工程材料实验指导书.docx

工程材料实验指导书班级:_姓名:_学号:_机控学院目 录工程材料实验守则1前 言2实验一 铁碳合金平衡组织观察4实验二 碳钢的热处理及硬度实验7实验三、锉刀综合实验9实验四、创新性综合实验一12实验五、创新性综合实验二.14附录 1 铁碳合金平衡组织16附录 2 钢的热处理19附录 3 金相显微镜的基本原理、构造及使用22附录 4 金相试样的制备27附录 5 硬度计的使用30附录 6 扫描电子显微镜结构及工作原理.38附录 7 透射电子显微镜结构及工作原理.42工程材料实验守则1实验前认真做好预习，明确实验目的，了解实验内容，步骤及注意事项。2实验不迟到，无故迟到两次者实验成绩记为不及格。病假、事假需有医生或班主任证明。无故旷课者，该次成绩记以零分。3实验时必须听从辅导教师及实验工作人员的指导，严格遵守设备操作规程，注意人身安全及设备安全，不得随意动用与本次实验无关的设备仪器，不准打闹。4损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定必须进行全部或部分赔偿。5实验完毕，整理好仪器、设备，清理桌面及场地。6认真做好实验报告，按时上交。前 言工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修的一门技术基础课，而实验教学则是工程材料课程教学的一个重要环节。但是目前工程材料实验以验证性、演示观察性的分散小型实验为主，实验内容互相分割，缺乏综合性和连贯性，没有较好的体现工程材料学科主线；过分强调理论课程的指导性，忽略了实验的能动性，把实验教学作为理论教学的附属品，使其机械依附于理论课程；方法陈旧单一，给与学生自主方面的机会和空间很少，缺乏对学生动手能力，创造能力和综合分析能力的培养。为突出浙江理工大学人才培养的创新目标，配合工程材料课程改革的要求，进行工程材料实验的改革，教授工程材料领域的科学实验研究方法，培养和发展综合应用基础知识去分析问题、解决问题的能力，培养开拓精神和创造能力，使学生的综合素质得到全面的提高。一、工程材料实验流程工程材料实验课流程包括（1）网络学习，技能培训（2）实验任务书讲解（3）实际操作，基础性实验（选）（4）自主设计实验（5）实验实施，完成实验报告。（1）第一阶段，在工程材料实验课网络平台上同学们完成实验技能的基本培训，包括金相试样的制作，金相显微镜的使用，硬度计的使用，对不同金相组织的基本认识，热处理设备的使用，安全操作注意事项等。通过网络平台文字、图片、动画、视频等多种形式可以使同学们对工程材料实验操作有一个感性认识。网络平台24小时开放可以方便同学们随时学习。在网络学习中遇到的问题可以通过交流平台留言讨论。同时在网络平台上预约实验时间。（2）在实验指导书讲解阶段确定学生分组名单，介绍实验任务书，组织学生讨论，确实实验内容。工程材料实验包括基础性实验，综合性实验和研究性实验。基础性实验的目的是提高同学们的实践动手能力和观察分析能力，掌握工艺，设备，观察，记录，分析等全方位的能力，是对网络平台的有益补充，对于动手能力较强的学生该实验可以不做。综合性实验和研究性实验是本实验的特色实验，实验指导书提供了一个综合性实验和研究性实验供同学们参考选择，但更鼓励同学们独立提出研究内容，设计实验，将工程材料实验与生产实践相结合，解决实际问题，提出新的科学见解，从而能够完成一篇高质量的实验报告。（3）第三阶段使学生了解熟悉热处理设备，硬度计，金相观察镜等设备的工作原理及操作要领，强调安全规范操作事项。如果同学们已经具有较好的操作能力，那么可以跳过基础性实验，直接进行创新性实验和研究性实验。（4）第四阶段对实验内容进行设计。设计实验应提出实验目的，选择材料，拟定工艺，确定热处理设备和金相显微镜、硬度计等分析仪器，制定详细的实验过程和实验进程安排，完成实验预习报告，经指导教师审查后再进行实验。（5）第五阶段完成实验进程，提交实验报告二、考核与成绩实验考核与成绩分几个方面：1、实验预习检察，成绩占20%。实验前检察每个学生的预习情况，主要检察其实验原理的理解、实验步骤的掌握、实验设备的熟悉情况。老师对每个学生的预习报告当场签字方可进入实验室开始实验。2、实验操作态度表现，成绩占20%。考察每个学生的实验过程的认真态度，实验水平，动手能力。本实验是开放性实验，由学生合理安排实验进度，掌握实验进程，有序完成实验。3、实验结果数据情况，成绩占20%。实验结果与数据可靠、真实。4、实验报告，成绩占40%。要求根据实验目的、要求、具体实施方案的拟订及依据、实验过程、实验结果及其分析进行汇总，撰写成一篇小论文形式的实验研究报告。实验报告要求科学解释实验结果，提出合理的选材及工艺设计，得到新的科学认识。实验报告应书写规范，论述科学，数据分析并存，结论明确科学。6、最终实验成绩确定，成绩合格者给于第二课堂学分。三、遵守实验守则，安全科学实验。