1、長安大學材料學院材料成型及控制工程專業綜合實驗姓名：學號：指導老師：實驗日期： 2015 年 5 月目錄271113141第一部分金屬力學性能實驗實驗一靜拉伸試驗一 試驗目的掌握拉伸試驗機和引申義等設備儀器的使用方法。掌握鋼材的強度指標 b、s、（0.2 ）、k 及塑性指標 、的測試方法。對拉伸試樣斷口進行初步宏觀分析，并說明其韌脆性。二 試驗用設備與儀器靜拉伸試驗在萬能材料試驗機上進行，萬能材料試驗機有機械式和油壓式，最新的電子拉伸試驗機。三 試樣試驗用的試樣為光滑圓柱形，直徑為10 毫米。四測試過程在試樣上打好標距100mm，并分成 10 格。檢查設置，調整使之處于工作狀態。裝好試樣，放好

2、記錄儀及記錄紙。試驗在 20±10的溫度范圍內進行，如試驗溫度超多了。這個限制，試驗報告中應給予說明。試驗拉伸速度，在達到 s 或 0.2 之前，應力增加速度不大于9.8MP/S，對 do=100mm的試驗，即為 764.4N/S ，屈服后，活動夾頭移動速度不大于 0.5L/min ，整個加載過程必須平衡而無沖擊。21 屈服點 s 的測定對有明顯屈服現象的材料其屈服點可借助于試驗機測力表盤的指針或拉伸曲線來確定之， 也就是拉伸曲線上的屈服平臺的恒定載荷或第一次下降的最小載荷即為PS,用下式計算：2 屈服強度 0.2 的確定對拉伸曲線上無明顯屈服現象的材料，則必須測其屈服強度。屈服強度

3、 0.2 為試樣在拉伸過程中標距部分殘余伸長達原標距長度的 0.2%時之應力。殘余伸長量0.2%是根據需要人為規定的數值實驗二、硬度試驗（一）布氏硬度試驗1、布氏硬度試驗原理：d) D D(D Dh 22F 布氏硬度用符號 HB表示，布氏硬度的測定原理是在直徑為 D（毫米）的淬火鋼球上施加規定的負荷 P（公斤力），壓入試樣表面， 保持一定的時間后卸除負荷。 以壓痕表面面積 F 上所承受的平均壓力（ Mpa/) 來表示布氏硬度數值，一般不標單位。HB=PP2P（Mpa）或 HB=（Mpa）2、布氏硬度機的操作根據試樣形狀選擇載物臺、必須保證所施力與試樣表面垂直。選擇負荷和負荷保持時間。轉動加載手

4、輪、 使工作臺緩慢上升， 使壓頭與試樣接觸， 壓緊、3打開電源開關，電源指示燈燃亮，然后啟動按鈕開關，在加荷指示燈燃亮的同時迅速擰緊計時壓緊螺母。直至電動機自動停止運轉為止，卸下試樣。二）洛氏硬度試驗1、洛氏硬度試驗原理100hh h0.2洛氏硬度以符號HR表示，有數種不同的落實硬度標度，我國常用的有三種，即：HRA、HRB、HRC。以 HRC為例，計算公式如下： HRC=KRC它的壓痕較小，可測量較高和較低的硬度，可直接讀數，操作方便，生產檢驗效率高，為熱處理車間產品檢驗主要方法之一。2、洛氏硬度試驗操作方法準備工作：根據試樣材料按試驗規范選擇壓頭和負荷；根據試樣形狀選擇工作臺， 務必使試樣

5、能穩妥地放在其上， 并使試樣表面與壓頭保持垂直； 試樣表面要磨平， 試樣的支撐面也應五氧化皮等污染物。將試樣放在工作臺商，旋轉手輪，使工作臺上升，試樣緩慢與壓頭接觸，直至小指針指到紅點，大指針垂直向上在 5 格范圍內，表面已加 10 公斤力的初負荷；旋轉指針表盤，使大指針對準表盤 0 點。將操縱手柄推向后方，將主負荷加載壓頭上，此時，大指針逆時針方向轉動。當大指針停轉后， 扳回手輪卸除主負荷， 大指針回轉一段距離。此時，大指針所指的數字即為洛氏硬度值。4下降絲桿，取下試樣，試驗完畢。3、洛氏硬度試驗注意事項：更換壓頭或載物臺時注意將配合處搽拭干凈。放置后，應初步試驗幾次，直到連續兩次所得硬度值

