工程材料实验指导书
材料工程基础实验指导书
材料工程基础实验指导书材料工程基础实验指导书是针对材料工程专业学生进行教学实践活动所编制的一份指导书。
它是对教学大纲和理论知识进行实践运用，以帮助学生更好地掌握材料工程基础知识，提高实验操作能力的重要教材之一。
下面将就材料工程基础实验指导书的编写、使用及价值等方面展开阐述。
一、指导书的编写材料工程基础实验指导书是基于材料工程专业课程体系，根据实验的性质和实验过程进行编写。
编写者应结合目前教学大纲和课程内容进行详细的设计和计划，包括实验方案的设计、操作方法的详细说明、实验过程中注意事项的提示、问题解答以及结果分析等方面。
指导书的编写需要具有入门性、实用性、操作性、易懂性等特点，以保证学生可以清晰、准确地理解实验的目的和意义，并且有助于学生积极参与，独立思考和探究实验过程中的各种问题。
二、指导书的使用使用指导书时，首先使用教师应根据学生的实验水平和理解程度，在指导书的基础上进行适当的讲解和解释，以让学生更好地理解实验目的和理论基础，理解实验操作的关键点和难点，避免在实验中出现各种问题，从而保证实验的顺利进行。
如果学生在实验过程中出现问题，教师应鼓励他们自主思考和尝试解决方法，不断总结经验和教训，以提高其实践能力和学习效果。
同时，在实验的过程中应注意安全问题，遵守规定，确保实验无风险、无事故，达到安全实验的目的。
三、指导书的价值材料工程基础实验指导书对学生的实验操作和理论知识的掌握在课程学习中具有重要的价值。
通过实验，学生能够更好地体验到理论知识在实际操作中的运用，更深入地了解材料性能、特点和应用领域，在实践中发掘问题，探究问题，理解和掌握基本原理和技能。
指导书的使用还能激发学生的学习兴趣，创造出良好的课堂氛围和共同学习的氛围，使学生在互动、探究、创新和发现中成长，增强其自主学习和合作学习的能力。
总之，材料工程基础实验指导书是提高学生实验操作水平和理论知识掌握水平的重要手段，编写人员和教师应根据实验性质、教学大纲和课程内容设计科学、合理的实验指导书，指导学生循序渐进地掌握实验技能和理论基础，从而达到提高学生综合素质的目的。
工程材料实验指导书
工程材料实验指导书班级:_______________姓名:_______________学号:_______________机控学院目录工程材料实验守则 (3)前言 (4)实验一铁碳合金平衡组织观察 (6)实验二碳钢的热处理及硬度实验 (9)实验三、锉刀综合实验 (11)实验四、创新性综合实验一 (14)实验五、创新性综合实验二 (14)附录1 铁碳合金平衡组织 (18)附录2 钢的热处理 (21)附录3 金相显微镜的基本原理、构造及使用 (24)附录4 金相试样的制备 (29)附录5 硬度计的使用 (32)附录6 扫描电子显微镜结构及工作原理 (38)附录7 透射电子显微镜结构及工作原理 (42)工程材料实验守则1．实验前认真做好预习，明确实验目的，了解实验内容，步骤及注意事项。
2．实验不迟到，无故迟到两次者实验成绩记为不及格。
病假、事假需有医生或班主任证明。
无故旷课者，该次成绩记以零分。
3．实验时必须听从辅导教师及实验工作人员的指导，严格遵守设备操作规程，注意人身安全及设备安全，不得随意动用与本次实验无关的设备仪器，不准打闹。
4．损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定必须进行全部或部分赔偿。
5．实验完毕，整理好仪器、设备，清理桌面及场地。
6．认真做好实验报告，按时上交。
前言工程材料是机械类、近机械类各专业学生必修的一门技术基础课，而实验教学则是工程材料课程教学的一个重要环节。
但是目前工程材料实验以验证性、演示观察性的分散小型实验为主，实验内容互相分割，缺乏综合性和连贯性，没有较好的体现《工程材料》学科主线；过分强调理论课程的指导性，忽略了实验的能动性，把实验教学作为理论教学的附属品，使其机械依附于理论课程；方法陈旧单一，给与学生自主方面的机会和空间很少，缺乏对学生动手能力，创造能力和综合分析能力的培养。
为突出浙江理工大学人才培养的创新目标，配合工程材料课程改革的要求，进行工程材料实验的改革，教授工程材料领域的科学实验研究方法，培养和发展综合应用基础知识去分析问题、解决问题的能力，培养开拓精神和创造能力，使学生的综合素质得到全面的提高。
工程材料实验指导书（附参考答案）西南交通大学
