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材料科学与工程学院材料成型及控制工程专业综合实验报告姓名：payion学号：指导老师：实验日期：2017年06月综合实验报告1/17目录第一部分金属力学性能验（以硬度测试为主）.........................................................................2实验一静拉伸试验.................................................................................................................2实验二硬度试验.....................................................................................................................3实验三冲击试验.....................................................................................................................7实验四疲劳试验.....................................................................................................................7实验五磨损试验.....................................................................................................................8第二部分金相综合分析（主要是金相技术综合实验）.............................................................8实验一金相显微镜构成原理与使用.....................................................................................8实验二金相技术综合实验.....................................................................................................8第三部分钢的热处理...................................................................................................................11实验一碳钢的热处理（常规热处理）...............................................................................11实验二离子氮化（化学热处理的一种）...........................................................................13第四部分铸造综合设计实验.......................................................................................................14第五部分心得体会.......................................................................................................................16综合实验报告2/17第一部分金属力学性能验（以硬度测试为主）实验一静拉伸试验静拉伸试验可以测定材料的抗拉强度、上屈服强度、下屈服强度、规定塑性延伸强度、规定总延伸强度、规定残余延伸强度。一、实验目的1、掌握拉伸试验机和引申仪等设备仪器的使用方法；2、掌握钢材的强度指标σb、σs、σ0.2、σk及塑性指标ψ、δ的测试方法；3、对拉伸试样断口进行初步宏观分析，并说明其韧性、脆性。二、试验用仪器与设备设备：万能材料试验机（油压传动式）及配套的电脑及相应的部分。三、拉伸试样试验拉伸试样为国家拉伸试验标准试样，光滑圆柱形，直径十毫米（1厘米），如下图所示：（注：本实验采用10倍标距试样。）四、分析与讨论综合实验报告3/17低碳钢在拉伸过程中分4个阶段：1、弹性阶段（应力应变比列增加,卸载荷载可以恢复原状）；2、屈服阶段（应变的增加大于应力的增加,开始产生塑性变形,应力下限即为屈服点）；3、强化阶段（应变增加应力也增加,最大值即为极限抗拉强度）4、颈缩阶段（应变增加应力下降,产生“颈缩”断裂）。实验二硬度试验硬度：是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力。按照测量方法的不同,可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度、里氏硬度等。硬度试验方法一般分为划痕法、压入法和动力法3类。一、实验目的1、理解并掌握布氏硬度、维氏硬度、显微硬度、里氏硬度、肖氏硬度的实验原理及各种硬度方式的异同点；2、同时学会使用洛氏硬度计和显微硬度机测量材料硬度。二、布氏硬度实验原理1、布氏硬度试验原理：布氏硬度用符号HB表示，计算如下：HB=P/F=P/(πDH)（h为压痕深度）单位MPa或者HB=2P/【Πd*（D-(D^2-d^2)^0.5）】(d为压痕直径)综合实验报告4/172、布氏硬度实验注意事项（1）、布氏硬度的符号及表示方法布氏硬度的符号用HBS或HBW表示。其中HBS表示压头为淬硬钢球，HBW表示压头为硬质合金。