工程材料及材料成型实验指导书cnwh.docx

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1、工程材料料及材料料成型实实验指导导书青岛大学学机械基基础实验验教学中中心实验一 铁碳合合金平衡衡组织观观察一、实验验目的1、进一一步掌握握不同成成分铁碳碳合金在在平衡状状态下的的显微组组织。2、进一一步掌握握Fe- Fee3C相图在在铁碳合合金组织织分析中中的作用用3、掌握握铁碳合合金成分分与组织织变化的的关系和和规律，能能够根据据显微组组织的特特征估算算亚共析析钢中碳碳的质量量分数。 4、熟悉悉金相显显微镜的的结构与与使用。二、实验验原理铁碳合金金的平衡衡组织是是指铁碳碳合金在在极其缓慢的的冷却条条件下所所得到的的组织，即即Fe- Fee3C相图所所对应的的组织。实际生产产中，要要想得到到一

2、种完完全的平平衡组织织是不可可能的，退退火条件件下得到到的组织织比较接接近于平平衡组织织。因此此我们可可以借助助退火组组织来观观察和分分析铁碳碳合金的的平衡组组织。根据Fee- FFe3C相图，我我们把铁铁碳合金金相图分分为工业业纯铁、亚亚共析钢钢、共析析钢、过过共析钢钢、亚共共晶白口口铁、共共晶白口口铁、过过共晶白白口铁 1、 工业纯铁铁工业纯铁铁是c00.02218%的铁碳碳合金，在在室温下下的组织织为铁素素体组织织，铁素素体呈多多角形块块状，晶晶界为黑黑色条状状，有时时可以看看出在晶晶界处少少量分布布的三次次渗碳体体。2、 亚共析钢钢亚共析碳碳钢的质质量分数数为 00.02218%c00

3、.777%，室室温下的的组织由由铁素体体和珠光光体组成成。经经经硝酸酒酒精溶液液浸蚀后后在显微微镜下观观察，铁铁素体呈呈白色多多边形块块状，珠珠光体在在放大倍倍数较低低时呈暗暗黑色。随随着碳的的质量分分数的增增加，铁铁素体量量逐渐减减少，珠珠光体量量逐渐增增加，铁铁素体的的形态逐逐渐由块块状变为为碎块状状或网状状。3、 共析钢共析钢是是c00.777%的铁铁碳合金金，室温温组织为为单一的的珠光体体。显微微镜下每每个珠光光体晶粒粒中渗碳碳体与铁铁素体片片层的方方向、大大小、宽宽窄都不不一样，这这是因为为每个珠珠光体晶晶粒的位位向不同同，其截截割截面面不一致致导致的的结果。4、 过共析钢钢过共析钢

4、钢质量分分数0.77% c22.111%，室室温组织织由珠光光体和二二次渗碳碳体组成成。经硝硝酸酒精精溶液浸浸蚀后珠珠光体呈呈暗黑色色，二次次渗碳体体呈白色色网状分分布在珠珠光体周周围。用用碱性苦苦味酸纳纳溶液浸浸蚀后珠珠光体呈呈灰白色色，二次次渗碳体体呈黑色色网状。5、 亚共析白白口铁亚共晶白白口铁碳碳的质量量分数为为2.111%c44.3%，室温温组织由由珠光体体、二次次渗碳体体和莱氏氏体组成成。经硝硝酸酒精精溶液浸浸蚀后珠珠光体呈呈暗黑色色椭圆型型，莱氏氏体为白白色渗碳碳体基体体上分布布着暗黑黑色粒状状珠光体体，二次次渗碳体体析出与与共晶渗渗碳体连连在一起起。6、 共晶白口口铁共晶白口口