实验一 铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、进一步掌握不同成分铁碳合金在平衡状态下的显微组织。2、进一步掌握Fe-Fe3C相图在铁碳合金组织分析中的作用3、掌握铁碳合金成分与组织变化的关系和规律，能够根据显微组织的特征估算亚共析钢中碳的质量分数。4、熟悉金相显微镜的结构与使用。二、实验原理铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极其缓慢的冷却条件下所得到的组织，即Fe-Fe3C相图所对应的组织。实际生产中，要想得到一种完全的平衡组织是不可能的，退火条件下得到的组织比较接近于平衡组织。因此我们可以借助退火组织来观察和分析铁碳合金的平衡组织。根据Fe-Fe3C相图，我们把铁碳合金相图分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁 1、 工业纯铁工业纯铁是c0.0218%的铁碳合金，在室温下的组织为铁素体组织，铁素体呈多角形块状，晶界为黑色条状，有时可以看出在晶界处少量分布的三次渗碳体。2、 亚共析钢亚共析碳钢的质量分数为0.0218%c0.77%，室温下的组织由铁素体和珠光体组成。经经硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下观察，铁素体呈白色多边形块状，珠光体在放大倍数较低时呈暗黑色。随着碳的质量分数的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增加，铁素体的形态逐渐由块状变为碎块状或网状。3、 共析钢共析钢是c0.77%的铁碳合金，室温组织为单一的珠光体。显微镜下每个珠光体晶粒中渗碳体与铁素体片层的方向、大小、宽窄都不一样，这是因为每个珠光体晶粒的位向不同，其截割截面不一致导致的结果。4、 过共析钢过共析钢 质量分数0.77%c2.11%，室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸纳溶液浸蚀后珠光体呈灰白色，二次渗碳体呈黑色网状。5、 亚共析白口铁亚共晶白口铁碳的质量分数为2.11%c4.3%，室温组织由珠光体、二次渗碳体和莱氏体组成。经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色椭圆型，莱氏体为白色渗碳体基体上分布着暗黑色粒状珠光体，二次渗碳体析出与共晶渗碳体连在一起。6、 共晶白口铁共晶白口铁是c4.3的铁碳合金，室温组织为单一的莱氏体组织。莱氏体是珠光体与渗碳体组成的机械混合物。经硝酸酒精溶液浸蚀后，显微镜下白色基体为渗碳体，珠光体呈黑色粒状或棒状7、 过共晶白口铁过共晶白口铁是质量分数4.3%c1000A，则造成虚伪放大，细微部分将分辨不清。5.透镜成象的缺陷1） 球面象差 如图33所示，当来自A点的单色光（即一定波长的光线）通过透镜后，由于透镜表面呈球形，光线不能交于一点；而使放大后的象模糊不清。此现象称为球面象差。降低球面象差的办法，除了制造物镜时采取不同透镜的组合进行必要的校正外，在使用显微镜时，也可采取调节孔径光栏，适当控制入射光束粗细，减少透镜表面面积等方法，把球面象差降低到最低程度。1） 色象差图34所示，白色光是由六种单色光组成，当来自A点的白色光通过透镜后，由于各单色光的波长不同，折射率不一样，使光线折射后不能交于一点，紫光折射量强，红光折射最弱，结果使成象模糊不清，此现象称为色象差。图33 球面象差示意图 图34 色象差示图消除色象差的方法，一是制造物镜时的进行校正。根据校正程度，物镜可分为消色差物镜和复消色差物镜。消色差物镜常与普通目镜配合。用于低倍和中倍观察；复色差物镜与补偿目镜配合，用于高倍观察。二是使用滤色片得到单色光。常用的滤色片有蓝色、绿色或黄色等。二、金相显微镜的构造金相显微镜的种类和形式很多，但最常见的形式有台式、立式和卧式三大类。金相显微镜的构造通常由光学系统、照明系统以及机械系统三大部分组成。有的显微镜还附带有照像摄影装置。现以国产XJB-1型金相显微镜为例进行说明。XJB-1型金相显微镜的结构如图35所示。由灯泡发出一束光线，经聚光镜组及反光镜被汇聚在孔径光栏上，然后经过聚光镜，再度将光线聚集在物镜后焦面上，最后经过物镜，使试样表面得到充分均匀的照明。从试样反射回来的光线复经物镜、辅助透镜、半反射镜、以及棱镜，造成一个物体的倒立放大实象。该象再经场透镜和目透镜组成的目镜放大，即可得到所观察的试样表面的放大图象。XJB-1型金相显微镜各部件的功能及使用简单介绍如下。(a)结构图 (b)光学系统图图35 XJB-1型金相显微镜的结构结构图：1、载物台 2、物镜 3、半反光镜 4、转换器 5、转动箱 6、微调焦手轮 7、粗调焦手轮 8、微心圈 9、10目镜10、目镜管 11、固定螺钉 12、调解螺钉 13、视场光栏圈14、孔径光栏光学系统图：1、灯泡 2、聚光镜组（一） 3、聚光镜组（二） 4、半反射镜 5、补助透镜（一