6、相同后才能開始正式試驗。目的是為了使壓頭及載物臺接觸部分壓緊，接觸良好。金剛石壓頭很脆，任何時間都要記住不要與試樣、載物臺等硬物相碰；當更換壓頭、載物臺時，應先用手輪把載物臺旋至較低位置，在用手指覆蓋住金剛石尖端，然后在作更換動作。壓痕間距或壓痕試樣邊緣距離：HRC、HRA應大于 2.5 毫米，而HRC應大于 4 毫米。（三）維氏硬度法試驗1、維氏硬度法試驗原理維氏硬度以符號HV表示，與布氏硬度一樣，維氏硬度也是根據壓痕凹面積上所承受平均壓力來確定的.但維氏硬度所用的壓頭不是鋼球，而是錐面夾角為136o 的金剛石四方角錐。2、維氏硬度試驗注意事項試樣的準備；維氏硬度試驗時一般壓痕較小。為了保證

7、測量準確。試樣表面光潔度的要求比其他方法的高，加工精度在-5 以上。表面不應有銹蝕，機加工粗劃痕及油污等。試驗面與支撐面應平行，保證試驗面能與壓頭軸線垂直。當硬度 HV>500時，不允許選用超過 50 公斤的負荷。為了使壓痕測量準確性高些，壓痕大一些好。試5驗薄片或薄層時， 為了防止壓透， 其負荷應根據壓痕對角線長度至少應小于零件厚度的 1.5 倍選擇之。加荷時，保荷時間應不小于 10 秒。壓痕間距離應不小于壓痕對角線的 2.5 倍。測量壓痕對角線時，應兩對角線同時測量求平均值，然后在查表或計算的 HV值。由于維氏硬度試驗壓痕一般較小，代表性差，因而最好多測幾點，取其硬度值的平均值。（四

8、）顯微硬度試驗用布氏硬度、 洛氏硬度和維氏硬度等等試驗法測定材料的硬度時，只能得到金屬材料組織的平均值硬度。 這就是說，當金屬材料是由幾個相的機械混合物組成時，測得硬度值只是這個混合物的平均硬度。當測量某個相、某個晶粒、 夾雜物或其他組成物的硬度時，或者對于研究擴散層組織，偏析相、 硬化層深度以及極薄層試樣等等，這時就可應用顯微硬度試驗法。實驗三 沖擊試驗原理：材料的沖擊韌性指標ak 值是以沖斷試樣單位面積上所消耗的功來衡量。 AK 可由試驗前后擺錘的位能差來求得AK=Eb-Ek=GH1-GH2=G(H1-H2)數值可由試驗機的指針上直接讀出，單位為焦耳，用試樣缺口處橫截面F（厘米 2）除 （

9、 AK）, 即得沖擊值（沖擊韌性 ak）試樣：鋼樣：斷面正方形10×10×55；開 U型槽，槽深 2 ；鑄鐵：斷面小正方形20×20×110，不開槽。實驗四 疲勞試驗6實驗目的：描繪疲勞曲線，并求疲勞極限-1 。原理： -1 =M/W 公斤力 / 毫米（ M=危險斷面彎曲力矩，M= PK/2 公斤毫米， K 一般為 100 毫米； W=試樣斷面系數， W=d3/32 毫米 3；d=試樣直徑， d=6）。測定方法：準備68 個同一批試樣，加載P=12公斤，（記表面轉速），試樣斷并記錄轉速（轉速n 5*106N), 卸載，加載（第二根）如P=14公斤，轉速

