金屬材料工程專業
材料加工方向實驗
指導書目錄
實驗一金相樣品的製備與顯微組織的顯露3
實驗二鹽霧腐蝕實驗6
實驗三有色金屬合金的顯微組織觀察 8
實驗四焊接工藝實驗10
實驗五碳鋼熱處理後顯微組織觀察11
實驗六不同基體軸承合金的顯微組織觀察 13
實驗七焊口樣品製備與組織分析觀察15
實驗八 45鋼金相組織中晶粒度的測量及定量金相18
實驗九制定高碳鋼的正常淬火熱處理工藝 21
實驗十制定鋁合金的固溶和時效熱處理工藝 22
實驗十一制定低碳鋼的雙相熱處理工藝 23
注：最後三個實驗為設計實驗。
實驗一金相樣品的製備與顯微組織的顯露
一、 實驗目的
1、掌握金相樣品的製備過程；
2、熟悉顯微組織的顯露方法；
3、學習利用金相顯微鏡進行顯微組織分析。
二、 實驗原理
利用金相顯微鏡來研究金屬和合金組織的方法叫顯微分析法。它可以解決金屬組織方面的很多問題，如金屬夾雜物、金屬與合金的組織，晶粒的大小和形狀、偏析、裂紋以及熱處理操作是否合理等。
金相樣品是用來在顯微鏡下進行分析、研究的試樣，所以對金相樣品的觀察面光潔度要求很高，要求達到鏡面一樣的光亮，無一點劃痕。
金相樣品的製備過程包括取樣、磨製、拋光、腐蝕等步驟。
三、 實驗裝置及用品
1、m-2型金相預磨機
2、p-2b型金相試樣拋光機
3、xjp-100型金相顯微鏡
4、45鋼試樣
5、水砂紙、金相砂紙、玻璃板
6、拋光粉、呢子、絨布、醫用脫脂棉、濾紙
7、無水酒精、硝酸
8、燒杯、鑷子、吹風機
四、 實驗內容及方法
1、取樣
根據研究的目的，要取具有代表性的部位，如檢查軋制材料應擷取縱橫兩個截面的樣品；對於一般熱處理的零件，由於金相組織比較均勻，試樣的擷取可在任意截面進行。試樣的尺寸通常採用￠12～15mm，高12～15mm的圓柱體或邊長12～15mm的方形試樣。在擷取試樣時不宜使試樣溫度過於公升高，以免引起金屬組織的變化，影響分析結果。
形狀不規則或太小的試樣，為了便於製備，應將樣品用試樣夾夾住或用低熔點金屬、電木粉或環氧樹脂鑲嵌成尺寸適合手握的試樣。
2、磨製
試樣擷取後，將試樣的磨麵在砂輪上（或用銼刀）製成平面。在砂輪上磨製時，應握緊試樣，使試樣受力均勻，壓力不要太大，並隨時用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。
磨平的試樣用水洗淨，在預磨機上順序用用150、240、360水磨砂紙磨製，將水砂紙貼在預磨機的轉盤上，磨製時對樣品的壓力不可過大，並及時加水冷卻。每換一號砂紙時將試樣用水洗淨，以防粗砂粒被帶到下一道砂紙上。
將預磨機上處理過的試樣用水洗淨吹乾後，隨即依次在由粗到細的400、600、800、1000號金相砂紙上磨製，磨製時砂紙應平鋪於玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，使磨麵朝下並與砂紙接觸，在輕微壓力作用下把試樣向前推磨，用力要均勻，務求平穩，否則會使磨痕過深，並且造成試樣磨麵的變形。試樣退回時不能與砂紙接觸。這樣「單程單向」地反覆進行，直至磨面上舊的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致時為止。
在更換下一號更細砂紙時，應將試樣上磨屑和砂粒清除乾淨，試樣轉動90o（也就是與上一號砂紙的磨痕方向相垂直），將上一號砂紙的磨痕全部磨掉後，再更換更細一號砂紙。
3、拋光
拋光的目的在於去除磨面上的細磨痕和變形層，以獲得光滑的鏡面。常用的拋光方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，其中以機械拋光應用最廣，本實驗僅介紹機械拋光。
機械拋光是在拋光機上進行的，一般用p--2型拋光機來完成。試樣經砂紙磨製後要用水沖洗乾淨，防止砂粒或金屬屑帶入拋光盤中，本實驗的拋光操作分為粗拋光和細拋光兩道工序。
