沈陽(yáng)大學(xué)金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 金屬學(xué)與熱處理實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書丁龍先 王希囡 編沈陽(yáng)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院29目錄實(shí)驗(yàn)一：金相顯微鏡構(gòu)造與應(yīng)用和金相試樣的制備（2-4h）1實(shí)驗(yàn)二：鐵-碳合金平衡組織觀察（2h）11實(shí)驗(yàn)三：碳鋼的熱處理及其硬度測(cè)量（4h）17實(shí)驗(yàn)四：碳鋼熱處理后的金相組織觀察(4h)27課程編號(hào)：11121461、11125241 課程類別：專業(yè)必修課適用層次：本科 適用專業(yè)：材料成型與控制工程課程總學(xué)時(shí)：96、80 適用學(xué)期:第4、5學(xué)期 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：12-14 開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)：4撰寫人：丁龍先 審核人：王慶順 教學(xué)院長(zhǎng)：牛建平實(shí)驗(yàn)一：金相顯微鏡構(gòu)造與應(yīng)用和金相試樣的制備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求通過(guò)金相顯微

2、鏡的使用及金相試樣的制備使學(xué)生了解金相顯微鏡的構(gòu)造，掌握金相顯微鏡的使用方法及金相試樣的制備基本要領(lǐng)，達(dá)到能使用顯微鏡觀察組織、掌握金相試樣制備的技巧及自己制作金相試樣目的。要求學(xué)生明確所用金相顯微鏡的型號(hào)，所選用的物鏡、目鏡的放大倍數(shù)，金相試樣的研磨（所用砂紙?zhí)枺?、拋光、腐蝕步驟（腐蝕液種類，方法等），制備出一個(gè)可供觀察的金相試樣，示意畫出所觀察到的金相組織,并掌握顯微鏡的操作要領(lǐng)。二、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明（一）金相顯微分析基礎(chǔ)知識(shí) 金相分析在材料研究領(lǐng)域占有十分重要的地位，是研究材料內(nèi)部組織的主要手段之一。金相顯微分析法就是利用金相顯微鏡來(lái)觀察為分析而專門制備的金相樣品，通

3、過(guò)放大幾十倍到上千倍來(lái)研究材料組織的方法。現(xiàn)代金相顯微分析的主要儀器為光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡兩大類。這里僅介紹常用的光學(xué)金相顯微鏡及金相樣品制備的一些基礎(chǔ)知識(shí)1.1光學(xué)金相顯微鏡基礎(chǔ)知識(shí) 金相顯微鏡的種類和型式很多，最常見(jiàn)的有臺(tái)式、立式和臥式三大類。金相顯微鏡的構(gòu)造通常由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成，有的顯微鏡還附帶有多種功能及攝影裝置。目前，已把顯微鏡與計(jì)算機(jī)及相關(guān)的分析系統(tǒng)相聯(lián)接，能更方便、更快捷地進(jìn)行金相分析研究工作。111 光學(xué)顯微鏡的放大成像原理及參數(shù)1金相顯微鏡的成像原理顯微鏡的成像放大部分主要由兩組透鏡組成?？拷^察物體的透鏡叫物鏡而靠近眼睛的透鏡叫目鏡。通過(guò)物鏡和目

4、鏡的兩次放大，就能將物體放大到較高的倍數(shù)。圖1-1為顯微鏡的放大光學(xué)原理圖。物體AB置于物鏡前，離其焦點(diǎn)略遠(yuǎn)處，物體的反射光線穿過(guò)物鏡折射后，得到了一個(gè)放大的實(shí)像A1Bl，若此像處于目鏡的焦距之內(nèi)，通過(guò)目鏡觀察到的圖像是目鏡放大了的虛像A2B2。圖1-1 顯徽鏡放大光學(xué)原理圖AB物體；A1B1物鏡放大圖像；A2B2目鏡放大圖像；Fl物鏡的焦距；F2目鏡的焦距；L光學(xué)鏡筒長(zhǎng)度(即物鏡后焦點(diǎn)與目鏡前焦點(diǎn)之間的距離)；D明視距離(人眼的正常明視距離為250mm)2顯微鏡的放大倍數(shù)物鏡的放大倍數(shù) M物A1BlABLF1目鏡的放大倍數(shù) M目A2B2A1B1DF2則顯微鏡的放大倍數(shù)為： M總M物×

5、;M目(LF1)× (DF2)(L×250)(Fl×F2) 顯微鏡總的放大倍數(shù)等于物鏡放大倍數(shù)和目鏡放大倍數(shù)的乘積一般金相顯微鏡的放大倍數(shù)最高可達(dá)1 6002 000倍。 由此可看出，因?yàn)楣鈱W(xué)鏡筒長(zhǎng)度L為定值，物鏡的放大倍數(shù)越大，其焦距越短。在顯微鏡設(shè)計(jì)時(shí)，目鏡的焦點(diǎn)位置與物鏡放大所成的實(shí)像位置接近，并使目鏡所成的最終倒立虛像在距眼睛250mm處成像，這樣使所成的圖像看得很清楚。 顯微鏡的主要放大倍數(shù)一般通過(guò)物鏡來(lái)保證，物鏡的最高放大倍數(shù)可達(dá)100倍，目鏡的最高放大倍數(shù)可達(dá)25倍。放大倍數(shù)分別標(biāo)注在物鏡和目鏡的鏡筒上。在用金相顯微鏡觀察組織時(shí)，應(yīng)根據(jù)組織的粗細(xì)情況

6、，選擇適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)，以使組織細(xì)節(jié)部分能觀察清楚為準(zhǔn)，不要只追求過(guò)高的放大倍數(shù)，因?yàn)榉糯蟊稊?shù)與透鏡的焦距有關(guān)，放大倍數(shù)越高，焦距越小，會(huì)帶來(lái)許多缺陷。 3物鏡的數(shù)值孔徑 物鏡的數(shù)值孔徑用NA表示(即Numerical Aperture)，表示物鏡的聚光能力。數(shù)值孔徑大的物鏡，聚光能力強(qiáng)，即能吸收更多的光線，使圖像更加清晰，物鏡的數(shù)值孔徑NA可用公式表示為NAn·sin式中：物鏡與樣品間介質(zhì)的折射率； 通過(guò)物鏡邊緣的光線與物鏡軸線所成角度，即孔徑半角?？梢?jiàn)，數(shù)值孔徑的大小與物鏡和樣品間介質(zhì)的折射率n的大小有關(guān)，以及孔徑角大小有關(guān)，見(jiàn)圖1-2所示。 若物鏡的孔徑半角為30°，當(dāng)

