工程材料实验指导书肇庆学院机械与汽车工程学院2018年2月1
1 工程材料实验指导书 肇庆学院机械与汽车工程学院 2018 年 2 月
总论一、工程材料实验的目的通过三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析、铁碳合金显微组织分析、钢的热处理及硬度测定三组实验，加深理解金属成分、组织和性能之间的相互关系，了解不同的热处理工艺对钢的性能的影响。使学生掌握材料有关的基本理论，加深理解、获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力，为以后解决实际问题打下基础。二．实验教学的方法1、实验过程中，各重点、难点项目内容由指导教师采取边操作示范、边讲授的教学方法使学生回想课堂学过知识及提高感性认识；2、学生先以观察为主，结合理论知识，领指导教师的传授后，再进行适当的实际操作。对于典型、需重点掌握的要进行讨论研究。三、实验所用的设备1、抛磨机2、显微镜3、硬度计4、加热炉四、实验注意事项1、安全注意事项（1）未经许可，不准扳动机件和乱动电器按钮开关，实训期间禁止打闹。（2）注意防火，实训室严禁吸烟及未经允许擅自动明火。（3）认真接受实训前的安全知识教育。2、操作注意事项（1）注意实验设备的正确使用。（2）热处理过程必须在老师现场指导下进行。（3）保持实验场地的清洁整齐。（4）认真填写设备使用记录。五、实验的安排：实验一三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析，2学时，两个班分两组进行实验二铁碳合金显微组织分析，2学时，两个班分两组进行2
2 总 论 一、工程材料实验的目的 通过三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析、铁碳合金显微组织分析、钢的热处理 及硬度测定三组实验，加深理解金属成分、组织和性能之间的相互关系，了解不同的热处 理工艺对钢的性能的影响。使学生掌握材料有关的基本理论，加深理解、获得本课程领域 内分析和处理一些基本问题的初步能力，为以后解决实际问题打下基础。 二．实验教学的方法 1、实验过程中，各重点、难点项目内容由指导教师采取边操作示范、边讲授的教学方法， 使学生回想课堂学过知识及提高感性认识； 2、学生先以观察为主，结合理论知识，领悟指导教师的传授后，再进行适当的实际操作。 对于典型、需重点掌握的要进行讨论研究。 三、实验所用的设备 1、抛磨机 2、显微镜 3、硬度计 4、加热炉 四、实验注意事项 1、安全注意事项 （1）未经许可，不准扳动机件和乱动电器按钮开关，实训期间禁止打闹。 （2）注意防火，实训室严禁吸烟及未经允许擅自动明火。 （3）认真接受实训前的安全知识教育。 2、操作注意事项 （1）注意实验设备的正确使用。 （2）热处理过程必须在老师现场指导下进行。 （3）保持实验场地的清洁整齐。 （4）认真填写设备使用记录。 五、实验的安排： 实验一 三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析，2 学时，两个班分两组进行 实验二 铁碳合金显微组织分析，2 学时，两个班分两组进行
实验三钢的热处理及硬度测定，2学时，两个班分两组进行六、实训成绩考核：（1）出勤率、学习态度、实训表现占总成绩的60%，缺勤超1/3的学生为不及格成绩；（2）实训报告质量占总成绩的40%；实验一三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析一、实验目的1.熟悉三种常见金属晶体晶胞中原子的排列规律。2.掌握三种常见金属晶体晶胞的特征。二、实验内容1.在网络上三种常见金属晶体晶胞的详细资料。2.观察体心立方晶胞、面心立方晶胞和密排六方晶胞模型，熟悉晶胞中原子的排列规律。3.研究三种晶胞的特征。三、实验报告要求1.画出三种常见金属晶体晶胞示意图。2.总结三种常见金属晶体晶胞的特征（每种需超过500字）。四、思考题当Fe从面心立方晶格向体心立方晶格转变时，体积将如何变化？实验二铁碳合金显微组织分析一、实验目的1.研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。2.分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。二、实验原理铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。3
3 实验三 钢的热处理及硬度测定，2 学时，两个班分两组进行 六、 实训成绩考核： （1）出勤率、学习态度、实训表现占总成绩的 60%，缺勤超 1/3 的学生为不及格成绩； （2）实训报告质量占总成绩的 40%； 实验一 三种常见金属晶体晶胞模型的观察和分析 一、实验目的 1.熟悉三种常见金属晶体晶胞中原子的排列规律。 2.掌握三种常见金属晶体晶胞的特征。 二、实验内容 1.在网络上三种常见金属晶体晶胞的详细资料。 2.观察体心立方晶胞、面心立方晶胞和密排六方晶胞模型，熟悉晶胞中原子的排列规律。 3.研究三种晶胞的特征。 三、实验报告要求 1.画出三种常见金属晶体晶胞示意图。 2.总结三种常见金属晶体晶胞的特征(每种需超过 500 字)。 四、思考题 当 Fe 从面心立方晶格向体心立方晶格转变时,体积将如何变化？ 实验二 铁碳合金显微组织分析 一、实验目的 1.研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 2.分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关 系。 二、实验原理 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据 铁碳相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织
铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表1-2-1。表1-2-1各种铁碳合金在室温下的显微组织没蚀剂类型含碳量（%）显微组织<0. 02铁素体4%硝酸酒精溶液工业纯铁4%硝酸酒精溶液亚共析钢0.02~0.77铁素体+珠光体碳0. 77珠光体4%硝酸酒精溶液共析钢钢苦味酸钠溶液、渗碳过共析钢0.77 ~ 2.11珠光体十二次渗碳体体变黑或呈棕红色白珠光体十二次渗碳体+莱氏体4%硝酸酒精溶液亚共晶白口铁2.11~4.3口莱氏体4%硝酸酒精溶液4. 3共晶白口铁铸4%硝酸酒精溶液4.3~6.69莱氏体十一次渗碳体过共晶白口铁铁铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本组织：铁素体（F）铁素体是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体。工业纯铁用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。渗碳体（FesC）渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体仍呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗大的片状：二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界：三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。经4%硝酸酒精浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线，甚至珠光体片层因不能分辨而呈黑色。莱氏体（Ld'）莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。其组织特征是在亮白色渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。根据含碳量及组织特点的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。其中钢又可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种：铸铁又可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁三种。各种铁碳合金的平衡组织如图1-2-1至图1-2-7所示。4
4 铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所 组成。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同， 因而呈现各种不同的组织形态。 不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表 1-2-1。 铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本组织： 铁素体（F）铁素体是碳溶解于 α-Fe 中的间隙固溶体。工业纯铁用 4%硝酸酒精溶液浸 蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析 成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。 渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为 6.69%，质硬而脆， 耐蚀性强，经 4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体仍呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可 区别铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗 大的片状；二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界；三次渗碳体由铁素 体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。经 4%硝酸酒精 浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。当放大倍数较低 时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线，甚至珠光体片层因不能分辨而呈黑色。 莱氏体（Ld'）莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。其组织特征是 在亮白色渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。 根据含碳量及组织特点的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。其中钢又 可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种；铸铁又可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁和过共 晶白口铁三种。各种铁碳合金的平衡组织如图 1-2-1 至图 l-2-7 所示
PI 1-3-1工业绕铁的易做组织图1-2-245钢的签微组织I400钢的盗推制4123的品做妞真图1-2共品胜口钓伙P 1-2-6亚共品自门防铁mt-2-过共品药铁装激组织阁暴微维热荐易改组织三、实验内容1.试样制备①取样：取样是指由被研究的金属或零件上截取截取具有一定形状和尺寸的试样。本实验已备好，请任选一件做实验。②磨制：取试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。在砂纸上把旧的磨痕磨去，再更换下一号砂纸，把试样磨制的方向转90°进行磨制，直到最后一号砂纸。③抛光：在抛光机上不断滴入抛光剂，将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动，时间一般为3～5min，直到磨面成为光亮的镜面。④浸蚀：用脱脂棉沾上浸蚀剂涂擦拭试样表面，直到磨面发暗为止，清洗，吹干，备用。2.组织观察观察表1-2-2中所列试样的显微组织，画出所观察组织的示意图。5
5 三、实验内容 1.试样制备 ①取样：取样是指由被研究的金属或零件上截取截取具有一定形状 和尺寸的试样。本实验已备好，请任选一件做实验。 ②磨制：取试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。在砂纸上把旧的磨痕磨去， 再更换下一号砂纸，把试样磨制的方向转 90°进行磨制，直到最后一号砂纸。 ③抛光：在抛光机上不断滴入抛光剂，将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边 缘到中心不断作径向往复运动，时间一般为 3～5min，直到磨面成为光亮的镜面。 ④浸蚀：用脱脂棉沾上浸蚀剂涂擦拭试样表面，直到磨面发暗为止，清洗，吹干，备用。 2.组织观察 观察表 1-2-2 中所列试样的显微组织，画出所观察组织的示意图