材料综合实验讲义 实验一材料显微硬度的测试硬度是衡量材料软硬程度的指标。 硬度无一定的物理意义，它是表征材料的弹性、塑性、形变强化、强度和韧性等不同物理量组合的综合性能指标。 随着试验方法不同，一般硬度是指材料表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。 材料的硬度度是材料重要的机械性能之。 材料的硬度与共他的物理性能之间存在着某种关系。 例如，硬度和拉力实验基本上都是测量金属抵抗塑性变形的能力。 这两种实验在某种程度上都是测量同样的特性，其结果完全可以相比较。 硬度实验的优点在于它是一种简单们又容易进行的实验，尤其突出的它是一种非破坏性的测试。 材料的硬度与材料的化学和物相组成以及显微结构等因素有关。 换句话说，硬度是材料显微结构的宏观表现。 在材料研究中，硬度数据的使用频率非常高，硬度测试的目的，并不一定是用来表征所研究材料的使用性能，而是通过硬度实验获得材料微观结构的有关信息。 根据试验方法不同，硬度分为莫氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度，莫氏硬度属于刻划法硬度，布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度则属于压入法硬度。 一、实验目的1了解材料硬度测试的意义；2了解材料硬度的概念；3学习硬度测试的原理与方法。 二、实验原理一般硬度测试的基本原理是在一定时间间隔内，施加一定比例的负荷，把一定形状的硬质压头压人所测构料表面，然后，测量压痕的深度或大小。 习惯上把硬质实验分为两类宏观硬度和微观硬度。 宏观硬度是指采用1kgf(1kgf981N)以上的负荷进行的硬度实验。 显微硬度是指采用1kgf或小于1kgf的负荷进行的硬度实验。 常用的硬度实验有布氏硬度实验、洛氏硬度实验、表面洛氏硬度实验和显微硬度实验等，它们分别有各自不同的适用范围。 1、布氏硬度布氏硬度（HB）的测定原理如图1所示，是用一定大小的试验力F(N)/把直径为D（mm）的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面，保持规定时间后卸图1布氏硬度测试原理除试验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d(mm)，然后按公式1求出布氏硬度HB值，或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。 HB=P/(Dh)=P/D(D-(D2-d2)1/2) (1)式中h为压痕深度（mm）；P为载荷（kg）；d为压痕直径/布氏硬度测量的优点是具有较高的测量精度，压痕面积大，能在较大范围内反映材料的平均硬度，测得的硬度值也较准确，数据重复性强。 2、洛氏硬度洛氏硬度（HR）测试试验方法是用一个顶角为120度的金刚石圆锥体或直径为1/59mm/3/18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕深度求出材料的硬度。 根据实验材料硬度的不同，可分为三种不同标度来表示A HRA是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度较高的材料。 例如硬质合金。 HRB是采用100Kg载荷和直径1/59mm淬硬的钢球求得的硬度，用于硬度较低的材料。 例如软钢、有色金属、退火钢、铸铁等。 HRC是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料。 例如淬火钢等。 本实验采用洛式硬度计对材料的硬度进行测试。 3、维氏硬度维氏金刚石压头是将压头磨成正四棱锥体，其相对面夹角为136。 维氏显微硬度值是所施加的负荷(kgf)除以压痕的表面积(mm2)。 采用维氏金刚石压头时，其压痕深度约为对角线长度的l/7。 维氏硬度的计算公式如式 (2) (2)式中l压痕对角线长的平均值，mm；金刚石压头相对面的夹角(136)。 为了精确测量维氏金刚石压痕的对角线长度，压痕必须清晰可见。 压痕清晰实际上是衡量试样表而制备质量的一个标准。 一般来说，实验负荷越轻，所要求的表面光洁度就越高。 当使用100gf(0/981N)以下负荷实验时，试样应进行金相抛光。 同时，要求测量显微镜所测压痕长度的误差应小于0/0005mm。 三、仪器与用料 1、TH300洛式硬度计 2、试样抛光机 3、试样切割机 4、1645#圆钢 5、砂纸 四、TH300洛式硬度计TH300洛式硬度计的结构如图2所示 五、试样制备用试样切割机将45#圆钢切割成高度约为5-10mm的试样，用砂纸将试样的一面磨平磨光后，在试样抛光机上进行抛光。 六、实验步骤 1、接好电源线，打开电源开关，显示屏将显示当前的试验参数，这些参数分别表示当前标尺及该标尺对应的压头类型和试验力、试验力保持时间、读数恢复时间。 