7、物鏡與物體之間的介質(zhì)為空氣時(shí)，光線在空氣中的折射率為n1，則數(shù)值孔徑為NAn·sin1×sin30°0.5 若物鏡與物體之間的介質(zhì)為松柏油，介質(zhì)的折射率n1.52，則其數(shù)值孔徑為圖1-2 不同介質(zhì)對(duì)物鏡聚光能力的比較(a)干物鏡； (b)油物鏡NAn·sin1.52×sin30°0.76 物鏡在設(shè)計(jì)和使用中，指定以空氣為介質(zhì)的稱干系物鏡或干物鏡，以油為介質(zhì)的稱為油浸系物鏡或油物鏡。干物鏡的n1·sin值總小于1，故數(shù)值孔徑NA小于1；油物鏡因n1.5以上，故數(shù)值孔徑NA可大于1。物鏡的數(shù)值孔徑的大小，標(biāo)志著物鏡分辨率的高低，

8、即決定了顯微鏡分辨率的高低。 4顯微鏡的鑒別能力(分辨率)顯微鏡的鑒別能力是指顯微鏡對(duì)樣品上最細(xì)微部分能夠清晰分辨而獲得圖像的能力。如圖1-6所示。它主要取決于物鏡的數(shù)值孔徑NA值大小，是顯微鏡的一個(gè)重要特性。通常用可辨別的樣品上的兩點(diǎn)間的最小距離d來(lái)表示，d值越小，表示顯微鏡的鑒別能力越高。圖1-3 顯微鏡分辨率高低示意圖(a)樣品上兩點(diǎn)之間距離；(b)低分辨率；(c)高分辨率 可見(jiàn)分辨率與入射光的波長(zhǎng)成正比，A越短，d值越小，分辨率越高孔徑成反比，數(shù)值孔徑NA越大，d值越小，表明顯微鏡的鑒別能力越高。 5有效放大倍數(shù) 顯微鏡的鑒別能力可用下式表示：d2NA式中：入射光的波長(zhǎng)；NA物鏡的數(shù)值

9、孔徑。 用顯微鏡能否看清組織細(xì)節(jié)，不但與物鏡的分辨率有關(guān)，且與人眼的實(shí)際分辨率有關(guān)。若物鏡分辨率很高，形成清晰的實(shí)像，而配用的目鏡倍數(shù)過(guò)低，也使觀察者難于看清，這稱之為放大不足。但若選用的目鏡倍數(shù)過(guò)高，即總放大倍數(shù)越大，也并非看得越清晰。實(shí)踐表明，超出一定的范圍，放得越大越模糊，這稱之為虛偽放大。顯微鏡的有效放大倍數(shù)取決于物鏡的數(shù)值孔徑。有效放大倍數(shù)是指物鏡分辨清晰的d距離，同樣也被人眼分辨清晰所必須的放大倍數(shù)，用Mg表示：Mgd1d2 dl·NA式中：dl人眼的分辨率；d物鏡的分辨率。 在明視距離250 mm處正常人眼的分辨率為0.15 m0.30 m，若取綠光550010-7mm

10、，則： Mg·min=(2×0.15×NA)(5500×10-7)550NA Mg·max=(2×0.30×NA)(5500×l0-7)1000NA 這說(shuō)明在550NA1000NA范圍內(nèi)的放大倍數(shù)均稱有效放大倍數(shù)。但隨著光學(xué)零件的設(shè)計(jì)完善與照明方式的不斷改進(jìn)，以上范圍并非嚴(yán)格限制。有效放大倍數(shù)的范圍，對(duì)物鏡和目鏡的正確選擇十分重要。例如物鏡的放大倍數(shù)是25，數(shù)值孔徑為NAo4，即有效放大倍數(shù)應(yīng)為200400倍范圍內(nèi)，應(yīng)選用8倍或16倍的目鏡才合適。113 物鏡與目鏡的種類及標(biāo)志 1物鏡的種類 物鏡是成像的重要部分，

11、而物鏡的優(yōu)劣取決于其本身像差的校正程度，所以物鏡通常是按照像差的校正程度來(lái)分類，一般分為消色差及平面消色差物鏡、復(fù)消色差及平面復(fù)消色差物鏡、半復(fù)消色差物鏡、消像散物鏡等。按像差分類的常用的幾種物鏡如下。(1)消色差及平面消色差物鏡消色差物鏡對(duì)像差的校正僅為黃、綠兩個(gè)波區(qū)，使用時(shí)宜以黃綠光作為照明光源，或在入射光路中插入黃綠色濾色片，以使像差大為減少，圖像更為清晰。而平面消色差物鏡還對(duì)像域彎曲進(jìn)行了校正，使圖像平直，邊緣與中心能同時(shí)清晰成像，適用于金相顯微攝影。 (2)復(fù)消色差及平面復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡色差的校正包括可見(jiàn)光的全部范圍，但部分放大率色差仍然存在。而平面復(fù)消色差物鏡還進(jìn)一步做了像

12、域彎曲的校正。(3)半復(fù)消色差物鏡像差校正介于消色差和復(fù)消色差物鏡之間，其它光學(xué)性質(zhì)與復(fù)消色差物鏡接但價(jià)格低廉，常用來(lái)代替復(fù)消色差物鏡。2物鏡的標(biāo)志物鏡的標(biāo)志一般包括如下幾項(xiàng)：(1)物鏡類別。國(guó)產(chǎn)物鏡，用物鏡類別的漢語(yǔ)拼音字頭標(biāo)注，如平面消色差物鏡標(biāo)以“PC”(平場(chǎng))。西歐各國(guó)產(chǎn)物鏡多標(biāo)有物鏡類別的英文名稱或字頭，如平面消色差物鏡標(biāo)以“Planarchromatic或PI”，消色差物鏡標(biāo)以“Achromatic”，復(fù)消色差物鏡標(biāo)以“Apochromatic”。 (2)物鏡的放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑。標(biāo)在鏡筒中央位置，并以斜線分開(kāi)，如“10×0.30”，“45×0.63”，斜線前如

13、“10×”，“45×”為放大倍數(shù)，其后為物鏡的數(shù)值孔徑如“0.30”，“0.63”。 (3)適用的機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度。如“170”，“190”，“0”，表示機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度(即物鏡座面到目鏡筒頂面的距離)為170，190，無(wú)限長(zhǎng)?！?”表示無(wú)蓋波片。 (4)油浸物鏡標(biāo)有特別標(biāo)注，刻以“HI”，“oil”，國(guó)產(chǎn)物鏡標(biāo)有“油”或“Y” 物鏡的標(biāo)志如圖1-4所示。(a)國(guó)產(chǎn)物鏡 (b)Zeiss 公司物鏡，PC平場(chǎng) Achronmatic消色差10×放大倍數(shù) 40×放大倍數(shù)0.30數(shù)值孔徑 0.65數(shù)值孔徑機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度 170機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度0無(wú)蓋波片圖1-4 物鏡的性能標(biāo)