⼯程材料实验指导书（附参考答案）西南交通⼤学⼯程材料实验指导书陈俊英⾼国庆杨萍编冷永祥万国江王良辉西南交通⼤学材料系2011 年10 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. 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并签字后⽅能离开实验室；6.，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；7. 实验⼀⾄实验五在⽹上进⾏，⽹址是：/doc/931f19cdbfd5b9f3f90f76c66137ee06eff94e82.html /，进⼊材料系主页后，到⼯程材料精品课程⽹页的⽹上实验相应拦⽬中，时间在相应教学内容结束后⾃⼰安排，实验报告在所有实验结束后统⼀交；8. 实验六（材料综合实验）在材料实验室进⾏，具体时间在相应教学内容结束后安排。
9. 实验部分成绩占期末总成绩的20%，即20分；10. 在考试内容中涉及实验内容部分占20-30%，即20-30分。
⽬录实验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┅┅┅┅┅（ 7）实验三铸铁⾦相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（ 9）实验四有⾊⾦相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（10）实验五常规热处理┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（11）实验六综合实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（12）附录附录⼀┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（14）附录⼆┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（20）附录三┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（24）实验报告实验报告⼀┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（28）实验报告⼆第⼀实验部分报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（30）第⼆实验部分报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（32）实验报告三┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（34）实验报告四┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（35）实验报告五┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（36）综合实验报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（37）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。
工程材料及材料成型实验指导书
工程材料及材料成型实验指导书工程材料及材料成型实验指导书一、实验背景在工程领域中，材料是最为重要的基础之一。
材料的性质和成型方式决定了制造出来的产品的性能和质量。
为了深入理解工程材料的性质和成型方式，我们需要了解它们的实验，从而更好地掌握相关知识。
二、实验目的1、了解工程材料的基本性质和特点；2、通过材料成型实验学习材料加工技术，深入了解材料成型的原理；3、掌握常见的材料分析和测试方法；4、提高操作实验技能，加强实验数据处理及实验报告的撰写能力。
三、实验设备1、恒温水浴，用于热胀冷缩实验；2、磨床和车床，用于机械加工实验；3、万能试验机，用于力学性能测试实验；4、光学显微镜，用于金相组织分析实验；5、红外光谱仪、X射线衍射仪等仪器，用于材料性质分析实验。
四、实验内容1、材料性质实验：包括密度、硬度、熔点、导电性、导热性等基本性质的测试。
2、热胀冷缩实验：观察不同材料在温度变化下的变化情况，了解其线膨胀系数的关系。
3、拉伸实验：在万能试验机上对材料进行拉伸试验，得到其力学性能参数，如强度、伸长率、断面收缩率等。
4、压缩实验：在万能试验机上对材料进行压缩试验，得到其力学性能参数，如压缩强度、比压缩强度等。
5、机械加工实验：使用车床和磨床对金属材料进行机械加工加工并观察加工后材料的组织结构变化。
6、金相组织分析实验：使用光学显微镜对不同材料进行金相分析，了解不同材料的组织构成。