5、铁是c44.3的铁碳碳合金，室室温组织织为单一一的莱氏氏体组织织。莱氏氏体是珠珠光体与与渗碳体体组成的的机械混混合物。经经硝酸酒酒精溶液液浸蚀后后，显微微镜下白白色基体体为渗碳碳体，珠珠光体呈呈黑色粒粒状或棒棒状7、 过共晶白白口铁过共晶白白口铁是是质量分分数4.3%c66.699的碳碳钢，室室温组织织由莱氏氏体和一一次渗碳碳体组成成。经硝硝酸酒精精溶液浸浸蚀后一一次渗碳碳体呈白白亮的、粗粗大的板板条分布布在莱氏氏体基体体上。三、实验验仪器设设备及材材料四、画出出45、TT8、TT12钢钢显微组组织，并并标出各各物相材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸

6、蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数五、根据据所观察察的组织织,说明明含碳量量对铁碳碳合金组组织和性性能的影影响。五、根据据杠杆定定律估算算未知样样品的含含碳量和和硬度。实验二 碳钢的的热处理理及硬度度实验一、实验验目的1、了解解碳钢热热处理的的基本方方法。2、了解解不同热热处理方方法对碳碳钢组织织与性能能的影响响。3、了解解硬度测测量的基基本原理理和应用用范围。4、了解解布氏、洛洛氏硬度度试验机机的主要要结构并并掌握其其操作方方法。二、实验验仪器及及设备三、实验验操作过过程1、介绍绍电炉、硬硬度计、读读数显微微镜、砂砂轮机和和预磨机机的使用用方法及及安全注注意事项项。

7、2、取一一组455或T110钢试试样(共共6块，一一块退火火试样已已提前备备好)。3、将试试样放入入箱式或或坩锅电电炉中加加热至一一定温度度(455钢为8860；T110为7780)，保保温时间间为100分钟。4、2人人一组，分分别进行行水冷(4块)、油冷冷(1块块)、空空冷(11块)操操作。5、将水水冷试样样取出33块分别别放入2200、4000、6000的炉中中回火，保保温时间间为300分钟。6、处理理后的试试样依次次用砂轮轮机、预预磨机磨磨去两端端氧化皮皮,然后后测量硬硬度: 炉冷、空空冷试样样测布氏氏硬度(各测22点);其它试试样测洛洛氏硬度度(各测测344点)。四、填写写表中全全部实

8、验验数据表一钢号热处理工工艺硬度值HHRC或或HRBB换算为HHRC加热温度度（）冷却方法回火温度度（）123平均45860炉冷空冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600750水冷表二钢号热处理工工艺硬度值HHRC或或HRBB换算为HHB加热温度度（）冷却方法回火温度度（）123平均T12780炉冷空冷油冷水冷水冷200水冷400水冷600860水冷五、分析析冷却速速度、回回火温度度对碳钢钢硬度及及性能的的影响的的影响六、分析析45钢钢淬火加加热温度度为7550 与8860的组织织与性能能的影响响七、分析析T122钢8660水淬、2200回火与与7800、2000回火的的组织与与性能的的差别。

9、实验三 金金属材料料的金相相组织观观察一、实验验目的1、观察察了解碳碳钢几种种典型的的热处理理后的显显微组织织特点。2、观察察了解碳碳钢、合合金钢几几种典型型的热处处理后的的显微组组织特点点。3、分析析上述材材料金相相组织与与性能的的关系二、实验验原理合金钢的的性能之之所以比比碳钢优优越，主主要是由由于合金金元素在在钢中所所起的作作用，合合金元素素的加入入改变了了钢的组组织与结结构，其其相变温温度也有有很大变变化。（一）、常碳用钢和合金钢的组织特点1、常用用碳钢本本实验主主要观察察20钢钢、455钢和T122的淬火火组织。2、合金金工具钢钢合金结构构钢的组组织特征征与碳钢钢相似。由由于合金金元

