演示并初步熟悉金相試樣的制備過程及辦法

四、試驗(yàn)報(bào)告撰寫

撰寫試驗(yàn)報(bào)告格式要求：

一、試驗(yàn)名稱

二、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

三、試驗(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

2.使用光學(xué)顯微鏡觀看標(biāo)準(zhǔn)樣品的收獲

3.概述金相試樣制備過程及辦法

四、個(gè)人體味與建議

試驗(yàn)二金屬材料的硬度

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.了解布氏、洛氏、維氏硬度的測試原理。

2.初步把握各種硬度計(jì)的操作辦法和使用注重事項(xiàng)。

二．試驗(yàn)設(shè)備和樣品

1．布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)

2．鐵碳合金試樣

三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1.通過教師講解，認(rèn)識(shí)布氏和洛氏硬度計(jì)的原理、構(gòu)造及正確的操作辦法。

2.演示測定維氏硬度值，演示測定布氏和洛氏硬度值，

注：每個(gè)樣品測量壓痕數(shù)，由指導(dǎo)教師按照同學(xué)人數(shù)確定，保證每位同學(xué)可以操作硬度計(jì)1-2次。由于試驗(yàn)條件限制，所以不需要嚴(yán)格根據(jù)多次測量取平均值的要求舉行試驗(yàn)。

四．試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1．簡述試驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。

2．簡要講述布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)的測量原理和特點(diǎn)。

3．寫出測量步驟，附上試驗(yàn)結(jié)果。

4．總結(jié)各種硬度計(jì)的使用注重事項(xiàng)和使用體味。

試驗(yàn)三Sn-Pb二元平衡相圖測試

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1)學(xué)會(huì)用熱分析辦法測繪Sn-Pb二元平衡相圖；

2)把握純金屬與合金冷卻過程的異同，學(xué)習(xí)相變點(diǎn)溫度確實(shí)定辦法。

二、試驗(yàn)設(shè)備與材料

試驗(yàn)設(shè)備：微機(jī)差熱儀DTA-2C

試驗(yàn)材料：不同分量百分比(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

1100%Sn

280%Sn+20%Pb

共晶61.9%Sn+38.1%Pb

318.3%Sn+81.7%Pb

410%Sn+90%Pb

三、試驗(yàn)內(nèi)容

1.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離放在陶瓷坩堝中，然后放入微機(jī)差熱儀中加熱，待合金熔化后，開頭冷卻。為防止金屬氧化，應(yīng)在熔化的金屬液面上籠罩一層木炭粉或石墨粉。

2.Sn-Pb金屬及合金在冷卻過程中，設(shè)備會(huì)自動(dòng)記錄合金的溫度-時(shí)光的冷卻曲

線，要求從冷卻曲線上找出臨界點(diǎn)。每組都會(huì)測出一種合金的冷卻曲線。

3.將4個(gè)小組測得的冷卻曲線上的臨界點(diǎn)匯總，按照這些試驗(yàn)結(jié)構(gòu)舉行分析和

總結(jié)，最后作出Sn-Pb二元相圖。

四、試驗(yàn)報(bào)告撰寫

撰寫試驗(yàn)報(bào)告格式要求：

一、試驗(yàn)名稱

二、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

三、試驗(yàn)內(nèi)容

包括：1.給出測試的成分合金的冷卻曲線

2.結(jié)合其他小組測得的試驗(yàn)結(jié)果，做出Sn-Pb二元相圖。個(gè)人體味與建議

試驗(yàn)四金相定量分析辦法

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解定量分析的基本符號(hào)和基本方程的意義

2．把握在顯微鏡下舉行相含量定量分析的基本辦法

3．完成試樣中Sn-Pb合金不同組織體積分?jǐn)?shù)測定

二．試驗(yàn)設(shè)備和樣品

1．光學(xué)顯微鏡

2．Sn-Pb合金定量分析試樣

三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1.由指導(dǎo)教師簡要講解截線法測Sn-Pb合金組織體積含量的辦法。

