材料科學基礎實驗指導書

《材料科學基礎》實驗指導書1=1（試用）院系：班級：姓名：學號：大連理工大學實驗目錄實驗一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備方法（2學時）實驗二金屬材料的硬度（2學時）實驗三Sn-Pb二元平衡相圖測試（2學時）實驗四金相定量分析方法（2學時）實驗五Fe-C合金平衡組織觀察（2學時）實驗六材料彈性及塑性變形測定（2學時）實驗七碳鋼試樣的制備及測試綜合性實驗（4學時）實驗八金屬塑性變形及回復再結品設計性實驗（6學時）實驗九金屬凝固組織及缺陷的觀察（2學時）實驗一金相顯微鏡的使用及金相試樣制備方法一、實驗目的1）了解光學顯微鏡的原理及構造，熟悉其零件的作用。2）學會正確操作和使用金相顯微鏡。3）掌握金相試樣的制備過程和基本方法。二、實驗設備與材料實驗設備：x-1型臺式光學顯微鏡，磨樣機、拋光機、砂輪機實驗材料：碳鋼標準樣品三、實驗內容通過本次實驗使學生了解光學顯微鏡并熟悉光學顯微鏡的構造和使用方法;要求每個學生會實際操作光學顯微鏡，觀察金相樣品并測定其放大倍數(shù)。演示并初步認識金相試樣的制備過程及方法四、實驗報告撰寫撰寫實驗報告格式要求：一、實驗名稱二、實驗目的三、實驗內容包括：1.光學顯微鏡的構造及其零部件的作用使用光學顯微鏡觀察標準樣品的收獲概述金相試樣制備過程及方法四、個人體會與建議實驗二金屬材料的硬度實驗目的了解布氏、洛氏、維氏硬度的測試原理。初步掌握各種硬度計的操作方法和使用注意事項。實驗設備和樣品布氏、洛氏、維氏硬度計鐵碳合金試樣實驗內容和步驟通過老師講解，熟悉布氏和洛氏硬度計的原理、構造及正確的操作方法。演示測定維氏硬度值，演示測定布氏和洛氏硬度值，注：每個樣品測量壓痕數(shù)，由指導老師根據(jù)學生人數(shù)確定，保證每位學生可以操作硬度計1-2次。因為實驗條件限制，所以不需要嚴格按照多次測量取平均值的要求進行實驗。實驗報告內容簡述實驗目的和步驟。簡要敘述布氏、洛氏、維氏硬度計的測量原理和特點。寫出測量步驟，附上實驗結果?？偨Y各種硬度計的使用注意事項和使用體會。實驗三Sn-Pb二元平衡相圖測試一、實驗目的一、實驗目的學會用熱分析方法測繪Sn-Pb二元平衡相圖；掌握純金屬與合金冷卻過程的異同，學習相變點溫度的確定方法。二、實驗設備與材料實驗設備：微機差熱儀DTA-2C實驗材料：不同重量百分比(wt.%)成分的Sn-Pb合金，如表1所示。表1Sn-Pb二元合金成分(wt.%)合金編號合金成分100%Sn80%Sn+20%Pb共晶61.9%Sn+38.1%Pb18.3%Sn+81.7%Pb10%Sn+90%Pb三、實驗內容將一個大組人員分成3-4人一小組，共4個小組，每個小組負責測試一個成分合金的冷卻曲線。將預先配置好的金屬和合金分別放在陶瓷坩蝸中，然后放入微機差熱儀中加熱，待合金熔化后，開始冷卻。為防止金屬氧化，應在熔化的金屬液面上覆蓋一層木炭粉或石墨粉。Sn-Pb金屬及合金在冷卻過程中，設備會自動記錄合金的溫度-時間的冷卻曲線，要求從冷卻曲線上找出臨界點。每組都會測出一種合金的冷卻曲線。將4個小組測得的冷卻曲線上的臨界點匯總，根據(jù)這些實驗結構進行分析和總結，最后作出Sn-Pb二元相圖。四、實驗報告撰寫撰寫實驗報告格式要求：一、實驗名稱二、實驗目的三、實驗內容包括：1.給出測試的成分合金的冷卻曲線結合其他小組測得的實驗結果，做出Sn-Pb二元相圖。個人體會與建議實驗四金相定量分析方法實驗目的了解定量分析的基本符號和基本方程的意義掌握在顯微鏡下進行相含量定量分析的基本方法完成試樣中Sn-Pb合金不同組織體積分數(shù)測定實驗設備和樣品光學顯微鏡Sn-Pb合金定量分析試樣實驗內容和步驟由指導老師簡要講解截線法測Sn-Pb合金組織體積含量的方法。測量Sn-Pb合金組織中先共晶組織和共晶組織的體積百分含量。要求每個試樣至少測量10個以上珠光體品粒的截線長度。實驗報告內容簡述實驗目的和步驟。寫出測量步驟，付上實驗結果。向同組同學交換數(shù)據(jù)，每個樣品至少獲得5個體積含量測量結果，計算標準誤差，并分析誤差產(chǎn)生原因?？偨Y定量分析中注意事項和體會。實驗五Fe-C合金平衡組織觀察一、實驗目的認識鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下顯微組織。分析含碳量對鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的相互關系二、實驗方法指導實驗設備及材料金相顯微鏡；表1中的各種鐵碳合金的顯微樣品。實驗內容及步驟（1）驗前學生應復習講課中的有關內容和閱讀實驗指導書，為實驗做好理論方面的準備；（2）在顯微鏡下觀察和分析表1所列鐵碳合金標準試樣的平衡組織，識別鋼和鑄鐵組織形態(tài)的特征，根據(jù)Fe-Fe3C相圖分析各合金的形成過程；建立成分、組織之間相互關系的概念。