实验4碳钢的非平衡组织观察.
农业机械化及其自动化专业
农业机械化及其自动化专业“实验、实习、课程设计”教学大纲目录一、实验部分 (2)《工程材料》实验教学大纲 (3)《机械原理》实验教学大纲 (7)《机械设计》实验教学大纲 (9)《质量工程与计量技术基础》实验教学大纲 (11)《材料力学》实验教学大纲 (13)《液压与气压传动》实验教学大纲 (16)《传感器与测试技术》实验教学大纲 (20)《电工学》实验教学大纲 (24)《电子技术》实验教学大纲 (29)《汽车试验学》实验教学大纲 (33)《微机原理》实验教学大纲 (35)二、实习部分 (37)《工程制图》实习教学大纲（机械类） (38)《拖拉机汽车学》（上）实习教学大纲 (39)《拖拉机汽车学》（下）实习教学大纲 (43)《农业机械学》实习教学大纲 (45)《农业机械化管理》实习教学大纲 (51)《金工实习》教学大纲（机械类） (53)《机械优化设计》实习教学大纲 (54)《机械产品造型设计》实习教学大纲 (55)《计算机绘图》实习教学大纲 (56)《汽车检测与诊断》实习教学大纲 (59)《汽车拆装实习》教学大纲 (61)《驾驶实习》教学大纲 (62)《电子工艺实习》教学大纲（非电类） (63)《毕业实习》教学大纲（农业机械化及其自动化、车辆工程专业） (65)三、课程设计部分 (68)《机械设计课程设计》教学大纲 (69)《机电一体化课程设计》教学大纲 (70)一、实验部分《工程材料》实验教学大纲课程名称：工程材料课程英文名称：Engineering Materials课程代码：总学时：40课程总学分：2课程类型：基础课课程性质：非独立设课适用专业：机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、车辆工程等本科专业。
考核方式：实验成绩占总成绩的20%。
实验（实习）教材：教材一：张建军编，《工程材料学习与实验指导》.（校内）自编教材。
主要参考书：葛春霖等，《机械工程材料及材料成型技术基础实验指导书》.北京：冶金工业出版社，2001.9 周凤云主编，《工程材料及应用》.武汉：华中科技大学出版社，2003.2实验（实习）项目及学时分配：实验一金相试样的制作和显微镜的使用一、实验学时：0.5二、实验类型：（电教）演示实验三、实验目的：1.了解金相显微试样的制备过程和实际操作方法。
实验二铁碳合金非平衡组织观察
实验⼆铁碳合⾦⾮平衡组织观察实验⼆铁碳合⾦⾮平衡组织观察⼀、实验⽬的（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织；熟悉碳钢⼏种典型热处理组织的形态及特征。
（2）了解热处理⼯艺对钢组织和性能的影响。
⼆、概述碳钢经退⽕、正⽕可得到平衡或接近平衡组织，经淬⽕得到的是⾮平衡组织。
1、各组织的显微特征索⽒体(S)F与Fe3C的机械混合物。
其⽚层⽐P更细密，在⾼倍（700倍以上）显微放⼤时才能分辨。
屈⽒体(T)F与Fe3C的机械混合物，⽚层⽐S细密，在⼀般光学显微镜下也⽆法分辨，只能看到如墨菊状的⿊⾊形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈⿊⾊⽹状；当析出量较多时，呈⼤块⿊⾊团状，只有在电⼦显微镜下才能分辨其中的⽚层。
贝⽒体(B)A的中温转变产物，也是F与Fe3C的两相混合物。
在显微形态上，主要有三种形态：上贝⽒体(B上)由成束平⾏排列的条状F和条间断续分布的Fe3C所组成的⾮层状组织。
当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的F条向A晶内伸展，具有⽻⽑状特征。
下贝⽒体(B下)在⽚状F内部沉淀有K的两相混合物组织。
它⽐淬⽕M易受浸蚀，在显微镜下呈⿊⾊针状。
在电镜下可以见到，在⽚状铁素体基体中分布有很细的碳化物⽚，它们⼤致与铁素体⽚的长轴成55~60o的⾓度。
粒状贝⽒体是最近⼗⼏年才被确认的组织。
在低、中碳合⾦钢中，特别是连续冷却时（如正⽕、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。
它的形成温度范围⼤致在上贝⽒体转变温度区的上部，由铁素体和它所包围的⼩岛状组织所组成。
马⽒体(M)C在α-Fe中的过饱和固溶体。
M的形态按含C量主要分两种，即板条状和针状。
板条状马⽒体(M板)⼀般为低碳钢或低碳合⾦钢的淬⽕组织。
组织形态由尺⼨⼤致相同的细M条定向平⾏排列组成M束或M领域。
在M束之间位向差较⼤，⼀个A晶粒内可形成⼏个不同的M领域。
M板具有较低的硬度和较好的韧性。
针状马⽒体(M针)C量较⾼的钢淬⽕后得到的组织。
在光学显微镜下，它呈⽵叶状或针状，针与针之间成⼀定的⾓度。
《工程材料学》实验指导书
《工程材料学》实验指导书适用专业:材料成型及控制工程课程代码: 6000089 总学时: 56 总学分: 3.5 编写单位:材料科学与工程学院编写人:审核人:审批人:目录实验一金属材料的硬度实验 (2)实验二铁碳合金平衡组织的观察 (7)实验三钢的热处理操作 (10)实验四碳钢的非平衡及铸铁组织观察 (14)注释 (18)主要参考文献 (18)实验一金属材料的硬度实验一、实验目的和任务1. 了解硬度测定的基本原理和应用范围。
2．了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
二、实验仪器、设备及材料1.HB一3000型布氏硬度试验机；2.H－100型洛氏硬度实验机3.读数放大镜4.试样：调质状态45钢和淬火状态T12钢。
三、实验原理硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。
一般认为硬度是金属表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。
硬度值越高，金属表面抵抗塑性变形或刻划破裂的能力就越大。
另外，金属的硬度与其它机械性能之间存在一定的内在联系。
例如，硬度和强度之间的联系，可用下式表示：σb＝K•HB式中：σb——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值；K——系数。
