河南科技大学材料科学基础B实验指导书2.doc

材料科学基础B 实验指导书 （材成专业焊接） 实验一 金相试样的制备及金相组织观察 0 实验二 金属结晶过程及铸锭组织观察 14 实验三 金属的塑性变形与再结晶 17 实验四 金属材料及热处理综合实验 19 河南科技大学 材料学院材料工程基础教研室 2015年2月 实验一 金相试样的制备及金相组织观察 实验目的 掌握金相显微样品的制备过程和基本方法。 了解金相显微镜的基本原理、构造。 掌握金相显微镜的使用方法。 实验内容 制备45钢的金相显微样品块。 熟悉金相显微镜的基本原理及构造，掌握金相显微镜的正确使用方法。 用不同放大倍数观察制备后的退火态45钢的金相显微组织。实验概述 金相试样的制备 金相显微组织检验是指在光学显微镜下观察、辨认和分析金属的微观组织形态和分布情况的金相检验。其目的一方面是根据已有的知识，判断或确定金属材料的质量和生产工艺及过程是否完善，如有缺陷时，借以发现产生缺陷的原因；另一方面则是更深入地了解金属材料微观组织和各种性能的内在联系以及各种微观组织形成的规律，为发展新材料和新工艺提供依据。 为了能在光学金相显微镜下观察出金属或合金的显微组织，金相试样必须经过专门的制备。其制备过程分为取样、镶嵌、磨制、抛光和浸蚀几个步骤。 1. 取样 根据被检验金属材料或零件的特点、加工工艺及研究目的选择取样部位。 研究零件破裂原因时，应在破裂部位取样，再在离破裂处较远的部位取样，以作比较。研究铸造合金时，由于组织不均匀，从铸件表层到中心必须分别截取几个样品。研究轧材时，如研究材料表层的缺陷、非金属夹杂物的分布，应在垂直轧制方向上截取横向试样；如研究夹杂物的形状、类型、材料的形变程度、晶粒拉长的程度、带状组织等，应在平行于轧制方向上截取纵向试样。 研究热处理后的零件时，因组织较均匀，可任选—断面试样。若研究氧化、脱碳、表面处理(如渗碳)的情况，则应在横断面上观察。 截取时应保证不使试样观察面的金相组织发生变化。软材料（硬度低于30HRC）可用锯、车、刨等方法截取；硬材料（硬度大于30HRC）可用水冷砂轮切片机、钼丝切割机等方法截取；硬而脆的材料(如白口铸铁)，也可用锤击法获取。 试样尺寸以具体情况而定。一般可取高度为10～15mm，方形试样边长为15～25mm，圆柱形试样直径为15～20mm。对于观察表层组织的试样，可采用斜面截取的方法，以扩大表层观察范围。如图1-1所示。 2. 镶嵌 一般试样不需要镶嵌。但若试样尺寸过于细小，形状特殊，如丝材、薄片、细管等，制备样品时非常困难，必须把它镶嵌起来。 镶嵌的方法有低熔点合金镶嵌法、热压镶嵌法和机械镶嵌法等。热压镶嵌法有专门的镶样机（图1-2），将试样放于电木粉或塑料粒中加热到180℃左右进行热压。由于热压镶嵌时要加一定的温度和压力，这就会使马氏体回火和软金属产生塑性变形等，为避免这种情况，可改用机械镶嵌法（图1-3），即用夹具夹持试样。 图1-1斜面截切 图1-2 XQ-2型金相试样镶嵌机 图1-3 金相试样机械镶嵌方法 1面板 2温度选择 3加热指示 4压力指示5盖板 6旋转手轮 7保温指示 8加压手轮9电源开关 3. 磨制 磨制可分为粗磨和细磨两步。 （1）粗磨 对于软材料可用锉刀锉平，一般材料都用砂轮机磨平。磨砂轮时应利用砂轮侧面，以保证试样磨平，试样要不断用水冷却，以防温度升高造成内部发生变化。最后倒角，以防细磨时划破砂纸。但对需要观察脱碳、渗碳等表面情况的试样不能倒角，有时还要采用电镀敷盖来防止这些试样边缘倒角。 在砂轮机上磨制时应注意如下问题： ①人应站在砂轮机的侧面（如图1-4），用手捏紧试样，握持试样手姿如图1-5所示。使试样磨面平行接触砂轮的侧面（如图1-6），均匀加力但不可过大，以免产生金属变形层，给以后细磨和抛光带来困难。 ②磨制淬火试样时，应随时在水中冷却，以防磨面局部过热，发生组织变化而造成假象。 ③磨制过程中试样应沿砂轮径向移动，以免将砂轮磨下一道坑。 ④粗磨结束后应用水冲洗试样，以防砂粒带到下一道细磨工序中。 图1-4 砂轮机操作者安全站立位置 图1-5 握持试样手姿 图1-6 砂轮磨削手持试样工作示意图 （a）正确 （b）不正确（局部磨成斜面） （c）不正确（磨面成弧面） （2）细磨 细磨的目的是消除粗磨时产生的较深的磨痕并为抛光作好准备。细磨一般在由粗到细的3～6种金相砂纸上进行。砂纸上的磨削材料一般是金刚砂（碳化硅）或氧化铝粉。目前我校常用的是240＃、400＃、500＃、600＃、800＃和1000＃6种水砂纸。 细磨的方法有手工磨光和机械磨光。 手工磨制是将砂纸平铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手握紧试样，使磨面与砂纸完全接触，以保证试样磨面平整不产生弧