工程材料实验指导书2013-5

工 程 材 料

实 验 指 导 书

崔国栋 陈俊英 高国庆 编

孙红亮 王良辉 杨 萍

姓 名

学 号

斑 级

授课老师

成 绩

西 南 交 通 大 学 2012年 5 月

实 验 须 知

1、实验不得无故缺席，否则取消期未考试资格；

2、工程材料实验指导书中的实验1-5在教学后随课进展进行做题；实验指导书中的报告在所有实验结束后统一交；

3、材料精品课程材料综合在相应教学内容结束后安排，做实验前必须在材料精品课程网页（网址是：http://clxy.swjtu.edu.cn/gccl/）报名做材料综合实验，实验教室在五号教学楼06-10进行；

4、进入实验室一定要携带铅笔（2B、1H各一支）和橡皮擦等；

5、实验前认真做好预习，明确实验目的和原理，了解实验内容和步骤，以及注意事项； 6、实验过程中必须服从指导教师的指导，严格遵守安全及设备操作规章制度； 7、损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定进行全部或部分赔偿；

8、在实验过程中认真记录好实验数据，实验完毕后，实验数据及结果经指导教师认可并签字后方能离开实验室；

9、实验报告格式在本指导书后；交实验报告时同时还必须附上指导教师签字的实验数据及结果； 10、 11、

实验部分成绩占期末总成绩的20%，即占考试成绩总分中20分； 在考试内容中涉及实验内容部分占20%，即20分。

1

目 录

随堂练习

实验一 金属材料的硬度和冲击韧性测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（3） 实验二 铁碳合金组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（5）

第一实验部分 铁碳合金平衡显微镜组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（5） 第二实验部分 铁碳合金非平衡显微镜组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（8） 实验三 铸铁金相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（11） 实验四 有色金相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（14） 实验五 常规热处理工艺实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（16）

材料综合实验

综合实验 热处理工艺、性能、与显微组织分析综合实验┅┅┅┅┅（17） 附录

附录一┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（24） 附录二┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（27） 附录三┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（30）

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实验一 金属材料的硬度和冲击韧性测定

一、实验目的

1. 了解材料硬度测定原理及方法；

2. 了解布氏和洛氏硬度的测量范围及其测量步骤和方法； 3. 了解显微硬度的测量范围及方法； 4. 了解冲击韧性设备的测定原理、方法；

5. 了解脆性、韧性材料冲击后的断口及冲击值的区别。 二、预习内容

1. 硬度试验的物理意义和工程意义； 2. 布氏硬度和洛氏硬度的原理，适用范围；

3. 冲击试验的原理，冲击韧性的物理意义和工程意义。

三、实验内容和安排（由学生在网上做认识实验，操作实验在综合实验中做）

1. 测定HRC和HB

（1） 两块钢样品其中一块经淬火处理（测量HRC），一块经退火处理（测量

HB）；

（2）测HRC所用压头为120金刚石圆锥，压力为150kg（其中预加压力P010kg) （3）用淬火后的样品在洛氏硬度计测三个点的硬度数据，然后将三个数据求平均

值，得出该材料淬火后的HRC。

（4）测HB所用压头为D2.5mm淬火钢球，压力P187.5kg（其中预加压力

P010kg)；

（5）用退火后的样品在布氏硬度计上测2个压痕，每个压痕在垂直的两个方向各

测一个直径数值，求该数值的平均查表可得出HB（用内插外推法查表），再将两个压痕的硬度数值求平均值得出该材料退火后的材料的HB。（要求每组同学测二个压痕直径值）。 （6）硬度计的操作见附录一。 2. 测定ak值

（1）观察横梁式弯曲冲击试验方法测定钢试样的ak值；

型，断口截面积为108mm；

（3）记录各次冲击试样所消耗的冲击功AK值，然后公式求出ak值，再算术平均

求出各材料的ak值；

（4）比较韧、脆性两种材料断口及冲击值的差异。

3

（2）所用材料为T10高碳钢和A3低碳钢；每种材料试样各1块，所开缺口为U

四、讨论内容

1. 测量硬度前为什么要进行打磨？ 2. HRC、HB和HV的试验原理有何异同？

3．HRC、HB和HV各有什么优缺点？各自适用范围是什么？举例说明HRC、HB

和HV适用于哪些材料及工艺？ 4. 试分析硬度试验中产生误差的原因？

5. 为什么ak值表现出很大的分散性？影响ak值的因素有哪些？ 6. 韧、脆性材料断口有何区别？韧、脆性材料哪个ak值高？ （请将解答做在指导书后面的相应实验报告中）