14、志3目鏡的類型 目鏡的作用是將物鏡放大的像再次放大，在觀察時(shí)于明視距離處形成一個(gè)放大的虛像，而在顯微攝影時(shí)，通過(guò)投影目鏡在承影屏上形成一個(gè)放大的實(shí)像。目鏡按像差校正及適用范圍分類如下： (1)負(fù)型目鏡(如福根目鏡)。由兩片單一的平凸透鏡在中間夾一光欄組成，接近眼睛的透鏡稱目透鏡，起放大作用，另一個(gè)稱場(chǎng)透鏡，使圖像亮度均勻，未對(duì)像差加以校正，只適用于與低中倍消色差物鏡配合使用。 (2)正型目鏡(如雷斯登目鏡)。與上述不同的是光欄在場(chǎng)透鏡外面，它有良好的像域彎曲校正，球面像差也較小，但色差比較嚴(yán)重，同倍數(shù)下比負(fù)型目鏡觀察視場(chǎng)小。 (3)補(bǔ)償型目鏡。是一種特制目鏡，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜與消色差物鏡配合使用，以

15、獲得清晰圖像。(4)攝影目鏡。專用于金相攝影，不能用于觀察，球面像差及像域彎曲均有良好的校正。 (5)測(cè)微目鏡。用于組織的測(cè)量?jī)?nèi)裝有目鏡測(cè)微器與不同放大倍數(shù)的物鏡配合使用時(shí)，測(cè)微器的格值不同。 4目鏡的標(biāo)志 通常一般目鏡上只標(biāo)有放大倍數(shù)，如“7×”，“10×”，“12.5×”等，補(bǔ)償型目鏡上還有一個(gè)“K”字，廣視域目鏡上還標(biāo)有視場(chǎng)大小，見(jiàn)圖1-5所示。12金相樣品的制備方法概述 在用金相顯微鏡來(lái)檢驗(yàn)和分析材料的顯微組織時(shí)，需將所分析的材料制備成定尺寸的試樣，并經(jīng)磨制、拋光與腐蝕工序，才能進(jìn)行材料的組織觀察和研究工作。 金相樣品的制備過(guò)程一般包括如下步驟：取樣、鑲嵌

16、、粗磨、細(xì)磨、拋光和腐蝕。分別敘述如下。121 取樣與鑲嵌、研磨、拋光(略)1取樣 (a)普通目鏡 5×放大倍數(shù)為5倍 (b)廣視域目鏡WF一廣視域 1 0×放大倍數(shù)為10倍 圖1-5 目鏡的標(biāo)志 18MM視場(chǎng)大小為18 mm122腐蝕(浸蝕) 經(jīng)過(guò)拋光的樣品，在顯微鏡下觀察時(shí)，除非金屬夾雜物、石墨、裂紋及磨痕等能看到外，只能看到光亮的磨面，要看到組織必須進(jìn)行腐蝕。腐蝕的方法有多種，如化學(xué)腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕等，最常用的是化學(xué)腐蝕法。鋼鐵材料最常用的化學(xué)腐蝕試劑是35硝酸酒精溶液，各種材料的腐蝕劑可查閱有關(guān)手冊(cè)。（二）金相顯微鏡的使用與金相樣品的制備1金相顯微鏡的構(gòu)造

17、與使用以4X型金相顯微鏡為例進(jìn)行說(shuō)明。(1)4X型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)的工作原理圖1-6為4X型金相顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)圖。 由燈泡發(fā)出一束光線，經(jīng)過(guò)聚光鏡組(一)及反光鏡，被會(huì)聚在孔徑光欄上，然后經(jīng)過(guò)聚光鏡組(二)，將光線會(huì)聚在物鏡后焦面上。最后光線通過(guò)物鏡，用平行光照明樣品，使其表面得到充分均勻的照明。從物體表面散射出來(lái)的成像光線，復(fù)經(jīng)物鏡、輔助物鏡片(一)、半透反光鏡、輔助物鏡片(二)、棱鏡與雙目棱鏡組，形成一個(gè)物體的放大實(shí)像。目鏡將此像再次放大。顯微鏡里觀察到的就是通過(guò)物鏡和目鏡兩次放大所得圖像。 (2)4X型金相顯微鏡結(jié)構(gòu) 各部件的位置及功能如下： 照明系統(tǒng)。在底座內(nèi)裝有一低壓鹵鎢燈泡，由

18、變壓器提供6V的使用電壓，燈泡前有聚光鏡，孔徑光欄及反光鏡等安裝在底座上，視場(chǎng)光欄及另一聚光鏡安裝在支架上，通過(guò)一系列透鏡作用及配合組成了照明系統(tǒng)。目的是使樣品表面能得到充分均勻的照明，使部分光線被反射而進(jìn)人物鏡圖1-6 4X型金相顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)圖圖1-7為4X型金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)圖1-7 4X型金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)成像，并經(jīng)物鏡及目鏡的放大而形成最終觀察的圖像調(diào)焦裝置。 在顯微鏡兩側(cè)有粗調(diào)焦和微調(diào)焦手輪，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，可使載物彎臂上下運(yùn)動(dòng)，其中一側(cè)有制動(dòng)裝置，而微動(dòng)手輪使彎臂很緩慢地移動(dòng)，右微動(dòng)手輪上刻有分度，每小格值為0.002mm，在右粗動(dòng)手輪左側(cè)，裝有松緊調(diào)節(jié)手輪，在左粗動(dòng)手輪右側(cè)，裝有粗動(dòng)

19、調(diào)焦單向限位手柄，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊后，載物臺(tái)不再下降，但反向轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)調(diào)焦手輪，載物臺(tái)仍可迅速上升，當(dāng)圖像調(diào)好后，更換物鏡時(shí)，聚焦很方便。物鏡轉(zhuǎn)換器。 位于載物臺(tái)下方，可更換不同倍數(shù)的物鏡，與目鏡配合，可獲得所需的放大倍數(shù)。 載物臺(tái)。 位于顯微鏡的最上部用于放置金相樣品，縱向手輪和橫向手輪可使載物臺(tái)在水平面上作一定范圍內(nèi)的十字定向移動(dòng)。 (3)4X型金相顯微鏡操作規(guī)程 將顯微鏡的光源電源插座與6V的變壓器接通，把變壓器與220V電源接通，并打開(kāi)開(kāi)關(guān)。 根據(jù)放大倍數(shù)選擇適當(dāng)物鏡和目鏡，用物鏡轉(zhuǎn)換器將物鏡轉(zhuǎn)到固定位置，需調(diào)整兩目鏡的中心距，以使與觀察者的瞳孔距相適應(yīng)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡調(diào)節(jié)圈，使其示值與瞳