7、材料成型实验：通过模具加工和热处理等方式对材料进行成型实验，了解不同材料成型过程的影响因素。
8、材料性质分析实验：使用红外光谱仪、X射线衍射仪等仪器对材料进行成分分析和性质分析。
五、实验安全注意事项1、操作前应认真阅读相关实验指导书，了解实验流程、仪器使用方法和注意事项；2、实验室内应做好防护措施，穿戴好规定的实验服装；3、实验过程中要注意仪器设备的安全使用，避免造成损伤；4、化学试剂和有毒物质应按要求妥善储存和处理，严格遵守实验室规章制度。
《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 。
机械工程材料实验指导书实验一硬度试验
机械工程材料实验指导书实验一硬度实验【实验目的】1．进一步加深对硬度概念的理解。
2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。
3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。
【实验设备及材料】布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。
【实验原理】硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。
2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
一、布氏硬度实验【布氏硬度计】THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。
图1 THBS-3000DA型布氏硬度试验机【试样的技术条件】1．试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。
试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8μm。
2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。
材料工程基础实验指导书
：班级：学号：实验一 金相试样制备与组织观察综合实验实验学时：6h 实验性质：综合性一、实验目的1 了解金相显微镜的结构及主要零部件的作用；学会正确使用显微镜，提高物像的质量；了解显微镜的维护方法。
2 学习金相试样的制备方法；了解金相试样质量对金相分析的影响。
3 掌握二元铸态合金的固溶体，共晶(包括亚共晶和过共晶)和包晶组织的特征，能识别这些组织；掌握Fe —C 合金平衡和非平衡组织的特征。
二、 实验内容本次实验为综合实验，要求综合运用金相显微镜和各种金相制样设备学会各种不同试样的金相制样要点，并能分析合金尤其是铁碳合金的典型组织。
实验分三阶段进行，首先熟悉金相显微镜的结构、操作方法和维护要求，再进行具体试样的金相试样制备，第三步观察分析常见二元合金和铁碳合金的组织。
实验中各阶段每位同学独立完成。
通过预习了解显微镜结构、维护要求以及金相制样方法和不同合金的组织特征，写出实验步骤，然后到实验室通过自己的操作体会各个过程。
三、 实验仪器、设备及材料3.1实验仪器、设备砂轮机、预磨机、抛光机、电吹风、金相显微镜3.2 实验材料试样：铁碳合金试样及有色金属合金试样〔用于组织观察〕；制备试样材料选用碳钢。
制样材料：砂纸、抛光剂、抛光布、3-4%硝酸酒精、滤纸四 实验原理4.1 金相显微镜结构与使用4.1.1成像原理简单地说，成像原理就是将物像两级放大。
如图1—1所示。
物AB 经物镜放大成一倒立的实像A ′B ′，再经目镜放大成虚像A ″B ″。
1〕 显微镜的放大倍数显微镜的放大倍数等于物镜与目镜放大倍数的乘积：目物目物f f M M M 2501=•= f 物，f 目——物镜和目镜的焦距；l ——显微镜的光镜筒长度放大倍数的选择决定于组织的粗细和观察的目的。
放大倍数大，则组织清晰，但视域小，不能观察全貌，代表性受局限，放大倍数低，则效果完全相反，如图1-2所示。
在金相分析时，根据需要，往往高、低倍变换使用。
土木工程材料实验指导书
《土木工程材料实验》指导书（土木工程）土木建筑学院土木工程材料实验室目录实验一、材料大体物理性质实验 (3)实验二、集料实验 (6)实验三、水泥混凝土实验 (11)实验四、钢筋实验 (20)实验五、沥青实验 (25)土木工程材料实验指导书一、大体任务：土木工程材料实验是《土木工程材料》课的实践性教学环节，它的大体任务是：一、通过实验使学生熟悉要紧土木工程材料的标准、标准与技术要求，对具体材料的性状有进一步的了解，巩固与丰硕理论知识；二、使学生把握常规材料的大体实验方式、手腕和操作技术，学会正确利用各类仪器和实验设备，具有对经常使用土木工程材料独立进行质量检定的能力；3、进行科学研究的大体训练，把握处置实验数据的科学方式，培育学生运用所学理论进行科学研究、分析问题和解决问题的能力，树立实事求是的科学态度和严谨的工作作风；4、通过理论与实践的结合，巩固和加深对所学大体原理的明白得，并在某些方面取得充实和提高。