10、素的的加入，使使其组织织细化、脆脆透性增增加。合合金工具具钢中主主要观察察高速钢钢W188Cr44V的金金相组织织。1）高速速钢的铸铸态组织织 由于大大量合金金元素的的存在(约为220%)，虽然然碳的质质量分数数只有00.7%0.8%，但但其组织织为：共共晶莱氏氏体(白白色骨骼骼状碳化化物)+马氏体体(白色色)+残残余奥氏氏体(白白色)+托氏体体(黑色色)。2）高速速钢的退退火组织织 铸态态组织中中由于存存在大块块状的碳碳化物，因因而使高高速钢的的性能变变得硬而而脆，不不能直接接使用，必必须经过过锻打、退退火处理理，使其其成为碳碳化物呈呈细小颗颗粒并且且均匀分分布。退退火组织织为：索氏氏体+碳

11、碳化物。3）高速速钢的淬淬火组织织 为了获获得高的的热硬性性，高速速钢淬火火时必须须淬火加加热到很很高温度度(12280)，以以保证合合金元素素充分溶溶解到奥奥氏体中中。淬火后的的组织：马氏体体+大量量的残留留奥氏体体+一次次碳化物物颗粒，4）高速速钢的回回火组织织 为为了消除除大量的的残留奥奥氏体，需需经三至至四次5600 高温回回火。回火组织织：回火火马氏体体(黑色色)+少少量残留留奥氏体体+碳化化物颗粒粒。三、实验验仪器设设备及材材料四、画出出下列试试样的显显微组织织，并标标出各物物相20淬火火 T10球球化退火火 T12钢钢7800淬火2000回火 W18CCr4VV 淬火火W18CC

12、r4VV 淬火火回火材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数五、根据据所观察察的金相相组织，选选一材料料分析说说明金相相组织对对性能的的影响实验四 铸铁铁、有色色合金的的显微组组织观察察一、实验验目的：1、观察察和研究究石墨的的大小、数数量、形形态及分分布对铸铸铁的组组织及性性能的影影响。2、熟练练掌握各各种铸铁铁的显微微组织及及性能特特征 。3、了解解几种典典型有色色合金的的金相组组织及特特征二、实验验原

13、理根据石墨墨的形态态、大小小和分布布情况不不同，铸铸铁可分分为灰铸铸铁（石石墨呈片片条状），可锻铸铁（石墨呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈圆球状）。 1、灰灰铸铁 根据据石墨化化程度及及基体组组织的不不同，灰灰铸铁可可分为：铁素体体灰铸铁铁，铁素素体珠珠光体灰灰铸铁，珠珠光体灰灰铸铁。图图示为珠珠光体（暗暗黑色）加加少量铁铁素体（白白色）灰灰铸铁。2、可锻锻铸铁可锻铸铁铁是由白白口铸铁铁经石墨墨化退火火处理而而得。退退火过程程中渗碳碳体发生生分解形形成团絮絮状石墨墨。 根据基基体组织织不同，可可锻铸铁铁又分为为铁素体体可锻铸铸铁和珠珠光体可可锻铸铁铁。图示示为铁素素体可锻锻铸铁。3、球墨墨铸铁 根

14、据据基体组组织不同同，球墨墨铸铁又又分为： 铁素素体球墨墨铸铁，铁铁素体珠光体体球墨铸铸铁，珠珠光体球球墨铸铁铁。图示示为铁素素体球墨墨铸铁。有色金属属1、铝合合金 铸造造铝合金金中常用用的是铝铝-硅系系合金(Si110%13%),常常称“铝硅明明”。由AAl-SSi合金金相图可可知改成成分在共共晶点附附近，所所以铸造造性能优优良，产产生铸造造裂纹的的倾向小小。但组组织是固溶体体和粗大大针状的的硅晶体体组成的的共晶体体及少量量呈多面面体状的的出生硅硅晶体 。 粗大的的硅晶体体极脆，严严重的降降低了合合金的塑塑性和韧韧性。为为了改善善合金的的性能，通通常采用用变质处处理。经经变质处处理后，不不仅