20、孔距一致。 把樣品放在載物臺(tái)上，使觀察面向下。轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使載物臺(tái)下降，在看到物體的像時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)焦手輪，直到圖像清晰?？v向手輪和橫向手輪可使載物臺(tái)在水平面上作一定范圍內(nèi)的十字定向移動(dòng)，用于選擇視域，但移動(dòng)范圍較小，要一邊觀察，一邊轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)孔徑光欄至合適位置，得到亮而均勻的照明。轉(zhuǎn)動(dòng)視場(chǎng)光欄使圖像與目鏡視場(chǎng)大小相等，以獲得最佳質(zhì)量的圖像。 (4)注意事項(xiàng) 在用顯微鏡進(jìn)行觀察前必須將手洗凈擦干，并保持室內(nèi)環(huán)境的清潔，操作時(shí)必須特別仔細(xì)，嚴(yán)禁任何劇烈的動(dòng)作。 要觀察用的金相樣品必須完全干燥。 顯微鏡的低壓燈泡，切勿直接插k 220V的電源上，應(yīng)通過(guò)變壓器與電源接通，否則會(huì)燒毀燈泡。顯微鏡的玻

21、璃部分及樣品觀察面嚴(yán)禁手指直接接觸 在轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪時(shí)，動(dòng)作一定要慢，若遇到阻礙時(shí)應(yīng)立即停止操作，報(bào)告指導(dǎo)教師，千萬(wàn)不能用力強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)，否則易損壞儀器。選擇視域時(shí)，要緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，邊觀察邊進(jìn)行3金相樣品制備的基本方法金相樣品的制備過(guò)程一般包括取樣、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光和腐蝕步驟。雖然隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，樣品制備的設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，自動(dòng)化的程度越來(lái)越高，有預(yù)磨機(jī)、自動(dòng)拋光機(jī)等，但目前在我國(guó)手工制備金相樣品的方法，由于有許多優(yōu)點(diǎn)仍在廣泛使用。金屬材料常用腐蝕劑。金屬材料常用腐蝕劑見(jiàn)表1-2，其它材料的腐蝕劑可查閱有關(guān)手冊(cè)。樣品腐蝕<浸蝕)的方法；金相樣品腐蝕方法有多種，最常用的是化學(xué)腐蝕法：

22、化學(xué)腐蝕法是利用腐蝕劑對(duì)樣品的化學(xué)溶解和電化學(xué)腐蝕作用將組織顯示出來(lái)。其腐蝕方式取決于組織中組成相的數(shù)量和性質(zhì)。a、純金屬或單相均勻的固容體的化學(xué)腐蝕方式其腐蝕主要為純化學(xué)溶解的過(guò)程例如工業(yè)純鐵退火后的組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體可近似看作是單相的鐵素體固溶體，由于鐵素體晶界上的原子排列紊亂，并有較高的能量，因此晶界處容易被腐蝕而顯現(xiàn)凹溝，同時(shí)由于每個(gè)晶粒中原子排列的位向不同，所以各自溶解的速度各不一樣，使腐蝕后的深淺程度也有差別。在顯微鏡明場(chǎng)下，即垂直光線的照射下，將顯示出亮暗不同的晶粒。兩相或兩相以上合金的化學(xué)腐蝕方式。對(duì)兩相或兩相以上的合金組織，腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕過(guò)程。例如共析碳鋼

23、退火后片狀珠光體是鐵素體與滲碳體相間隔的層狀組織。在腐蝕過(guò)程中，因鐵素體具有較高的負(fù)電位而被溶解，滲碳體具有較高的正電位而被保護(hù)，在兩相交界處鐵素體一側(cè)因被嚴(yán)重腐蝕而形成凹溝。因而在顯微鏡下可以看到滲碳體周圍有一圈黑，顯示出兩相的存在。四、實(shí)驗(yàn)儀器序 號(hào)名 稱主要用途序 號(hào)名 稱主要用途1金相顯微鏡操作、觀察4電熱吹風(fēng)機(jī)吹干試樣2拋光機(jī)拋光5各號(hào)金相砂紙預(yù)磨3預(yù)磨機(jī)預(yù)磨6小塊金相試樣制樣、觀察五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1金相試樣的制備每人領(lǐng)取碳鋼試樣一塊，按照老師講解金相試樣的制備過(guò)程進(jìn)行實(shí)際操作，要求制備出一塊在金相顯微鏡下觀察平整、無(wú)磨痕、組織清晰的金相樣品。2認(rèn)真記住老師講解金相顯微鏡的原理、構(gòu)

24、造和使用注意事項(xiàng)。了解顯微鏡各部件的位置、作用、熟悉顯微鏡的操作過(guò)程，正確選用物鏡和目鏡進(jìn)行調(diào)焦、光欄調(diào)節(jié)等操作。3用金相顯微鏡觀察自己制備的碳鋼試樣。4示意畫出所觀察到的金相組織。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析填寫實(shí)驗(yàn)原始記錄表七、注意事項(xiàng)1觀察時(shí)顯微鏡的電源插在6V的變壓器上；2在砂輪機(jī)上打磨時(shí)試樣要注意冷卻，防止試樣過(guò)熱，并進(jìn)行倒角；3拋光時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)以防止試樣表面出現(xiàn)麻點(diǎn)；4預(yù)磨及拋光時(shí)，試樣要拿穩(wěn)，避免試樣飛出傷人，注意安全； 5試樣腐蝕后用酒精擦洗干凈，不得有殘酸。八、預(yù)習(xí)與思考題1簡(jiǎn)述金相顯微鏡的基本原理和主要結(jié)構(gòu)。2敘述金相顯微鏡的使用方法要點(diǎn)及其注意事項(xiàng)。3簡(jiǎn)述金相樣品的制備步驟。4

25、結(jié)合實(shí)驗(yàn)原始記錄分析自己在實(shí)際制樣中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施。5對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的意見(jiàn)和建議。金相顯微鏡構(gòu)造與應(yīng)用和金相試樣的制備實(shí)驗(yàn)原始記錄學(xué)生姓名班級(jí)實(shí)驗(yàn)日期顯微鏡型號(hào)物鏡放大倍數(shù)目鏡放大倍數(shù)樣品材料腐蝕劑自制樣品組織描述制樣過(guò)程簡(jiǎn)記異?，F(xiàn)象紀(jì)錄 指導(dǎo)教師簽名 實(shí)驗(yàn)二：鐵-碳合金平衡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求通過(guò)鐵-碳合金平衡組織觀察使學(xué)生了解典型鐵-碳合金金相組織，掌握鐵-碳合金室溫下的平衡組織形貌，達(dá)到識(shí)別典型鐵-碳二元合金室溫下平衡金相組織的目的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求能分別畫出工業(yè)純鐵、亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼、亞共晶白口鐵、共晶白口鐵、過(guò)共晶白口鐵的室溫金相組織示意圖，標(biāo)明所畫組織的相組成。