五、问答题

1. HRC、HB和HV的试验原理有何异同？

2．HRC、HB和HV各有什么优缺点？各自适用范围是什么？举例说明HRC、HB和

HV适用于哪些材料及工艺？

3. 为什么ak值表现出很大的分散性？影响ak值的因素有哪些？

4. 韧、脆性材料断口有何区别？韧、脆性材料哪个ak值高？

5、对冲击实验中的问题，其韧性断口与脆性断口的形貌有何区别？

4

实验二 铁碳合金组织观察

第一部分 铁碳合金平衡组织分析 一、实验目的

1. 了解金相样品的制备及腐蚀过程；

2. 了解金相显微镜的构造、成像原理，学习金相显微镜的使用方法； 3. 了解铁碳合金在平衡状态下高温到室温的组织转变过程； 4. 分析铁碳合金平衡状态室温下的组织形貌；

5．加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。 6．画出常用铁碳合金的组织形貌。

二、预习内容

1. 金相试样的制备过程（见附录二）。 2. 金相显微镜的成像原理（见附录三）。

3. 工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁和过

共晶白口铸铁的平衡结晶过程。

4. 铁素体、珠光体、渗碳体、莱氏体组织的相组成、组织特征、性能特点以及成分

范围。

三、实验内容

1. 了解金相样品的制备过程（阅附录二）。

2. 了解金相显微镜结构，学习使用方法（阅附录三，了解金相显微镜结构，具体使

用在综合实验中进行）。

3. 观察表1中样品的显微组织（在网上实验室中观察）。

四、实验要求：

1. 携带铅笔（2B、1H各一支）和橡皮擦等在网上实验室中做实验。

2. 用铅笔画表1中1、4、5和2（或3）共四个样品的显微组织；每一种样品都各

画在一个35mm～40mm的圆内，并用箭头标出图中各相组织（用符号表示），在圆的下方标注材料名称，热处理状态，放大倍数和浸蚀剂等。

3. 估计20钢、45钢中P和F的相对量（即估计所观察视场中P和F各自所占的面

积百分比），并应用Fe-Fe3C相图利用杠杆原理从理论上计算这两种材料的P和F组织相对量，与实验估计值进行比较。

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五、讨论内容

1. 杠杆原理的理论和实验意义是什么？

2. Fe-C合金平衡组织中，渗碳体可能有几种存在方式和组织形态？试分析它对性能

有什么影响？

3. 铁碳合金的C%与平衡组织中的P和F组织组成物的相对数量的关系是什么？ 4. 珠光体P组织在低倍观察和高倍观察时有何不同？为什么？

表1 Fe-C合金平衡组织观察样品状态

序材料 号 状态 单一等轴晶F（少量夹杂），在显微镜中只能见 1 2 3 4 5 工业纯铁 20# 45# T8 T12 亚共晶白6 口铸铁 退火 100× 同上 和P（均匀分布黑色小点或条状组织） 退火 退火 退火 退火 退火 400× 400× 400× 400× 100× 4%酒精 F晶界及夹杂 同上 同上 同上 同上 状P） 组织为P+Le，黑色树枝状为P，Le是Fe3C（白色）F(白色晶粒)+P(黑色晶粒) 同上，但P量多 片状P，无晶界显示 沿晶界白色网状Fe3CII，晶内黑色P（局部少量的片热处理放大倍数 浸蚀剂 组织及特征

六、画出以下平衡金相组织示意图

1. 用铅笔画表1中1-6共六个样品的显微组织；并用箭头标出图中各组织（用符号表示），在圆的下方标注试样编号、材料名称、热处理状态、放大倍数和浸蚀剂。

放大倍数：×400 放大倍数： ×400 放大倍数：×400 材 料：工业纯铁 材 料：20 钢 材 料：45钢 热处理状态：退火 热处理状态： 退火 热处理状态：退火

