機(jī)械制造基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

機(jī)械制造根底實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)一金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解布氏、洛氏硬度測定的根本原理及應(yīng)用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，初步掌握操作方法。3、根據(jù)不同金屬材料的性能特點(diǎn)，能正確選擇測定硬度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料局部外表在接觸壓力的作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度值是材料性能的一個重要指標(biāo)。硬度試驗(yàn)方法簡單、迅速，不需要專門的試樣，同時保持試樣的完整性，設(shè)備也比較簡單。2對大多數(shù)金屬材料，可以用硬度值估算出它的抗拉強(qiáng)度。因此在設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)條件中大多規(guī)定材料的硬度值。硬度測試方法很多，使用最廣泛的是壓入法。壓入法就是一個很硬的壓頭以一定的壓力壓入試樣的外表，使金屬產(chǎn)生壓痕，然后根據(jù)壓痕的大小來確定硬度值。壓痕越大，那么材料越軟；反之，那么材料越硬。根據(jù)壓頭類型和幾何尺寸等條件的不同，常用的硬度測試方法可分為布氏法、洛氏法和維氏法三種。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1、布氏硬度試驗(yàn)機(jī)(HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī))。2、洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)(HR-150型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī))。3、試樣：ф20mm×10mm的45鋼、T12鋼正火及淬火狀態(tài)；HT200、H62、ZL102。3四、試樣技術(shù)條件1、試樣外表應(yīng)平整光潔，不得有氧化皮或油污及明顯的加工刀痕。2、試樣厚度不能太薄，應(yīng)大于壓入深度的10倍。3、在試樣制備過程中，應(yīng)盡量防止試樣受熱及冷加工對硬度測試的影響。用金剛石刀具進(jìn)行精密切削，主要用來加工無氧銅、鋁合金、黃銅、非電解鎳等有色金屬和某些非金屬材料。五、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)1、布氏硬度試驗(yàn)(1)布氏硬度試驗(yàn)機(jī)(HB-3000型)布氏硬度實(shí)驗(yàn)設(shè)備一般由機(jī)體、工作臺、減速器、杠桿機(jī)構(gòu)、換向開關(guān)等局部組成，其簡圖如以下圖所示。4HB-3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)簡圖5HB－3000型布氏硬度試驗(yàn)機(jī)簡圖