同时检查试验力选择是否正确。 试验力选择通过试验机右侧上部试验力转换手柄进行，有60kgf(588/4N)，100kgf(980/7N)，150kgf(1471N)三种。 如果参数不需要修改，即可直接开始测试；如需修改则按说明书进行参数设置。 2、加载初试验力图2洛氏硬度计图3图4将被测试样放置在样品台***，顺时针平稳缓慢转动手轮，使样品台上升，试样与压头接触。 此时屏幕上出现压头运动过程示意图，见图3，最后一个表示加载初试验力终止位置。 平缓转动手轮，直到图中所示压头到达终止位置，同时伴有蜂鸣报警，此时应立即停止转动手轮。 如果手轮转动有少量过量，不影响测量结果及精度；如果转动过量较大，试验机自动报警，并提示，见图4。 此时应重新开始。 3、自动测试初试验力加载完成后，测试自动进行。 完成主试验力加载保持卸载读数数据处理结果显示过程，测试结果显示于显示屏上。 4、卸载逆时针转动手轮，样品台下降，全部试验力卸除；显示屏显示返回初始状态，所有试验参数自动记忆，等待下次测试。 七、设备注意事项（一）金刚石压头 1、金刚石压头和压头轴是仪器的精密的零件，因此在操作的整个过程都要十分小心，除施压测试时外，其他时间都不要触及压头。 2、压头应随时保持清洁，有油污或灰尘时，可用软布或脱脂棉蘸酒精或***小型小心擦洗。 (二)试样1试样表面必须清洁。 如表面沾有油污，可用汽油、洒精或***等擦拭。 2当试样为细丝、薄片或小件时，可分别使用相应的夹持台夹持后，在放在试样台上进行实验。 如试样小到无法夹持，则可将试样镶嵌抛光后再进行实验。 (三)环境要求本仪器应安装在远离灰尘、震动、腐蚀性气体的环境中，室温不应超过(205)，相对湿度不大于65的环境中。 思考题 1、材料硬度测试有几种方法?它们的适用对象是什么， 2、三种硬度测试方法的异同是什么? 3、常用的洛氏硬度标尺包括什么，有何不同？实验 二、材料拉伸强度的测试拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。 利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标。 从高温下进行的拉伸试验可以得到蠕变数据。 金属拉伸试验的步骤可参见ASTM E-8标准。 塑料拉伸试验的方法参见ASTM D-638标准、D-2289标准（高应变率）和D-882标准（薄片材）。 ASTM D-2343标准规定了适用于玻璃纤维的拉伸试验方法；ASTM D-897标准中规定了适用于粘结剂的拉伸试验方法；ASTM D-412标准中规定了硬橡胶的拉伸试验方法。 一、实验目的 1、了解材料力学测试所需试样的制备； 2、了解拉伸力学试验机的测量原理； 3、了解拉伸试验过程及注意事项 三、实验原理为了便于比较实验结果，试样必须按国家标准GB22876中的有关规定做成标准比例试件，即圆形截面试件l0=10d0(长试件)l0=5d0(短试件)矩形截面试件l0=11/3(长试件)l0=5/65(短试件)式中/l0为试件的初始计算长度(即试件的标距)/A0为试件的初始截面面积/d0为试件在标距内的初始直径。 常用的试样如图（1-3）所示，金属拉伸试件通常制成图1和图2的标准试件，高分子材料拉伸试样通常采用图2和图3的标准试样。 图1圆形截面试样拉伸实验是测定材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。 在拉伸试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出材料的拉伸图，图4a为塑性材料的拉伸图/图4b为脆性材料的拉伸图。 由于试件在开始受力时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 对于塑性材料，从拉伸图中可看出材料的屈服载荷Ps，故材料的屈服极限s=P/A0试件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。 从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。 取试样最大载荷P b，则材料的强度极限b=P b/A0图2矩形截面试样1图3矩形截面试样2图4试件拉伸图试件断列后，将试件的断口对齐，测量出断裂后的标距l1和断口处的直径d1，则材料的延伸率和截面收缩率分别为和式中，l0/A0分别为试验前的标距和横截面面积；l1/A1分别为试验后的标距和断口处的横截面面积。 如果断口不在试件距中部的三分之一区段内，则应按国家标准规定采用断口移中法来计算试件拉断后的标距l1。 其具体方法是试验前先在试件的标距内，用刻线器刻划等间距的标点或圆周11个，即将标距长度分为10等份。 