成都理工大学材料科学基础(实验四)实验指导书
材料科学基础实验教材
材料科学基础实验教材一、材料性能与结构本实验教材将首先介绍材料的基本性能，包括力学性能、物理性能和化学性能。
这些性能对于材料的制备、加工和使用有着至关重要的影响。
通过实验，学生将了解和掌握如何测定材料的各种性能，以及如何通过调整材料的结构来改善材料的性能。
二、晶体结构分析晶体结构是决定材料性能的重要因素。
本实验教材将介绍晶体结构的基本知识，包括晶格结构、晶体对称性等。
学生将通过实验掌握如何分析晶体的结构，以及如何利用晶体结构分析结果来预测材料的物理和化学性能。
三、相图与相变相图是研究材料相变的重要工具。
本实验教材将介绍相图的基本原理和应用，包括二元相图、三元相图等。
学生将通过实验了解和掌握如何利用相图来预测材料的相变行为，以及如何通过调整材料的成分和温度来控制材料的相变过程。
四、材料的力学性能材料的力学性能是衡量材料性能的重要指标之一。
本实验教材将介绍各种力学性能的测试方法，包括拉伸、压缩、弯曲、冲击等。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种力学性能，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的力学性能。
五、材料的物理性能材料的物理性能包括电学性能、光学性能、热学性能等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的物理性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的各种物理性能，以及如何在实际应用中合理选用材料。
六、材料的化学性能材料的化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。
本实验教材将介绍这些性能的测试方法，以及如何通过调整材料的成分和结构来改善材料的化学性能。
学生将通过实验了解和掌握如何测定材料的化学性能，以及如何在化学腐蚀环境下正确选用材料。
七、材料的制备技术材料的制备技术是材料科学的重要分支之一。
本实验教材将介绍一些常用的材料制备技术，包括熔炼法、沉积法、热压法等。
学生将通过实验了解和掌握如何制备各种材料，以及如何通过优化制备工艺来提高材料的性能。
材料科学基础实验指导书
材料科学基础实验指导书《材料科学基础》课程实验指导书实验一金属塑性变形与再结晶一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究变形程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。
所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：①各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；②各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。
原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。
）另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
材料科学基础实验指导书(77份)
材料科学基础实验指导书适用专业：材料物理总学时：32学时目录实验一铁磁性材料居里温度的测定 (3)实验二材料导热系数的测定 (7)实验三润湿角（接触角）的测定 (10)实验四四探针法测量半导体电阻率 (14)实验五示波器法测定铁磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线 (19)实验六拉伸实验 (26)实验七铸铁显微组织的观察 (32)实验八碳钢金相试样的制备、组织观察及力学性能的测定 (39)实验一铁磁性材料居里温度的测定铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以T C表示，测量T C不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术以及家用电器的设计都具有重要的意义。
[实验目的]1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习用JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；3. 测定5个低温温敏磁环的居里温度。
[实验装置]JLD-Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）。
[实验原理]1.基本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m3，称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取相各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。
