金属学与热处理实验指导书

金属学与热处理实验指导书

张学萍毕鉴智

沈 阳 理 工 大 学

二O O 七 年 九 月

前言

本书是根据《金属学与热处理》课程的有关内容为提高实验教学质量、加强实验教学环节而编写的。在内容上基本符合教学大纲的要求。

本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法、热处理及金相显微组织的观察，使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识，而热处理综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。

本实验指导书使用于：材料成型及控制专业

目录

实验一金属的磨片实验 (4)

实验二铁碳合金的平衡组织观察 (14)

实验三钢的热处理综合实验 (21)

实验一金属的磨片实验

一、实验目的

1掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；

2初步学会用比较法测定工业纯铁的晶粒度。

二、实验仪器及材料

1仪器：台式金相显微镜、予磨机、抛光机、吹风机等。

2材料；45钢待磨试样(Ø12×15)每人一块；各号金相砂纸(或水磨砂纸)一套；腐蚀剂；

4％硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镊子等。

三、实验内容

在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显微试样。即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为磨片。磨片的方法与步骤如下：1．取样

①取样的部位及磨面的选择

根据被检验金属材料或零件的特点，加工工艺及研究目的进行选择，如：

研究另件破裂的原因时，应在破裂部位取样，再在离破裂处较远的部位取样，以做比较。研究铸造合金时，由于组织不均匀，从铸件表层到中心必须分别截取几个样品。

研究轧材时，如研究材料表层的缺陷、非金属夹杂物的分布等。应在垂直于轧制方向上截取横向试样．如研究夹杂物的形状、类形，材料的的形变程度、晶粒拉长的程度、带状组织等，应在平行于轧制方向上截取纵向试样。

研究焊缝组织时，应在焊缝及热影响区周围取样。

研究热处理后的零件时，固其组织较均匀，可任选一断面试样。若研究氧化、脱碳表面处理(如渗碳)的情况，则应在横断面上观察。

②试样的截取方法

截取试样时，应保持不使试样观察面的金相组织发生变化。软材料可用锯、车、刨等方法截

取；硬材料可用水冷砂轮切片机、电火花切割等方法截取；硬而脆的材料(如白口铸铁)也可用锤击法获取。

图1—1 斜面截取

③试样尺寸

以具体情况而定，一般可取高为10~15mm，方形试样边长为15~25mm，圆柱形试样直径为15~25mm，对于观察表层组织的试样，可采用斜面截取的方法，以扩大表层观察范围，如图1-1。

2. 镶样

对于尺寸过于细小、形：比特殊的材料，如材料、薄片、粉末、细管等制备试样时非常困难，可以将其镶嵌成规则试样，然后再进行制备。具体镶嵌的方法有：

低熔点镶嵌法、热压镶蔽法和机械镶嵌法等。热压镶嵌法有专门的镶样机，将试样放入电木粉或塑料粒中加热到180。C左右进行热压。由于热压镶嵌时要加一定的温度和压力，容易使马氏体回火和软金属产生塑性变形等。为避免这种情况，可改用机械镶嵌法，即用夹具夹持试样。

3. 磨制

磨制可分粗磨和细磨两步

①粗磨

对于软材料可用锉刀锉于，一般材料都用砂轮机磨平；磨砂轮时应利用砂轮侧面，以保证试样磨干，试样要不断用水冷却，以防温度升高造成内部组织发生变化，最后倒角，以防细磨时划破砂纸。但对于需要观察脱碳、渗碳等表面层情况的试样不能倒角，有时还要采用电镀敷盖来防止这些试样边缘倒角。

②细磨

细磨方法分手工磨光和机械磨光两种，本实验进行手工磨光。手工磨光是用手拿持试样直接在金相砂纸上进行．金相砂纸按粗细排列顺序为·280号。0l号、02号、03号、04号、05号。细磨时依次由280号到05号，一般钢铁试样磨到04号砂纸，软材料如铝、镁等合金可磨到05号砂纸。磨制的方法及注意事项：

A.把砂纸放在玻璃板上，玻璃板下最好再放一块海绵，使磨面与金相砂纸完全接触，以保

证试样磨面不产生弧度；

B.每更换一号砂纸，应将试样转90。再磨，使新磨制磨痕的方向与上一道磨痕方向垂直，

以便观察前一道磨痕是否被消除，直到完全消除为止；

C.更换砂纸时，应把试样、工作台和手洗擦干净，以免把粗砂粒带到下一道细砂纸上去；

D.磨制软材料时，可在砂纸上涂一层润滑剂，如机油、汽油、肥皂水等，以免砂粒镶入软金

属内。

机械磨光时，应用预磨机。预磨机有一个或两个转盘，转盘分腊盘和砂纸盘两种。腊盘是把混有金刚砂的熔化石蜡浇在转盘上，可做成不同粗细的金刚砂的腊盘，用腊盘磨制试样速度快，效率高．在生产检验中大量被应用。砂纸盘是把水砂纸剪成圆形．然后用水玻璃粘在予磨机的转盘上使用。水磨砂纸按粗细排列有：200号、300号、400号、500号、600号、700号、800号、900号、1000号等。一般用200号、500号、1000号或200号、600号、1000号即可。用腊盘或砂纸盘磨制时，要不断加水冷却，在整个磨制过程中，样品必须拿住，以免飞出伤人。

4．抛光

抛光的目的是去除试样磨面上经细磨后留下的细微磨痕，最终使磨面呈光亮而无磨痕的镜面。

抛光的方法有机械抛光，电解抛光，化学抛光等。

○1机械抛光

机械抛光可分为粗抛和细抛两个步骤，均在抛光机上进行。抛光机由一个电机带动一个或两个抛光盘，转速为200～600转/分。粗抛时转速要高些，细抛或抛软材料时转速要低些，所用抛光材料由抛光布和抛光粉，抛光布蒙在抛光盘上，不同要求应适当选用不同的抛光布。粗抛时常用帆布、粗呢等，精抛时常用绒布、细呢、丝绸等。抛光粉也称抛光磨料，常用的抛光粉由氧化铝、氧化铬、氧化镁，还有金刚砂、金刚钻粉等。机械抛光的方法及注意事项如下：A．抛光粉要配制成抛光液使用，比例大约为水：粉＝20：1左右。

B．抛光时应使试样磨面均衡地压在旋转着地抛光盘上，压力不宜过大，并应使试样沿抛光盘的半径方向从中心到边缘来回移动。

C．抛光过程中要不断注入适量的抛光液，抛光布上的抛光液不宜太多或太少，以试样表面提起后几秒内能干为宜。

D．抛光后期，应使试样在抛光盘上各方向转动，以防止钢中夹杂产生拖尾现象。

E．抛光时间不宜过长，以防抛光表面层金属变形。

○2电解抛光