试验后将拉断的试件断口对齐，如图5所示，以断口O为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B点当长段所余格数为偶数时，如图5（a）所示，则取所余格数的一半得C点，于是l1AB+2BC若长段所余格数为奇数时，如图5（b）所示，可在长段上取所余格数减之半得C点，再取所余格数加之半得C1点，于是l1ABBCBC1当断口非常接近试件两端部，而与其端部的距离等于或小于直径的两倍时，需重作试验 二、实验内容1/观察材料在拉伸过程中的各种现象（包括屈服，强化和颈缩等现象），特别是外力和变形间的关系，并绘制拉伸图。 2/测定材料的强度极限b，对于塑性材料还需测定屈服极限s，延伸率和断面收缩率。 3/观察断口，比较不同材料拉伸破坏特点。 图5断口移中本实验测试橡胶的拉伸特性。 三、实验设备和材料实验设备万能材料实验机，冲片机，哑铃型试样制样机，游标卡尺实验材料橡胶 四、试验方法和步骤（一）塑性材料的拉伸试验1/准备试件。 用刻线器在原始标距范围内刻划圆周线或打点，将标距内分为等长的10格。 用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。 （取三位有效数字）。 2/调整试验机。 熟悉万能试验机的操作规程和原理，根据材料的抗拉强度b和原始横截面面积估算试件的最大载荷。 开动试验机，使工作台上升10mm左右，以消除工作台系统自重的影响。 调整好自动绘图装置。 3/装夹试件。 先将试件装夹在上夹头内，再将下夹头移动到合适的夹持位置，最后夹紧试件下端。 注意试样不可一次夹紧，应在预拉一次后再夹紧。 4/检查与试车。 请实验指导教师检查以上步骤完成情况。 开动试验机，预加少量载荷（载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载到零，以检查试验机工作是否正常。 5/进行试验。 开动试验机，缓慢而均匀地加载，观察绘图装置绘出图的情况。 注意捕捉屈服荷载值，将其记录下来用以计算屈服点应力值S/对于金属材料，要注意观察屈服阶段的滑移现象。 过了屈服阶段，加载速度可以快些。 将要达到最大值时，注意观察“缩颈”现象。 试件断后立即停车，记录最大荷载值。 6/取下试件和记录纸。 7/用游标卡尺测量断后标距。 8/用游标卡尺测量缩颈处最小直径d1。 （二）脆性材料的拉伸试验1/准备试件。 除不必刻线或打小冲点外，其余都同塑性材料。 2/调整试验机和自动绘图装置，装好试件，对以上工作进行检查（与塑性材料拉伸试验时的步骤相同）。 3/进行实验。 开动试验机，缓慢均匀地加载，直至试件被拉断。 关闭试验机，记录拉断时的最大荷载值，取下试件和记录纸。 图6拉伸试验机（三）结束实验请指导教师检查试验记录。 将试验设备、工具复原，清理试验场地。 最后数据，完成试验报告。 （四）注意事项 （1）参看万能材料试验机的注意事项。 （2）试件安装必须正确，防止试件偏斜夹入部分过短等现象。 （3）试验时听见异常声音或发生任何故障，应立即停车，并马上报告试验指导教师。 五、试验结果处理试验数据，记录最大载荷和屈服载荷，绘出拉伸曲线，并按要求填写试验报告并写出结论。 实验 三、材料弯曲强度的测试 一、实验目的 1、学习、掌握微机控制电子万能试验机的使用方法及工作原理； 2、掌握三点弯曲法测定材料弯曲强度的方法、过程。 二、实验原理 1、概念材料的弯曲试验，也是材料机械性能试验的基本方法之一。 弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。 弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。 弯曲试验在万能材料试验机上进行，有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。 试样的截面有圆形和矩形，试验时的跨距一般为直径的10倍。 对于脆性材料弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏，而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度，但可检验其延展性和均匀性展性和均匀性。 塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。 试验时将试样加载，使其弯曲到一定程度，观察试样表面有无裂缝。 2、弯曲试验特点与拉伸试验相比，弯曲试验有着以下几个特点 （1）弯曲试验试样样式简单（圆形、方形、矩形三种），适用于测定加工不方便的脆性材料。 （2）对脆性材料做拉伸试验，其变形量很小。 而弯曲试验可以用挠度来表示脆性材料的塑性。 （3）弯曲试验时，截面上的应力分布是表面上的应力最大，因此其对材料表面***反应灵敏。 （4）对于高塑性材料，弯曲试验通常达不到其破坏程度，故一般不做弯曲强度试验。 （5）弯曲试验操作比拉伸试验要简单方便。 