（2）、布氏硬度试验范围三、维氏硬度试验1、维氏硬度试验原理采用正四棱锥体金刚石压头（用于显微镜分析)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值。在试验力作用下压入试样表面，保持规定时间后，卸除试验力，测量试样表面压痕对角线长度。3、维氏硬度试验注意事项（1）HV前面的数值为硬度值，后面则为试验力，如果试验力保持时间不是通常维氏硬度计综合实验报告5/17的10-15秒，还需在试验力值后标注保持时间。（2）试样外表要求：维氏硬度试样表面应光滑平整，不能有氧化皮及杂物，不能有油污。（3）试样制备的要求维氏硬度试样制备过程中，应尽量减少过热或者冷作硬化等因素对表面硬度的影响。四、洛氏硬度试验洛氏硬度试验是简便、迅速的硬度测试方法。洛氏硬度试验方法广泛应用于生产制造、科学研究的各个领域。1、洛氏硬度实验原理洛氏硬度试验是用标准型压头在先后两次对被试材料表面施加试验力（初试验力F0与总试验力F0+F1），在试验力的作用下压头压入试样表面。洛氏硬度以符合HR表示，有数种不同的洛氏硬度标度，我国常用的有三种如下图所示：注：初载荷为10公斤力。2、试验方法洛氏硬度试验操作步骤：(一)标准试片1.判断标准试片是用HRB或HRC(本实验材料淬火钢使用HRC)。2.HRC荷重为150kg，使用金钢石圆锥的压痕器3.检查大荷重手柄是否有归位。4.刻度归位。5.用干净的布擦拭标准试片。6.放置标准试片在底座上，找出适当位置对准压痕器7.施加小荷重，使小指针对准红点中心。综合实验报告6/178.归零转动刻度盤。9.施加大荷重，待大指针停止后约10～15秒。10.移除大荷重。11.读出硬度值。12.移除小荷重。13.重复三次，记录数据，求平均值。步骤总结如下：（1）、准备工作：根据试样材料按试验规范选择压头和负荷；根据试样形状选择工作台，务必使试样能稳妥地放在其上，并使试样表面与压头保持垂直；（2）、将试样放在工作台上，旋转手轮，使工作台上升，试样缓慢与压头接触，直至小指针指到红点，大指针垂直向上在5格范围内，表面已加10公斤力的初负荷；旋转指针表盘，使大指针对准表盘o点。（3）、将操纵手柄推向后方，将主负荷加载压头上，此时，大指针逆时针方向转动。（4）、当大指针停转后，扳回手轮卸除主负荷，大指针回转一段距离。此时，大指针所指的数字即为洛氏硬度值。（5）、取下试样，试验完毕。试验测得数据（三次）59HRC62HRC61HRC平均值：60.667HRC故本实验淬火钢球的硬度为60.67HRC3、洛氏硬度试验注意事项（1）、更换压头或载物台时注意将配合处搽拭干净。放置后，应初步试验几次，直到连续两次所得硬度值相同后才能开始正式试验。目的是为了使压头及载物台接触部分压紧，接触良好。（2）、金刚石压头很脆不能与试样、载物台等硬物相碰；（3）、压痕间距或压痕试样边缘距离：HRC、HRA应大于2.5毫米，而HRC应大于4毫米；（4）、测量压痕时最好多人多次测量，减少误差；（5）、压压痕时要注意刻度对其。五、显微硬度试验1、原理（HV表示）显微硬度是一种压入硬度，反映被测物体对抗另一硬物体压入的能力。2、试验数据（三组）746.6HV786.5HV688.2HV平均值：740.43HV五、分析与讨论1、HB及HRC较为常用。2、布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。3、HV-适用于显微镜分析。5、各硬度方法的优缺点：（1）、布氏硬度综合实验报告7/17钢球直径较大，在金属材料表面上留下的压痕也较大，故测得的硬度值比较准确。布氏硬度压痕较大，故不宜测定成品及薄片材料。（2）、维氏硬度维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确；维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。（3）、洛氏硬度操作简便迅速;压痕小,可对工件直接进行检验;采用不同标尺,可测定各种软硬不同和薄厚不一试样的硬度。洛氏硬度试验使材料表面压痕较大,故不宜测试成品或薄片金属的硬度。实验三冲击试验冲击试验示意图即为夏比冲击原理：制备有一定形状和尺寸的金属试样，使其具有U形缺口或V形缺口，在夏比冲击试验机上处于简支梁状态，以试验机举起的摆锤作一次冲击，使试样沿缺口冲断，用折断时摆锤重新升起高度差计算试样的吸收功，即为Aku和Akv。吸收功值(焦耳)大，表示材料韧性好实验四疲劳试验1、实验目的：描绘疲劳曲线，并求疲劳极限σ-1。2、试验用设备及试样综合实验报告8/17实验五磨损试验摩擦磨损试验，测定材料抵抗磨损能力的一种材料试验。磨损形式有磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损、微动磨损、气蚀等试验条件应尽可能与实际条件一致,才能保证试验结果的可靠性。第二部分金相综合分析（主要是金相技术综合实验）实验一金相显微镜构成原理与使用可以利用金相显微镜观察出金属材料的组成成分和结构。在实验中我们使用了光学显微镜和电子显微镜对表面处理过的材料进行观测。金相显微意的使用方法：（1）、接通电源，根据放大倍数选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上及目镜筒内，并使转换器转至固定位置。（2）、将试样放在样品台中心，是观察面朝下。（光要照射到所要观察的金属面上）（3）、粗调手轮，先使载物台下降，同时用肉眼观察，使物镜尽可能接近试样表面，然后相反转动粗调手轮，使载物台渐渐上升以调整焦距，直到物象调整到最清晰程度为止。（4）、适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。实验二金相技术综合实验一、实验目的1、了解并掌握金相试样的制备方法；2、掌握并熟练使用金相显微镜分析技术；3、掌握光学金相显微镜和金相电子显微镜的使用。二、金属显微试样的制备方法（步骤）金属显微试样的制备过程包括取样、镶嵌（试件尺寸太小时）、磨制、抛光、浸蚀等工序。1、取样：一般去在零件失效部位的材料，在取样时温度不要太高，以免温度过高影响组织结构的改变。（试样中得到试样