6

放大倍数：×400 放大倍数： ×100 放大倍数：×400 材 料：T8 材 料：亚共晶 材 料：共晶 热处理状态：退火 热处理状态：退火 热处理状态：退火

七、问答题

1. 杠杆原理的理论和实验意义是什么？

2. Fe-C合金平衡组织中，渗碳体可能有几种存在方式和组织形态？试分析它对性能有什么影响？

3. 铁碳合金的C%与平衡组织中的P和F组织组成物的相对数量的关系是什么？

4. 珠光体P组织在低倍观察和高倍观察时不何不同？为什么？

5．估计20钢、45钢中P和F的相对量（即估计所观察视场中P和F各自所占的面积百分比），并应用Fe-Fe3C相图利用杠杆原理从理论上计算这两种材料的组织相对量，与实验估计值进行比较。

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第二部分 铁碳合金非平衡显微镜组织观察 一、实验目的

1. 掌握碳钢热处理工艺及操作方法； 2. 掌握铁碳合金非平衡的组织形态特征； 2. 加深热处理工艺对钢组织和性能影响的理解。 二、实验原理（由学生预习时准备）

1. 过冷奥氏体等温转变产物组织特征和性能特点。 2. CCT图和TTT图的应用。

3. 钢淬火回火时的组织转变、组织特征和性能特点。 三、实验内容

观察表2中样品的显微组织。

表2 Fe-C合金非平衡组织观察样品状态

序号 1 2 3 4 5 45 45 T12 45 T12 材料 热处理工艺 放大倍数 840℃油冷（或空冷+水冷） 100× 840℃水冷 900℃水冷+200℃回火 840℃水冷+600℃回火 850℃炉冷（球化） 400× 400× 400× 400× 3%HNO3酒精 3%HNO3酒精 3%HNO3酒精 3%HNO3酒精 3%HNO3酒精 网状T+M+A M+A 粗大针状M′+A S 粒状F + Cem 浸蚀剂 组织及特征 四、实验要求

1. 携带铅笔和橡皮擦等在网上实验室观察表2中各种组织；

2. 用铅笔画表2中各种样品显微组织。每一种样品都各画在35mm～40mm的圆

内。并用箭头标出图中各组织（用符号表示）在圆的下方标注材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂等。 五、讨论内容

1. 碳钢的平衡组织和非平衡组织各有哪些？ 2. CCT图和Fe-Fe3C相图的应用各有什么条件？

3. 45钢淬火后硬度HRC35—40，其组织是什么？造成硬度偏低的原因有哪些？ 4. 表2中2、3两种样品组织在形态和性能上有什么差异？

5. 含C量为1.1%的工具钢加热至900℃淬火后发现硬度不足，脆性很大，试分析原因，并提出改进措施。

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六、画出以下平衡金相组织示意图

用铅笔画表2中各样品显微组织。并用箭头标出图中各组织（用符号表示）在圆的下方标注材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂。

放大倍数：×400 放大倍数： ×400 放大倍数：×100 材 料： 45钢 材 料：45钢 材 料：T12

腐 蚀：4%酒精 腐 蚀：4%酒精 腐 蚀：4%酒精

热处理状态：淬火 热处理状态：油淬 热处理状态：淬火+低温回火

放大倍数：×400 放大倍数： ×400 材 料：45钢 材 料： T12钢

腐 蚀：4%酒精 腐 蚀： 4%酒精 热处理状态：高温回火 热处理状态：球化退火

七、讨论

1. 碳钢的平衡组织和非平衡组织各有哪些？

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2. CCT图和Fe-Fe3C相图的应用各有什么条件？

3、45钢淬火后硬度HRC35—40，其组织是什么？造成硬度偏低的原因有哪些？

4. 表2中2、3两种样品组织在形态和性能上有什么差异？

5. 含C量为1.1%的工具钢加热至900℃淬火后发现硬度不足，脆性很大，试分析原因，并提出改进措施。

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实验三 铸铁金相组织观察

一、实验目的

1. 从组成物和形态上区别白口铸铁与灰口铸铁；

2. 掌握灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁中石墨形态的特征； 3. 认识铸铁在铸造状态下的三种不同基体； 二、实验原理（由学生预习时准备）

1. 石黑化进行的不同程度对铸铁显微组织的影响。 2. 石墨的形态差异对铸铁性能的影响。 3. 可锻铸铁和球墨铸铁的形成机理。 三、实验内容

观察表3中所列金相样品的显微组织。

表3 铸铁显微组织观察样品状态

序号 1 2 3 4 5 灰口铸铁 同上 同上 球墨铸铁 可锻铸铁 铸态 同上 同上 同上 同上 3%HNO3酒精 同上 同上 不浸蚀 同上 100 同上 同上 同上 同上 F+G片 F+P+G片 P+G片 钢基体+G球 钢基体+G团 材料 处理工艺 浸蚀剂 放大倍数 组织特征 四、实验要求

