机械工程材料实验指导书

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1、《机械工程材料》实验指导书机械工程类材料科学与工程学院2011年9月实验室安全守则与注意事项材料检测与分析实验室中，许多设备在运行过程中涉及高温环境和力；有的化学试剂易燃、易爆甚至还有腐蚀性和毒性。所以进行实验时，必须特别注意安全问题，绝对不能麻痹大意。为此，实验前应认真听辅导教师讲解，必须掌握实验注意事项，实验过程中要严格遵守安全守则，避免事故的发生。实验室安全守则与注意事项如下：1.严禁在实验室内跑、跳、打闹等，应保持实验室的安静。2.进入各实验室做实验时，必须遵守各实验室的具体要求。3.严禁将零食及饮料水等带入实验室。4.注意实验设备及其工作

2、台，严禁将重物置于工作台上或在工作台上施压，只有在指导教师许可的情况下方可打开设备电源。5.离开实验室时应检查水、电等，并经指导教师检查后方可离开。6.做完实验后，必须由指导教师检查实验结果，然后关掉电源等，并将实验现场收拾整齐。实验一 铁碳合金平衡组织观察与分析一、实验目的1．观察和识别铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织；2．进一步了解Fe-Fe3C相图在铁碳合金组织分析中的应用；二、概述（一）组织特征显微组织特征是指晶粒、相、组织的形状、大小、数量和分布。对于纯金属来说，指的是晶粒的形态、大小和分布，对于合金来说还要研究相和组织特

3、征。铁碳合金的平衡组织是研究和分析钢铁材料的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态即接近平衡状态）所得到的组织。所有碳钢和白口铸铁的室温平衡组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。但由于含碳量不同，铁素体（F）和渗碳体（Fe2C）相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因为呈现各种不同的组织形态。在金相显微镜下平衡组织一般有下面几种基本组成物。（1）铁素体（F）——是碳溶入α—Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格、具有磁性及良好塑性，硬度低。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现亮白色的等轴晶

4、粒，亚共折钢中铁素体呈块状分布，当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。（2）渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆。耐腐蚀性强，经4%硝酸酒清溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用碱性苦味酸钠溶液浸蚀。则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色。由此可区别铁素体与渗碳体。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态。一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出物，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；共晶渗碳体是由液体在

5、发生共晶反应时得到的，呈层片状结构，与铁素体共同构成珠光体；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状或粒状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。（3）珠光体（P）——是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。在高倍放大进能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度而无法分辩，因此，当组织较细而放大倍数低时，珠光体的片层不能分辩，而呈黑色。

6、（4）莱氏体（Ld′）——是在室温时珠光体及二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727℃以下分解为珠光体。菜氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基体上相间地分布着暗黑色斑点状或细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。（二）分类1.工业纯铁（含碳量＜0.0218%）室温下它为两相组织，由等轴晶粒状铁素体和少量不连续薄片状或粒状三次渗碳体组成。铁素体图1工业纯铁的显微组织图220钢的显微组织硬度在80HB左右

7、，而渗碳体硬度高达800HB，工业纯铁中的渗碳体量很少，故塑性、韧性好，而硬度、强度低，不能用作受力零件。2.碳钢（0.0218%＜含碳量＜2.11%）（1）共折钢（含碳量为0.77%）室温下其显微组织由单一的珠光体组成，即铁素体和渗碳体的混合物，在光学显微镜下观察时，可看到层片状的特征，即渗碳体呈细黑线状和少量白色细条状分布在铁素体基体上，若放大倍数低，珠光体组织细密或腐蚀过深时，珠光体片层难于分辨，而呈现暗黑色区域。图340钢的显微组织图460钢的显微组织（2）亚共折钢（0.0218%＜含碳量为＜0.77%）室温组织为铁素体和珠光体，随着含碳量

8、的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应的增加，显微组织中铁素体呈白色，珠光体呈暗黑色或层片状。对于亚共析钢，可