1-小杠桿；2-彈簧；3-壓軸；4-主軸襯套；5-壓頭；6-可更換工作臺；7-工作臺立柱；8-螺桿；9-升降手輪；10螺母；11-套筒；12-電動機(jī)；13-減速器；14-換向開關(guān)；15-砝碼；16-大杠桿；17-吊環(huán)；18-機(jī)體；19-電源開關(guān)；6(2)操作步驟:①據(jù)試驗(yàn)材料和試樣厚度選擇球體直徑D、試驗(yàn)力F的大小和試驗(yàn)力作用保持的時間。②將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上，使試樣測試外表與壓頭軸線垂直，順時針轉(zhuǎn)動升降手輪，直至試樣與球體緊密接觸，并繼續(xù)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動手輪至升降螺母產(chǎn)生滑動〔空轉(zhuǎn)〕為止。③確定試驗(yàn)力保持時間一般黑金屬的試驗(yàn)力保持時間為10~15s；有色金屬為30s，布氏硬度值<35時為60s。試驗(yàn)力保持時間確定后，將壓緊螺釘擰松，圓盤并不轉(zhuǎn)動，并把時間定位器(紅色指示點(diǎn))轉(zhuǎn)到與持續(xù)時間相符的位置上。7④翻開電源開關(guān)，待電源指示燈亮后，再按動加載開關(guān)按鈕，啟動電動機(jī)，開始加試驗(yàn)力。當(dāng)加荷紅色指示燈閃亮?xí)r，表示試驗(yàn)力已經(jīng)加上，此時立即擰緊定時壓緊螺釘，使圓盤轉(zhuǎn)動，即自動開始計(jì)時，到達(dá)預(yù)定加荷時間后，轉(zhuǎn)動即自行停止。⑤關(guān)閉電源，逆時針方向轉(zhuǎn)動手輪，降下工作臺，取下試樣，用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕直徑d，用所得結(jié)果從有關(guān)對照表中查找相應(yīng)的布氏硬度值。8布氏硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)材料硬度范圍（HB）試樣厚度(mm)P/D2鋼球直徑D(mm)載荷P(kgf)載荷保持時間(s)黑色金屬140~4501406~34~2<2>66~3<330101052.51052.53000750187.5100025062.51010銅合金及鎂合金36~130>66~3<3101052.5100025062.530鋁合金及軸承合金8~35>66~3<32.51052.525062.515.66092、洛氏硬度試驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以下圖為HR-150型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造圖。由機(jī)架、加荷機(jī)構(gòu)、測量指示機(jī)構(gòu)及工作臺升降機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)殼內(nèi)部有加荷杠桿及小杠桿。壓頭裝在加荷杠桿主軸內(nèi)，并用緊固螺釘固定。初載荷10Kgf由加荷杠桿自重產(chǎn)生，主載荷那么由吊桿上的砝碼通過加荷杠桿加于壓頭上。主載荷的加荷通過操縱手柄控制一組機(jī)構(gòu)和油壓緩沖器來完成。壓頭在壓入試樣后通過小杠桿傳到指示器，從而顯示出硬度值。10HR－150型洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)簡圖1-調(diào)整塊；2·頂桿；3-調(diào)整螺釘；4-表盤；5-按鈕；6-緊固螺母；7-試樣；8-工作臺；9-手輪；10-放油螺釘；11-操縱手柄；12-砝碼座；13-油針；14、15-磁碼；16-吊桿；17-吊套；18-指示器11(2)操作步驟實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)使用與試驗(yàn)硬度相近的二級標(biāo)準(zhǔn)洛氏硬度塊對硬度計(jì)進(jìn)行校正。①根據(jù)所測試樣選擇壓頭類型和總載荷的大小〔總載荷的數(shù)值在機(jī)身右側(cè)的調(diào)整手輪上有標(biāo)注，應(yīng)使其對準(zhǔn)機(jī)身上的定位紅點(diǎn)〕。②根據(jù)試樣形狀與大小，選擇適宜的工作臺〔水平工作臺或V型工作臺〕，將試樣平穩(wěn)地放在工作臺上。③順時針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤的小指針指到“0〞為止，此時即施加了10kgf的預(yù)載荷。④將表盤的大指針調(diào)整至零點(diǎn)(HRA、HRC零點(diǎn)為0，HRB零點(diǎn)為30)。12⑤加主載荷，即將加載手柄拉向加載位置，主載荷將會通過杠桿加于壓頭上，壓頭壓入試樣，保持一定時間〔此時主載荷控制手柄由后面原來位置轉(zhuǎn)動至前面位置〕。⑥卸除主載荷，即將主載荷控制手柄由前面位置輕輕推至后面原來位置。⑦讀出硬度值，長指針在卸除主載荷后位置所對應(yīng)的數(shù)字即為洛氏硬度值。注意：HRB讀表盤內(nèi)圈紅色數(shù)字，HRC、HRA讀表盤外圈黑色數(shù)字。⑧逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，使壓頭與試樣完全脫離，取出試樣，測定完畢。13標(biāo)尺所用符號/壓頭總負(fù)荷kgf表盤上刻度顏色測量范圍相當(dāng)維氏硬度值應(yīng)用范圍HRA金剛石圓錐60黑色70~85390~900碳化物、硬質(zhì)合金、淬火工具鋼、淺層表面硬化層HRB1/16"鋼球100紅色25~10060~240軟鋼（退火態(tài)、低碳鋼正火態(tài)）、鋁合金HRC金剛石圓錐150黑色20~67249~900淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼、深層表面硬化層14六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、分成兩大組，分別進(jìn)行布氏和洛氏硬度試驗(yàn)，并相互輪換。2、實(shí)驗(yàn)前，必須清楚布氏、洛氏硬度機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作步驟。(3)按正確的操作規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。七、本卷須知1、加載時要防止壓頭與試件相碰撞，以免損壞壓頭。2、卸載后，必須使壓頭完全脫離試樣后再取下試樣。3、根據(jù)所測的硬度值，選擇硬度測試設(shè)備〔注意硬度機(jī)的使用范圍〕，設(shè)備的壓頭和載荷必須匹配，測試的硬度值范圍，超過時將不能獲得準(zhǔn)確的硬度值。154、測定硬度時，每個試樣在不同部位測試三點(diǎn)，分別記錄其硬度值，并計(jì)算其算術(shù)平均值，作為本次實(shí)驗(yàn)的最終硬度值。5、實(shí)驗(yàn)操作時，不要硬搬，以免損壞設(shè)備。6、學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時，每人都要完成各自的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，記錄好原始數(shù)據(jù)，最后將本人及小組完成的記錄匯總寫出綜合性的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。2、填寫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中的表格及數(shù)據(jù)。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：每個學(xué)生要對本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作及硬度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及誤差進(jìn)行評估，并分析原因。1617實(shí)驗(yàn)二鐵碳合金平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察鐵碳合金在室溫下平衡狀態(tài)的顯微組織。2、分析典型的鐵碳合金顯微組織特征，加深理解化學(xué)成分、組織與力學(xué)性能之間的關(guān)系。3、了解金相顯微鏡的構(gòu)造和使用方法，大致了解金相試樣的制備過程。二、實(shí)驗(yàn)原理鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鐵碳材料性能的根底，所謂平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷條件下〔退火狀態(tài)，即接近平衡狀態(tài)〕所得到的組織。18在金相顯微鏡下觀察到的金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)稱為顯微組織，用金相顯微鏡研究金屬或合金的組織、缺陷的方法稱為顯微分析。平衡狀態(tài)的顯微組織是指合金在極其緩慢的冷卻條件下〔如退火狀態(tài)即接近平衡狀態(tài)〕所得到的組織。鐵碳合金的平衡組織可以根據(jù)Fe-Fe3C相圖來分析。從相圖可知，工業(yè)純鐵、碳鋼和白口鑄鐵在室溫時均由鐵素體和滲碳體兩個根本相組成。由于碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，鐵素體和滲碳體的相對量、析出條件以及分布情況均有所不同，因而將組成各種不同特征的組織。19201、鐵素體(F)鐵素體是碳溶于α-Fe中的間隙固溶體，仍為體心立方晶格,有良好的塑性、韌性，硬度較低(~80HBS)，經(jīng)3~5%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈白色晶粒狀。亞共析鋼中的鐵素體呈塊狀分布；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近于共析成分時，鐵素體往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布在珠光體的周圍。20鋼45鋼65鋼212、滲碳體(Fe3C)滲碳體是具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，用符號Fe3C表示。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W(c)=6.69％，抗浸蝕能力較強(qiáng)。經(jīng)3~5%硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色；假設(shè)用苦味酸鈉溶液浸蝕，那么被染成黑褐色，而鐵素體仍為白色，由此可區(qū)別鐵素體和滲碳體。滲碳體的硬度很高，達(dá)800個布氏硬度單位以上(950~1050HV)，強(qiáng)度很差，塑性與韌性幾乎為零，脆性極大。一次滲碳體(Fe3CⅠ)是直接從液體中結(jié)晶出的，呈粗大的長白條狀分布在萊氏體之間；二次滲碳體(Fe3CⅡ)是由奧氏體(A)中析出的，呈網(wǎng)絡(luò)狀沿奧氏體晶界分布。在奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變形成珠光體后,室溫下呈網(wǎng)絡(luò)的Fe3CⅡ分布在珠光體的周圍。另外，由于不同的熱處理，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。223、珠光體(P)是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物(有片狀和粒狀兩種)。(1)片狀珠光體：一般由退火得到，鐵素體和滲碳體呈交替分布的層片狀組織、鐵素體和滲碳體皆呈白亮色，但其邊界被浸成黑色線條。在不同放大倍數(shù)觀察時，組織具有不太一樣的特征。在高倍〔600倍以上〕觀察時，珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體都呈白色，而其邊界呈黑色。中倍〔400倍左右〕觀察時，白亮色滲碳體薄片被兩邊的晶界所吞食成為黑色細(xì)線條，這時看到的珠光體是寬白條鐵素體和細(xì)黑條滲碳體的相間混合物。低倍〔200倍以下〕觀察時，寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體也很難分辨，這時珠光體為黑塊狀組織。23(2)球狀珠光體：共析鋼或過共析鋼經(jīng)球化退火后，得到球狀珠光體。經(jīng)3~5％硝酸酒精浸蝕后，球狀珠光體為白亮色鐵素體基體上均勻分布著白色的滲碳體小顆粒，其邊界為黑圈。片狀珠光體球狀珠光體24F