26、二、實(shí)驗(yàn)類型驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明鐵碳合金的顯微組織是研究鋼鐵材料的基礎(chǔ)。所謂鐵碳合金平衡狀態(tài)的組織是指在極為緩慢的冷卻條件下，如退火狀態(tài)所得到的組織，其相變過(guò)程按FeFe3C相圖進(jìn)行。鐵碳合金室溫平衡組織均由鐵素體F和滲碳體Fe3C兩個(gè)相按不同數(shù)量、大小、形態(tài)和分布所組成。根據(jù) Fe-Fe3C 相圖，合碳量小于 2.11% 的合金稱為碳鋼，含碳量大于 2.11% 的合金稱為白口鑄鐵。根據(jù)組織特點(diǎn)和含碳量不同，鐵碳合金可分為：工業(yè)純鐵、碳鋼和白口鑄鐵。（一）工業(yè)純鐵在退火狀態(tài)下的顯微組織含碳量低于 0.0218% 的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵。工業(yè)純鐵在含碳量小于 0.008% 時(shí)，其顯微組織

27、為單相鐵素體，如圖 2-1所示。圖中有的晶粒呈暗色，這是由于不同晶粒受腐蝕的程度不同造成的。在含碳量大于 0.008% 時(shí)，工業(yè)純鐵的組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體。三次滲碳體由鐵素體中析出，沿鐵素體晶界呈片狀分布。（二）碳鋼在退火狀態(tài)下的顯微組織 1共析鋼含碳量為 0.77% 的鐵碳合金稱為共析鋼。其組織為共析轉(zhuǎn)變得到的珠光體，即片狀鐵素體及珠光體的機(jī)械混合物。由杠桿定理可以求得鐵素體與滲碳體的重量比約為 7.9:1 ，因此鐵素體片厚，滲碳體片薄。在硝酸酒精溶液腐蝕下，鐵素體溶解的速率比滲碳體大，因而滲碳體凸起。鐵素體和滲碳體對(duì)光的反射能力相近，因此在明視場(chǎng)照明條件下二者都是明亮的，只是相

28、界呈暗灰色。 圖2-1 工業(yè)純鐵的顯微組織400 × 圖2-2珠光體組織 3200× 圖 2-3珠光體組織 400 × 圖2-4亞共析鋼的顯微組織 400 ×上述情況只有在放大倍數(shù)較高時(shí)才能看清楚；如圖 2-2 所示。當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí)，滲碳體片兩側(cè)相界已無(wú)法分辨，而呈黑色條狀，如圖 2-3所示。如果放大倍數(shù)更低，則滲碳體和鐵素體片都無(wú)法分辨，整個(gè)珠光體組織是暗黑色。2亞共析鋼含碳量在 0.0218% 至 0.77% 之間的鐵碳合金稱為亞共析鋼，顯微組織為先共析鐵素體和珠光體。隨著含碳量的增加，珠光體所占的比例不斷增加，接近共析成分時(shí)，鐵素體在珠光體周圍呈

29、網(wǎng)狀分布。在顯微鏡下，當(dāng)放大倍數(shù)不高時(shí)（ <400 ×），先共析鐵素體呈白亮色，珠光體是暗黑色，如圖2-4 所示。由于鐵素體和珠光體的比重相近，若忽略鐵素體中所含的微量碳，根據(jù)杠桿定理和亞共析鋼顯微組織中先共析鐵素體與珠光體所占的相對(duì)面積，就可以估算出該鋼的含碳量。但須注意，如果亞共析鋼從奧氏體相區(qū)以較快的速率冷卻下來(lái)，則其顯微組織中珠光體的含量就要比緩冷時(shí)增多，這時(shí)若仍用上述方法估算其含碳量，所得結(jié)果會(huì)偏高。含碳量在0.0218% 至 0.77% 之間的鐵碳合金稱為亞共折鋼，顯微組織為先共析鐵素體和珠光體。 圖 2-5 T12 鋼的顯微組織 200× 圖 2-6 T

30、12 鋼的顯微組織500× （4%硝酸酒精溶液） （堿性苦味酸鈉溶液）3過(guò)共析鋼 含碳量在 0.77% 與 2.11% 之間的鐵碳合金，稱為過(guò)共析鋼，其組織為先共析滲碳體和珠光體。先共析滲碳體呈網(wǎng)狀分布在珠光體周圍，隨著含碳量增加，先共析滲碳體的量增加，網(wǎng)狀略有加寬。圖 2-5為 T12 鋼（含碳量約 1.2% ）退火后的顯微組織（ 4% 硝酸酒精溶液腐蝕）。這樣的組織有時(shí)不易與接近共析成分的亞共析鋼區(qū)別。但是如果用煮沸的堿性苦味酸鈉溶液腐蝕，則滲碳體被染成暗黑色，而鐵素體仍為白亮色（堿性苦味酸鈉溶液腐蝕），如圖 2-6 所示。因此用這種腐蝕劑可以將接近共析成分的過(guò)共析鋼與亞共析鋼區(qū)

31、分開(kāi)。 （三）白口鑄鐵的顯微組織 白口鑄鐵只含有滲碳體而不含有石墨，斷口呈白亮色，因此而得名。白口鑄鐵按其含碳量不同可分為共晶、亞共晶、過(guò)共晶三類，其中只有亞共晶白口鑄鐵有使用價(jià)值。 共晶白口鑄鐵 含碳量為 4.3% 的白口鑄鐵稱為共晶白口鑄鐵。這種鑄鐵的顯微組織為共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，通常稱為萊氏體。萊氏體在剛形成時(shí)由細(xì)小的奧氏體與滲碳體兩相混合物組成。繼續(xù)冷卻時(shí)，奧氏體將不斷析出二次滲碳體，即先共析滲碳體，這部分滲碳體與原萊氏體中的滲碳體連在一起，無(wú)法分辨。冷到 727 時(shí)，奧氏體的含碳量改變到 0.77% 。通過(guò)共析轉(zhuǎn)變而形成珠光體。因此，室溫下看到的萊氏體組織由珠光體和滲碳體組成，如圖 2-