1. 携带铅笔和橡皮擦等进行网上实验室上做实验；

2. 用铅笔画出表3中的1、4、5种显微组织；每一样品都各画在一个35mm～40mm

的圆内。并用箭头标出图中各显微组织，在圆下方标注材料名称、工艺状态、放大倍数和浸蚀剂等。 五、讨论内容

1. 铸铁的石墨形态有几种？铸铁在铸造状态下的基体组织有几种？ 2. 从化学成分、组织、性能说明铸铁与钢的区别。 3. 不同基体的灰口铸铁性能有哪些差别？ 4．三种铸铁的使用范围是什么？

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六、铸铁金相组织分析

用铅笔画出显微组织；并用箭头标出图中各显微组织，在圆下方标注材料名称、工状态、放大倍数和浸蚀剂。

放大倍数：×400 放大倍数： ×400 放大倍数：×400 材 料：灰口铸铁 材 料：球墨铸铁 材 料：可锻铸铁 未腐蚀 未腐蚀 未腐蚀

热处理状态：铸造 热处理状态：铸造 热处理状态：铸造

放大倍数：×400 放大倍数： ×400

材 料：铁素体基体灰口铸铁 材 料：铁素体+珠光体基体球墨铸铁 腐 蚀：4%酒精 腐 蚀： 4%酒精 热处理状态： 铸造 热处理状态：铸造

七、讨论内容

1. 铸铁的石墨形态有几种？铸铁在铸造状态下的基体组织有几种？

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2. 从化学成分、组织、性能说明铸铁与钢的区别。

3. 不同基体的灰口铸铁性能有哪些差别？

4. 三种石墨形态的铸铁使用范围是什么？

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实验四 有色金属显微组织观察

一、实验目的

1．认识了解Al-Si合金变质与未变质的组织形态； 2．认识了解-黄铜的显微组织； 3．了解不锈钢的显微组织； 4．认识了解轴承合金的显微组织。 5．

二、实验原理（由学生预习时准备） 铸造Al-Si合金的变质处理原理。

三、实验内容

观察表4中所列金相样品的显微组织。

表4 铸铁显微组织观察样品状态

序号 1 2 3 Al-Si合金 同上 -黄铜 铸态、变质 铸态、未变质 铸态、冷挤压 0.5%HF水溶液 0.5%HF水溶液 3%FeCl3+10% HCl水溶液 400 同上 同上 Al+(Al+Si)共晶 Al+Si针 单相（有孪晶） 材料 处理工艺 浸蚀剂 放大倍数 组织特征

四、实验要求

1. 携带铅笔和橡皮擦等进行网上实验室上做实验；

2. 画出表4中各种试样的显微组织；每一样品都各画在一个35mm～40mm的圆

内。并用箭头标出图中各组织，在圆下方标注材料名称、工艺状态、放大倍数和浸蚀剂等。

五、讨论内容

1. 铸造Al-Si合金变质前后组织和性能有什么差异？ 2. 有哪两种黄铜？它们各有什么特点和应用？

（请将讨论内容和金相组织画到指导书后面的相应实验报告中）

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六、有色金属

画出表4中各样品的显微组织；每一样品都各画在一个35mm～40mm的圆内。并用箭头标出图中各组织，在圆下方标注材料名称、状态、放大倍数和浸蚀剂。

放大倍数： 放大倍数： 材 料： 材 料： 热处理状态： 热处理状态：

讨论内容：

1. 铸造Al-Si合金变质前后组织和性能的什么差异？

2. 有哪两种黄铜？它们各有什么物点和应用？

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放大倍数： 材 料： 热处理状态：

实验五 常规热处理

一 实验目的

1 了解常规热处理的操作方式；

2 掌握常规热处理（退火、正火、淬火、回火）的工艺及热处理后的组织与性能； 3 加深认识热处理工艺对钢组织与性能的影响。 二 实验内容

1 掌握热处理的工艺操作； 2 掌握热处理的工艺曲线； 3 各种热处理工艺处理后的组织；

4 观察各种热处理工艺处理后的组织形貌； 三 实验要求

1 认识各热处理方式（退火、正火、淬火、回火）的工艺操作； 2 画出各热处理方式处理后的所获得的组织与形貌。 四 讨论内容

比较各热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺的定义、目的、组织转变过程、性能变化、用途和适用的钢种、零件的范围；