工業(yè)純鐵Wc

＜0.0218%顯微組織：F+Fe3CⅢF是呈亮白色的等軸狀晶粒F2520鋼45鋼亞共析鋼0.0218%≤Wc＜0.77%FPFP2620鋼45鋼FPFP27共析鋼Wc=0.77％材料：T8鋼顯微組織：PP是由F和Fe3C交替排列而成的片層狀組織。兩者經(jīng)硝酸酒精浸蝕后均呈亮白色，但F電極電位低，易受腐蝕，略呈凹陷；而Fe3C電極電位高，不易溶解而凸起。FFe3C28在不同的放大倍數(shù)下珠光體呈現(xiàn)出不同的組織形態(tài)1000倍以上的顯微鏡下觀察400~500的顯微鏡下觀察珠光體500×29材料：T12鋼顯微組織：Fe3CⅡ+PFe3CⅡ呈網(wǎng)狀分布在原奧氏體晶界上。并且隨著Wc增加，F(xiàn)e3CⅡ數(shù)量增加，網(wǎng)壁增厚。過共析鋼0.77%＜Wc＜2.11%P

Fe3CⅡPFe3CⅡ30白口鑄鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵4.3%4.3%~6.69%亞共晶白口鐵2.11%~4.3%當(dāng)鐵碳合金的Wc>2.11％時，碳主要是以Fe3C的方式存在，因其斷口呈白色，又稱為白口鑄鐵。根據(jù)含碳量的不同又分為亞晶白口鐵、共晶白口鐵和過共晶白口鐵。31共晶白口鐵Wc

=4.3％顯微組織：L’d在室溫下L’d是P和Fe3C的機(jī)械混合物。由亮白色的Fe3C基體上分布的是暗黑色斑點(diǎn)和細(xì)條狀的P，這種組織統(tǒng)稱為L’d。而Fe3C也是共晶Fe3C和Fe3CⅡ二者混合在一起。PFe3CL’dL’d32亞共晶白口鐵2.11％＜Wc≤4.3％顯微組織：P+L’d+Fe3CⅡ黑色的斑點(diǎn)和細(xì)條以及亮白色的基體是L’d，P呈暗黑色枝晶狀，F(xiàn)e3CⅡ與共晶Fe3C混成一體。PL’dPL’d33過共晶白口鐵4.3％＜Wc≤6.69％顯微組織：L’d+Fe3CⅠ黑色的斑點(diǎn)和細(xì)條以及亮白色的基體是L’d，亮白色寬直條狀的是Fe3CⅠ。

Fe3CⅠL’dFe3CⅠL’d34三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察試樣的顯微組織，并按下表分析組織形成過程。編號材料顯微組織浸蝕劑處理方法放大倍數(shù)1工業(yè)純鐵F3%～4%硝酸酒精溶液退火400×220鋼F+P3%～4%硝酸酒精溶液退火400×345鋼F+P3%～4%硝酸酒精溶液退火400×4T8鋼P(yáng)3%～4%硝酸酒精溶液退火400×5T12鋼P(yáng)+Fe3CⅡ

3%～4%硝酸酒精溶液退火400×6亞共晶白口鐵P+Ld‘+Fe3CⅡ3%～4%硝酸酒精溶液鑄態(tài)400×7共晶白口鐵Ld'3%～4%硝酸酒精溶液鑄態(tài)400×8過共晶白口鐵Ld'+Fe3CⅠ

