工程材料與成形技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

實(shí)驗(yàn)一、金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解硬度測定的基本原理及應(yīng)用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。三、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1、HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)；2、H-100型洛低硬度試驗(yàn)機(jī)；3、讀數(shù)放大鏡；四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應(yīng)力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外，硬度與其它機(jī)械性能（如強(qiáng)調(diào)指標(biāo)及塑性指標(biāo)和）之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說硬度的大小對于機(jī)械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。硬度的試驗(yàn)方法很多，在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測定硬度，壓入法又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是：（1）試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力狀態(tài)最軟（即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力），因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。（2）金屬的硬度與強(qiáng)調(diào)指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系。（3）硬度值對材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有定性的參考價(jià)值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)圖紙上對機(jī)械性能的技術(shù)要求，往往只標(biāo)注硬度值，其原因就在于此。（4）硬度測定后由于僅在金屬表面局部體系內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。（5）設(shè)備簡單，操作迅速方便。布氏硬度（）：（一）布氏硬度試驗(yàn)的基本原理布氏硬度試驗(yàn)是施加一定大小的載荷,將直徑為的鋼球壓入被測金屬表面（如圖1-1所示）保持一定時(shí)間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積凹求出平均應(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號表示。其計(jì)算公式如下：凹根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度和鋼球直徑之比的幾何關(guān)系，可知壓痕部分的球面積為：凹 （1-2）由于測量壓痕直徑要比測定壓痕深度容易，故可將（1-2）式中改換為來表示，這可根據(jù)圖1-1（b）中的關(guān)系求出： （1-3） 將式（1-2）和（1-3）代入式（1-1）即得： （1-4）式中只有是變數(shù)，故只需測出壓痕直徑，根據(jù)已知和值就可計(jì)算出值。在實(shí)際測量時(shí)，可由測出之壓痕直徑直接查表得到值。（三）布氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作1、-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。其主要部件及作用如下。（1）機(jī)體與工作臺：硬度機(jī)有鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前臺面上安裝了絲杠座，其中裝有絲杠，絲杠上裝立柱和工作臺，可上下移動。（2）杠桿機(jī)構(gòu)：杠桿系統(tǒng)通過電動機(jī)可將載荷自動加在試樣上。（3）壓軸部分：用以保證工作時(shí)試樣與壓頭中心對準(zhǔn)。（4）減速器部分：帶動曲柄及曲柄連桿，在電機(jī)轉(zhuǎn)動及反轉(zhuǎn)時(shí)，將載荷加到壓軸上或從壓軸上卸除。（5）換向開關(guān)系統(tǒng)：是控制電機(jī)回轉(zhuǎn)方向的裝置，使加、卸載荷自動進(jìn)行。2、操作程序：（1）將試樣放在工作臺上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪，使壓頭壓向試樣表面直至手輪對下面螺母產(chǎn)生相對運(yùn)動為止。（2）按動加載按鈕，啟動電動機(jī)，即開始加載荷。此時(shí)因緊壓螺釘已擰松，圓盤并不轉(zhuǎn)動，當(dāng)紅色指示燈閃亮?xí)r，迅速擰緊緊壓螺釘，使圓盤轉(zhuǎn)動。達(dá)到所要求的持續(xù)時(shí)間后，轉(zhuǎn)動即自動停止。（3）逆時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪降下工作臺，取下試樣用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑值，以此值查表即得值。洛氏硬度（）：（一）洛氏硬度試驗(yàn)的基本原理洛氏硬度同布氏硬度一樣也屬于壓入硬度法，但它不是測定壓痕面積，而是根據(jù)壓痕深度來確定硬度值指標(biāo)。