（请将讨论内容和金相组织画到指导书后面的相应实验报告中）

第二实验部分

用铅笔画表2中各样品显微组织。并用箭头标出图中各组织（用符号表示）在圆的下方标注材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂。

放大倍数：×400 放大倍数： ×400 放大倍数：×400 材 料： 45钢 材 料：45钢 材 料：45钢

腐 蚀：4%酒精 腐 蚀： 4%酒精 腐 蚀： 4%酒精 热处理状态：正火 热处理状态：淬火 热处理状态：油淬

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综 合 实 验

一、实验目的

1、了解金相试样的制备过程；

2、了解金相显微镜的构造、成像原理及金相显微镜的使用方法；

3、预测不同热处理工艺后的金相组织，并说明各种组织对应的热处理工艺； 4、了解同一种材料平衡状态下及经不同的热处理工艺处理后组织发生了什么变化； 5、了解热处理设备及其温度控制方式； 6、掌握热处理工艺的操作过程及方法；

7、通过实际操作进一步加深对加热原理的理解。

二、实验步骤

1、分组：8-12人/组；

2、了解热处理设备、温度控制方式、冷却介质及热处理工艺操作；。

3、实验的技术要求，制定材料的热处理工艺（在实验前预习时完成，包括加热温度、保温时间、冷却介质等）：

4、热处理工艺操作步骤（加热、保温→冷却→硬度测定→回火→硬度测定），工件尺寸：φ20mm×10mm。

实验流程：试样加热、保温、冷却处理→ 打试样淬火后的硬度→再进行回火工艺→打试样回火后的硬度。

5、测定钢进行相应的热处理处理后的实际硬度（包括淬火后HRC和淬火+回火后的HRC

或HB），填入表5中。

6、金相组织分析（用铅笔画组织示意图）

①低碳马氏体 （20钢淬火后的金相组织）

②高碳淬火马氏体+残余奥氏体 （T8淬火金相组织）。

③。淬火马氏体+网状屈氏体+少量残余奥氏体（45钢油冷后的金相组织）。 ④45钢淬火+高温回火（调质）：回火索氏体 7、数据整理交实验老师签名实验结束。

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《机械工程材料》综合实验数据记录与典型组织分析

综合实验 热处理工艺、性能、与显微组织分析综合实验

实验时间： 年 月 日 学号： 姓名：

一、热处理工艺

表1 热处理实验样品的技术要求

材料 45钢-1 45钢-2 60Si2Mn 技术要求 HB250-300 HRC55-60 HRC42-48 淬火工艺后硬度 HRC57-61 HRC57-61 HRC58-62 表2 实际操作时的热处理工艺

材料 加热温度 45钢-1 45钢-2 60Si2Mn 淬火工艺 保温时间 冷却方式 加热温度 回火工艺 保温时间 冷却方式 回火工艺后硬度 HB250-300 HRC55-60 HRC42-48 样品尺寸 Φ16×10 Φ16×10 Φ12×10 二、硬度测试结果

表3 硬度测试结果

材料 45钢-1 45钢-2 60Si2Mn 淬火硬度HRC 金相组织 回火硬度HRC或HB 1点 2点 3点 平均 1点 2点 3点 平均 金相组织 18

三、典型金相组织分析 请在方框中添入金相组织。

材质： 45钢 处理工艺： 正火 材质： 45钢 处理工艺： 淬火+低温回火 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 100× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

材质： 45钢 处理工艺： 调质 材质： 45钢 处理工艺： 油淬火

腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

19

材质： 45钢 处理工艺： 正 火 材质：60Si2Mn钢 处理工艺： 淬火+中温回火 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：100× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

材质： T10钢 处理工艺： 球化退火 材质： T12 钢 处理工艺： 淬火+低温回火 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

20

材质： 20Cr钢 处理工艺： 淬火+低温回火 材质： 灰铸铁 处理工艺： 等温淬火

腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

材质： 可锻铸铁 处理工艺： 铸造 材质：可锻铸铁 处理工艺： 铸造

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腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数： 400×