当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了，铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
外磁场方向图1 图2铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性与温度有关，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
《材料科学基础实验》实验教学大纲
《材料科学基础实验》实验教学大纲课程编号：031508 课程性质：独立设课实验课程名称：材料科学基础实验英文名称：Experiment of Materials Science隶属课群：材料科学基础课程总学时：32实验学时：24 上机学时：8适用专业：金属材料工程一、本课程实验教学性质、目的和任务：《材料科学基础实验》是金属材料工程专业必修的实验性专业课程，是系统专业学习过程中必不可少的环节。
开设此课程的目的在于培养学生的基本工程素质。
提高分析问题和解决问题的能力以及实际动手操作能力，为进一步学习专业课程打好基础。
课程的基本任务在于让学生掌握金相试样的制备方法，显微摄影以及暗室操作技术，熟悉金属材料的基本分析方法，结合相图了解典型二元合金平衡及非平衡状态下的组织特征，及其它实验技能。
二、实验教学的主要内容和基本要求：主要内容第一章光学金相分析技术第一节金相显微镜的构造与使用第二节金相试样的制备第三节金相显微摄影与暗室技术第四节显微硬度及其应用第五节晶粒尺寸的测算第二章晶体结构第一节典型晶体结构第二节位错蚀坑的观察第三章二元合金显微组织观察第一节二元合金相图平衡及非平衡结晶组织分析第二节铁碳合金双重相图及组织分析第四章金属的塑性变形与回复再结晶第一节金属的塑性变形第二节回复与再结晶第五章电子显微分析技术第一节扫描电镜结构、原理及典型组织的观察第二节透射电镜薄膜样品制备及典型组织观察第三节选区电子衍射及相机常数和磁转角标定实验教学方法手段的基本要求1.主要以学生操作设备仪器完成相关实验项目；2.以综合性实验训练学生结合所学相关知识灵活设计实验方法；3.有关显微组织分析部分采用多媒体教学。
实验一典型金属晶体结构的刚球堆垛模型分析（一）实验类型：验证（二）实验目的：1.熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中常用晶面、晶向的几何位置、原子排列和密度；2.熟悉三种晶体结构中的四面体间隙和八面体间隙的位置和分布；3.熟悉面心立方和密排六方晶体结构中最密排面的堆垛顺序；4.进一步练习晶面和晶向指数的确定方法。
材料科学基础实验指导书
《材料科学基础》课程实验指导书实验一金属塑性变形与再结晶一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究变形程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。
所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：①各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；②各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。
原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。
）另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
材料科学基础实验报告
材料科学基础实验报告材料科学基础实验报告引言：材料科学是一个广泛而深奥的领域，涉及到材料的性质、结构、合成以及应用等方面。
在材料科学的学习中，实验是不可或缺的一部分。
本次实验旨在通过对材料的基础实验，探究材料的特性和性能，为进一步研究和应用提供基础知识。
实验一：金属材料的力学性能测试本实验选取了常见的金属材料，如铝、铜和钢，通过拉伸试验和硬度测试来研究其力学性能。
首先，我们制备了标准试样，并使用万能试验机进行拉伸试验。
通过记录试样的载荷-位移曲线，我们可以获得材料的强度、延伸性和弹性模量等参数。
同时，我们还使用了洛氏硬度计对试样进行硬度测试，以了解材料的硬度特性。
实验结果表明，不同金属材料具有不同的力学性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验二：陶瓷材料的热性能测试陶瓷材料是一类重要的材料，具有优异的耐热性和绝缘性能。
本实验选取了常见的陶瓷材料，如氧化铝和硅酸盐陶瓷，通过热膨胀系数测试和热导率测试来研究其热性能。
我们使用热膨胀仪对试样进行热膨胀系数测试，通过测量试样在不同温度下的长度变化，可以计算出材料的热膨胀系数。
同时，我们还使用热导率仪对试样进行热导率测试，以了解材料的导热性能。