32、7所示。圖中黑色的細(xì)小顆粒或條狀組織為珠光體，白亮的基體為滲碳體。由圖可以看出，雖然共晶白口鑄鐵凝固后還要經(jīng)歷一系列的固態(tài)轉(zhuǎn)變，但是它的顯微組織仍具有典型的共晶體特征。 亞共晶白口鑄鐵 含碳量在 2.11% 與 4.3% 之間的白口鑄鐵稱為亞共晶白口鑄鐵。在剛凝固后其組織為先共晶奧氏體和萊氏體，在隨后的冷卻過(guò)程中，先共晶奧氏體要不斷析出二次滲碳體，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，萊氏體中的奧氏體也要析出二次滲碳體，再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。在亞共晶白目鑄鐵的顯微組織中，由先共晶奧氏體轉(zhuǎn)變而成的珠光體仍保持其樹(shù)枝狀特征。圖 2-8亞共晶白日鑄鐵的顯微組織。 圖 2-7 共晶白口鑄鐵的顯微組織 400×過(guò)共晶

33、白口鑄鐵 含碳量大于 4.3% 而又小于 6.69% 的白口鑄鐵稱為過(guò)共晶白口鑄鐵，其顯微組織為一次滲碳體和萊氏體，如圖 2-9 所示。圖中白色長(zhǎng)條狀（空間為片狀）為一次滲碳體，其余為萊氏體。 圖2-8 亞共晶白口鑄鐵的顯微組織 400× 圖2-9過(guò)共晶白口鑄鐵的顯微組織 400×四、實(shí)驗(yàn)儀器序 號(hào)名 稱主要用途1金相顯微鏡操作、觀察2試樣觀察五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1將試樣放在顯微鏡上，調(diào)整好焦距。2觀察、分析并畫出工業(yè)純鐵、不同碳鋼及白口鑄鐵的平衡組織示意圖（試樣編號(hào)及材料見(jiàn)表2-1）。圖2-1試樣編號(hào)、平衡顯微組織試樣編號(hào)材 料顯微組織腐 蝕 劑1工 業(yè) 純 鐵F4% 硝酸

34、酒精溶液2亞共析鋼 (0.45%C)FP4% 硝酸酒精溶液3共析鋼 (0.77%C)P4% 硝酸酒精溶液4過(guò)共析鋼 (1.2%C)PFe3CII4% 硝酸酒精溶液5亞共晶白口鑄鐵 P Fe3CII4% 硝酸酒精溶液6共晶白口鑄鐵4% 硝酸酒精溶液7過(guò)共晶白口鑄鐵 Fe3CI4% 硝酸酒精溶液六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析填寫實(shí)驗(yàn)原始紀(jì)錄七、注意事項(xiàng)1觀察時(shí)顯微鏡的電源插在6V的變壓器上；2保護(hù)試樣表面不被磨損。3畫圖方法要求如下：應(yīng)畫在原始記錄表中的30 mm50mm直徑的圓內(nèi)，注明：材料名稱理狀態(tài)、腐蝕劑和放大倍數(shù)，并將組織組成物用細(xì)線引出標(biāo)明，如圖2-4所示。八、預(yù)習(xí)與思考題1根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合所

35、學(xué)知識(shí)，分析碳鋼和鑄鐵成分、組織和性能之間的關(guān)2分析碳鋼(任選一種成分)或白口鑄鐵(任選一種成分)凝固過(guò)程。3對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的感想與建議。圖2-4 原始記錄表中組織示意圖畫法鐵-碳合金平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)原始記錄學(xué)生姓名 班級(jí) 實(shí)驗(yàn)日期 年 月 日材料名稱材料名稱組織示意圖組織示意圖金相組織熱處理狀態(tài)金相組織熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)腐蝕劑放大倍數(shù)腐蝕劑材料名稱材料名稱組織示意圖組織示意圖金相組織熱處理狀態(tài)金相組織熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)腐蝕劑放大倍數(shù)腐蝕劑材料名稱材料名稱組織示意圖組織示意圖金相組織熱處理狀態(tài)金相組織熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)腐蝕劑放大倍數(shù)腐蝕劑材料名稱材料名稱組織示意圖組織示意圖金相組織熱處理狀態(tài)金相組

36、織熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)腐蝕劑放大倍數(shù)腐蝕劑材料名稱材料名稱組織示意圖組織示意圖金相組織熱處理狀態(tài)金相組織熱處理狀態(tài)放大倍數(shù)腐蝕劑放大倍數(shù)腐蝕劑指導(dǎo)教師簽字 實(shí)驗(yàn)三：碳鋼的熱處理及其硬度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求通過(guò)給定碳鋼試樣（一般為45#鋼）熱處理工藝(如正火,淬火等)的制定及相應(yīng)的熱處理操作和硬度測(cè)量，使學(xué)生了解熱處理工藝流程，掌握制定鋼的熱處理工藝的步驟和內(nèi)容，達(dá)到學(xué)會(huì)采用熱處理的方法改變鋼的力學(xué)性能的目的。要求學(xué)生明確所選鋼材的化學(xué)成分，初始熱處理狀態(tài)（或鑄態(tài)），熱處理前室溫金相組織和硬度，寫明熱處理方式和具體工藝（加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式），加熱爐型號(hào)，測(cè)溫方式，熱處理后的硬度。二、實(shí)

37、驗(yàn)類型綜合型實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)原理及說(shuō)明（一）熱處理工藝基礎(chǔ)知識(shí)1鋼的退火與正火將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢〞r(shí)間，然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。正火是將鋼材或鋼件加熱到Ac3 (或Accm)以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻（或風(fēng)冷），得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火的目的是獲得一定的硬度、細(xì)化晶粒，消除組織中的缺陷，如過(guò)共析鋼，可消除連續(xù)的二次網(wǎng)狀滲碳體，獲得比較均勻的組織和性能。但正火組織中片狀珠光體比退火要細(xì)，亞共析鋼中珠光體數(shù)量多，鐵素體數(shù)量少，強(qiáng)度、硬度較退火高。加熱溫度的選擇退火加熱溫度一般亞共析鋼加熱至AC3十(2030)；

38、共析鋼和過(guò)共析鋼加熱至AC1十(2030)(球化退火)，目的是得到球狀滲碳體，降低硬度，改善高碳鋼的切削性能。正火加熱溫度一般亞共析鋼加熱至AC3十(3050)；過(guò)共析鋼加熱至Accm十(3050)，加熱到奧氏體單相區(qū)。保溫時(shí)間的確定對(duì)于亞共析鋼保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般在箱式電爐中加熱，保溫時(shí)間按經(jīng)驗(yàn)公式加以估算，0.52min/mm。鋼的淬火與回火把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度（Vc)冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。淬火的主要目的是提高工具、滲碳零件和其它高強(qiáng)度耐磨機(jī)器零件等的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過(guò)淬火和回火之后獲得良