3、三点弯曲试验装置图2所示为三点弯曲试验的示意图。 其中，F为所施加的弯曲力，Ls为跨距，f为挠度。 图1三点弯曲试验示意图 4、弯曲弹性模量bE的测定（图解法）图1三点弯曲试验示意图图1三点弯曲试验示意图F Ls/2Ls/2F Ls/2Ls/2f图1三点弯曲试验示意图图2图解法测定弯曲弹性模量通过配套软件自动记录弯曲力-挠度曲线（见图2）。 在曲线上读取弹性直线段的弯曲力增量和相应的挠度增量，按式 （1）计算弯曲弹性模量，其中，I为试件截面对中性轴的惯性矩，。 （1） 5、最大弯曲应力bb的测定 （2）其中，bb为最大弯曲应力，bbF为最大弯曲力，为试件的抗弯截面系数。 三、实验设备和材料 1、微机控制电子万能试验机；游标卡尺。 2、塑料板 四、实验试样实验所用试件如下图1所示，试件截面为矩形，其中，b为试件宽度，h为试件高度，L为试件长度。 五、实验步骤及注意事项 1、试件准备矩形横截面试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。 取用三处宽度测量值的算术平均值和三处高度测量值的算术平均值，作为试件的宽度和高度。 2、试验机准备按试验机计算机打印机的顺序开机，开机后须预热十分钟才可使用。 运行配套软件/根据计算机的提示，设定试验方案，试验参数。 3、安装夹具，放置试件根据试样情况选择弯曲夹具，安装到试验机上，检查夹具，设置好跨距，放置好试件。 4、开始试验点击试验部分里的新试验，选择相应的试验方案，输入试件的尺寸。 按运行命令按钮，设备将按照软件设定的试验方案进行试验。 L bh?=fFIEL sb483123bhI=WL Fsbbbb4=62bhW=图3矩形截面试件 5、记录数据每个试件试验完后屏幕右端将显示试验结果。 一批试验完成后点击“生成报告”按钮将生成试验报告。 6、试验结束试验结束后，清理好机器，关断电源。 六、实验报告要求 1、实验数据及计算结果处理/材料试件宽度（b/mm）试件高度（h/mm）跨距(Ls)最大弯曲力（bbF/kN）最大挠度（f/mm）弯曲弹性模量（bE/MPa）最大弯曲应力(bb/MPa)低碳钢 2、绘制弯曲力-挠度曲线（F-f曲线）。 实验 四、材料冲击韧性的测试冲击韧性是一种衡量材料抵抗冲击能力的指标。 冲击韧性是通过冲击实验来测定的。 这种实验是在一次冲击载荷作用下来显示试样缺口处的力学特性（韧性或脆性）。 虽然试验中测得的冲击吸收功或冲击韧性不能直接用于工程计算，但它可以作为判断材料脆化趋势的一个定性指标，还可以作为检验材料热处理工艺的一个手段。 冲击韧性对材料的品质、宏观***和显微***十分敏感，而这一点恰是静力实验所无法揭示的。 测定冲击韧性的试验方法有多种，在国际上比较常用的常规试验为悬臂梁式冲击试验和简支梁式冲击弯曲试验。 对于室温下的悬臂梁式冲击试验一般依照国标GB1043以及GB/T 1843、ISO 180、GB/T 2611、JB/T8761进行，而对于简支梁式冲击弯曲试验一般依照GB/T229以及GB 2106、GB 229、GB 4158、GB4159进行。 本实验利用悬臂梁式冲击试验来测定塑料的冲击韧性。 一、实验目的1/掌握冲击试验机的结构及工作原理2/掌握测定试样冲击性能的方法 二、实验原理本方法的原理是将试样安放在简支梁冲击机的规定位置上，然后利用摆锤***落下，对试样施加冲击弯曲负荷、使试样破裂。 记录下试样破坏时或过程中单位试样截面积所吸收的能量，即冲击强度，来衡量材料冲击韧性。 冲击试验利用的是能量守恒原理，即冲击试样消耗的能量是摆锤试验前后的势能差。 试验时，把试样放在图12的B处，将摆锤举至高度为H的A处***落下，冲断试样即可。 摆锤在A处所具有的势能为E=GH=GL(1-cos) (1)冲断试样后，摆锤在C处所具有的势能为E1=Gh=GL(1-cos) (2)势能之差E-E1，即为冲断试样所消耗的冲击功A KA K=E-E1=GL(cos-cos) (3)式中，G为摆锤重力（N）；L为摆长（摆轴到摆锤重心的距离）（mm）；为冲断试样前摆锤扬起的最大角度；为冲断试样后摆锤扬起的最大角度。 三实验设备 1、摆锤式悬臂梁冲击实验机 2、游标卡尺 3、冲击缺口制样机hLGH图1冲击试验原理图 4、冲击试样（试样尺寸宽10/20mm，缺口深度1/48mm，厚4/24mm；试样表面应平整、无气泡、裂纹、分层和明显杂质。 缺口试样缺口处应***刺）四试样的制备若冲击试样的类型和尺寸不同，则得出的实验结果不能直接比较和换算。 本次试验采用U型缺口冲击试样。 其尺寸及偏差应根据GB1043的规定。 加工缺口试样时，应严格控制其形状尺寸精度以及表面粗糙度。 试样缺口底部应光滑、无与缺口轴线平行的明显划痕。 五实验步骤 1、准确测量试样的几何尺寸及缺口处的横截面尺寸。 2、根据估计材料冲击韧性来选择试验机的摆锤和表盘。 3、进行空白实验，记录所测得的摩擦损失。 4、抬起并锁住摆锤，将试样夹持在夹具中，按图1所示的要求夹住试样缺口应在摆锤冲击刃的一边。 