【文章內(nèi)容簡介】 F/D2載荷停留時間（s）第一次壓痕直徑d(mm)硬度值HBS項目試驗材料及處理狀態(tài)試驗結果換算成洛氏硬度值第二次平均硬度值HBSHRCHRB壓痕直徑d(mm)硬度值HBS洛氏硬度項目試驗材料及處理狀態(tài)試驗規(guī)范測得硬度值換算成布氏硬度值HBS壓頭總載荷F(kgf)硬度標尺第一次第二次第三次平均硬度 值（2）根據(jù)本實驗中布氏硬度試驗測得的硬度值，分析退火狀態(tài)碳鋼的含碳量與硬度間的關系，并畫出其關系曲線圖。實驗三 沖擊試驗一、實驗目的（1） 了解沖擊試驗機的主要構造及操作方法。（2） 初步掌握金屬材料韌性的測定方法。（3） 初步建立碳鋼的含碳量于其沖擊韌度間的關。二、實驗概述一次沖擊彎曲試驗是測定金屬材料韌性的常用方法。它是將一定尺寸和形狀的金屬試樣放在試驗機的支座上，再將一定重量的擺錘升高到一定高度，使其具有一定位能，然后讓擺錘自由下落將試樣沖斷。擺錘沖斷試樣所消耗的能量即為沖擊吸收功Ak ,Ak值的大小代表金屬材料韌性的高低。但習慣上仍采用沖擊韌度值ak表示金屬材料韌性。沖擊韌度ak是用沖擊吸收功Ak除以樣式斷口處的 原始橫切面積S來表示的。退火狀態(tài)碳鋼的韌性隨著含碳量的增加而下降。三、實驗設備及用品沖擊試驗主要設備和用品為沖擊試驗機和測量試樣尺寸用的游標卡尺。沖擊試驗機有手動和半自動兩種。圖31為手動擺錘式?jīng)_擊試驗機的外形結構。圖3－1試驗時先把手柄5撥至“預備”位置，然后將擺錘7稍加抬起并固定后，把試樣放在支座鉗口1上，再把擺錘抬到試驗高度，使插銷插入擺軸6的支槽內(nèi)，待一切準備完畢后，將手柄由“預備”位置撥至“沖擊”位置，這時擺錘就以擺軸為旋轉中心而自由下落。 當擺錘沖斷試樣后，其剩余能量有使擺錘向另一方向揚起一定高度，這時將手柄再撥至“停止”位置，使擺捶停止擺動。 試樣的沖擊吸收功Ak值由指針4指示。因為當擺捶自由下落時，待撥針碰到指針時，又帶動指針一起轉動。但當擺捶回擺，撥針反轉時，指針停止不動。這時指針在刻度盤3上指出的讀數(shù)，即為試樣所承受的沖擊吸收功值。 半自動擺捶式?jīng)_擊實驗機的構造原理與手動的基本相同，免去了人工揚擺的勞動。四、沖擊試樣及實驗材料按GB229—84和GB210680規(guī)定，沖擊試驗標準試樣有夏比U型缺口試樣和夏比V型缺口試樣兩種。習慣上前者簡稱為梅式試樣，后者為夏式試樣。兩種試樣的尺寸及加工要求如圖32和圖33所示。圖3－2　夏比U型缺口試樣圖3－3　夏比V型缺口試樣。五、 實驗步驟（1）檢查試樣有無缺陷，試樣缺口部位一般不能劃傷或銹蝕。（2），并記下測量數(shù)據(jù)。（3）檢查擺捶空打時的指針是否指零（即擺捶自由地處在鉛垂位置時，使指針緊靠撥針并對最大打擊能量處，然后揚起擺捶空打，指針指示零位），其偏離不應超過最小分度的1/4。（4）放置沖擊試樣。試樣應緊貼支座，并使試樣缺口背向擺捶的刀刃，然后用找正樣板使試樣處于支座的中心位置。（5）按沖擊試驗機的操作順序將沖擊試樣沖斷。（6）讀出指針在刻度盤上指出的沖擊吸收功Ak值，并做好記錄。（7）觀察試樣的斷口特征。六、實驗注意事項（1）在試驗機擺捶運動的平面內(nèi)，嚴禁站人，以防因擺捶運動或沖斷的試樣飛出傷人。（2）未經(jīng)許可不準隨便搬動擺捶和控制手柄。（3）在裝置沖擊試樣時，應將擺捶用支架支住。切不可將擺捶抬高到預備位置，以防擺錘偶然落下時造成嚴重事故。（4）當手柄在“預備”位置，擺捶已上揚至預定的試驗高度后，應平穩(wěn)緩慢地將手放開，并使插銷插入擺軸的槽內(nèi)，以防放手過急而沖斷插銷。（5）當試樣被沖斷而擺捶尚在擺動時，不能將手柄撥回至“預備”位置，以防插銷的頭部與擺捶發(fā)生摩擦或插銷有可能插入擺捶的槽內(nèi)而被沖斷。（6）試樣沖斷時如有卡錘現(xiàn)象，則數(shù)據(jù)無效。七、實驗報告（1） 根據(jù)實驗記錄填寫下表。試驗材料及其處理狀 態(tài)試 驗溫 度試樣缺口處斷面尺寸沖擊吸收功Ak（J）沖擊韌性αk(J/cm2)斷口特性高（cm）寬（cm）斷面積（cm2）（2）根據(jù)實驗測得的沖擊韌度值，分析退火狀態(tài)碳鋼的含量與沖擊韌度見的關系，并畫出其關系曲線圖。（2） 實驗中會影響材料沖擊韌度值的因素有哪些？本實驗測得的沖擊韌度值是否精確？