首先進行粗拋光，在拋光碟上放置呢子，在呢子上撒拋光劑（2%的al2o3水懸濁液）。拋光機由電機帶動拋光碟轉動，試樣磨麵均勻平整地壓在旋轉的拋光碟上，隨著拋光碟旋轉要不停地滴加al2o3拋光劑，試樣被拋光直到原來砂紙的磨痕全部被拋掉為止。
粗拋光完成後進行細拋光，在拋光碟上放置絨布，拋光劑為肥皂水，細拋光過程同粗拋光，直到試樣表面像鏡面一樣光亮為止。
注意事項：拋光時要不斷地向拋光碟上撒拋光劑，頭一定要抬起來，身子站直，手要握穩試樣，防止拋光過程中試樣飛出發生意外。
4、腐蝕
拋光好的試樣磨麵是光滑鏡面，在顯微鏡下只能看到夾雜物、石墨、孔洞、裂紋等。要觀察金屬的組織，必須經過適當的腐蝕，使顯微組織能正確的顯示出來。目前最常用的腐蝕方法是化學浸蝕法，本試驗採用化學浸蝕法。
化學浸蝕法是將拋光好的試樣磨麵在化學浸蝕劑（常用酸、鹼、鹽的酒精或水溶液，本實驗用3%硝酸酒精溶液作浸蝕劑）中浸潤或擦拭一定時間。由於金屬材料中各相的化學成分和結構不同，故具有不同的電極電位，在浸蝕劑中就構成了許多微電池，電極電位低的相為陽極而被溶解，電極電位高的相為陰極而保持不變。故在浸蝕後就形成了凹凸不平的表面，在顯微鏡下，由於光線在各處的反射情況不同，就能觀察到金屬的組織特徵。
浸蝕順序如下：拋光好的樣品表面，用水和酒精洗滌乾淨，用吹風機吹乾試樣，然後進行浸蝕。試樣拋光面浸入浸蝕劑中，並不斷輕微移動，拋光面呈暗灰色即可。
腐蝕適度後取出試樣，迅速用無水酒精沖洗，然後用吹風機吹乾（表面需要嚴格保持清潔），即可進行顯微組織觀察。
腐蝕時間（最短的僅需幾秒鐘，長的需10多分鐘，）取決於金屬的性質、浸蝕劑的濃度以及外界溫度。總之，浸蝕時間以在顯微鏡下能清晰地揭示出組織的細節為準，若浸蝕不足，可再繼續進行浸蝕，而一旦浸蝕過渡，試樣則需在最後一號砂紙上進行磨光，然後再重新拋光，再進行浸蝕。
五、 實驗報告要求
1、簡述金相樣品的製備及顯微組織的顯露過程；
2、畫出自己製備的金相樣品的顯微組織；
3、寫出在實驗中所發現的問題和體會。
實驗二鹽霧腐蝕實驗
一、 實驗目的
1、了解鹽霧腐蝕的基本原理以及鹽霧腐蝕箱的結構和使用；
2、掌握鹽霧氣氛中金屬腐蝕的實驗方法。
二、 實驗原理
。它分為二大類，一類為天然環境暴露試驗，另一類為人工加速模擬鹽霧環境試驗。人工模擬鹽霧環境試驗是利用一種具有一定容積空間的試驗裝置——鹽霧實驗箱，在其容積空間內用人工的方法，造成鹽霧環境來對產品的耐鹽霧腐蝕性能質量進行考核。
它與天然環境相比，其鹽霧環境的氯化物的鹽濃度，可以是一般天然環境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，使腐蝕速度大大提高，對產品進行鹽霧試驗，得出結果的時間也大大縮短。如在天然暴露環境下對某產品樣品進行試驗，待其腐蝕可能要1年，而在人工模擬鹽霧環境條件下試驗，只要24小時，即可得到相似的結果。
鹽霧的腐蝕
腐蝕是材料或其效能在環境的作用下引起的破壞或變質。大多數的腐蝕發生在大氣環境中，大氣中含有氧氣、濕度、溫度變化和汙染物等腐蝕成分和腐蝕因素。鹽霧腐蝕就是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕。
這裡講的鹽霧是指氯化物的大氣，它的主要腐蝕成分是海洋中的氯化物鹽——氯化鈉，它主要**於海洋和內地鹽鹼地區。。同時，氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠並取代氯化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態表面變成活潑表面。造成對產品極壞的不良反應。
人工模擬鹽霧試驗又包括中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗、銅鹽加速醋酸鹽霧試驗、交變鹽霧試驗。
(1) 中性鹽霧試驗（nss試驗）是出現最早目前應用領域最廣的一種加速腐蝕試驗方法。它採用5%的氯化鈉鹽水溶液，溶液ph值調在中性範圍（6～7）作為噴霧用的溶液。試驗溫度均取35℃，要求鹽霧的沉降率在1～2ml/80cm².