5、进行试验。 将摆锤举起到高度为H处并锁住，然后释放摆锤，冲断试样后，待摆锤扬起到最大高度，再回落时，立即刹车，使摆锤停住。 6、记录表盘上所示的冲击功A KU值。 取下试样，观察断口。 试验完毕，将试验机复原。 注意！冲击试验要特别注意人身的安全。 六实验结果处理 1、计算冲击韧性值KU。 KU=(J/cm2) (4)式中，A KU为U型缺口试样的冲击吸收功(J)；S0为试样缺口处断面面积(cm2)。 冲击韧性值KU是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸缺口形状试验温度等的变化而不同。 2、观察破坏断口形貌特征。 七思考题 1、冲击韧性值KU为什么不能用于定量换算，只能用于相对比较？答KU值取决于材料及其状态，同时与试样的形状、尺寸有很大关系。 KU值对材料的内部结构***、显微***的变化很敏感，如夹杂物、偏析、气泡、内部裂纹、钢的回火脆性、晶粒粗化等都会使其明显下降。 条件很难达到统一，所以冲击韧性不能用于定量计算，只能用于相对比较。 2、冲击试样为什么要开缺口？0SA KU答在试样上制作切口的目的是为了使试样承受冲击载荷时在切口附近造成应力集中，使塑性变形局限在切口附近不大的体积范围内，并保证试样一次冲断且使断裂发生在切口处。 实验五金属材料的抛光 一、实验目的 1、了解材料试样进行抛光的作用。 2、掌握试样抛光的技术。 3、了解并掌握金相试样的整个制备过程。 二、实验设备及试剂 1、试样抛光机 2、金相试样预磨机 3、试样切割机 5、金相砂纸、抛光粉、抛光布、棉球。 6、1620号圆钢和16灰铸铁 三、金相试样的制备在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的显微***时，需要在该材料的典型的典型部位截取样块，然后经过一系列的制备过程，制成符合要求的金相试样。 正确地检验和分析金属的显微***，必须制备优良的金相试样。 金相试样制备过程包括取样、镶嵌、磨制和抛光、浸蚀。 1/取样取样部位的选择应根据检验的目的选择有代表性的区域，同时还应考虑切取方法。 切取试样时，应防止试样过热或变形。 金属样品的尺寸一般在直径12mm、厚度10mm左右为宜。 取样的方法取样的方法因为材料的性能不一样，有硬有软，所以取样的方法也不一样。 软材料可用锯、车、铣、刨等来截取；对于硬的材料则用金相切割机或线切割机***截取，切割时要用水***，以免试样受热引起***变化；对硬而脆的材料，可用锤击碎，选取合适的试样。 试样的大小以便于拿在手里磨制为宜，通常一般为1215mm圆柱体或121215mm正方体。 取样的数量应根据工件的大小和检验的内容取2-5个为宜。 2、镶嵌截取好的试样有的过于细小或是薄片、碎片，不宜磨制或要求精确分析边缘***的试样就需要镶嵌成一定的形状和大小。 常用的镶嵌方法有机械镶嵌、塑料镶嵌或环氧树脂冷嵌。 如图1所示。 机械镶嵌用不同的夹具将不同外形的试样夹持。 夹持时，夹具与试样之间、试样和试样之间应放上填片，填片应采用硬度相近且电位高的金属片，以免浸蚀试样时填片发生反应，影响***显示。 塑料镶嵌是在专用镶嵌机上进行，常用材料是电木粉，电木粉是一种酚醛树脂，不透明，有各种不同的颜色。 镶嵌时在压模内加热加压，保温一定时间后取出。 优点是操作简单，成型后即可脱模，不会发生变形。 缺点是不适合淬火件。 对于一些不能加热和加压的试样可采用环氧树脂冷嵌。 3、磨光磨制的目的是得到一个平整光滑的表面。 磨光分粗磨和细磨。 粗磨一般材料可用砂轮机将试样磨面磨平；软材料可用锉锉平，磨时要用水***以防止试样受热改变***。 不需要检查表层***的试样要倒角倒边。 细磨目的是消除粗磨留下的划痕，为下一步的抛光作准备，细磨又分为手工细磨和机械细磨。 手工细磨选用不同粒度的金相砂纸（ 180、 240、 400、 600、800），由粗到细进行磨制。 磨时将砂纸放在玻璃板上，手持试样单方向向前推磨，切不可来回磨制，用力均匀，不宜过重。 每换一号砂纸时，试样磨面需转90，与旧划痕垂直，以此类推，直到旧划痕消失为止。 试样细磨结束后，用水将试样冲洗干净待抛。 机械细磨是在专用的机械予磨机上进行。 将不同号的水砂纸剪成圆形，置于予磨机圆盘上，并不断注入水，就可进行磨光，其方法与手工细磨一样，即磨好一号砂纸后，再换另一号砂纸，试样同样转90，直到800号为止。 4、抛光目的是去除试样磨面上经细磨留下的细微划痕，使试样磨面成为光亮无痕的镜面。 抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光。 最常用的是机械抛光。 机械抛光在金相抛光机上进行。 抛光时，试样磨面应均匀的轻压在抛光盘上。 并将试样由中心至边缘移动。 并做轻微移动。 在抛光过程中要以量少次数多和由中心向外扩展的原则不断加入抛光微粉***液，抛光应保持适当的湿度，因为太湿降低磨削力，使试样中的硬质相呈现浮雕。 