培育学生的工程实践能力和创新能力。
二、大体要求：为了达到上述学习目的，学生必需做到：一、实验前做好预习，明确实验目的、大体原理及操作要点，并应付实验所用的仪器、材料有大体的了解。
二、在实验的整个进程中要成立周密的科学工作秩序，严格遵守实验操作规程，注意观看实验现象，详细做好实验记录。
3、对实验结果进行分析，做好实验报告。
4、对设计、研究和综合等提高型实验，要求同窗们依照实验指导书的要求，认真设计实验，通过实验研究，得出结论，找出规律。
三、注意事项：在进行土木工程材料的实验时，应注意三个方面的技术问题：一、抽样技术，即要求试样具有代表性；二、测试技术，包括仪器的选择、试件的制备、测试条件及方式；3、实验数据的整理方式。
材料的质量指标和实验所得的数据是有条件的，相对的，是与取样、测试和数据处置紧密相关的。
其中任何一项改变时，实验结果将随之发生或大或小的转变。
因此，查验材料质量，划分品级标号时，上述三个方面均须依照国家规定的标准方式或通用的方式进行。
材料工程实验指导书(2)
实验一沉淀强化铝合金的等时时效前言许多不同的铝合金，他们的强度取决于沉淀硬化。
本实验所提供的样品是一种用于协和式飞机结构件的合金。
这是一种复杂的铝合金，含有Cu，Mg，Ni，Fe，Si 和Ti 元素，最初是由劳斯莱斯在第二次世界大战期间以锻件的形式开发的，主要用于燃气涡轮发动机，当时它被称为RR58。
英国和法国政府选择用它制造协和飞机的决定，导致了对SST应用的要求，也就是明显的抗蠕变性能。
在民用运输飞机中，通常不考虑此属性。
但是当马赫数为2.2和2.5时，飞机表面温度在摩擦加热下分别升高到120℃和150℃；另一方面，由于协和飞机的寿命要求在20000小时到30000小时之间，所以蠕变性能成为关键。
这种合金可以与常见的包括杜拉铝在内的2000多种合金作比较，这2000多种合金的强化原因是形成Cu的析出物CuAl2。
Ni的作用是优先形成NiAl3和复杂的A1CuNi化合物，这两者在高温下均能保持高稳定性；Fe具有与Ni类似的效果；Si的作用是形成Mg2Si，以提高强度；Ti的作用是晶粒细化。
最优的机械性能的组合是通过以下热处理过程获得的：在530℃下进行20小时的固溶处理，再放入冷水中淬火，然后在190℃下进行19小时的沉淀硬化。
根据协和式飞机产品规范CM00I，这种处理应该产生以下性能：* PS = Proof stress** El = Elongation当然，服役温度必须参考沉淀强化温度。
在寿命期限内，服役温度必须低到足以防止过时效。
由于这一限制，飞机似乎不可能以大于2.2马赫的速度飞行。
在本实验中，不可能按照工业热处理的工艺进行，因为那需要一个下午的漫长时间。
但是我们注意到一个规律：随着时效温度的升高，所需的时效时间会相应缩短。
因此，本实验采用在恒定时效时间内确定性能与温度的关系，代替在恒定温度下确定保温时间与性能关系的做法。
图中显示了一些铝合金的典型时效曲线。
注意使用的是对数时间标度。
机械工程材料实验指导书-江洁实验一硬度试验
机械工程材料实验指导书红河学院机械系实验一硬度实验【实验目的】1．进一步加深对硬度概念的理解。
2．了解布氏、洛氏硬度计的构造和作用原理。
3．熟悉布氏硬度、洛氏硬度的测定方法和操作步骤。
【实验设备及材料】布氏硬度计、洛氏硬度计、读数显微镜、试样(钢、铸铁或有色金属)一组。
【实验原理】硬度计的原理是：将一定直径球体压入试样表面，保持一定的时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径，用试验力压出一压痕表面面积计算硬度。
1.布氏硬度（HB）以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2) ，布氏硬度计适用于铸铁等晶粒粗大的金属材料的测定。
2.洛氏硬度（HR）当HB大于450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计。
它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。
根据试验材料硬度的不同，分三种不同的硬度标尺HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。