退火状态的碳钢K＝0.34～0.36合金调质钢K=0.33～0.35有色金属合金K＝0.33～0.53利用硬度值还可估算材料的耐磨性。
通常，硬度值意高，材料的耐磨性愈好。
硬度测定迅速方便，试验后仅在金属局部表面留下微小压痕，不会损坏被测试对象。
因此，硬度试验作为测定材料性能、检验产品质量、制定加工工艺的一种简便方法，在生产中得到广泛应用，其中，以布氏硬度和洛氏硬度的应用比例最大。
1、布氏硬度(1)试验原理在一定的压力下，将一定直径的球体，压入金属表面(图1—1)，并保持一定的时间，然后卸除载荷，测量压痕直径，计算压痕单位面积上所受载荷的大小。
由此获得的材料硬度值便称为布氏硬度(值)，用HB表示(当球体是淬火钢球时，HB标识符力HBS；当球体是硬质合金时，HB标识符为HBW)：HB ＝P/ F 凹＝ )(222d D D D P--π 式中：P —试验载荷(10-1N)F 凹—压痕面积(mm 2)D —球体直径（mm)d 一压痕直径(mm)由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有厚有薄，因此，在测定布氏硬度值时，就需要有不同载荷P 和球体直径D 。
实验三 碳钢非平衡显微组织观察实验报告
羽毛球为上贝氏体，基体为索氏体或淬火马氏体和残余奥氏体。
13
65Mn
320℃等温淬火
下贝氏体
黑色针状为下贝氏体，白色基体为淬火马氏体和残余奥氏体。
14
20钢
淬火
低碳马氏体
成束的板条状为低碳马氏体，白色为残余奥氏体
19
GCr15
淬火及高温回火
回火索氏体
颗粒状为碳化物，其余为铁素体
每组领取一套样品，在指定的金相显微镜下进行观察。
四、实验报告要求
1.根据Fe-Fe3C相图和奥氏体等温转变曲线分析实验中四种材料获得相应组织的原因。
实验三碳钢非平衡组织观察实验报告
一、实验目的
1.观察碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
2.领会奥氏体等温转变曲线对实际生产的意义。
二、实验设备及材料
1.金相显微镜
2.金相图谱
3.金相试。
表1钢材热处理后的组织
编号
材料
状态
组织
说明
12
65Mn
420℃等温淬火
铁碳合金平衡组织观察与分析报告
实验四铁碳合金平衡组织观察与分析一、实验目的1、熟悉掌握铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。
2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，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。
可根据以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织，如图4–１所示。
图4–1以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切相关。
此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。
从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。
但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。
在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。
相图中各特征点的温度、成分及其含义见表4–１。
表4–１铁碳相图中各特征点的说明点的符号温度/℃含碳量/% 说明A 1538 0 纯铁熔点B 1495 0.53 包晶反应时液态金属的成分点C 1148 4.3 共晶点L C →A E+ Fe3C，共晶产物称莱氏体D 1227 6.69 渗碳体的熔点E 1148 2.11 碳在γ–Fe中的最大溶解度F 1148 6.69 共晶反应渗碳体的成分点G 912 0 α–Fe⇋γ–Fe同素异构转变点H 1495 0.09 碳在δ–Fe中的最大溶解度J 1495 0.17 包晶点L B+ δH→A JK 727 6.69 共析反应时渗碳体成分点N 1394 0γ–Fe⇋δ–Fe同素异构转变点P 727 0.0218 碳在α–Fe中的最大溶解度S 727 0.77 共析点A S →F P体+ Fe3C，共析产物，称珠光体Q 室温0.0008 室温下碳在F体中的溶解度Fe- Fe3C相图中有二条水平线（此处不介绍包晶线及包晶反应）：ECF水平线（1148C）为共晶线，在该线温度下将发生共晶转变：L4.3 A2.11 + Fe3C 。
铁碳合金非平衡组织观察(1)
实验四铁碳合金非平衡组织观察一、实验目的识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份热处理工艺、组织之间的关系的认识。
二．实验原理碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。
铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。
C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织，如图4-1。
1．冷却时所得的各种组织组成物的形态a．珠光体（图4-2）珠光体是奥氏体高温转变的产物，根据其片层间距的大小可分为：(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。
(2)索氏体(s)是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。
(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。
片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。
当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。