3%～4%硝酸酒精溶液鑄態(tài)400×35362、了解金相顯微鏡的大致構(gòu)造和正確使用方法；大致了解金相試樣的制備方法。3、繪出所觀察試樣的顯微組織示意圖〔在Ф25mm的圓內(nèi)繪出，并將不同組織用引線引出圓外，標(biāo)出組織符號〕。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康募昂喢髟怼?、畫出所有樣品的顯微組織示意圖〔用引線和符號標(biāo)明各組織組成物，并注明材料，處理狀態(tài)、放大倍數(shù)，浸蝕劑〕。3、根據(jù)所觀察組織，說明碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鐵碳合金組織和性能影響的大致規(guī)律。37五、金相顯微鏡簡介1、金相顯微鏡的構(gòu)造金相顯微鏡是一種精密的光學(xué)顯微鏡，最常見的有臺式、立式和臥式三大類。通常由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大局部組成。有的顯微鏡還附有攝影裝置。現(xiàn)以XJB-1型臺式金相顯微鏡為例加以說明〔如下圖〕。38XJP－1雙目金相顯微鏡構(gòu)造示意圖物鏡轉(zhuǎn)換器物鏡縱動手論橫動手論松緊調(diào)節(jié)手輪粗動調(diào)焦手輪微動調(diào)焦手輪底座燈座試樣壓片組載物臺雙筒目鏡組固定螺釘調(diào)節(jié)螺釘視場光欄孔徑光欄電源開關(guān)3940(1)XJB-1型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)XJB-1型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如下圖,由燈泡1發(fā)出的光線經(jīng)聚光透鏡組2及反光鏡8聚集到孔徑光闌9,再經(jīng)過聚光鏡組3聚集到物鏡的后焦面,最后通過物鏡平行照射到試樣7的外表,從試樣反射回來的光線復(fù)經(jīng)物鏡組6和輔助透鏡5,由半反射鏡4轉(zhuǎn)向,經(jīng)過輔助透鏡以及棱鏡成一個被觀察物體的倒立的放大實(shí)像,該像再經(jīng)過目鏡15放大,就成為在目鏡視場中能看到的放大映像。(2)照明系統(tǒng)在底座內(nèi)裝有(6~8V)低壓鎢絲燈泡作為光源，由變壓器降壓供電，靠調(diào)節(jié)二次電壓(6~8V)來改變燈光亮度。聚光鏡、孔徑光闌及反光鏡等裝置均安裝在圓形底座上，視場光闌及另一個聚光透鏡那么安裝在支架上，它們組成顯微鏡的照明系統(tǒng)，使試樣外表獲得充分均勻的照明。41(3)機(jī)械系統(tǒng)①調(diào)焦裝置。顯微鏡體的兩側(cè)有粗調(diào)和微調(diào)調(diào)節(jié)手輪，兩者在同一部位，隨粗調(diào)手輪6的轉(zhuǎn)動,支承載物臺的彎臂作上下運(yùn)動。在粗調(diào)手輪的一側(cè)有制動裝置，用以固定調(diào)焦后的載物臺位置。微動手輪可使顯微鏡本體沿著滑軌微量移動,右側(cè)旋鈕上有刻度，每小格表示物鏡座上下微動升降0.002mm，與刻度盤同側(cè)的齒輪箱上刻有兩條白線,用以指示升降范圍。當(dāng)旋到極限位置時，微調(diào)手輪就自動被限制住，此時不能再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，而應(yīng)倒轉(zhuǎn)回來再使用。②載物臺。用于放置金相試樣，載物臺和下面托盤之間有導(dǎo)架，可以用手輕輕前后左右推動載物臺，以便載物臺在水平面上進(jìn)行一定范圍的十字定向移動，改變試樣的觀察部位。42③孔徑光闌和視場光闌?？讖焦怅@裝在照明反射鏡座上面，調(diào)整孔徑光闌，可以用來控制入射光束的大小，以便控制觀察視場圖象的亮度及清晰度。視場光闌設(shè)在物鏡支架下面，控制視場范圍，調(diào)節(jié)所觀察的顯微組織區(qū)域大小。在刻有直紋的套圈上還有幾個調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)光闌中心。④物鏡轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器呈球面形，上有三個螺孔，用來安裝不同放大倍數(shù)的物鏡。旋動轉(zhuǎn)換器，可使各物鏡鏡頭進(jìn)入光路，與不同的目鏡配合使用，可獲得各種不同的放大倍數(shù)。顯微鏡的總放大倍數(shù)是物鏡放大倍數(shù)和目鏡放大倍數(shù)的乘積，下表為JXB-1型金相顯微鏡的物鏡與目鏡不同配合下的放大倍數(shù)。⑤目鏡筒。目鏡筒呈450傾斜安裝在附有棱鏡的半球形座上，還可將目鏡轉(zhuǎn)900呈水平態(tài)，以配合照明裝置進(jìn)行金相攝影。432、金相顯微鏡的正確使用方法金相顯微鏡是一種精密光學(xué)儀器，使用時要求細(xì)心謹(jǐn)慎，切不可強(qiáng)扭硬扳?，F(xiàn)以XJB-1型金相顯微鏡為例，扼要說明其正確使用方法。(1)操作前，應(yīng)先了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各主要部件的位置和作用，并熟悉操作規(guī)程。44(2)按照被觀察試樣的不同需要，選用適當(dāng)?shù)奈镧R和目鏡〔即放大倍數(shù)〕，物鏡安裝在轉(zhuǎn)換器螺孔內(nèi)〔目鏡頂端離載物臺必須有一定距離〕，目鏡插于目鏡管內(nèi)?！沧⒁猓虹R頭切勿用手觸摸或用布擦〕。(3)將制備好的試樣磨面正對著物鏡安放到載物臺上。(4)將變壓器插頭插入220V電源，再將顯微鏡燈泡電源插頭插入低壓變壓器的6V插孔。接通電源前應(yīng)再仔細(xì)檢查一下線路，切不可將顯微鏡低壓燈泡電源插頭直接插入220V電源插座，以免燒壞低壓燈泡。45(5)觀察時應(yīng)先用雙手緩慢旋動粗調(diào)手輪，將載物臺降下，使試樣盡量靠近物鏡(但不能接觸)，同時在目鏡處觀察，當(dāng)視場由暗到亮，調(diào)至看到模糊的映像組織后，再旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪，直至圖像清晰時為止。