《工程材料学》实验指导书.doc

《工程材料学》 实验指导书 适用专业:材料成型及控制工程 课程代码: 6000089 总学时: 56 总学分: 3.5 编写单位:材料科学与工程学院 编 写 人: 审 核 人: 审 批 人: 目 录 实验一 金属材料的硬度实验……………………………………………………………… 2 实验二 铁碳合金平衡组织的观察………………………………………………………… 7 实验三 钢的热处理操作…………………………………………………………………… 10 实验四 碳钢的非平衡及铸铁组织观察…………………………………………………… 14 注释 ……………………………………………………………………………………… 18 主要参考文献 ………………………………………………………………………………… 18 实验一 金属材料的硬度实验 实验目的和任务 1. 了解硬度测定的基本原理和应用范围。 2．了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。 实验仪器、设备及材料 HB一3000型布氏硬度试验机； H－100型洛氏硬度实验机 读数放大镜 试样：调质状态45钢和淬火状态T12钢。 实验原理 硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。一般认为硬度是金属表面抵抗局部压 入变形或刻划破裂的能力。硬度值越高，金属表面抵抗塑性变形或刻划破裂的能力就越大。 另外，金属的硬度与其它机械性能之间存在一定的内在联系。例如，硬度和强度之间的联 系，可用下式表示： σb＝K?HB 式中：σb——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值；K——系数。 退火状态的碳钢K＝0.34～0.36 合金调质钢K=0.33～0.35 有色金属合金K＝0.33～0.53 利用硬度值还可估算材料的耐磨性。通常，硬度值意高，材料的耐磨性愈好。 硬度测定迅速方便，试验后仅在金属局部表面留下微小压痕，不会损坏被测试对象。因此，硬度试验作为测定材料性能、检验产品质量、制定加工工艺的一种简便方法，在生产中得到广泛应用，其中，以布氏硬度和洛氏硬度的应用比例最大。 1、布氏硬度 (1)试验原理 在一定的压力下，将一定直径的球体，压入金属表面(图1—1)，并保持一定的时间，然后卸除载荷，测量压痕直径，计算压痕单位面积上所受载荷的大小。由此获得的材料硬度值便称为布氏硬度(值)，用HB表示(当球体是淬火钢球时，HB标识符力HBS；当球体是硬质合金时，HB标识符为HBW)： HB＝P/ F凹＝ 式中：P—试验载荷(10-1N) F凹—压痕面积(mm2) D—球体直径（mm) d一压痕直径(mm) 由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有厚有薄，因此，在测定布氏硬度值时，就需要有不同载荷P和球体直径D。为了得到统一的、可以相互比较的数值，必须使P和D之间维持某一比值关系。对同一材料而言，只要能满足＝常数（规定为30、1d、2．5)，所得的HB值是一样的。对不同材料来说，所得的HB值也是可以进行比较的。布氏硬度的试验条件及适用范围见表1-1。 (2)布氏硬度试验要求 ·试样表面必须平整光洁，以使压痕边缘清晰，保证精确测量压痕直径d； ·压痕距离试样边缘应大子D(钢球直径)，两压痕之间距离应不小于D； ·用读数显微镜测量压痕直径d时，应从相互垂直的两个方向上进行，取其平均值； ·为了表明试验条件，可在HB值后标注D／P／T，如HBlO／30000／10，即表示此硬度值是在钢球D=10mm，P=30000N，T=10秒的条件下得到的。 2、洛氏硬度(HR) (1)试验原理 洛氏硬度同布氏硬度一样也是压痕试验法，但它不是测定压痕面积，而是根据压痕深度来确定硬度值(如图1－2所示)。显然，金属愈硬，压痕深度愈浅。为了与习惯一致，人为规定用一常数K减去压痕有效深度(h3－h1)来表示洛氏硬度值，并规定每0.002mm作为一个洛氏硬度单位。 洛氏硬度值的计算公式如下： HR＝ 式中： h1－预加载荷压入试样的深度（mm）； h3－卸除主载荷后压入试样的深度（mm）”（1.588mm）或1/8”（3.176mm）的淬火钢球时K＝0.26（用于HRB）。 根据金属材料软硬程度不一，可选用不同的压头和载荷配合使用（见表1－2）。 (2)洛氏硬度试验要求 ·根据被测金属材料的硬度高低，按表1－2选定压头和载荷； ·试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污以及明显的加工痕迹；