2.測量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

樣至少測量10個(gè)以上珠光體晶粒的截線長度。

四．試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1.簡述試驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。

2.寫出測量步驟，付上試驗(yàn)結(jié)果。

3.向同組學(xué)生交換數(shù)據(jù)，每個(gè)樣品至少獲得5個(gè)體積含量測量結(jié)果，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)

誤差，并分析誤差產(chǎn)生緣由。

4.總結(jié)定量分析中注重事項(xiàng)和體味。

試驗(yàn)五Fe-C合金平衡組織觀看

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下顯微組織。

2.分析含碳量對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的互相關(guān)系

二、試驗(yàn)辦法指導(dǎo)

1.試驗(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。

2.試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

（1）驗(yàn)前同學(xué)應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)內(nèi)容和閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書，為試驗(yàn)做好理論方面的預(yù)備；

（2）在顯微鏡下觀看和分析表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，按照Fe-Fe3C相圖分析各合金的形成過程；建立成分、組織之間互相關(guān)系的概念。

（3）繪出所觀看的顯微組織暗示圖，畫時(shí)抓住組織形態(tài)的典型特征，并在圖中表示出來。

（4）按照顯微組織近似確定亞共析鋼的含碳量：

C%=(P×0.77)/100+(F×0.0218)/100,

式中：P和F分離為珠光體和鐵素體所占面積（%）

三、試驗(yàn)報(bào)告要求

1.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

2.畫出所觀看顯微組織暗示圖，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。

3.按照所觀看的顯微組織近似確定一種亞共析鋼的含碳量。

4.分析和研究：含碳量對(duì)鐵碳合金的組織和性能的影響。

5.試驗(yàn)后的感想與體味

試驗(yàn)六材料彈性及塑性變形測定

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．了解拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)的工作原理和操作辦法

2．測量碳鋼應(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。二．試驗(yàn)設(shè)備和樣品

1．拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)

2．鐵碳合金拉伸試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%

三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1．通過教師講解，了解材料拉伸試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理。

2．對(duì)鐵碳合金試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%三個(gè)樣品舉行拉伸試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，注重觀看拉伸過程中四個(gè)特征階段的各種現(xiàn)象，并記錄各特征數(shù)值。注：將同學(xué)分為三組，每組同學(xué)測量一個(gè)樣品。然后三組同學(xué)交換試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成試驗(yàn)報(bào)告。

四．試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1．簡述試驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E。

2．附上試驗(yàn)測量得到曲線，給出不同樣品的彈性模量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率等特征數(shù)值。

3．比較并分析碳含量對(duì)樣品的彈性和塑性性質(zhì)的影響。

4．總堅(jiān)固驗(yàn)過程中注重事項(xiàng)和體味。

試驗(yàn)七碳鋼試樣的制備及測試綜合性試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)會(huì)實(shí)際制備鐵碳合金樣品；

2.綜合運(yùn)用已學(xué)試驗(yàn)技術(shù)觀看金相組織，定量分析組織相對(duì)含量，測試硬度，

綜合分析并加深理解材料成分、顯微組織和性能之間的互相關(guān)系。

二．試驗(yàn)設(shè)備和樣品

1．鐵碳合金試樣

2.光學(xué)顯微鏡，磨樣機(jī)、拋光機(jī)、砂輪機(jī)、硬度計(jì)等

三．試驗(yàn)內(nèi)容

1.領(lǐng)悟試驗(yàn)指導(dǎo)書中試驗(yàn)一、試驗(yàn)二、試驗(yàn)四的部分，為動(dòng)手試驗(yàn)做好的預(yù)備；

2.把領(lǐng)取到的碳鋼試樣根據(jù)粗磨→細(xì)磨→機(jī)械拋光→浸蝕的步驟制備金相樣品；

3.利用光學(xué)顯微鏡觀看試樣金相形貌，得到顯微組織圖

4.測量鐵碳合金試樣中珠光體的體積百分含量。要求每個(gè)試樣至少測量10個(gè)以

上珠光體晶粒的截線長度。

5.按照杠桿定律計(jì)算合金中組織組成物的含量，另外按照顯微組織近似計(jì)算鋼

中含碳量。

6.測定試樣的硬度值，

7.結(jié)合前面的試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析碳鋼的組織與性能的基本測試辦法及試驗(yàn)結(jié)