（3）繪出所觀察的顯微組織示意圖，畫時抓住組織形態(tài)的典型特征，并在圖中表示出來。（4）根據(jù)顯微組織近似確定亞共析鋼的含碳量：C%=（PX0.77）/100+（FX0.0218）/100,式中：P和F分別為珠光體和鐵素體所占面積（%）三、實驗報告要求實驗目的畫出所觀察顯微組織示意圖，并注明材料名稱、含碳量、侵蝕劑和放大倍數(shù)，顯微組織畫在直徑為30-50mm的圓內，并將組成物名稱以箭頭引出標明。根據(jù)所觀察的顯微組織近似確定一種亞共析鋼的含碳量。分析和討論：含碳量對鐵碳合金的組織和性能的影響。實驗后的感想與體會實驗六材料彈性及塑性變形測定實驗目的了解拉伸試驗機的工作原理和操作方法測量碳鋼應力應變曲線，分析碳含量對彈性和塑性變形性質的影響。實驗設備和樣品拉伸試驗機鐵碳合金拉伸試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%實驗內容和步驟通過老師講解，了解材料拉伸實驗機結構和基本原理。對鐵碳合金試樣，含碳量0.2%、0.45%、1.2%三個樣品進行拉伸實驗。在實驗中，注意觀察拉伸過程中四個特征階段的各種現(xiàn)象，并記錄各特征數(shù)值。注：將學生分為三組，每組學生測量一個樣品。然后三組學生交換實驗數(shù)據(jù)，完成實驗報告。實驗報告內容簡述實驗目的和步驟。附上實驗測量得到曲線，給出不同樣品的彈性模量、屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率等特征數(shù)值。比較并分析碳含量對樣品的彈性和塑性性質的影響?？偨Y實驗過程中注意事項和體會。實驗七碳鋼試樣的制備及測試綜合性實驗實驗目的學會實際制備鐵碳合金樣品；綜合運用已學實驗技術觀察金相組織，定量分析組織相對含量，測試硬度，綜合分析并加深理解材料成分、顯微組織和性能之間的相互關系。實驗設備和樣品鐵碳合金試樣光學顯微鏡，磨樣機、拋光機、砂輪機、硬度計等實驗內容領會實驗指導書中實驗一、實驗二、實驗四的部分，為動手實驗做好的準備;把領取到的碳鋼試樣按照粗磨一細磨一機械拋光一浸蝕的步驟制備金相樣品；利用光學顯微鏡觀察試樣金相形貌，得到顯微組織圖測量鐵碳合金試樣中珠光體的體積百分含量。要求每個試樣至少測量10個以上珠光體品粒的截線長度。根據(jù)杠桿定律計算合金中組織組成物的含量，另外根據(jù)顯微組織近似計算鋼中含碳量。測定試樣的硬度值，結合前面的實驗結果，綜合分析碳鋼的組織與性能的基本測試方法及實驗結果相互之間的關系。實驗報告內容實驗名稱實驗目的實驗內容這是驗證性綜合實驗，學生根據(jù)所學實驗技術，實際操作，學會實驗的基本技術，并對實驗結果進行綜合分析。個人體會與建議實驗八金屬塑性變形及回復再結晶設計性實驗實驗目的認識塑性變形對金屬組織和性能的影響認識冷變形金屬在回復再結品后組織性能的變化。實驗設備和樣品金相顯微鏡硬度計冷軋機或拉伸機箱式加熱爐純Cu、純Al、純Zn切割機、鑲嵌用品實驗內容和步驟建議的實驗內容認識和分析金屬在不同塑性變形量后形變組織特征以及性能(硬度)的變化；認識和分析冷變形金屬在加熱后的回復再結品過程中組織及性能的變化；認識和分析不同晶體結構的金屬在塑性變形過程中組織和性能變化特點。4.實驗說明本實驗為設計性實驗，一般5人為1組，選組長1人。小組根據(jù)建議實驗內容或自設實驗內容制定方案，分別開展實驗。最終將小組各位同學的實驗匯總，形成實驗報告。示例實驗方案：1、取純Al試樣五個(每人1個試樣)，在軋機上進行塑性變形，相對變形量分別為0%、10%、20%、30%、40%。2、將上述試樣用砂輪切割機從中部切開，其中一個用于制備金相試樣（如果實驗尺寸較小，需要鑲嵌試樣），磨樣觀察試樣的組織并測試心部區(qū)域硬度，記錄實驗數(shù)據(jù)。3、將切割的另一半試樣放入箱式加熱爐中，加熱到300°C，保溫0.5小時，取出試樣后重新制樣磨樣觀察組織并測試硬度，將數(shù)據(jù)記錄下來，并與熱處理前的數(shù)據(jù)進行對比。4、匯總小組其他成員的實驗結果，綜合分析，形成最終實驗報告。實驗報告內容簡述實驗目的、設計的實驗方案和基本步驟。附上實驗測量得到的金相組織及性能數(shù)據(jù)和曲線。根據(jù)設計的實驗方案及目的敘述實驗結果并分析原因?？偨Y實驗過程中注意事項和體會。五、思考題將冷變形試樣的實驗數(shù)據(jù)繪成變形量-硬度關系圖，分析冷加工后材料性能的變化規(guī)律及機理。冷變形試樣加熱后硬度變化規(guī)律如何？組織變化規(guī)律如何？為什么？什么是臨界變形度，你小組的試驗中是否發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象？實驗九金屬凝固組織及缺陷的觀察實驗目的