調(diào)節(jié)時雙手要緩慢動作，切勿使物鏡與試樣或載物臺相碰。(6)按需要調(diào)節(jié)孔徑光闌和視場光闌的大小，以獲得最正確映象。但根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)室工作人員一般已事先將光闌調(diào)到適宜位置，學(xué)生自己不必再調(diào)整。(7)觀察結(jié)束后，立即關(guān)閉電源，將金相顯微鏡復(fù)原；由負(fù)責(zé)同學(xué)按規(guī)定填寫“實(shí)驗(yàn)記錄〞，經(jīng)老師檢查無誤前方可離開實(shí)驗(yàn)室。46六、金相試樣制備簡介為了便于用金相顯微鏡觀察金屬的組織，必須先制成金相試樣。金相試樣的制備包括取樣、鑲嵌、磨光〔粗磨和細(xì)磨〕、拋光、浸蝕等步驟。1、取樣應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，選取具有代表性的部位。試樣尺寸的大小應(yīng)以便于握持為準(zhǔn)，一般采用直徑和高度均為12~15mm的圓柱形或邊長為12~15mm的方形試樣。對于過小試樣〔如鋼絲、薄片等〕，當(dāng)直接用手磨削很困難時，那么應(yīng)利用試樣鑲嵌機(jī)進(jìn)行鑲嵌后再磨制的方法來解決。472、磨制一般分粗磨和細(xì)磨。粗磨是將取樣的粗糙外表和不規(guī)那么的外形修整平坦、成形。一般較軟的非鐵金屬及其合金，采用銼刀銼平；鋼材那么在砂輪機(jī)上磨平，并注意隨時水冷，以免溫度升高引起試樣組織發(fā)生變化。粗磨后試樣應(yīng)倒角，以免在細(xì)磨和拋光過程中將砂紙和拋光布撕裂。經(jīng)粗磨磨平后的試樣，再進(jìn)行細(xì)磨。細(xì)磨有手工磨和機(jī)械磨〔預(yù)磨機(jī)〕兩種方法。手工細(xì)磨時，手持試樣依次在由粗到細(xì)的各號金相砂紙上把磨面磨光。先粗后細(xì)(順序?yàn)?1~05號)。每次換砂紙時應(yīng)將試樣轉(zhuǎn)900。并且要求將前道磨痕消除后才能轉(zhuǎn)入較細(xì)砂紙上去繼續(xù)磨制。注意不得將上道砂紙上的粗顆粒帶到較細(xì)砂紙上來。為了磨出一個高質(zhì)量的試樣，通常將金相砂紙平鋪在一塊玻璃板上。均勻用力單程單向地反復(fù)磨制。對鑄鐵試樣，有時為了保存石墨形態(tài)可加潤滑劑磨制。為了提高效率也可在預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行細(xì)磨。483、拋光拋光的目的是為了消除在細(xì)磨時留下的磨痕，以獲得光亮無磨痕的鏡面。常用的方法有化學(xué)拋光法、電解拋光法和機(jī)械拋光法。機(jī)械拋光常用的是在P-2型拋光機(jī)上進(jìn)行。在拋光盤上夾好拋光布(如細(xì)尼絨、細(xì)帆布、金絲絨、絲綢等)，加上一定量的拋光懸浮劑，手持試樣輕壓于拋光盤上進(jìn)行拋光，并沿盤的邊緣到中心不斷做徑向往復(fù)運(yùn)動，且要不斷轉(zhuǎn)換試樣的角度，拋光時間約2~5min，待拋光成鏡面后立即停止。然后用水沖洗干凈，并用酒精棉球擦去磨面上及周圍的水分和殘?jiān)?。拋光時常用的磨料有Cr2O3、Al2O3拋光軟膏、碳化硅及氧化鋁粉等。494、浸蝕拋光后的試樣外表是平整光亮的鏡面，除了具有特殊顏色的非金屬夾雜物〔如石墨、MnS等〕在顯微鏡下可區(qū)分外，其它各種組織特征均不能顯現(xiàn)。必須將拋光好的試樣磨面浸入化學(xué)試劑〔鐵碳合金常用3~4%的硝酸酒精溶液或3~4%苦味酸酒精溶液〕中或用浸有化學(xué)試劑的棉球擦拭試樣外表，待試樣外表顏色由明亮變的稍微發(fā)暗時，即停止浸蝕，立即用水沖洗掉殘留在試樣上的浸蝕劑，并用酒精徹底洗凈；再用干凈棉球輕輕沾干外表酒精，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，即可放在顯微鏡下觀察。由于合金中不同的相或不同位向晶粒的耐蝕性不同，故腐蝕后出現(xiàn)凸凹的情況及對光線的反射也不一樣，在顯微鏡下會出現(xiàn)明暗不同的區(qū)域或線條，從而可以顯示出晶界、晶粒及各種不同的組織特征，如下圖。50對制備好的試樣要求是：組織具有代表性且真實(shí)；夾雜物，石墨等不得脫落；無磨痕、麻點(diǎn)或水跡等。試樣觀察完畢，應(yīng)將其放在枯燥器內(nèi)保存。為防止氧化及大氣腐蝕，長時間保持經(jīng)過浸蝕的試樣外表質(zhì)量，可在試樣外表涂一層透明保護(hù)漆，常用的是硝酸纖維漆加香蕉水。51鐵碳合金的平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、畫出所觀察的金相試樣的顯微組織示意圖，并用箭頭標(biāo)明組織組成物的名稱。材料名稱材料名稱材料名稱化學(xué)成分化學(xué)成分化學(xué)成分顯微組織顯微組織顯微組織三、試述亞共析鋼，共析鋼、過共析鋼的顯微組織有何不同？含碳量對鋼的組織及性能有何影響？52實(shí)驗(yàn)三非合金鋼的熱處理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉非合金鋼的幾種根本熱處理工藝操作方法。2、分析非合金鋼淬火及回火溫度對非合金鋼熱處理后組織和性能〔硬度〕的影響。3、進(jìn)一步熟悉洛氏硬度計(jì)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理熱處理就是通過加熱、保溫和冷卻改變其內(nèi)部組織，從而獲得所需組織與性能的工藝方法。鋼的整體熱處理根本工藝可分為退火、正火、淬火及回火等。531、加熱溫度確實(shí)定非合金鋼熱處理的加熱溫度可參照下表選定。2、保溫時間確實(shí)定為了使零件內(nèi)外各局部溫度均到達(dá)指定溫度，并完成組織轉(zhuǎn)變，使碳化物溶解和奧氏體成分均勻化，必須在淬火加熱溫度下保溫一定的時間。通常將工件升溫和保溫所需時間計(jì)算在一起，統(tǒng)稱為加熱時間。熱處理加熱時間必須考慮許多因素，例如零件的尺寸和形狀，使用的加熱設(shè)備及裝爐量，裝爐時的爐子溫度，鋼的成份和原始組織，熱處理要求和目的等。