当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。
只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。
b．贝氏体贝氏体是奥氏体中温转变的产物，也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。
其组织形态主要有二种：（1）上贝氏体（B）上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特征。
在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。
（2）下贝氏体下贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的混合物组织。
由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁索体为基体，其中分布着很细的碳化物片，大致与铁索体片的长轴呈55。
金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。
在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。
时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。
转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25～35屈氏体(T)550～600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
碳钢平衡组织显微观察实验[1]
![碳钢平衡组织显微观察实验[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6b55021afad6195f312ba6af.png)
铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织2、了解铁碳合金的成分、组织之间的关系3、掌握金相显微镜的使用方法二、实验原理铁碳合金在极缓慢冷却条件（如退火状态）下得到的组织称为平衡组织。
从Fe—Fe3C 相图可知，铁碳合金在室温时的平衡组织由铁素体相和渗碳体相组成，但由于碳的质量分数不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对量、形态、分布是不一样，因而将组成各种不同的组织形态。
1、铁素体（F）是碳溶于α—Fe中的固溶体，有良好的塑性，硬度较低（80HBS）。
2、渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的化合物，质硬而脆，抗蚀性较强，二次渗碳体是由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界。
图1 铁碳合金平衡状态图结合状态图，通过杠杆原理计算结果可以看出，含碳量在0.0008%以下时，碳完全溶解到铁素体中形成间隙固溶体，超过0.0008%以上，铁素体就不能溶解这么多的碳，多出的碳形成渗碳体，含碳量越高，渗碳体的量就越多。
同时，随着含碳量的增加，不但钢中的相组成关系发生变化，而且其组织组成也发生变化，主要是渗碳体的形态和分布状况发生了变化。
当含碳量在0.77%以下时，渗碳体完全与铁素体共析形成层片状的珠光体，当含碳量大于0.77%以上时，珠光体中不再能够共析这么多的渗碳体，多于的渗碳体就以游离的状态分布在珠光体的晶界上，而且，随着含碳量的增加，逐步地由断裂网状连接为连续网状，一般含碳量超过0.9%的过共析钢会形成连续网状的渗碳体分布。
三、实验步骤1、了解显微镜的操作过程。
2、根据放大倍数选择合适的目镜和物镜，并装在显微镜上。
3、将试样磨面对着物镜放在显微镜载物台上。
4、接通电源。
5、先粗调焦看到组织，再微调焦使图像清晰。
6、逐个观察试样。
四、实验结果表一列出了不同成分的铁碳合金所观察到的显微组织。
其观察结果表明，随着含碳量的增加，铁素体的量越来越少，渗碳体的量越来越多。
对于亚共析钢而言，随含碳量增加，珠光体增多，铁素体减少；对于过共析钢，随含碳量增加，珠光体晶界上的二次渗碳体量越来越多，逐步由断裂分布变为连续网状分布。
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2.2.1 上贝氏体
2.2.2 下贝氏体
2.2.3 粒状贝氏体
是一种亚稳定组织，一般都需要经过 回火后才能使用。
2.3.1低温回火组织
低温回火组织称为回火马氏体，马氏 体的形态和淬火马氏体相比没明显变 化，但由于碳化物的析出，原马氏体 变得比原来更容易侵蚀而显现出较深 的颜色。
2.3.2 中温回火组织
2.3.3 高温回火
三、实验内容
1. 观察认识碳钢淬火后的组织形貌特征， 并绘制其组织。 2.观察认识碳钢等温淬火后的组织形貌 特征，并绘制其组织。 3.观察认识碳钢淬火后不同温度回火的 组织形貌特征，并绘制其组织。
实验4 铁碳合金非平衡组织观察
王良辉 2011-5-9
一、实验目的
1. 熟悉碳钢的几种典型热处理组织的形 态及特征。 2. 了解热处理工艺对钢的组织和性能的 影响。 3、观察分析碳钢的典型非平衡组织。
二、概述
钢的组织决定钢的性能，改变钢的组织 的主要手段是通过热处理工艺来控制钢 的加热温度和冷却过程，得到所希望得 到的组织。
钢的连续冷却转变
2.1钢的马氏体转变 把钢加热到奥氏体温度以上，经 过一段时间的保温后，以高于临界 冷速的速度冷却，得到马氏体。临 界冷速是得到完全马氏体的最低冷 速。
2.1.1 板条马氏体
板条马氏体也称低碳马氏体，其含 碳量一般不高于0.2%。
2.1.2 高碳马氏体
马氏体的形成
2.2 钢的贝氏体转变
四、实验报告及要求
1.写出实验目的及内容。 2.按要求画出所观察的组织的显微特征。 3.分析45钢780度加热水冷与860度加热 油冷的组织区别。