湿度太小，由于摩擦生热会使试样生温，使试样产生晦暗现象，其合适的抛光湿度是以提起试样后磨面上的水膜在35秒钟内蒸发完为准。 抛光压力不宜太大，时间不宜太长，否则会增加磨面的扰乱层。 粗抛光可选用帆布、海军呢做抛光织物，精抛光可选用丝绒、天鹅绒、丝绸做抛光织物。 抛光前期抛光液的浓度应大些，后期使用较稀的，后用清水抛，直至试样成为光亮无痕的镜面，即停止抛光。 用清水冲洗干净后即可进行浸蚀。 图1金相试样镶嵌法常用的抛光微粉见表1 四、实验步骤1/每个学生实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、任务。 2/认真了解所使用的仪器型号，操作方法及注意事项。 3/按实验内容抛光金属试样。 五、注意事项 1、金相试片只应在砂轮侧面轻轻地磨制。 当试片的厚度小于10mm时，应在镶嵌后再进行打磨。 2、严禁在磨片机旋转时更换砂纸、砂布。 3、试片打磨，抛光时应拿紧，并力求与磨面接触平稳。 两人不得同时在一个旋转盘上操作。 表1常用的抛光微粉实验 六、金相试样的***分析 一、实验目的 1、了解基本的金相***分析方法，了解金相显微镜的使用。 2、正确地使用金相显微镜观察和分析金属的显微***。 3、通过观察不同铁碳合金材料室温下的***形态，巩固并加深对铁碳相图的认识和理解。 二、实验设备及试剂 1、金相显微镜 2、硝酸，酒精，棉球。 3、已抛光1620号圆钢金相试样和16灰铸铁试样 三、实验原理（一）铁碳合金概述 1、铁碳相图铁碳平衡相图是研究钢铁材料性能、工艺及***之间关系的基础。 铁碳合金在平衡状态时的***是指缓慢***后的***，其相变过程均按照FeFe3C状态进行。 下图为铁碳状态图。 +Fe3C+Fe3C铁碳合金在室温时***的基本构成成份可以为单相***与复相***两种。 1/1单相***铁素体及渗碳体 （1）铁素体（）碳溶解在Fe中的间隙固溶体，其最大含量是0/02%（727）而室温时只能溶碳0/0008%。 （2）渗碳体是铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量为6/69%。 1/2复相***珠光体，莱氏体及***莱氏体珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，通常呈层片状***，在一定温度下等温，也可形成球状珠光体。 珠光体是由含碳0/77%的奥氏体在727时所形成的共析体，其反应如下A0/77?P（F0/0218+Fe3C）莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为c4/3。 当温度高于727时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号L d表示。 在低于727时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号L d表示，称为***莱氏体。 因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。 铁素体珠光体珠光体莱氏体2/碳钢在平衡状态下的显微***根据铁碳状态图，钢的***有三种类型。 （1）亚共析钢（C小于0/77%的铁碳合金）***为铁素体+珠光体。 含碳量愈高，铁素体的含量就愈少，珠光体的相对含量便愈大。 如图所示白色的铁素体、黑色的珠光体（以下无特殊说明均为3%硝酸酒精溶液腐蚀）。 按照FeFe3C图用杠杆定律求出已知含C%的钢所含铁素体与珠光体的百分数。 例如0/2%C的钢，其***中珠光体、铁素体的相对百分数如下珠光体（%）0/2/0/8=25%铁素体（%）（0/8-0/2）/0/8=75%与此相反，我们也可以根据显微镜下看到的珠光体百分数和铁素体的百分数来估计钢的含C量百分数。 如***中有60%面积为珠光体，40%面积为铁素体，则钢的含C量为0/860%=0/48%20钢45钢60钢 （2）共析钢（0/77%C）***中为纯珠光体，用光学显微镜观察可看到黑白相间的层片***。 （3）过共析钢（C大于0/77%）***为珠光体及二次渗碳体。 Fe3C呈白色网状分布，用特殊的***钠水溶液侵蚀时，网状Fe3C便被染成黑色，而珠光体呈白色。 3%硝酸酒精溶液腐蚀的T12钢（400）热***钠溶液腐蚀的T12钢（400）3/白口铸铁铸铁是含碳量大于2/11%的铁碳合金，根据碳在铸铁中所处的状态不同，可分为三类白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。 白口铸铁中碳以Fe3C形式存在，其显微***中存在有莱氏体共晶***。 亚共晶白口铸铁显微***过共晶白口铸铁显微***（二）金相试样的浸蚀 1、浸蚀方法金相***只有在浸蚀后才能看到，金相***浸蚀的方法有化学浸蚀法，电解浸蚀法，物理浸蚀法。 