10、3*105N 斷 , 則載荷過大，則在第1，2 根間取值，再斷與不斷之間重復幾次試驗，做到斷與不斷之應力差1 公斤力（厘米2），以取得精確的實驗結果。實驗五磨損試驗MM200 型磨損試驗（干摩擦，潤滑摩擦）ML10磨料磨損試驗（環對環，一般為干摩擦） MLD10 型的動載荷磨損試驗（邊沖邊磨，干摩擦，三體摩擦）MLS 23 型濕砂橡膠輪磨損試驗（三體磨損）MHK500 型環塊磨損（滾、滑摩擦）第二部分金相綜合分析實驗一金相顯微鏡的構成原理及使用金相顯微鏡的構成原理：顯微鏡不像放大鏡那樣由單個透鏡組成，靠近所觀察的物體的透鏡叫做物鏡，靠近眼睛的透鏡叫做目鏡。借助物鏡和目鏡的兩次放大就能將物體放大

11、到很高的倍數（15002000 倍）。金相顯微意的使用：7 接通電源，根據放大倍數選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上及目鏡筒內，并使轉換器轉至固定位置。 將試樣放在樣品臺中心，是觀察面朝下。 轉動粗調手輪，先使載物臺下降，同時用肉眼觀察，使物鏡盡可能接近試樣表面（但不得與試樣相碰），然后相反轉動粗調手輪，使載物臺漸漸上升以調整焦距，當視場亮度增強時再改用微調手輪，直到物象調整到最清晰程度為止。 適當調節孔徑光欄和視場光欄，以獲得最佳質量的物象。實驗二 金相技術綜合實驗金相顯微試樣的制備方法金相顯微試樣制備過程包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序。拋光時實驗時我們使用了機械拋光，是在拋光

12、機上進行的，拋光時在拋光盤上不斷滴注拋光液，拋光液采用 Cr2O3（粒度均為 0.31um）在水中的懸浮液。鋼鐵材料利用 4硝酸酒精溶液對試樣表面進行浸蝕。若浸蝕不足即可重復浸蝕，浸蝕畢后用清水沖洗，再用酒精沖洗，最后用吹風機吹干， 這樣得到的金相試樣即可在顯微鏡下進行觀察和分析研究。電子攝像技術8將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺上分別焦距，獲得清晰金相圖片，分別在 20 倍，200 倍，400 倍下放大觀察， 得到不同等級圖片。 。400 倍的金相圖片200 倍的金相圖片920 倍的金相圖片實驗三鋼件的火花鑒別法一、實驗目的用火花檢測或斷口分析來鑒別鋼鐵材料的種類及其主要的化學成分。二、用

13、具和材料電動砂輪，各種實驗用的鋼鐵試樣。三、實驗說明（一）火花鑒別要點：火花鑒別的要點是：詳細觀察火花的火束粗細、長短、花次層疊程度和它的色澤變化情況，注意觀察組成火束的流線形態，火花束根部、中部及尾部的特殊情況和它的運動規律和火花爆裂形態、花粉大小和多少等。（二）火花產生的基本原理：火花產生的機理是, 當鋼鐵材料試件以一定的壓力壓在高速旋轉的砂輪表面時 , 根據磨削原理 , 試件會被砂輪 “切削 ”下來無數的細微金屬碎屑 , 由于變形熱和摩擦熱的作用 , 這些細微的金屬顆粒瞬間即達到熔融狀態 , 在離心力10的作用下 , 從試件與砂輪接觸處的切線方向高速拋射出去, 形成一條條光亮的流線。這些

14、高速運行的熔融金屬顆粒, 與空氣發生劇烈的氧化作用, 在它們的表面上形成一層氧化鐵薄膜。而鋼中的碳元素在高溫下極易與氧結合而生成CO ,使 Fe 還原 , 還原后的鐵再次被空氣氧化 , 然后再次被還原 , 這種反應多次重復進行, 于是熔滴內聚積了大量的CO 氣體。第三部分鋼的熱處理一、概述：熱處理是一種很重要的金屬加工工藝方法， 也是充分發揮金屬材料性能潛力的重要手段。 熱處理的主要目的是改變鋼的性能， 其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝熱點是將鋼加熱到一定的溫度，經過一定時間的保溫， 然后以某種速度冷卻下來， 通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發生改變。熱處理之所以能使鋼的性能發生顯著變