实验结果表明，不同陶瓷材料具有不同的热性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验三：聚合物材料的电性能测试聚合物材料是一类重要的材料，具有优异的电绝缘性能和机械柔韧性。
本实验选取了常见的聚合物材料，如聚乙烯和聚苯乙烯，通过电阻率测试和介电常数测试来研究其电性能。
我们使用四探针电阻计对试样进行电阻率测试，通过测量试样的电阻和几何尺寸，可以计算出材料的电阻率。
同时，我们还使用介电常数测试仪对试样进行介电常数测试，以了解材料的电绝缘性能。
实验结果表明，不同聚合物材料具有不同的电性能，这与其分子结构和链状排列有关。
实验四：复合材料的力学性能测试复合材料是一类由两种或多种不同材料组成的材料，具有优异的力学性能和应用潜力。
本实验选取了常见的纤维增强复合材料，如碳纤维增强聚合物复合材料，通过弯曲试验和冲击试验来研究其力学性能。
材料科学基础实验指导
材料科学基础实验指导实验⼀差热分析⼀．实验⽬的1．了解差热分析的基本原理及仪器装置；2．学习使⽤差热分析⽅法鉴定未知矿物及分析被测试样的结构变化等相关信息。
⼆．基本原理差热分析(DTA，differential thermal analysis)的基本原理是：在程序控制温度下；将试样与参⽐物质在相同条件下加热或冷却，测量试样与参⽐物之间的温差与温度的关系，从⽽给出材料结构变化的相关信息。
⾃然界的⼤多数矿物在加热和冷却过程中均有热效应产⽣。
产⽣热效应的原因是由于物系中某种晶体发⽣晶型转变、或者分解、脱⽔、熔化、析晶等物理化学变化，从⽽会产⽣吸热或放热效应。
差热分析就是通过精确测定物质加热(或冷却)过程中伴随物理化学变化的同时产⽣热效应的⼤⼩以及产⽣热效应时所对应的温度，来达到对物质进⾏定性或定量分析的⽬的。
差热分析是把试样与参⽐物质(参⽐物质在整个实验温度范围内不应该有任何热效应，其导热系数，⽐热等物理参数尽可能与试样相同，亦称惰性物质或标准物质或中性物质)置于差热电偶的热端所对应的两个样品座内，在同⼀温度场中加热。
当试样加热过程中产⽣吸热或放热效应时，试样的温度就会低于或⾼于参⽐物质的温度，差热电偶的冷端就会输出相应的差热电势。
如果试样加热过程这中⽆热效应产⽣，则差热电势为零。
通过检测差热电势的正负，就可推知是吸热或放热效应。
在与参⽐物质对应的热电偶的冷端连接上温度指⽰装置，就可检测出物质发⽣物理化学变化时所对应的温度．不同的物质，产⽣热效应的温度范围不同，差热曲线的形状亦不相同(如图1-1所⽰)。
把试样的差热曲线与相同实验条件下的已知物质的差热曲线作⽐较，就可以定性地确定试洋的矿物组成。
差热曲线的峰(⾕)⾯积的⼤⼩与热效应的⼤⼩相对应，根据热效应的⼤⼩，可对试样作定量估计。
图1-1 差热分析曲线三．差热分析仪与药品（⼀）差热分析仪1．仪器组成：差热分析仪主要由加热炉，试样⽀撑-测量系统（它主要包括差热电偶、试样容器、均热板（或块）及⽀撑杆等部件）、信号放⼤系统、记录系统组成。
材料科学基础实验指南
材料科学基础实验指南材料科学是现代科学技术的重要领域之一，而材料科学基础实验是材料科学教育中不可或缺的重要组成部分。
本文将介绍材料科学基础实验指南，该指南旨在为材料科学基础实验提供统一的标准和规范，以便科研人员和学生能够更好地进行实验。
一、指南的内容材料科学基础实验指南主要包括以下内容：1. 实验名称和目的：简要介绍实验的名称和目的，以便读者了解实验的基本内容。
2. 实验原理：详细介绍实验所涉及的基础理论和原理，以便读者理解实验的基本原理和背景知识。
3. 实验器材和材料：列举实验所需的器材和材料，并给出相应的参数和说明。
4. 实验步骤：详细描述实验的具体步骤和注意事项，以及可能需要的操作技巧和注意事项。
5. 数据处理和分析：介绍实验数据的收集和处理方法，以及分析实验结果的基本方法和技巧。
6. 实验报告：介绍实验报告的基本要素和格式，以及评分标准和评分方法。
二、指南的意义材料科学基础实验指南具有重要的指导意义和促进作用。
具体表现在以下几个方面：1. 标准规范：指南提供了统一的实验标准和规范，使学生和科研人员能够更好地理解和实践基础实验。
2. 教学指导：指南具有指导意义，教师可以根据指南的内容设计和安排相应的实验课程，引导学生更好地进行实验。
3. 学生引导：对于学生而言，指南提供了详细的实验步骤和分析方法，使他们能够更好地理解和掌握实验过程和结果分析。
4. 提高实验质量：指南规定了实验的标准化流程和结果分析标准，有助于提高实验的质量和水平。
5. 促进教育研究：指南对于教育研究也具有促进作用，通过对实验流程和分析方法的规范，能够促进教育研究的开展，促进教学水平的提高。
三、指南使用建议在使用材料科学基础实验指南时，需要注意以下几个方面：1. 了解实验目的和原理，掌握实验步骤和注意事项，尽可能遵守实验规范。
2. 实验时应注意实验安全，遵守实验室规定，使用器材材料时要注意操作技巧和安全防范措施。
3. 学生应该积极参与实验，探索和发现实验规律和结果，做好实验笔记和实验报告的撰写工作。
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材料科学基础综合实验指导书
（实验四）