洛氏硬度測定時(shí)，需要先后兩次施加載荷（預(yù)載荷和主載荷），預(yù)加載荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好，以保證測量結(jié)果準(zhǔn)確。0-0位置為未加載荷時(shí)的壓頭位置，此時(shí)壓入深度為,2-2位置為加上主載荷后的位置，此時(shí)壓入深度為，包括由加載所引起的彈性變形和塑性變形，此時(shí)壓頭的實(shí)際壓入深度為。洛氏硬度就是以主載荷所引起的殘余壓入深度（=-）來表示。洛氏硬度的試驗(yàn)規(guī)范：洛氏硬度值的計(jì)算公式如下：（三）洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)和操作1、H-100型杠桿式洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，其主要部分及作用如下：（1）機(jī)體及工作臺：試驗(yàn)機(jī)有堅(jiān)固的鑄鐵機(jī)體，在機(jī)體前面安裝有不同形狀的工作臺，通過手輪的轉(zhuǎn)動，借助螺桿的上下移動而使工作臺上升或下降。（2）加載機(jī)構(gòu)：由加載杠桿（橫桿）及掛重架（縱桿）等組成，通過杠桿系統(tǒng)將載荷傳至壓頭而壓入試樣，借扇形齒輪的轉(zhuǎn)動可完成加載和卸載任務(wù)。（3）千分表指示盤：通過刻度盤指示各種不同的硬度值（如圖1-5所示）。2、操作規(guī)程如下：（1）根據(jù)試樣預(yù)期硬度按表1-2確定壓頭和載荷，并裝入試驗(yàn)機(jī)。（2）將符合要求的試樣放置在試樣臺上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤小指針指到“0”為止，此時(shí)即已預(yù)加載荷10。然后將表盤大指針調(diào)整至零點(diǎn)（HRA、HRC零點(diǎn)為0，HRB零點(diǎn)為30）。此時(shí)壓頭位置即為圖1-3中的1-1位置。（3）按動按鈕，平穩(wěn)地加上主載荷。當(dāng)表盤中大指針反向旋轉(zhuǎn)若干格并停止時(shí)，持續(xù)84秒（此時(shí)壓頭位置為圖1-3中的2-2位置），再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖柄，直至自鎖為止，即卸除主載荷。此時(shí)大指針退回若干格，這說明彈性變形得到恢復(fù)，指針?biāo)肝恢梅从沉藟汉鄣膶?shí)際深度（此時(shí)壓頭位置相當(dāng)于圖1-3中的3-3位置）。由表盤上可直接讀出洛氏硬度值，HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈紅刻度。（4）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，取出試樣，測試完畢。五、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1、分成兩大組，分別進(jìn)行布氏和洛氏硬度試驗(yàn)，并相互輪換。2、在進(jìn)行試驗(yàn)操作前必須事先閱讀并弄清布氏和洛低硬度試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)及注意事項(xiàng)。3、按照規(guī)定的操作順序測定試樣的硬度值（HB和HRC）。4、注意事項(xiàng)1）試樣兩端要平行，表面應(yīng)平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測試。2）圓柱形試樣應(yīng)放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以防試樣滾動。3）加載時(shí)應(yīng)細(xì)心操作，以免損壞壓頭。4）加預(yù)載荷（10kgf）時(shí)若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應(yīng)停止加載，立即報(bào)告，檢查原因。5）測完硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。6）金剛鉆壓頭系貴重物件，質(zhì)硬而脆，使用時(shí)要小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)禁與試樣或其它物件碰撞。7）應(yīng)根據(jù)硬度試驗(yàn)機(jī)使用范圍，按規(guī)定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用范圍將不能獲得準(zhǔn)確的硬度值。實(shí)驗(yàn)二 金屬相圖的觀察一. 實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證性二. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘傧鄨D在顯微鏡下的圖形三. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1試樣制備要在金相顯微鏡下對金屬的組織進(jìn)行觀察和攝影，必須制備平整、光亮、清潔、無劃痕、并用適當(dāng)?shù)姆椒@示出真實(shí)組織的試樣(1) 手工磨樣試樣在金相砂紙上由粗到細(xì)磨制。磨樣時(shí)用力均勻，待磨面上舊磨痕消失，新磨痕均勻一致時(shí)就更換細(xì)一號的砂紙，并且試樣轉(zhuǎn)90o再磨。一般磨制到4號（粒度800）砂紙即可。(2) 拋光本實(shí)驗(yàn)采用機(jī)械拋光的方法。PG2金相制樣拋光機(jī)在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行，拋光織物（如呢料、金絲絨等）固定在拋光盤上，灑以拋光粉懸浮液，試樣輕壓于旋轉(zhuǎn)的拋光盤上?？壳队趻伖饪椢镏械膾伖夥鄣哪ハ髯饔煤蜐L壓作用，得到平整、光亮無劃痕的磨面。(3) 化學(xué)浸蝕試樣在浸蝕劑作用下，組織中電