果互相之間的關(guān)系。

四．試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1.試驗(yàn)名稱

2.試驗(yàn)?zāi)康?/p>

3.試驗(yàn)內(nèi)容

這是驗(yàn)證性綜合試驗(yàn)，同學(xué)按照所學(xué)試驗(yàn)技術(shù)，實(shí)際操作，學(xué)會(huì)試驗(yàn)的基本技術(shù)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果舉行綜合分析。

4.個(gè)人體味與建議

試驗(yàn)八金屬塑性變形及回復(fù)再結(jié)晶設(shè)計(jì)性試驗(yàn)

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．熟悉塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響

2．熟悉冷變形金屬在回復(fù)再結(jié)晶后組織性能的變化。

二．試驗(yàn)設(shè)備和樣品

1．金相顯微鏡

2．硬度計(jì)

3．冷軋機(jī)或拉伸機(jī)

4.箱式加熱爐

5．純Cu、純Al、純Zn

6.切割機(jī)、鑲嵌用品

三．試驗(yàn)內(nèi)容和步驟

（1）建議的試驗(yàn)內(nèi)容

1．熟悉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；

2.熟悉和分析冷變形金屬在加熱后的回復(fù)再結(jié)晶過程中組織及性能的變化；

3.熟悉和分析不同晶體結(jié)構(gòu)的金屬在塑性變形過程中組織和性能變化特點(diǎn)。

4.

（2）試驗(yàn)說明

本試驗(yàn)為設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，普通5人為1組，選組長1人。小組按照建議試驗(yàn)內(nèi)容或自設(shè)試驗(yàn)內(nèi)容制定計(jì)劃，分離開展試驗(yàn)。終于將小組各位學(xué)生的試驗(yàn)匯總，形成試驗(yàn)報(bào)告。

（3）示例試驗(yàn)計(jì)劃：

1、取純Al試樣五個(gè)（每人1個(gè)試樣），在軋機(jī)上舉行塑性變形，相對(duì)變形

量分離為0%、10%、20%、30%、40%。

2、將上述試樣用砂輪切割機(jī)從中部切開，其中一個(gè)用于制備金相試樣（假如試驗(yàn)尺寸較小，需要鑲嵌試樣），磨樣觀看試樣的組織并測試心部區(qū)域硬度，記錄試驗(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℃，保溫0.5小時(shí)，取出試樣后重新制樣磨樣觀看組織并測試硬度，將數(shù)據(jù)記錄下來，并與熱處理前的數(shù)據(jù)舉行對(duì)照。

4、匯總小組其他成員的試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析，形成終于試驗(yàn)報(bào)告。四．試驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容

1．簡述試驗(yàn)?zāi)康摹⒃O(shè)計(jì)的試驗(yàn)計(jì)劃和基本步驟。

2．附上試驗(yàn)測量得到的金相組織及性能數(shù)據(jù)和曲線。

3．按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)計(jì)劃及目的講述試驗(yàn)結(jié)果并分析緣由。

4．總堅(jiān)固驗(yàn)過程中注重事項(xiàng)和體味。

五、思量題

1．將冷變形試樣的試驗(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邏輯及機(jī)理。

2．冷變形試樣加熱后硬度變化邏輯如何？組織變化邏輯如何？為什么？

3．什么是臨界變形度，你小組的實(shí)驗(yàn)中是否發(fā)覺這一現(xiàn)象？

試驗(yàn)九金屬凝固組織及缺陷的觀看

一．試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．認(rèn)識(shí)金屬凝固的典型組織

2．認(rèn)識(shí)鑄造過程中常見組織缺陷

二．試驗(yàn)設(shè)備