常用的是化学浸蚀法。 化学浸蚀法就是利用化学试剂对试样表面进行溶解或电化学作用来显示金属的***。 纯金属及单相合金的浸蚀是一个化学溶解过程，因为晶界原子排列较乱，不稳定，在晶界上的原子具有较高的***能，晶界处就容易浸蚀而下凹，显微镜的光线在凹处就产生漫反射回不到目镜中，晶界呈现黑色，见图2a。 二相合金的浸蚀与纯金属截然不同，它主要是一个电化学过程。 因为不同的相具有不同的电位，当试样浸蚀时，就形成许多微小的局部电池，具有较高负电位的一相为阳极被迅速溶解，而逐渐凹洼，具有较高正电位的一相为***极，不被浸蚀，保持原有的平面，两相形成的电位差越大，浸蚀速度越快，在光线的照射下，两个相就形成了不同的颜色，凹洼的部分呈黑色，凸出的一相发亮呈白色，见图1-2b。 精抛后的的试样，便可浸入盛有浸蚀剂的玻璃皿中进行浸蚀，浸蚀时，试样图1单相合金和双相合金浸蚀示意图可不时地轻微移动，但抛光面不可与皿底接触。 浸蚀剂一般采用4%硝酸酒精溶液。 2、浸蚀后，灰铸铁的***形貌GB721687把灰铸铁的石墨形状分为六种。 有的国家，如美国、德国等，则将其分为五种，没有F形片状石墨。 表1常用的化学浸蚀剂A型C型B型A型片状片状石墨均匀分布B型菊花状片状与点状石墨***成菊花状分布C型块片状部分带尖角块状、粗大片状初生石墨及小片状石墨D型枝晶点状点、片状枝晶间石墨呈无向分布E型枝晶片状短小片状枝晶石墨呈方向分布F型星状星状（或蜘蛛状）与短片状石墨混合均匀分布灰铸铁的石墨长度等级(100) 3、化学操作注意事项D型E型F型1级(100mm)7级(1/53mm)6级(36mm)5级(612mm)4级(1225mm)***(2550mm)***(50100mm)8级(1/5mm) (1)试样进行化学浸蚀时应在专用的实验台上进行，对有***的试剂应在抽风橱内进行。 (2)试样浸蚀前应清洗干净，磨面上不允许有任何赃物以免影响浸蚀效果。 (3)根据材料和检验要求正确选择浸蚀剂见表1。 (4)注意掌握浸蚀时间，一般是磨面由光亮逐渐失去光泽而变成银灰色或灰黑色。 主要根据经验确定。 通常高倍观察时浸蚀宜浅，低倍观察可深些。 (5)试样浸蚀适度后，应立即用清水冲洗干净，滴上乙醇吹干，即可进行显微分析。 （三）金相显微镜金相显微镜可用于鉴别和分析各种材料内部的***。 原材料的检验、铸造、压力加工、热处理等一系列生产过程的质量检测与控制需要使用金相显微镜，新材料、新技术的开发以及***世界高科技前沿的研究工作也需要使用金相显微镜，因此，金相显微镜是材料领域生产与研究中研究金相***的重要工具。 1金相显微镜的构造金相显微镜包括光学系统、机械机构和照明系统三部分。 （1）光学系统物镜和目镜是光学系统中最重要的光学器件。 光学系统的结构如图2所示。 光线由灯泡1发出，经聚光镜组2会聚，由反光镜子8将光线均匀半***在孔径光栏9上，经过聚光镜组3，再将光线透过半反射镜4***在物镜组6的后焦面，这样就使物体得到库勒照明。 由物体表面反射回来的光线复经过物镜组6和辅助透镜5到半反射镜4而折转向辅助透镜11，以及棱镜12与棱镜13等一系列光学系统造成倒立放大的实像，由目镜再度放大，这就是观察者从目镜视场里所看到的物体表面放大的像。 1灯泡2聚光镜组3聚光镜组4半反光镜5辅助透镜6物镜组7试样8反光镜9孔径光栏10/视场光栏11辅助透镜12棱镜13棱镜14场镜15目镜图2XJB1型金相显微镜的光学系统 （2）仪器的机械结构金相显微镜构造如图3所示。 底座起支撑整个镜体的作用。 为了防止震动，有的在底座上装有四只防震橡皮脚。 明照明7照明设备装于底盘内，在底座内装有一低压（68V，15W）灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（68V）来改变灯光的亮度。 粗动调焦装置6粗动手轮安装在镜体齿轮箱的两侧，转动粗调焦手轮可使载物台上下升降。 1载物台2物镜3转换器4传动箱5微动调焦手轮6粗动调焦手轮7光源8偏心圈9样品10目镜11目镜管12固定螺钉13调节螺钉14视场光栏15孔径光栏置微动调焦装置5微动手轮与粗动手轮同轴，用于使载物台缓慢上下升降，微动进行调焦。 手轮上刻有分度，每分格表示微动升降0/002mm，微动调焦手轮旁有一条白线，是用以表示微动升降的极限范围，当微动手轮旋到极限位置时，微动手轮就自动被***住，此时，应该倒转旋动使用，否则将会损坏机件。 台载物台1载物台是显微镜的重要部件，主要用于放置和固定试样。 载物台有圆形和方形两种。 一般备有能在水平面内作前后、左右运动和360度旋转的旋钮和刻度。 载物台上还备有弹簧压片和场光圈。 栏孔径光栏15和视场光栏14孔径光栏是用来调整入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。 视场光栏的作用是控制视场范围，使目镜中视场明亮而无***影。 