為什么？實驗四 鐵碳合金平衡組織分析一、實驗目的1． 觀察和識別鐵碳合金（碳鋼和白口鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織。2． 了解鐵碳合金的成分、組織和性能之間的對應變化關系。3． 熟悉金相顯微鏡的使用。二、概述利用金相顯微鏡觀察金屬的組織和缺陷的方法稱為顯微分析；所看到的組織稱為顯微組織。合金在極緩慢冷卻條件（如退火狀態(tài)）下得到的組織為平衡組織。鐵碳合金的平衡組織可以根據(jù)FeC相圖來分析。從相圖可知，所有碳鋼和白口鐵在溫室時的組織均由鐵素體和滲碳體組成。但由于含碳量的不同，結晶條件的差異，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量，形態(tài)，分布和混合情況不一樣，因而將組成各種不同特征的組織或組織組成物，其基本特征如下：1． 鐵素體（F） 是碳溶于αFe中的固溶體，由良好的塑性，硬度較低（HB80～120），經(jīng)3～5％硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色大粒狀。隨這鋼中含碳量的增加，鐵素體量減少。鐵素體量較多時呈塊狀；當含碳量接近于共析成分時，往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布在珠光體的周圍。如圖41所示。 工業(yè)純鐵的顯微組織 20鋼的顯微組織 45鋼的顯微組織 T10鋼的顯微組織 　　　　　　 圖412． 滲碳體（Cm）是鐵與碳的化合物，%，抗浸蝕能力較強。經(jīng)3~5%硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色；若用苦味酸鈉溶液熱浸蝕，則被染成黑褐色，而鐵素體仍為白色，由此可區(qū)別開鐵素體和滲碳體。滲碳體的硬度很高，達HB800以上；脆性很大，強度和塑性很差。經(jīng)過不同的熱處理，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。3． 珠光體（P）鐵素體和滲碳體的共析混合物，有片狀和珠狀兩種。（1） 片狀珠光體 一般經(jīng)退火得到，是鐵素體和滲碳體交替分布的層片狀組織，疏密程度不同。經(jīng)3~5%硝酸酒精溶液或苦味酸溶液浸蝕后，鐵素體和滲碳體皆呈白亮色，但其邊界被浸蝕呈黑色線條。在不同放大倍下觀察是，組織具有不太一樣的特征。在高倍（600倍以上）下觀察時，珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細條滲碳體都呈白亮色，而其邊界呈黑色（圖42）。 圖42中倍（400倍左右）觀察時，白亮色滲碳體被黑色邊界所“吞食”而成為細黑條。這時看到的珠光體時寬白條鐵素體和細黑條滲碳體的相間混合物（圖43）。 圖43低倍（200倍以下）觀察時，連寬白條的鐵素體和細黑條的滲碳體也很難分辨，這時，珠光體為黑塊組織（見圖41中的確良珠光體）。 （2）球狀珠光體 共析鋼或過共析鋼經(jīng)球化退火后，得到球狀滲碳體。經(jīng)3～5％硝酸酒精浸蝕后，球狀珠光體為白色鐵素體基體上均勻分布這白色滲碳體小顆粒，其邊界為黑圈（圖44）。 圖44根據(jù)鋼的組織，估計出各組織成的相對量，便可利用杠桿定律算出含碳量。4． 萊氏體（Ｌd）　在溫室時是珠光體和滲碳體的混合物。此時，滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體兩種，但它們相連在一起而分辨不開. 經(jīng)3~5%硝酸酒精溶液侵蝕后，萊氏體的組織特征是，在白亮的滲碳基本上均勻分布著許多黑點（塊）狀或條狀珠光體（圖45）。 圖45共晶白口鐵 圖46 亞共晶白口鐵萊氏體組織硬度很高，達HB700，性脆。%的白口鑄鐵中,在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也?？梢姟喒簿О卓阼T鐵的組織包括：萊氏體、呈黑粗樹枝態(tài)分布的珠光體及其周圍白亮圈的二次滲碳體(圖46)。二次滲碳體與萊氏體中的滲碳體相連,。過共晶白口鑄鐵的組織是：萊氏體和長白條一次滲碳體（圖47） 圖 47 過共晶白口鐵三、實驗內(nèi)容。