工程材料实验目录.doc

工程材料实验目录 实验一? 硬度试验···················· 2 实验二? 金相显微镜的构造、使用及金相试样的制备····· 11 实验三? 铁碳合金平衡组织观察·············· 14 实验四? 金相摄影及暗室技术··············· 16 实验五? 碳钢的热处理及显微组织观察··········· 20 实验六? 铸铁和有色金属显微组织观察··········· 23 机械制造基础实验目录 实验七? 车刀角度测量·················· 25 实验八? 金属的塑性变形与再结晶············· 29 实验九? 焊接接头组织观察················ 32 实验十? 铸造应力的测定················· 34 实验一? 硬度试验 一、实验目的 1. 了解利用压入法测定硬度的基本原理及应用； 2. 了解布氏、洛氏、维氏硬度计的主要结构及操作方法； 3. 了解各种硬度值的换算和查表方法。 二、概述 金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，塑变强化能力以及大量形变抗力。由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。 压入法硬度试验的主要特点是： 1. 无论是脆性材料还是塑性材料，均可采用此法测定其硬度。 2. 此种硬度值同其它机械性能指标间存在着一定的近似关系： 式中： ——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 3. 硬度值对材料的耐磨性，疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。 4. 硬度测定由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。 5. 设备简单，操作迅速方便。 三、布氏硬度（HB） 1. 布氏硬度测定的原理是把一定直径的淬火钢球，以规定的载荷P压入被测材料表面（如图1-1）保持一定时间后卸除载荷，测出压痕直径d，求出压痕面积F凹计算出平均应力值，以此为布氏硬度值的计量指标，并用符号HB表示。因此布氏硬度值HB是以试样压痕面积上的平均压力 表示。即单位面积所承受的压力。 ??? 图1-1? 布氏硬度试验原理图 布氏硬度公式 ?????????????????? ????????（1-1） 式中：P—载荷（kg·f）常为3000、750、187.5三种 F凹——压痕面积（mm2） D——钢球直径（mm）常有10、5、2.5三种 d——压痕直径（mm） h——压痕深度（mm） 由于金属材料的软硬不同，厚薄不同，若只采用同一种载荷（如3000kgf）和钢球直径（10mm）时，则硬的金属适合，而对极软的金属就不合适，会发生整个钢球陷入金属中的现象，若对于厚的工件适合，则对于薄件会出现压透的可能，所以测定不同材料的布氏硬度值，就要求有不同的载荷P和钢球直径D。为了得到统一的可以相互进行比较的硬度值，必须使D和P之间维持某一比较关系，以保证得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件就是使压入角 保持不变。 根据相似原理由图1-1（b）中可知d和 的关系是： ? 或? ?????????????????????????（1-2） 将（1-2）式代入式（1-1）得： ??????????????????????????? （1-3） 式（1-3）说明，当 值一定，为使HB值相同， 也应保持为一定值，因此对同一材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要满足 =常数，所得的HB值是一样的，对不同的材料来说，所得的HB值是可以进行比较的。按照GB231-84规定 比值有30、10和2.5三种，试验数据和适用范围可参照表1-1。 表1-1? 布氏硬度试验规范 材 料 硬度范围 （HB） 试样厚度 （mm） 钢球直径 D（mm） 载荷 （kg·f） 载荷保持 时间（s） 黑 色 金 属 140~450 6~3 4~2 ＜2 30 10 5 2.5 3000 750 187.5 10 ＜140 ＞6 6~3 ＜3 10 10 5 2.5 1000 250 62.5 10 有 色 金 属 ＞130 6~3 4~2 ＜2 3