材质：灰铸铁 处理工艺： 铸 造 材质： 灰铸铁 处理工艺： 铸 造

腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400×

材质： T8 处理工艺： 退火 材质： T12 处理工艺： 退火 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：400× 腐蚀剂：4%酒精 放大倍数：100×

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三、分析讨论

1、你做的45钢材料经过淬火后硬度是否达到技术指标要求？为什么？

2、你在实验中采用了哪几种淬火介质？哪种冷却介质冷却速度最快？

3、钢淬火后，为什么要进行回火处理？回火工艺有哪几种，各有什么用途？

4、常规淬火热处理后为什么表面要进行打磨后才能测量硬度值？

5、 T12碳素工具钢加热到980℃淬火后发现硬度偏低，试分析原因？并提出改进措施。

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附录一 HD-187.5型硬度计的使用方法

硬度计由机身、主轴杠杆机构、加荷机构、光学测量指示机构、负荷变换机构及试验台升降机构等部分组成，如下图1所示。

图1 HD-187.5型硬度计结构图

一 试验前的准备工作

1. 试亲的准备

（1） 试样表面应精细制备，使其光滑，不得带有油脂、氧化皮、漆层、裂纹、

显著加工痕迹、凹坑和其它污物；

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（2）试样表面通常为平面，对于曲面试样，其曲率半径不应小于15mm。 2. 工作台的选择及安装 3. 总负荷的预选：

（1）HRC按表6进行预选

表6 洛氏硬度实验的压头、载荷数和适用范围 符号 标尺 硬度 压头 压力 有效测大致相当的P0+P(Kg) 量范围 HV硬度范围 B C A

HRB Φ1.588钢球 。10+90 10+140 10+50 25~100 20~67 70~85 60~240 240~900 390~900 HRC 顶角120金刚石圆锥 HRA 顶角120金刚石圆锥 。（2）HB按表7进行预选

二、试验程序（见图2）

1. 打开机身右侧下方的光源开关，使投影屏上能看到清晰的影象。

2. 将试样放在工作台上，转动升降台使试样的测试面与压头接触，继续缓慢转动手轮，使试样继续升高，此时投影屏上的基线（横线）与左边刻度“100”接近重合（上下偏移不大于5格）。

3. 旋转投影屏下的刻度微调钮，使分析板上的刻度100与投影横线重合，此时预负荷10kg已施加在试样上（见图1）

4. 拉动加载手柄，则主负荷缓慢施加于试样上，投影屏上的刻线慢回行而停止在一定位置上，此时标尺所指示的压痕深度，是在总负荷作用下试样的弹性变形也计算在内，因此不能以此作为硬度的读数（见图1）。

5. 将加载手柄拉向后方，使主负荷卸除，此时试样受10kg的初载荷，压痕的弹性已恢复。此时投影屏上横线对准标尺的数字，即为洛氏硬度值（见图1）。如果用金刚石圆锥压头，施加60、150kg负荷，则在投影屏的左边读出HRA或HRC。如果用直径1.588mm的钢球压头，施加100kg负荷，则在投影屏的右边读出HRB。 6. 降下工作台取出试样。

7. 测量布氏硬度时，操作方法同上，但不在显示屏上读数。取下试样后在读数显微镜下测量压痕尺寸。

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三、注意事项

1. 试验时必须保证所施加作用力与试样表面垂直。 2. 试验过程中加载应平稳均匀，不得受任何冲击或振动。 3. 两压痕间距不能太小，至少大于3倍压痕直径以上。 4. 每个试样试验次数不宜少于3次。

5. 在施加负荷时，工作台仅允许向上移动，直至初负荷施加好为止，不准中途退回再向上移动。

6. 降下工作台时应注意转动手轮的旋转方向。

7. 测量布（维）氏硬度时，操作方法同上，但不在投影屏上读数。取下试样后在

读数显微镜下测量压痕尺寸。

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附录二 金相试样的制备

金相样品的制备一般包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。现简述如下： 一、

取样和镶嵌

取样部位及观察面的选择，必须根据被分析材料或零件的失效分析特点、加工工艺的性质，以及研究目的等等因素来确定。

进行失效分析研究时，应在失效部位完整地取样。

对于轧材，研究非金属夹杂物的分析和材料表面缺陷时，应垂直于轧制方向（即横向）取样；研究夹杂物的类型、形状、材料变形度、带状组织等时，应平行于轧制方面上（即纵向）取样。