课程名称：材料科学基础综合实验
学院：成都理工大学材料与化学化工学院
专业：材料科学与工程
指导老师：管登高，陈善华，王艳，
杨梅，张文涛，张湘辉
年月
实验四、光学金相显微镜的使用和
典型平衡组织的观察与分析实验指导书
成都理工大学材料与化学化工学院指导老师：管登高
[实验名称]
实验四、光学金相显微镜的使用和典型平衡组织的观察与分析
[实验目的]
1．了解利用金相显微镜观察金相显微组织的原理。
2．掌握金相显微镜的构造、工作原理和使用方法。
3．掌握金相组织图片的获取方法。
4. 学会观察分析碳钢平衡状态下的相和组织形貌。
[实验内容]
1．金相试样制备过程和金相分析原理
2．金相显微镜的构造和使用。
3. 金相试样金相显微组织的拍照与分析
[实验设备及材料]
1．实验主要设备：金相显微镜（型号）及其数据采集系统等。
2．实验主要材料：标准样品
（1）工业纯铁：1号样品，铁素体
（2）共析碳钢：5号样品，珠光体（铁素体+渗碳体）
（可在2-6号样品中任选一个观察拍照分析）
（3）共晶白口铸铁：8号样品，变态莱氏体（珠光体+渗碳体）
（可在7-9号样品中任选一个观察拍照分析）
[实验原理、步骤及要求]
1．结合金相显微镜实体，仔细了解显微镜的结构——光源、光阑、垂直照明器、暗场和偏光装置；目镜和物镜、物镜的标记等。
图XJP-6A型金相显微镜
金相显微镜是观察金属磨面金相组织的光学仪器，是利用物镜、目镜将金属磨面放大一定倍数，观察金相内部组织的装置。
其种类和型式很多，常见的有台式、立式和卧式三类，本实验所用XJP-6A型金相显微镜是台式金相显微镜。
金相显微镜是精密光学仪器，使用时要特别细心。
自制的金相试样在浸蚀前与浸蚀后要分别进行观察。
观察时接通电源，观察结束后，应立即关闭电源。
操作时，严禁用手接触摸镜头和其它光学部件。
试样要清洁、干燥，不得有残留酒精和浸蚀剂，以免腐蚀物镜。
（1）XJP-6A型金相显微镜说明
常规台式金相显微镜
全封闭光路结构，防尘防外界光干扰设计
明场，偏光，暗场等观察方式可选
同轴式机械载物台，无需压平试样
宽视野双目镜筒，具有视觉补偿功能
照明光源配备对中调节轮，图像明亮均匀
平场消色差物镜组，提供高分辨率图像
易于连接数码，135照相，视频成像
（2）XJP-6A型金相显微镜技术规格
光学系统倒置，明场，偏光，暗场（选配）
放大倍数100×-1250×
观察筒铰链式30°倾斜，
瞳距调节范围：55-75mm 目镜
平场大视野10×，12.5×，视度可调
物镜转盘4孔转盘，
平场消色差10×，20×，40×，100×（油）
载物台机械式载物台，
移动范围：X轴：85mm，Y轴：60mm
调焦低位同轴粗微调旋钮，调焦行程：向上：5mm，向下：2mm
照明系统6V30W卤钨灯，调中视场光阑和孔径光阑，灯丝对中调节
滤色片组转盘式滤色片转换器，兰色、绿色、黄色、中性循环外型尺寸530×220×260mm
2. 领会利用金相显微镜观察金相显微组织的原理，掌握金相显微镜的工作原理和使用方法，如调焦、孔径光阑和视场光阑的调节、暗场使用等。
3．通过观察金相样品，学会金相显微组织的拍照与分析方法，掌握金相组织图片的获取方法。
4．学会观察分析工业纯铁平衡状态下的相和组织形貌。
5．学会观察分析共析碳钢平衡状态下的相和组织形貌。
6．学会观察分析共晶白口铸铁平衡状态下的相和组织形貌。
[实验结果和分析]
1．用铅笔画出金相显微镜的构造图，并标出其各组成部分。
2. 简要说明金相显微镜的操作要点及必须注意的事项。
3．分析工业纯铁平衡状态下的相和组织形貌特点。
4．分析共析碳钢平衡状态下的相和组织形貌特点。
5．分析共晶白口铸铁平衡状态下的相和组织形貌特点。
附：实验须知及安排
1. 实验不得无故缺席，否则取消本课程成绩；
2. 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；
3. 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；
4. 损坏设备、仪器等根据情节轻重按学校规定进行全部或部分赔偿；
5. 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后方能离开实验室；
6. 实验报告统一用成都理工大学信签纸手写，一个实验一份，照片打印后粘贴于报告中相应位置。
7. 实验报告在所有实验结束及撰写完成后按照顺序装订成册统一由各班班长验收（主要检查实验内容是否完成和一致、图表及报告格式是否规范等），收齐后于2012年6月4日交到系办。
注意：
●实验四在测试楼207房间进行
●样品为1-9号标准样品，在老师或组长处签到登记领取；
●1号样品：工业纯铁，铁素体
●5号样品：共析碳钢，珠光体（铁素体+渗碳体）（可在2-6号样品中任选一个观察拍照
分析）
●8号样品：共晶白口铸铁，变态莱氏体（珠光体+渗碳体）
●（可在7-9号样品中任选一个观察拍照分析）
●所拍照照片锁定其尺寸，不要随意拖放，标出图中各组织（用符号表示），在图的下方
标注材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂等。