39、好的綜合機(jī)械性能。亞共析鋼淬火后的組織為：馬氏體殘余奧氏體；過(guò)共析鋼淬火后的組織為：馬氏體粒狀滲碳體殘余奧氏體?；鼗鹗菍⒋慊鸷蟮匿摷訜岬紸1以下某一溫度，經(jīng)保溫后冷卻到室溫，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織。淬火后組織是不穩(wěn)定的，隨著回火溫度的升高，組織和性能隨之發(fā)生變化。主要目的消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，改善機(jī)械性能。對(duì)碳鋼來(lái)講，回火工藝的選擇主要考慮回火溫度和保溫時(shí)間這兩個(gè)因素。隨著回火溫度升高，組織結(jié)構(gòu)變化分四個(gè)階段進(jìn)行：馬氏體的分解；殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；碳化物的轉(zhuǎn)變；相狀態(tài)的變化及碳化物的聚集長(zhǎng)大。按回火溫度分回火可分為：低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火溫度為150250，組織是 M回；中溫

40、回火溫度為 350500 ，組織是 T回；高溫回火 500650 ，組織是 S回。回火保溫時(shí)間與材料尺寸、工藝條件等因素有關(guān)，通常采用0.53小時(shí)。進(jìn)行熱處理時(shí)，加熱溫度（T）、保溫時(shí)間（t）和冷卻速度（V）是最重要的三個(gè)基本工藝因素，正確選擇這三者的規(guī)范，是熱處理成功的基本保證。加熱溫度對(duì)亞共析鋼來(lái)說(shuō)，加熱溫度不足，得到鐵素體馬氏體，出現(xiàn)軟點(diǎn)，使硬度下降。加熱溫度過(guò)高，會(huì)引起奧氏體晶粒粗大，機(jī)械性能下降。對(duì)過(guò)共析鋼來(lái)說(shuō)，若加熱溫度超過(guò)Accm，使碳化物完全溶入奧氏體中，此時(shí)奧氏體晶粒粗大，將得到粗大馬氏體。使鋼容易變形和開(kāi)裂。碳鋼淬火的加熱溫度范圍見(jiàn)圖3-1。保溫時(shí)間的確定主要考慮鋼的化學(xué)成

41、分、原始狀態(tài)、工件的形狀及尺寸、裝爐量和裝爐方式。淬火加熱時(shí)間應(yīng)包括工件整個(gè)截面加熱到預(yù)定淬火溫度，并使之在該溫度下完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化所需的時(shí)間，包括升溫和保溫兩段時(shí)間。淬火加熱時(shí)間常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：=·K·D圖3-1 碳鋼淬火的加熱溫度范圍式中 ：加熱時(shí)間，(mm)；：加熱系數(shù)，(min/ mm)；K：裝爐修正系數(shù)； D：零件有效厚度(mm)。加熱系數(shù)表示工件單位厚度需要的加熱時(shí)間，其大小與工件尺寸、加熱介質(zhì)和鋼的化學(xué)成分有關(guān)。工件有效厚度D的計(jì)算，可按下述原則確定：圓柱體取直徑，正方形截面取邊長(zhǎng)，長(zhǎng)方形截面取短邊長(zhǎng)，板件取板厚，套筒類工件取壁厚，

42、圓錐體取離小頭23長(zhǎng)度處直徑，球體取球徑的06倍作為有效厚度D。實(shí)際常按經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算，11.5min/mm厚度保溫。冷卻速度影響冷卻速度直接影響到鋼淬火后的組織和性能。選擇淬火介質(zhì)的第一個(gè)原則應(yīng)是在滿足工件淬透層深度要求的前提下，選擇淬火烈度最低的淬火介質(zhì)。在相當(dāng)于被淬火鋼的過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定區(qū)有足夠的冷卻能力，而在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（300100）其冷卻速度卻又很緩慢。此外，淬火介質(zhì)的冷卻特性在使用過(guò)程中應(yīng)該穩(wěn)定，長(zhǎng)期使用和存放不易變質(zhì)，價(jià)格低廉，來(lái)源豐富，且無(wú)毒及無(wú)環(huán)境污染。（二）材料硬度試驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)硬度并不是金屬獨(dú)立的基本性能，它是指金屬在表面上的不大體積內(nèi)抵抗變形或者破裂的能力。究竟它表征哪一

43、種抗力則決定于采用的試驗(yàn)方法，如刻劃法型硬度試驗(yàn)表征金屬抵抗破裂的能力，而在壓人法試驗(yàn)中，材料的硬度是指金屬材料表面在接觸壓應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測(cè)量能夠給出材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在材料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)材料的彈性、微量塑變抗力、蛆變強(qiáng)化能力以及大量形變抗力。硬度越大表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。硬度是金屬材料一項(xiàng)重要的力學(xué)性能指標(biāo)。另外，硬度與其它機(jī)械性能<如強(qiáng)度指標(biāo)及蛔性指標(biāo))之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說(shuō)硬度的大小對(duì)于機(jī)械零件或工具的使用性能

44、及壽命具有決定性意義。壓入法硬度試驗(yàn)及其特點(diǎn)在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓人法來(lái)測(cè)定硬度。壓人法就是把一個(gè)很硬的壓頭以一定的壓力壓人試樣的表面，使金屬產(chǎn)生壓痕，然后根據(jù)壓痕的大小來(lái)確定硬度值。壓痕越大，則材料越軟；反之，則材料越硬。 壓人法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是： (1)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。 (2)適用范圍廣。壓人試驗(yàn)時(shí)材料的應(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。(3)可粗略估計(jì)材料的其它力學(xué)性能。金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系：sb=K×HB式中：sb材料的抗拉強(qiáng)度；HB布氏硬度值；K系數(shù)。退火狀態(tài)的碳鋼：K0.340.