对热处理后的零件，因为组织较均匀可任意选择取样部位和方向；对于表面处理过的零件，在表面部位取样，要能较全面地观察到整个表面层的变化。

取样时要注意方法，要避免因取样导致观察面的组织变化。一般软材料可用锯、车等方法；硬材料可用水冷砂轮切片机场割或电火花线切割；硬而脆的材料则可用锤击；大件可用氧割。等等。

试样大小一般以手拿操作方便即可（如直径10~15mm，高10mm的圆柱体）。若样品过小（如细丝、薄片）或形大辩论不规则，以及有特殊要求9例如要求观察表面组织），则必须进行镶嵌。

镶嵌方法有：低熔点合金的镶嵌、电木粉镶嵌、环氧树脂镶嵌等，此外还可用夹肯来夹持试样。 二、磨制

软材料粗磨可用锉刀锉平，一般钢铁用砂轮机磨平，打磨时用水冷，以防温度升高引起组织变化。

细磨可用手工磨或机械磨。手工磨是在金相砂纸上研磨。国产金相砂纸按粗到细分为01、02、03、04、05等号。研究磨时依次用01号磨至05号，且每换一号砂纸时将试样转90（即与上道磨痕方向垂直），以便观察上道磨痕是否被磨去。研究磨软材料时，可在砂纸上涂一层润滑剂，如机测、汽油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入试样表面。

为了加快研磨速度，可采用在转盘上贴上水砂纸的预磨机时行机械磨。水砂纸按粗细有200、300、400、500、600、700、800、900号等。用水砂纸盘磨样时，应不断加水冷却。同样，每换一号砂纸时试样用水冲洗干净，也调换90方向。 三、抛光

为了使磨面成为镜面，细磨后的试样还需进行抛光。抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光等方法，其中使用最广的是机械抛光。

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机械抛光在专用抛光机上进行。抛光盘上装不同材料的抛光布（粗抛时常用帆而或粗呢，精抛时沿抛光盘上不断滴注抛光液（水或Al2O3，Cr2O3，MgO的悬浮液）或在抛光盘上涂极细的金刚石研磨膏。试样磨面应均匀地、平正地压在旋转的抛光盘上。待试样表面磨痕全部消失且呈光亮的镜面时，抛光过程就告结束。

电解抛光是将试样放入电解槽中，作为阳极，用不锈钢板或铅板作阴极，通以直流电流，使试样表面凸起的磨痕被溶解而抛光。化学抛光是依靠化学溶液对试样表面的电化学溶解而获得抛光表面的方法。 四、浸蚀

除观察试样中的某些非金属夹杂物或铸铁中的石墨形态等情况外，金相样品在抛光后还需进行浸蚀处理。

抛光后的试样只有通过浸蚀后才使显策组织显现出来，如图2所示。金相显微镜光源的光线照到试样表面，由于有的组织或是昌界易腐蚀而呈现凹凸不平，表面与入射光线垂直的组织将大部分把光线反射回去，在显微镜视场中呈白亮状；而有些组织由于表面不垂直于入射光线，而使许多光线散射掉，只有很少的光线反射回去，在显微镜视场中呈灰暗状。由此明暗不同产生衬度而形成图象。

金属材料的常用化学浸蚀剂见表9（见下页）。

浸蚀时，可钭试样磨面浸入腐蚀剂中，也可用棉花沾浸蚀剂擦拭表面。浸蚀的深浅根据组织的特点和观察时的放大倍数来确定。高倍观察浸蚀要轻一些。一般待试样表面颜色稍发暗时间即可。浸蚀后用水冲洗，再用洒精清洗，最后用吹用机吹干或用吸水纸、棉花等吸干。