通过旋转滚花套圈来调节视场大小。 器物镜转换器3物镜转换器是快速更换物镜的装置。 转换器呈球面形，上可安装不同放大倍数的物镜，旋动转换器可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，可获得各种放大倍数。 图3XJB1型金相显微镜外形结构管目镜管11呈倾斜45单管形式，接在装有棱镜的半球形镜座上，可随时拆卸或将目镜平向转90（以便接合照相设备作金相照相之用）。 物镜2物镜的物镜筒一般设有防压弹簧，使前透镜万一触及试样时，不会因碰压而损坏透镜，不同倍率物镜的镜筒上一般涂以不同颜色的环线，以示区别。 （3）照明系统照明系统是为观察试样提供照明光源的装置。 一般包括光源、照明器、光栏、滤色片等。 光源对光源的要求是强度要高，亮度要均匀、稳定，发热程度不宜过高，在光源周围要有吸热、散热装置；光源位置（上、下、前、后、左、右）和光的强度可调节。 目前金相显微镜中应用最多的是白炽灯和氙灯，此外还有碳弧灯、卤素灯、水银灯、单色灯等。 光栏在金相显微镜的光路系统中，一般装有两个光栏，靠近光源的称孔径光栏；另一个称视场光栏。 光栏的作用是改善映象质量，控制通过系统的光通过量和***系统中有害的杂散光等。 滤色片滤色片的作用是允许白色光波中一定波长的光通过，吸收其它波长的光。 滤色片是金相摄影时一种重要的辅助工具，用以得到优良的金相照片。 使用滤色片的主要目的是A增加映像衬度，或提高某些彩色***细微部分在黑白摄影时的分辨率；B校正残余像差；C得到较短波长的单色光以提高分辨率。 2金相显微镜的使用方法、注意事项和维护 （1）使用说明2金相显微镜的使用方法、注意事项和维护 （1）使用说明 （1）将光源插头接上电源变压器，然后将变压器接上户内220V电源即可使用。 照明系统在出厂前已经经过校正。 （2）每次更换灯泡时，必须将灯座反复调校。 灯泡插上灯座后，在孔径光栏上面放上滤色玻璃，然后将灯座转动及前后调节，以使光源均匀明亮地照射于滤色玻璃上，这样，灯泡已调节正确，这时则将灯座的偏心环转动一个角度，以便将灯座紧固于底盘内。 灯座及偏心环上有红点樗，如卸出时，只要将红点相对即可。 （3）观察前原则上要装上各个物镜。 在装上或除下物镜时，须把载物台升起，以免碰触透镜。 如选用某种放大倍率，可参照总倍率表来选择目镜和物镜。 （4）试样放上载物台时，使被观察表面复置在载物台当中，如果是小试样，可用弹簧压片把它压紧。 （5）使用低倍物镜观察调焦时，注意避免镜头与试样撞击/可从侧面注视接物镜/将载物台尽量下移，直至镜头几乎与试样接触(但切不可接触)，再从目镜中观察。 此时应先用粗调节手轮调节至初见物像，再改用细调节手轮调节至物像十分清楚为止。 切不可用力过猛，以免损坏镜头，影响物像观察。 当使用高倍物镜观察，或使用油浸系物镜时，必须先注意极限标线，务必使支架上的标线保持在齿轮箱外面二标线的中间，使微动留有适当的升降余量。 当转动粗动手轮时，要小心地将载物台缓缓下降，当目镜视野里刚出现了物像轮廓后，立即改用微动手轮作正确调焦至物像最清晰为止。 （6）使用油浸洗物镜前，将载物台升起，用一支光滑洁净小棒蘸上一滴杉木油，滴在物镜的前透镜上，这时要避免小棒碰压透镜及不宜滴上过多的油，否则会弄伤或弄脏透镜。 （7）为配合各种不同数值孔径的物镜，设置了大小可调的孔径光栏和视场光栏，其目的是为了获得良好的物像和显微摄影衬度。 当使用某一数值孔径的物镜时，先对试样正确调焦，之后，可调节视场光栏，这时从目镜视场里看到了视野逐渐遮蔽，然后再缓缓调节使光栏孔张开，至遮蔽部分恰到视场出现时为止，它的作用是把试样的视野范围之外的光源遮去，以消除表面反射的漫射散光。 为配合使用不同的物镜和适应不同类型试样的亮度要求设置了大小可调的孔径光栏。 转动孔径光栏套圈，使物像达到清晰明亮，轮廓分明。 在光栏上刻有分度，表示孔径尺寸。 （2）使用注意事项 （1）操作时必须特别谨慎，不能有任何剧烈的动作。 不允许自行拆卸光学系统。 （2）严禁用手指直接接触显微镜镜头的玻璃部分和试样磨面。 若镜头上落有灰尘，会影响显微镜的清晰度与分辨率。 此时，应先用洗耳球吹去灰尘和砂粒，再用镜头纸或毛刷轻轻擦拭，以免直接擦试时划花镜头玻璃，影响使用效果。 （3）切勿将显微镜的灯泡（68V）插头直接插在220V的电源插座上，应当插在变压器上，否则会立即烧坏灯泡。 观察结束后应及时关闭电源。 （4）在旋转粗调（或微调）手轮时动作要慢，碰到某种阻碍时应立即停止操作，报告指导教师查找原因，不得用力强行转动，否则会损坏机件。 （3）仪器维护为了使仪器在正常使用条件下，保持它的有效性能，除了必须使用恰当外，还必须注意加强维护保养，现就维护保养问题提出下列几点要求（仅供参考）。 （1）仪器应贮放在空气流通和较干燥的地方，避免过冷过热和接触腐蚀性气体

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