實驗要求觀察的樣品序號樣品名稱狀態(tài)顯微組織浸蝕劑1工業(yè)純鐵退火F4％硝酸酒精2％碳鋼同上F+P同上3％碳鋼同上P同上4％碳鋼同上P＋Fe3C11同上5亞共晶白口鑄鐵鑄鐵P＋Fe3C11＋Ld同上6共晶白口鑄鐵同上Ld同上7過共晶白口鑄鐵同上Ld+Fe3C11同上8未知鐵碳合金退火同上：指出它是何種鋼或鑄鐵；是什么組織；用杠桿定律估算出大致含碳量，并通過各種組織組成物的相對含量估算出它的大致硬度（HB）。四、實驗報告要求。（用箭頭和代表符號標明各組織組成物、并注明材料、放大倍數(shù)和浸蝕劑）。，說明含碳量對鐵碳合金的組織和性能的影響的大致規(guī)律。（或估算）未知試樣的含碳量和大致硬度（HB）。五、思考題？為什么？%%C鋼的網(wǎng)狀滲碳體？，對鋼材的機械性能有何影響？怎樣才能避免？？它們的形態(tài)有什么區(qū)別？實驗五 鋼的熱處理一、實驗目的（退火、正火、淬火及回火）操作方法。、加熱溫度、冷卻速度、回火溫度等主要因素對碳鋼熱處理后性能（硬度）的影響。二、概述 鋼的熱處理就是通過加熱，保溫和冷卻改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求的物理、化學、機械和工藝性能的一種操作方法。一般熱處理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。 熱處理操作中，加熱溫度、保溫時間和冷卻方式是最重要的三個基本工藝因素，正確選擇它們的規(guī)范，是熱處理成功的基本保證。1． 加熱溫度（1） 退火加熱溫度對亞共析鋼是Ac3+(30~50℃)（完全退火）共析鋼和過共析鋼是Ac+(30~50℃)（球化退火）。（2） 正火加熱溫度對亞共析鋼是Ac3+(30~50℃)；過共析鋼是Accm+(30~50℃)，即加熱至奧氏體單相區(qū)。退火和正火的加熱溫度范圍見圖51。 （3） 淬火加熱溫度 對亞共析鋼是Ac3+(30~50℃)；過共析鋼是Accm+(30~50℃)，見圖52。 圖51 退火、正火加熱溫度 圖52 淬火加熱溫度（4） 鋼淬火后要回火?；鼗饻囟葲Q定于最終所要求的組織和性能（工廠中常根據(jù)硬度的要求）。按加熱溫度，回火分為低溫、中溫、高溫回火三類。 低溫回火 是在150～250℃進行回火，所得組織為回火馬氏體，硬度約為HRC60。 中溫回火 是在350～500℃進行回火，所得組織為回火屈氏體，硬度約為HRC35~45. 高溫回火 是在（500～650℃）進行回火，所得組織為回火索素體，硬度為約為HRC25～35。 高于650℃的回火得到回火珠光體，可以改變高碳鋼的切削性能。 2．保溫時間 為了使工件各部溫度均勻化，完成組織轉變，并使碳化物完全溶解和奧氏體成分均勻一致，必須在淬火加熱溫度下保溫一定時間。通常將工件升溫和保溫索需時間計算在一起，并統(tǒng)稱為加熱時間。 熱處理加熱時間必須考慮許多因素，例如工件的尺寸和形狀、使用的加熱設備及裝爐量、裝爐溫度、鋼的成分和原始組織、熱處理的要求和目的等，具體時間可參考有關手冊中的數(shù)據(jù)。 實際工作中多根據(jù)經(jīng)驗估算加熱時間。一般規(guī)定，在空氣介質(zhì)中，升到規(guī)定溫度后的保溫時間，碳鋼按工件厚度每毫米需一分至一分半鐘估算；合金鋼按每毫米兩分鐘估算。在鹽溶爐中，保溫時間可縮短1～2倍。3．法冷卻方 熱處理的冷卻方法必須適當，才能獲得所要求的組織和性能。 退火一般采用隨爐冷卻。 正火（或?；┧捎每諝饫鋮s，大件常進行吹風冷卻。淬火的冷卻方法非常重要。一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證得到馬氏體組織；另一方面冷卻速度應當盡量緩慢，以減少內(nèi)應力，避免變形和開裂。為了調(diào)和上述矛盾，可以采用特殊的冷卻方法，使加熱工件在奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)（650～550℃）快冷，超過臨界冷卻速度，而在馬氏體轉變溫度（300～100℃）以下慢冷。理想的淬火冷卻如圖2－3所示。常用淬火方法有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火等，如圖24所示。