具體加熱時間可參考熱處理手冊中的有關(guān)數(shù)據(jù)。5455實(shí)際工作中，多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)大致估算加熱時間，一般規(guī)定：①在空氣介質(zhì)中升到規(guī)定溫度后的保溫時間：對非合金鋼來說，按工件厚度或直徑每毫米需1~1.5min估算；合金鋼按每毫米1.5~2min估算。②在鹽浴爐中的保溫時間：非合金鋼每毫米有效厚度或直徑保溫時間可縮短到0.3~0.5min；低合金鋼可縮短到0.45~0.55min；高合金鋼的保溫時間還應(yīng)適當(dāng)延長。563、冷卻方法(1)非合金鋼淬火件的冷卻在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)〔650~550℃〕，淬火件的冷卻速度應(yīng)大于鋼的臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織。而在較低溫度范圍〔300~200℃〕內(nèi)，又希望冷卻速度盡可能緩慢，以減少形成馬氏體組織時的內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形和開裂。在生產(chǎn)上為了保證淬火質(zhì)量，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)〔如水、油等〕和冷卻方法〔如雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火等〕。常用的淬火介質(zhì)冷卻能力見下表。57假設(shè)將淬火加熱的鋼件投入下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間〔260~350℃〕的熔鹽中冷卻，待轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織后取出空冷，這種淬火方法稱為“下貝氏體等溫淬火〞，得到下貝氏體組織。58(2)非合金鋼退火件的冷卻一般采取隨爐冷卻或隨爐冷卻到500℃以下再出爐空冷。(3)非合金鋼正火件的冷卻一般是加熱保溫后即取出于枯燥處空冷，對大型工件可采用風(fēng)冷或噴霧冷卻。三、實(shí)驗(yàn)所用的儀器、材料與工具(1)箱式實(shí)驗(yàn)電阻加熱爐及控溫儀表。(2)洛氏硬度計(jì)、布洛維硬度計(jì)。(3)淬火水槽及油槽。(4)20鋼、45鋼、T12〔或T10〕鋼試樣。(5)長鉗、淬火件掛鉤、砂紙等。59四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、按下表所列工藝條件進(jìn)行各種熱處理操作。2、測定熱處理后的全部試樣的硬度〔爐冷、空冷試樣測HRB或HBS，水冷和回火試樣測HRC〕，并將數(shù)據(jù)填于表內(nèi)。五、實(shí)驗(yàn)步驟與實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)1、全班分成兩大組，每組一套試樣〔20鋼試樣6塊，45鋼試樣7塊，T12試樣7塊〕。每人一塊試樣，各自要記清自己處理試樣的鋼號及熱處理標(biāo)準(zhǔn)〔最好將試樣打上鋼號，以免混淆〕，并將試樣用細(xì)鐵絲綁扎好。602、將20鋼、45鋼和T12鋼試樣，分別按要求放入900±10℃、840±10℃、780±10℃爐內(nèi)加熱。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師已預(yù)先把爐溫升到指定溫度，待試樣裝爐后，關(guān)好爐門，控溫儀表綠色指示燈亮，說明正在通電升溫；當(dāng)爐溫升到規(guī)定溫度時，紅色指示燈亮，說明溫度已達(dá)要求，熱處理爐自動斷電，此時應(yīng)開始記錄保溫時間保溫。在保溫期間，綠色指示燈和紅色指示燈每隔一定時間交替閃亮。當(dāng)保溫15~20分鐘后，分別按規(guī)定要求進(jìn)行水冷、油冷、空冷、爐冷的熱處理操作。3、淬火時，試樣用鐵鉤鉤住鐵絲或用鉗子夾好出爐，入水迅速，并不斷在水中或油中攪拌，以保證熱處理質(zhì)量，取放試樣時爐子要先斷電。614、將各種熱處理后的試樣外表用砂紙磨平，并測出硬度值。每個試樣測試三點(diǎn)，取其算術(shù)平均值，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。5、將45鋼840±10℃加熱水冷淬火試樣取出，分別按工藝放入200℃(T12鋼780±10℃加熱水冷淬火試樣也放入此爐)、400℃、600℃的爐內(nèi)進(jìn)行回火，回火保溫時間30min，出爐空冷。6、用砂紙將回火試樣兩端面磨平，測定不同溫度回火后的硬度值，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)。7、各小組將試樣經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、拋光，浸蝕，在金相顯微鏡下觀察非合金鋼熱處理后的不平衡金相組織(此過程非合金鋼熱處理實(shí)驗(yàn)可以省略)。8、每個同學(xué)必須記下全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行分析。62六、本卷須知1、實(shí)驗(yàn)爐要接地，從爐內(nèi)取或向爐內(nèi)放試樣時，一定要先切斷電源。2、從爐內(nèi)取或向爐內(nèi)放試樣時，工具及試樣不能有水或油，并迅速關(guān)好爐門。3、淬火時的油溫要控制在20~30℃左右。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備及材料等。3、根據(jù)所學(xué)知識簡述實(shí)驗(yàn)的原理。4、將全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫于下表之中。