15、化， 主要是由于鋼的內部組織結構可以發生一系列的變化。 采用不同的熱處理工藝過程， 將會使鋼得到不同的組織結構，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理基本工藝方法可分為退火、正火、淬火和回火等。二、退火和正火鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度 J 或者 J 以上，保溫一段時間，然后緩慢地隨爐冷卻。 此時奧氏體在高溫區發生分解而得到比較接近平衡狀態的組織。 正火是將鋼加熱到 AC3或 ACM以上 30-50，保溫后進行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體相對量較多，且片層較細密，所以性能有所改善。對低碳鋼來說，11正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度； 對高碳鋼則正火可消

16、除網狀滲碳體，為下一步球化退火或淬火作準備。 三、淬火所謂淬火就是將鋼加熱到 AC3或 A1 以上 30-50 ，保溫后放進各種不同的冷卻介質中快速冷卻， 以獲得馬氏體組織。 碳鋼經淬火后的組織由馬氏體及一定數量的殘余奧氏體所組成。為了正確的進行鋼的淬火， 必須考慮三個重要的因素： 淬火加熱溫度、保溫時間和冷卻速度。四、回火鋼的淬火處理得到的馬氏體組織質硬而脆， 并且工件內部存在很大的內應力，如果直接進行磨削加工往往會出現龜裂， 一些精密的零件在使用過程中將會引起尺寸變化而失去精度， 甚至開裂。因此淬火鋼必須進行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。主要分為低溫回火、中溫回火

17、、高溫回火。五、注意事項：1. 本實驗加熱所用都為電爐， 由于爐內電阻絲距離爐膛較近， 容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試樣時必須先切斷電源。2. 往爐中放取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油或水。開關爐門要迅速，爐門打開時間不宜過長。3. 試樣由爐中取出淬火時，動作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質量。4. 試樣在淬火液中應不斷攪拌， 否則試樣表面會由于冷卻不均勻而出12現軟點。5. 淬火時水溫應保持在 20-30 左右，水溫過高要及時換水。6. 淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨表面，去掉氧化皮再打硬度。第四部分鑄造綜合設計實驗在進行高鉻鑄鐵試樣制備之前先了解一下鑄造實驗室主要大

18、型設備和常用設備的原理，使用維護和注意事項。一、中頻感應電爐使用可控硅元件連接成三相全控橋電路， 將三相工頻交流電壓整流為單相直流電壓。（電壓從 0 伏-540 伏可調節）為逆變電路提供了電源。爐體的感應線圈（銅管繞制）與補償電容組成振蕩電路，從而將三相工頻電壓轉換成單相的中頻電壓（ 1000Hz）。此電壓通入感應線圈就可熔煉金屬，也可中頻淬火。中頻感應電爐在使用過程中一定要保證冷卻水管暢通無阻。 在調節功率時不要超過額定值（電壓 <750V 電流 <300A）。二、真空熱電爐利用可控硅調壓器以及大功率變壓器提供給石墨發熱體可調節電壓（ 0-30 伏），石墨發熱體安置在耐用鋼板制作的爐體內，此爐體通過機械真空泵及擴散泵的工作將爐體內的空氣抽出形成真空。 這樣在一定的真空度夏可燒結材料。 真空熱壓爐在使用過程中同樣保持冷水管暢通。三、鑄造合金流動性測定實驗內容：13配制 Al Cu5%的合金，用螺旋型板制作砂型，將熔化好的試驗材料澆入砂型，等凝固后，清理出螺旋形試樣，測量出螺旋形試樣長度，分析澆注溫度、鑄型性質對合金流動性的影響。實驗數據：實驗材料澆注溫度