HRB：是采用100kg 载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。
HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。
一、布氏硬度实验【布氏硬度计】THBS-3000DA采用电子自动加荷，计算机软件编程，高倍率光学测量，采用自动数字式编码器直接测量，测试结果LCD显示。
图1 THBS-3000DA型布氏硬度试验机【试样的技术条件】1．试样的试验面，应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。
试验面应能保证压痕直径能精确测量，试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8μm。
2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。
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实验一碳钢的平衡组织观察
一、实验目的：
1. 熟悉碳素钢在平衡状态下的显微组织，建立铁碳合金的组织
与Fe—Fe3C，Fe—C状态图之间关系的概念。
2. 熟悉铁碳合金的组织及计算其含碳量的方法。
3. 熟悉金相显微镜的使用。
二、实验内容说明：
1. 概述：铁碳平衡相图是研究钢铁材料性能、+-工艺及组织之
间关系的基础。
铁碳合金在平衡状态时的组织是指缓慢冷却后的组织，其相变过程均按照Fe—Fe3C状态进行。
图1为铁碳状态图。
铁碳合金在室温时组织的基本构成成份可以为单相组织与复相组织两种。
单相组织——铁素体及渗碳体。
（1）铁素体（α）：碳溶解在α—Fe中的间隙固溶体，其最大含量是0.02%（727℃）而室温时只能溶碳0.0008%。
（2）渗碳体：是铁和碳的化合物Fe3C，其含碳量为6.69%。
复相组织——珠光体，珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物。
它是由含碳0.77%的奥氏体在727℃时所形成的共析体，其反应如下γ727℃p（α+Fe3C）。
珠光体通常呈层片状组织，在一定温度下等温，也可形成球状珠光体。
2.碳钢在平衡状态下的显微组织：根据状态图，碳钢的组织有
三种类型。
（1）亚共析钢（C小于0.77%的铁碳合金）：组织为铁素体十珠光体。
含碳量愈高，铁素体的含量就愈少，珠光体的
相对含量便愈大。
如图所示白色的铁素体、黑色的珠光
体。
按照Fe—Fe3C图用杠杆定律求出已知含C%的钢所
含铁素体与珠光体的百分数。
例如：
0.2%C的钢，其组织中珠光体、铁素体的相对百分数如
下：
珠光体（%）0.2/0.8=25%
铁素体（%）（0.8-0.2）/0.8=75%
与此相反，我们也可以根据显微镜下看到的珠光体百分
数和铁素体的百分数来估计钢的含C 量百分数。
如组织
中有60%面积为珠光体，40%面积为铁素体，则钢的含C
量为：
0.8×60%=0.48%
（2）共析钢（0.77%C）：组织中为纯珠光体，用光学显微镜观察可看到黑白相间的层片组织。
（3）过共析钢（C大于0.77%）：组织为珠光体及二次渗碳体。
Fe3CⅡ呈白色网状分布，用特殊的苦味酸钠水溶液
侵蚀时，网状Fe3CⅡ便被染成黑色，而珠光体呈白色。
3.白口铸铁
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,根据碳在铸铁中所处的状态不同，可分为三类：白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。
C形式存在，其显微组织中存在有莱氏体共白口铸铁中碳以Fe
3
晶组织。
三、实验步骤
1.认真观察实验室准备的下列铁碳合金样品组织：
工业纯铁、20钢、45钢、60钢、T8钢、T12钢（Fe3CⅡ网状显示）、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁、未知含碳量钢；
2.根据要求描绘若干铁碳合金样品的平衡组织图；
3.根据20钢、45钢的平衡组织，讨论组织与含碳量的关系，
并计算出未知成份试样的C%；
四.实验仪器及材料
1.金相显微镜若干台；
2.上述的工业纯铁20钢、45钢、60钢、T8钢、T12钢的金相样品及图片。
五.实验报告要求
1.明确实验目的，简述实验内容；
2.按指导教师要求，描绘上述钢种的典型组织，并根据20钢、45钢的平衡组织，讨论组织与含碳量的关系并计算未知成份试样的C%。