图2 金相显微组织成像原理图

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表9 常用的金相试剂

序试剂名称 号 1 酒精溶液 HNO31~5毫升 酒精 100毫升 100毫升 1~5克 5毫升 100毫升 25克 2克 100毫升 显示不锈钢，奥氏浸蚀至显现组织 体高镍钢，铜及铜合金组织，显示奥氏体不锈钢的软化组织 6 王水甘油溶液 盐酸 甘油 10毫升 30毫升 4克 化物、相等 显示铜及铜合金组随用随配，以保持新鲜，用织 棉花醮擦 显示奥氏体镍铬合先将盐酸与甘油充分混合，然后加入，试样浸蚀前先行用势火预热 显示高合金钢中碳煮沸使用，浸蚀1~10分钟 50毫升 100毫升 2 苦味酸酒精溶苦味酸酒2~10克 液 精 3 苦味酸盐酸酒苦味酸 精溶液 盐酸HCl 酒精 4 苛性钠苦味酸苛性钠 水溶液 苦味酸 水H2O 碳钢及低合金钢的含量按材料选择，浸蚀组织显示 数秒钟 成分 适用范围 注意事项 对钢铁材料的细密浸蚀时间为数秒钟至数分组织显示较清晰 钟 显示淬火及淬火回浸蚀时间较上例约快数秒火后钢的晶粒和组钟至一分钟 织 钢中的渗碳体染成加热煮沸浸蚀5~30分钟 暗黑色 5 氯化铁盐酸水氯化铁FeCl3 5克 溶液 盐酸 水 20~30毫升 金等组织 7 高锰酸钾苛性高锰酸钾4克 钠 苛性钠 50毫升 8 氨水双氧水溶氨水（饱和）液 H2O2（3%）50毫升 水溶液 8克 9 氯化铜氨水溶氯水（饱和）同上 浸蚀30~60秒 液 氨水（饱和） 100毫升 显示铜合金组织 用棉花擦拭 Fe(NO3)3水 100毫升 10 铁水溶液 铁10克 11 混合酸 氢氟酸（浓） 1毫升 显示硬铝组织 浸蚀10~20秒或用棉花醮擦 盐酸、 1.5毫升 2.5毫升 水95毫升 12 氢氟酸水溶液 氢氟酸HF（浓） 水 13 苛性钠水溶液 苛性钠 水 ③ 5毫升 显示一般铝合金组用棉花擦试 99.5毫升 1克 90毫升 显示铝及合金组织 浸蚀数秒钟 织

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附录三 金相显微镜的使用

一、 金相显微镜结构

金相显微镜型号：OLYMPUS-CX21。 1、显微镜结构图

显微镜目镜 双筒显微镜目镜组 金相显微镜偏光镜片 显微镜物镜转换架 金相、生物的物镜 试样载物台及压板 调节显微镜光源大小

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CCD图像采集器 起偏镜（可调偏光） 金相显微镜光源 金相显微镜滤光片 金相生物显微镜切换 试样横向、纵向移动 显微镜粗细调焦手轮 显微镜电源 2、显微镜光路图

二、 金相显微镜与CCD数字网络显微互动系统操作步骤

1、 2、 3、 4、 5、 6、

打开显微镜电源；

切换生物、金相组织观察光源； 放置试样；

调节粗、细调焦手轮，使目镜能清晰看到组织； 双击桌面上的MIE显微图像处理软件；

双击桌面上MIE显微图像处理软件图标，则弹出图1，其中左上角有预览、图像处理、视频回放，右边有设置、预览、停止、全屏、拍照、录像、停止录像、

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测量、标记、滤波、标定、高级等功能；

图1

7、 单击MIE显微图像处理软件 “设置”将弹出图2，选择保存拍照图片的路径、

拍照的放大倍数、保存格式，选择好后按确定则保存。

按设置

图2

8、

单击MIE显微图像处理软件“预览”则金相组织图像将切换到显示器上图3，再次调节粗、细调焦手柄使显示器上的图像清晰；

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图3

9、

再次调节显微镜的微调使显示屏幕上显示出清晰图像为止（若有闪光则显微镜光源太强，可调节光源大小）； 10、作业提交、电子举手、远程信息

单击右下角“电脑”图标，出现菜单如下功能，如图4。

1） 电子举手； 2）远程信息； 3）作业提交；

图4

1）电子举手： 学生在听课的过程中，可以使用电子举手请求老师回答你的问题，登录后在右键菜单中选择电子举手或按Scroll Lock键即可发出举手信息。 2）远程信息： 通过远程信息对话框可以和老师对话提出问题。

3）作业提交： 把你已拍摄的图片做完后，单击右下角“作业提交”弹出作业提交对话框，单击第一个窗口 “打开”如图5找到你的图片，再单击第四个窗口“提交作业”输入你的姓名后按确定则提交完毕如图6。

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图5

图6

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