6364八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、分析加熱溫度與冷卻速度對非合金鋼組織與性能〔硬度〕的影響。2、分析鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與淬火后硬度之間的關(guān)系。九、思考題1、比較45鋼正火組織與45鋼淬火后高溫回火〔調(diào)質(zhì)處理〕組織在形態(tài)、性能和用途上有何差異。2、比較45鋼淬火組織與T12鋼淬火組織在形態(tài)、性能和用途上有何差異。65實(shí)驗(yàn)四注塑成型實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解螺桿式注射機(jī)的根本結(jié)構(gòu)，熟悉注塑成型的根本原理。2、掌握熱塑性塑料注射成型的操作過程。3、掌握注射成型工藝條件對注射制品質(zhì)量的影響，注塑工藝條件設(shè)定的根本方法。二、實(shí)驗(yàn)原理注射成型適用于熱塑性和熱固性塑料。注射成型的設(shè)備是注射機(jī)和注射模具。66它是使固體樹脂在注射機(jī)的料筒內(nèi)通過外部加熱、螺桿、料筒與樹脂之間的剪切和摩擦力作用生熱，使樹脂塑化成粘流態(tài)，后經(jīng)移動螺桿以很高的壓力和較快的速度，將塑化好的樹脂從料筒中擠出，通過噴嘴注入到閉合的模具中，經(jīng)過一定的時間保壓、冷卻固化后，脫模取出制品。熱塑性塑料注射時，模具溫度比注射料溫低，制品是通過冷卻而定型的；熱固性塑料注射時，其模具溫度要比注射料溫高，制品是要在一定的溫度下發(fā)生交聯(lián)固化而定型的。熱塑性塑料的注射成型工藝過程如下：67注射成形動畫681、合模與開模合模是動模前移，快速閉合。在與定模將要接觸時，依靠合模系統(tǒng)的自動切換成低壓，提供低的合模速度，低的合模壓力，最后切換成高壓將模具合緊。開模是注射完畢后，動模在液壓油缸的作用下首先開始低速后撤，而后快速后撤到最大開模位置的動作過程叫開模2、注塑階段模具閉合后，注射機(jī)機(jī)身前移使噴嘴與模具貼合。油壓推動與油缸活塞桿相連接的螺桿前進(jìn)，將螺桿頭部前面已均勻塑化的物料以規(guī)定的壓力和速度注射入模腔，直到熔體充滿模腔為止。693、保壓階段熔體充模完全后，螺桿施加一定的壓力，保持一定的時間，是為了解決模腔內(nèi)熔體因冷卻收縮，造成制品缺料時，能夠及時進(jìn)行補(bǔ)塑，使制品飽滿。保壓過程包括控制保壓壓力和保壓時間，它們均影響制品的質(zhì)量。4、冷卻階段保壓時間到達(dá)后，模腔內(nèi)塑料熔體通過冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)冷卻到玻璃化溫度或熱變形溫度以下，使塑料制品定型的過程叫冷卻。這其間需要控制冷卻的溫度和時間。模具冷卻溫度的上下和塑料的結(jié)晶性、熱性能、玻璃化溫度、制品形狀復(fù)雜與否及制品的使用要求等有關(guān)。70模溫高，利于大分子熱運(yùn)動，利于大分子的松弛，可以減少厚壁和形狀復(fù)雜制品可能因?yàn)檠a(bǔ)塑缺乏、收縮不均和內(nèi)應(yīng)力大的缺陷。但模溫高，生產(chǎn)周期長，脫模困難，是不適宜的。對于結(jié)晶型塑料，模溫直接影響結(jié)晶度和晶體的構(gòu)型。5、原料預(yù)塑化制品冷卻時，螺桿轉(zhuǎn)動并后退，同時螺桿將樹脂向前輸送、塑化，并且將塑化好的樹脂輸送到螺桿的前部、并計(jì)量、儲存，為下一次注射作準(zhǔn)備，此為塑料的預(yù)塑化。預(yù)塑化是要求得到定量的、均勻塑化的塑料熔體。塑化是靠料筒的外加熱、摩擦熱和剪切力等而實(shí)現(xiàn)的，剪切作用與螺桿的背壓和轉(zhuǎn)速有關(guān)。71料筒溫度上下與樹脂的種類、配合劑有關(guān)。料筒溫度總是定在材料的熔點(diǎn)或粘流溫度與分解溫度之間，而且通常是分段控制。噴嘴加熱在于維持充模的料流有良好的流動性，噴嘴溫度等于或略低于料筒的溫度。過高的噴嘴溫度，會出現(xiàn)流涎現(xiàn)象；過低也不適宜，會造成噴嘴的堵塞。螺桿的背壓影響預(yù)塑化效果。提高背壓，物料受到剪切作用增加，熔體溫度升高，塑化均勻性好，但塑化量降低。螺桿轉(zhuǎn)速低那么延長預(yù)塑化時間。螺桿在較低背壓和轉(zhuǎn)速下塑化時，螺桿輸送計(jì)量的精確度提高。對于熱穩(wěn)定性差或熔融粘度高的塑料應(yīng)選擇轉(zhuǎn)速低些；對于熱穩(wěn)定性差或熔體粘度低的那么選擇較低的背壓。螺桿的背壓一般為注射壓力的5％～20％。72三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和原料1、主要設(shè)備(1)注塑成型機(jī)。〔HTF120X1型，173cm3，鎖模力1200KN〕它包括注射裝置、鎖模裝置、液壓傳動系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)等。注射裝置是使塑料均勻塑化并以足夠的壓力和速度將一定量的塑料注射到模腔中。注射裝置位于機(jī)器的右上部，由料筒、螺桿和噴嘴、加料斗、計(jì)量裝置、驅(qū)動螺桿的液壓馬達(dá)、螺桿和注射座的移動油缸及電熱線圈等組件構(gòu)成。7374臥式注射機(jī)75鎖模裝置是實(shí)現(xiàn)模具的開啟與閉合以及脫出制品的裝置。它位于機(jī)器的左上部，是全液壓式、充液直壓鎖模機(jī)構(gòu)。它由前模板、移動模板、后模板連接鎖模油缸、大活塞、拉桿和機(jī)械頂出桿等部件組成。液壓和電器控制系統(tǒng)能保證注射機(jī)按照工藝過程設(shè)定的要求和動作程序準(zhǔn)確而有效地工作。液壓系統(tǒng)由各種液壓元件和回路及其附屬設(shè)備組成。電器控制系統(tǒng)由各種電器儀表組成。(2)注射模具〔力學(xué)性能試樣模具〕。2、原料聚乙烯76四、實(shí)驗(yàn)步驟1、詳細(xì)觀察、了解注射機(jī)的結(jié)構(gòu)，工作原理，平安操作等。2、接通水電，翻開控制屏，設(shè)定料筒各段溫度，壓力速度，終止位置。①溫度設(shè)定：一二三四五190℃