15、组织织细化，而而且可得得到由枝枝晶状固溶体体和细密密共晶体体组成的的亚共晶晶组织，因因而使铝铝合金的的强度和和塑性显显著提高高。2、铜合合金 工业业上最常常用的铜铜合金有有铜锌合合金(黄黄铜)、铜铜锡合金金(锡青青铜)、铜铜铝合金金(铝青青铜)、铜铜铍合金金(铍青青铜)、铜铜镍合金金(白铜铜)等。以黄铜为为例，常常用的黄黄铜锌的的质量分分数均在在45%以下。由由Cu-Zn合合金相图图可知，锌的质量分数少于39的黄铜组织为单相固溶体，称为黄铜或单相黄铜，锌质量分分数在339%45%的黄铜铜呈+两相组组织，称称两相黄黄铜，黄黄铜H662的显显微组织织。3、轴承承合金轴承合金金又称巴巴氏合金金，用来

16、来制造滑滑动轴承承的轴瓦瓦和内称称。常用用的锡基基轴承合合金为ZZSnSSb111Cu66，该合金的的成分中中除Sn833外还还含有Sb111%及Cu6%。合金组织织主要是是以Sb中的的固溶体体为软基基体和以以Sn-Sb为为基体的的有序固固溶体相为硬硬质点。为为消除由由于相密度度小而易易上浮所所造成的的密度偏偏析，合合金中加加入铜形形成Cuu6Snn5。在在液体中中冷却时时最先结结晶成树树枝状晶晶体能阻阻碍相上浮浮，因而而使合金金获得较较均匀的的组织。 ZSnSSb111Cu66合金的的金相组组织：暗黑色色基体为为软的相，白白色方块块为硬的的相，白白色枝晶晶状析出出物为CCu6SSn5，它它也

17、起硬硬质点的的作用。这这种软基基体硬质质点混合合组织能能保证轴轴承合金金具有必必要的强强度、塑塑性和韧韧性，以以及良好好的减磨磨性。三、设备备及材料料四、画出出下列材材料的金金相组织织，并标标出各物物相 。灰口铸铁铁 可锻锻铸铁 球墨铸铸铁 铝铝硅合金金 轴承承合金材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数材料名称称处理状态态显微组织织浸蚀剂放大倍数数3、根据据金相组组织观察察，分析析说明石石墨的大大小、数数量、形形态及分分布状态态对铸铁铁的组织织及性能

18、能的影响响。 实验六 金属液态态成型实实验石蜡硬 脂 酸图1-1 蜡料相图C15%75%6050E一、实验验目的1、了解解液态成成型工艺艺过程 2、掌握握液态成成型的加加工方法法3、熟悉悉合金流流动性的的概念，掌掌握合金金流动性性的测定定方法4、了解解影响合合金流动动性及充充型能力力的因素素二、实验验原理 液态成型型工艺有有铸造、液液态模锻锻等多种种方法。其中历史史最悠久久，应用用最广泛泛的是铸铸造。它它是将液液态金属浇注注到铸型型内凝固固成型的的工艺方方法。铸造的特特点：1不受受零件大大小、形形状、材材料的限限制。 2原材材料来源源广，生生产成本本低。3生产产过程较较复杂，易易出现废废品，不

19、不适单件件小批量量生产。获得合金金铸件的的重要指指标：液液态合金金的充型型能力是是指液态态合金充充满铸型型型腔获获得形状状完整、轮轮廓清晰晰的复杂杂铸件的的能力。若若充型能能力不足足，将使使铸件产产生浇不不足或冷冷隔等缺缺陷影响充型型能力的的因素一）、合合金的流流动性合金的流流动性是是合金铸铸造过程程中的一一种工艺艺性能。流流动性愈愈好充型型能力愈愈强则愈愈有利于于获得轮轮廓清晰晰薄壁的的铸件（对对薄壁、大大型复杂杂尤为重重要），否否则易出出现浇不不足 冷冷隔等缺缺陷。常见铸造造合金中中灰铸铁铁、硅黄黄铜的流流动性最最好，铝铝合金次次之，铸铸钢最差差。影响合金金流动性性的主要要因素1化学学成分

