工程材料实验报告及指导书.doc

《工程材料及成型工艺》 实验指导书 主编 南京理工大学 材料科学与工程学院 前言 材料、信息和能源是国民经济的三大支柱，且人类文明的发展就是以材料为标志的。材料学科的实践性很强，实验教学又是理论教学中不可或缺的重要环节，它不仅可培养工科学生的动手能力，巩固理论知识，还可激发同学的学习激情和创新精神，练就过硬本领，迎接未来的各种挑战。 通过《工程材料及成型工艺》课程的学习，可使学生在掌握各种工程材料和热成形技术的基本理论和基本知识的基础上，熟悉各类材料成分、组织与性能之间的关系，掌握各种材料成形方法的工艺特点和强化材料的主要技术途径，了解新近发展的各类新型高性能结构材料和各种先进的材料成形技术，初步具备根据零件使用条件和性能要求，合理选用材料和毛坯成形方法及制订零件加工工艺路线的能力。然而，由于本课程的实践性非常强，实验环节也非常重要，在颜银标主任的提议下，我教研室老师结合当前工程材料的必威体育精装版发展、机械类本科生的教学特点以及未来工作的实际需要，共同编写了本课程的实验指导书。具体分工如下：实验1、实验2李友荣执笔，实验3徐跃编写，实验4、实验5及实验12的图由朱和国完成。 由于水平有限，错误难免，敬请指正！ 目录 实验1 铁碳合金平衡组织的观察 3实验2 钢的热处理 7实验3 金属零件失效及原因分析 12实验4 工程材料的选材分析 15实验5 常见工程材料的组织观察 17 实验1 铁碳合金平衡组织的观察 1）观察铁碳合金平衡状态下的显微组织。 2）了解铁碳合金成分、组织与性能的关系。 二、1）用放大倍数为400600倍的显微镜观察下列成分铁碳合金的显微组织，了解其形态。 样品号 牌号 状态 浸蚀剂 显微组织 观察要点 1 纯铁 完全退火 4％硝酸酒精溶液 F 白色等轴晶为铁素体，黑色线条为铁素体晶界 2 20钢 完全退火 4％硝酸酒精溶液 F＋P 白色为铁素体，黑色块为片状珠光体 3 45钢 完全退火 4％硝酸酒精溶液 F＋P 白色为铁素体，黑色块为片状珠光体 4 T8钢 完全退火 4％硝酸酒精溶液 P 层片状珠光体 5 T10钢 完全退火 4％硝酸酒精溶液 P＋Fe3CⅡ 基本为片状珠光体，白色网络状为二次渗碳体 6 T10钢 完全退火 苦味酸钠溶液 P＋Fe3CⅡ 基本为片状珠光体，黑色网络状为二次渗碳体 7 T10钢 球化退火 4％硝酸酒精溶液 F＋Fe3C 铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体 8 亚共晶生铁 铸态 4％硝酸酒精溶液 P＋Fe3CⅡ＋Le′ 黑色枝晶状为细珠光体（初生奥氏体转变产物），基体为共晶莱氏体 9 共晶生铁 铸态 4％硝酸酒精溶液 Le′ 白色基体为渗碳体，黑色为珠光体 2）绘出上述观察的各成分铁碳合金的组织示意图。 3）分析铁碳合金成分与组织之间的关系。实验原理 本实验主要是研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织。所谓平衡状态是指合金中一切相的变化都是按状态图进行。这种状态只有在极缓慢的冷却时才可能达到。 铁碳合金的平衡组织可以根据Fe－碳平衡相图（图1）进行分析。从相图可知，所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体和渗碳体两相所组成。由于含碳量的不同，铁素体和渗碳体相的相对数量、形态及分布是不一样的，从而构成了各种不同特征的组织。 图2 工业纯铁组织 200× 图3 20钢的显微组织200× 组织：F 组织：F（白块）+P（黑块） 1）铁素体（F）是碳溶于α－Fe中的固溶体，有较高的塑性，但硬度低，经3－5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色大粒状或块状（图2）钢中随含碳量的增加，铁素体量减少。铁素体较多时呈块状分布见图3、图4。当含碳量接近共析成分时，往往呈断续网状，分布在珠光体周围（图5）。 图4 40钢的显微组织 330× 图5 60钢的显微组织118× 组织：F＋P 组织：F（白色网状）+P（黑色） 2）渗碳体（Fe3C,Cm）是铁与碳的化合物，含碳量为6.69％。渗碳体的硬度很高，可达HB800，但脆性很大，强度和塑性也差。 一次渗碳体（CmⅠ）是从液态合金中析出的，呈长条状（板状，见图11）；二