3.观察结果的讨论分析；
4.实验的体会和建议。
图1 Fe-Fe3C平衡状态图
实验二碳钢的热处理及非平衡组织观察
一、实验目的
1.认识碳钢典型的热处理组织，了解不同加热温度、不同冷
却速度及不同回火温度对所得组织的影响。
2.了解洛氏硬度的测定原理和操作方法。
二、实验内容说明
实验一中我们研究了铁
碳合金的平衡组织，即缓冷
后的组织。
它完全符合铁碳
状态图所得出的结果，而不
平衡组织，通俗的理解就是
在较快的冷速下所得到的组
织，除退火外，正火、淬火
或回火所得的组织都为不平
衡组织。
1.状态图可决定热处理的
加热温度和可以进行哪一类
热处理。
但热处理后的产物
尚需视冷却速度而定，这样
就需要运用过冷奥氏体等温转变曲线（c曲线）来决定。
而钢的回火后组织又必须结合钢的回火相变原理去理解。
图1为共析钢由TTT曲线推测过冷奥氏体连续冷却所获转变产物。
A1为临界线（727℃），Ms为马氏体转变开始温度。
以不同冷却速度V1、V2、V3、V4进行冷却。
根据冷却曲线和“C”曲线相交的位置可以判断出奥氏体转变产物是什么组织。
v k——表示转变为马氏体的最小冷速。
v1——相当于退火冷速（炉冷），产物为片状珠光体。
v2——相当于正火冷速（空冷），产物为索氏体，索氏体也是
α+Fe3C的机械混合物，与珠光体不同的是其片状较细，在放大倍数较高的显微镜观察时可以分辨清楚（一般800～1000倍）v3——相当于在油中冷却，产物为屈氏体+马氏体。
屈氏体也是α+Fe3C的机械混合物只是片状更细，故要在更高放大倍数下才能分辨。
普通金相显微镜分辨不清，呈黑色团块状。
v4——相当于在水中冷却（淬火），产物为马氏体+残余奥氏体。
马氏体（M）是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，其组织特征呈亮白色针状。
针与针之间的夹角一般为60°或120°，针的粗细与原来γ的晶粒度有密切的关系。
若选取热处理加热温度过高，则由于γ晶粒很粗大，淬火后的M针也粗大。
这种情况下钢的韧性很低。
正常淬火温度下，M针应很细，呈隐针状。
钢在淬火后常保留某些未转变的奥氏体，称为残余奥氏体，它与一般的奥氏体没有什么区别。
2.钢淬火后必须回火，按工件不同的性能要求进行不同类型回火。
根据加热温度的高低可分为低温回火、中温回火和高温回火。
（1）低温回火：回火温度在250℃以下，回火转变的产物为回火马氏体，它与淬火马氏体的形态相同，呈针状。
但易受侵蚀，所以颜色发暗。
（2）中温回火：回火温度350℃～500℃，其组织为回火屈氏体。
它也是α+Fe3C的机械混合物。
回火屈氏体中的Fe3C微粒是分布在保留马氏体位向的α上。
（3）高温回火：回火温度500℃～650℃，其组织为回火索氏体，在高倍放大下可以看到析出的Fe3C粒子分布在α基体上。
三、实验步骤
1.认真观察下列实验室准备的碳钢非平衡组织的样品：
1）45钢850℃炉冷；F+P
2）45钢850℃空冷；F+S
3）45钢850℃油冷；M+T
4）45钢850℃水冷；M
5）45钢760℃水冷；F+M
6）45钢850℃水冷+200℃回火；回火M
7）45钢850℃水冷+400℃回火；回火T（铁素体基体内分布颗粒渗碳体）
8）45钢850℃水冷+600℃回火；回火S（铁素体基体内分布颗粒渗碳体）
9）T10钢：球化退火；在铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体
10）T12钢：780℃水冷；少量二次渗碳体+马氏体
11）T12钢：1200℃水冷，过热组织；晶粒粗大奥氏体晶粒转变为马氏体
12）T12钢：1200℃水冷+200℃回火；残余奥氏体+回火马氏体
13）20钢：1200℃水冷；马氏体
14）65Mn钢：等温淬火，上贝氏体；小片状渗碳体分布在成排的铁素体片之间
15）65Mn钢：等温淬火，下贝氏体。
在铁素体针内沿一定方向分布着细小的碳化物颗粒
16）902（船用钢板）：910℃空冷，粒状贝氏体
2.了解不同冷却速度对钢组织的影响，过共析钢淬火温度的选
择。
3.观察不同回火温度下的显微组织，了解回火时的组织变化规律。
4.选择典型钢种，绘画金相组织4个，并详细注解。
四.实验仪器及材料
1.金相显微镜若干台；
2.上述钢种的金相样品和图片；
3.淬火钢金相试样若干。
五.实验报告要求
1.明确实验目的，简述实验内容；
2.按指导教师要求，描绘上述钢种的典型组织，并作出注解和说明；
3. 结合连续冷却曲线，试分析45钢四种不同冷速得到的各种组织（在C曲线上画出四个冷速曲线）
4.实验的体会和建议。