200℃

220℃

220℃

210℃

77②其它工藝條件：射出1段

射出2段

射出3段

射出4段

保壓1段

保壓2段

保壓3段

壓力Mpa

650005030速度

400003525系統(tǒng)壓力5.5Mpa，射出位置101.6mm3、待溫度等到達(dá)設(shè)定值后，方可注塑。4、手動：選擇開關(guān)在“手動〞位置，調(diào)整注射和保壓時間繼電器，關(guān)上平安門。每按一個鈕，就相當(dāng)完成一個動作，必須一個動作做完才按另一個動作按鈕。一般是在試車、試模、校模時選用手動操作。785、半自動：將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)至“半自動〞位置，關(guān)好平安門，那么各種動作會按工藝程序自動進(jìn)行。即依次完成閉模、穩(wěn)壓、注座前進(jìn)、注射、保壓、預(yù)塑〔螺桿轉(zhuǎn)動并后退〕、注座后退、冷卻、啟模和頂出。開平安門，取出制品。6、全自動：將選擇開關(guān)至“全自動〞位置，關(guān)上平安門那么機(jī)器會自行按照工藝程序工作，最后由頂出桿頂出制品。由于光電管的作用，各個動作周而復(fù)始，無須翻開平安門，要求模具有完全可靠的自動脫模裝置。7、不管采用哪一種操作方式，主電動機(jī)的啟動、停止及電子溫度控制通電的按鈕主令開關(guān)均須手動操作才能進(jìn)行。79五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象〔詳細(xì)記錄〕六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析1、分析所得的試樣制品的外觀質(zhì)量，從記錄的每次實(shí)驗(yàn)工藝條件分析比照試樣質(zhì)量的關(guān)系。制品的外觀質(zhì)量包括顏色、透明度、有無缺料、凹痕、氣泡和銀紋等。2、將取得的試樣制品，進(jìn)行力學(xué)性能等方面的測試分析。80實(shí)驗(yàn)五手工電弧焊實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馐只『傅母纠碚?，熟練掌握手工電弧焊的根本操作及焊接?biāo)準(zhǔn)參數(shù)調(diào)整的方法。觀察焊接電流，焊接電壓及焊條直徑對焊縫成型的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容焊條類型的選擇及焊接標(biāo)準(zhǔn)的正確預(yù)置，各種焊接位置的操作及焊接標(biāo)準(zhǔn)對焊接成型的影響。三、實(shí)驗(yàn)原理1、手工電弧焊定義：利用電弧放電時產(chǎn)生的熱量加熱熔化焊條和工件，從而獲得牢固焊接接頭的一種電弧焊方法。812、原理：焊條和焊件分別接至焊接電源的兩個輸出端。焊條和焊件接觸以接觸引弧方式引燃電弧，在電弧高溫及較大的電弧吹力作用下，熔化的焊芯端部迅速地形成細(xì)小的金屬熔滴，過渡到局部熔化的工作外表，融合在一起形成熔池。焊條熔化后分成兩局部：金屬焊芯以熔滴形式向熔池過渡；焊條藥皮在熔化過程中產(chǎn)生一定量的氣體和液態(tài)熔渣，不僅使熔池和電弧周圍的空氣隔絕，而且和熔化了的焊芯、母材發(fā)生一系列冶金反響，保證所形成焊縫的性能。隨著電弧以適當(dāng)?shù)幕￠L和速度在工件上不斷地遷移，熔池液態(tài)金屬逐漸冷卻結(jié)晶，形成焊縫。液態(tài)熔渣凝固形成焊渣，覆蓋在焊縫外表上仍起保護(hù)作用。823、焊條電弧焊設(shè)備：焊條電弧