45、36；合金調(diào)質(zhì)鋼：K=0.330.35；有色金屬：K=0.330.53。此外，硬度值對(duì)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(duì)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(cè)定后由于僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。根據(jù)壓頭類型和幾何尺寸等條件不同，常用壓入法可分為布氏法、洛氏法和維氏法3種。2洛氏硬度試驗(yàn)2基本原理洛氏硬度試驗(yàn)是采用金剛石圓錐體(錐角為120°)或采用淬火鋼球(直徑為1.588mm)做壓頭，一般較硬的金屬材料(如淬火后的工件)用金鋼石做壓頭；較軟金屬材料則用

46、鋼球做壓頭，如圖3-3所示，壓頭壓人金屬表面時(shí)，分兩次加載先加10kg的初載使壓頭與試樣的表面接觸良好，此時(shí)，壓痕深度為hl(如圖3-3(a)，然后加140ks的主載荷，這時(shí)總載荷(初載荷+主載荷)為150kg，而壓痕的深度增加到h2位置(如圖3-3(b)，然后將主載荷卸除，此時(shí)壓痕由于加載荷時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形即行恢復(fù)，此時(shí)壓痕深度h2-h1：(如圖3-3(c)作為測(cè)量硬度依據(jù)。根據(jù)所用的壓頭和載荷的不同，洛氏硬度有幾種硬度符號(hào)，常用的有HRA、HRB、HRC等，如表2-l所示。如果直接以壓痕深度大小作計(jì)量指標(biāo)，則會(huì)出現(xiàn)硬金屬的硬度值小，而軟金屬的硬度值反而大的現(xiàn)像，這和布氏硬度所標(biāo)志的硬度大

47、小概念相反，也不合圖3-3 洛氏硬度試驗(yàn)原理表2-1 常用洛氏硬度值的符號(hào)、試驗(yàn)條件和應(yīng)用人們的習(xí)慣，因此用一個(gè)選定的常數(shù)K來(lái)減去所得壓痕深度值作為洛氏硬度的指標(biāo)，即HR=K-h當(dāng)以鋼球?yàn)閴侯^時(shí)，K0.26；以金剛石錐體為壓頭時(shí)K0.2。此外，在讀數(shù)上又規(guī)定以壓入深度0.002mm作為標(biāo)尺刻度的一格，這樣前者的0.26常數(shù)相當(dāng)于130格，后者的0.2常數(shù)相當(dāng)于100格，因此洛氏硬度值可由下式確定：(紅色表盤) (黑色表盤)因此可知當(dāng)壓痕深度h=0.2mm時(shí)(0.2mm100格) HRB=30，HRC0，這也說(shuō)明為什么HRB要取0.26作為常數(shù)的原因，因?yàn)镠RB是測(cè)定較軟的金屬材料的，試驗(yàn)時(shí)有的

48、壓痕深度可能超過(guò)0.2 mm以上，若取0.2作為常數(shù)時(shí)，硬度將會(huì)得負(fù)值，為此常把常數(shù)取得大些。洛氏硬度法克服了布氏硬度法的缺點(diǎn)，它的壓痕小，可測(cè)量高硬度，可直接讀操作方便，效率高。洛氏硬度應(yīng)用范圍很廣，可用于試驗(yàn)各種鋼鐵原材料、有色金屬、經(jīng)淬火后高硬度工件、表面熱處理工件及硬質(zhì)合金等。33、洛氏硬度計(jì)操作方法與洛氏試驗(yàn)程序(1)操作方法其操作方法如下：圖3-4 洛氏硬度計(jì)構(gòu)造原理圖a壓頭 e表盤b載荷砝碼 f緩沖裝置c主杠桿 g載物臺(tái)d測(cè)量杠桿 h升降絲桿調(diào)整主試驗(yàn)力的加載荷速度：手柄(16)置于卸荷位置，手把(13)轉(zhuǎn)到1 471N的位置，將4050HRC的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊放在工作臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)手輪(

49、27)使硬度塊頂起主軸，加上初試驗(yàn)力，應(yīng)在范圍內(nèi)，如不符，可轉(zhuǎn)動(dòng)油針(14)進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)進(jìn)行，直到合適為止。試驗(yàn)力的選擇，轉(zhuǎn)動(dòng)手把(13)使所選用的試驗(yàn)力對(duì)準(zhǔn)紅點(diǎn)，但必須注意變換試驗(yàn)力時(shí)，手柄(16)必須置于卸荷狀態(tài)(即后極限位置)。安裝壓頭，安裝壓頭時(shí)應(yīng)注意消除壓頭與主軸(1)端面的間隙。消除方法是：裝上壓頭，并用螺釘(28)輕輕固定，然后將標(biāo)準(zhǔn)塊或試件放置于工作臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)手輪(27)加上初試驗(yàn)力，拉動(dòng)手柄(15)使主試驗(yàn)力加于壓頭上，再將螺釘(28)擰緊，即可消除壓頭與主軸端面間的間隙。(2)洛氏硬度試驗(yàn)程序?qū)⒔z杠(26)頂面及被選用的工作臺(tái)上下端面擦干凈將工作臺(tái)置于絲杠上。將試件支撐面

50、擦干凈，放置于工作臺(tái)上。旋轉(zhuǎn)手輪(27)使工作臺(tái)緩慢上升，并頂起壓頭，到小指針指著紅點(diǎn)，大指針旋轉(zhuǎn)三圈垂直向上為止(允許相差±5個(gè)刻度，若超過(guò)5個(gè)刻度，此點(diǎn)應(yīng)作廢，重新試驗(yàn))。旋轉(zhuǎn)指示器(24)外殼，使刻度盤上的C、B之間長(zhǎng)刻線與大指針對(duì)正(順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)均可)。拉動(dòng)加載手柄(15)，施加主試驗(yàn)力，這時(shí)指示器的大指針按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)指示器指針的轉(zhuǎn)動(dòng)顯著停頓下來(lái)后，即可將卸荷手柄(16)椎回，卸除主試驗(yàn)力。注意主試驗(yàn)力的施加與卸除，均需緩慢進(jìn)行。從指示器上相應(yīng)的標(biāo)尺讀數(shù)。采用金鋼石壓頭試驗(yàn)時(shí)讀取，采用鋼球壓頭試驗(yàn)時(shí)，按表盤內(nèi)圈的紅字讀取。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使試件下降再移動(dòng)試件，按以上一過(guò)

51、程進(jìn)行新的試驗(yàn)。圖3-6 洛氏試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖注意事項(xiàng)：絲杠保護(hù)套(30)是為了保護(hù)絲杠(26)不受灰塵侵襲而制設(shè)的。度計(jì)不使用時(shí)或試件高度小于l00mm時(shí)將其套在絲杠外面。當(dāng)試件高度大于l00mm時(shí)，必須將其拿掉，以免將工作臺(tái)頂起使試驗(yàn)無(wú)效。四、實(shí)驗(yàn)儀器序 號(hào)名 稱主要用途序 號(hào)名 稱主要用途序 號(hào)名 稱主要用途1金相顯微鏡操作、觀察2電爐加熱3硬度計(jì)測(cè)硬度五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：根據(jù)已有原材料和設(shè)備，設(shè)計(jì)可行的熱處理工藝。如已有45#鋼試樣若干和兩臺(tái)電爐的情況，每臺(tái)電爐中最多放置5個(gè)熱處理試樣，其中三個(gè)試樣分別用于正火處理、油淬火處理和水淬火處理，兩個(gè)分別用于不完全加熱條件下的油淬火和水淬火處理。要求每名同學(xué)制訂出上述各個(gè)試樣的熱處理工藝。