20、： 共晶晶合金流流动性好好，恒温温下逐层层凝固使使结晶界界面光滑滑，合金金的T溶C低，过过热度高高 。 2浇注注条件： 浇注注温度：T浇，合金金粘度，过热热度，合金金保持液液态的时时间，充型型能力提提高。但但T浇过高，铸铸件易晶晶粒出现现缩孔、气气孔、粘粘砂之类类的缺陷陷，控制制。灰铸铸铁1220013880 CC粗大铸铸造碳钢钢1522016220 CC，铝合合金68807800 C。对薄壁复复杂铸件件或流动动性较差差的合金金可适当当提高浇浇注温度度。3浇注注压力：增大浇浇注压力力显然可可改善合合金的充充型能力力。二）、铸铸型充填填条件1铸型型导热能能力： 相同条条件下，金金属型和和砂型铸铸

21、造同一一零件时时，金属属型浇不不足金属型导导热能力力强，容容易降低低合金的的温度，导导致其充充型能力力差。而而砂型的的导热能能力较弱弱，充型型能力较较强。2铸型型的阻力力： 相相同条件件下，砂砂型与金金属型铸铸造（铸铸型加热热到2000 CC）金属铸型型气体不不能排出出反压力力增大，将将导致金金属液填填充铸型型的能力力下降。二、实验验材料实验材料料为熔点点分别为为50的共晶晶蜡料（成成分为115%的的石蜡和和75%的硬脂脂酸）和和60的亚共共晶蜡料料（成分分为755%的石石蜡和115%的的硬脂酸酸）。三、实验验仪器与与设备1 低温、中中温加热热炉各一一台；2 液态成形形实验装装置 一台3 各种

22、实验验用模具具若干套套。4合金金流动性性测试仪仪 四、实验验内容1材料料的流动动性实验验； 1）实验验过程 选选择平板板模，在在重力充充型的条条件下，分分别将共共晶蜡料料和亚共共晶蜡料料加热到到60和70后，浇浇入浇口口杯中。待待冷却至至20时，从从模中取取出蜡样样，观察察外观截截面的质质量，并并完成下下表1-1： 表11-1 液体性性质对成成形性的的影响 蜡料 收缩大大小与特特征 外观观质量 平均流流动长度度含硬脂酸酸75%的共晶晶蜡料含硬脂酸酸15%的亚共共晶蜡料料2.回答答下列问问题1) 哪哪种蜡料料成型性性好？为为什么？2材料料的收缩缩性实验验；1）实验验过程 aa) 一一号模型型 b

23、) 二号号模型 cc) 三三号模型型选择三号号模型（如如图）,共晶蜡蜡料,过过热度110。分别别在重力力、压力力、过热热到600、800、模中中浇注，将将所得结结果填入入表1-2。表1-22 环环境条件件对液态态成形性性的影响响 项目目共晶蜡料料加热到到60浇注 共晶晶蜡料重重力充型型重力充型型压力充型型过热到660过热到880浇不足与与冷隔大大小收缩大小小其他现象象2）回答答问题如果充型型压力和和速度过过高，将将产生什什么后果果？3零件件结构对对液态成成型的影影响1）实验验过程如如下： 选选择一、二二、三号号模型，将将熔点为为50的共晶晶蜡料加加热至660，在重重力下注注入，并并填写表表中。模型内容一号模型型二号模型型三号模型型外观质量量好坏内部质量量好坏裂纹与变变形2.回答答问题1） 零件两壁壁过渡在在什么条条件下较较好？2）过渡渡壁厚过过小或过过大将导导致什么么后果？