h之間。
(2) 醋酸鹽霧試驗（ass試驗）是在中性鹽霧試驗的基礎上發展起來的。它是在5%氯化鈉溶液中加入一些冰醋酸，使溶液的ph值降為3左右，溶液變成酸性，最後形成的鹽霧也由中性鹽霧變成酸性。它的腐蝕速度要比nss試驗快3倍左右。
(3) 銅鹽加速醋酸鹽霧試驗（cass試驗）是國外新近發展起來的一種快速鹽霧腐蝕試驗，試驗溫度為50℃，鹽溶液中加入少量銅鹽—氯化銅，強烈誘發腐蝕。它的腐蝕速度大約是nss試驗的8倍。
(4) 交變鹽霧試驗是一種綜合鹽霧試驗，它實際上是中性鹽霧試驗加恆定濕熱試驗。它主要用於空腔型的整機產品，通過潮態環境的滲透，使鹽霧腐蝕不但在產品表面產生，也在產品內部產生。它是將產品在鹽霧和濕熱兩種環境條件下交替轉換，最後考核整機產品的電效能和機械效能有無變化。
三、 實驗裝置及用品
1、鹽霧實驗箱
2、電子分析天平（1/10000）
3、45鋼試樣
4、水砂紙、金相砂紙、玻璃板
5、鹽酸、氯化鈉、氫氧化鉀、電吹風，ph試紙、游標卡尺
四、 實驗步驟及方法
1、 試液的製備：將氯化鈉溶於蒸餾水，並調節ph為6.5~7.2
2、 試樣的製備：45鋼試樣表面清洗汙垢
3、 在電子天平上稱重，用游標卡尺測量長寬高。
4、 放入鹽霧實驗箱，合上電源。
觀察和記錄腐蝕情況，清除表面腐蝕產物，乾燥後再稱量。
五、 實驗報告要求
1、簡述鹽霧實驗的操作步驟；
2、記錄腐蝕資料，並算出試樣在鹽霧條件下的腐蝕速率。
實驗三有色金屬合金的顯微組織觀察
一、實驗目的
1、觀察和分析幾種常見有色金屬合金的顯微組織特徵；
2、了解這些材料成分、熱處理工藝與組織和效能之間的關係
3、了解常見有色金屬合金的效能及用途
二、實驗原理
有色金屬合金具有優良的物理效能和化學效能，常見的有以下幾類：
1、 鋁合金
二元鋁矽鑄造合金是應用極為廣泛的鋁合金，其密度小、熔點低、導電性、導熱性和耐蝕性優良，具有良好的鑄造效能，常用來製造鑄件。
2、 銅合金
1）黃銅
cu-zn合金（黃銅）是一種常見的銅合金，黃銅的含zn量一般< 45%，zn量< 32%的為單相（α）黃銅，塑性好，可進行冷熱壓力加工；zn量在32—45%的為雙相（α+β）黃銅，低溫時硬脆，高溫使則有良好的塑性，故雙相黃銅又稱為熱加工黃銅。
2）青銅
銅與鋅以外的元素所組成的合金統稱青銅，其中銅和錫的合金是最普通的青銅，稱錫青銅，錫青銅的耐磨性和耐蝕性優於黃銅，但易產生顯微縮松，故適用於致密度要求不高的耐磨、耐蝕件。除錫青銅外，鋁青銅也有優良的力學效能和耐磨、耐蝕性，但鑄造效能較差，故僅用於重要的耐磨、耐蝕件。
三、實驗裝置及用品
1、xjp-100型金相顯微鏡
2、有色金屬樣品
3、擦鏡紙、洗耳球
四、實驗內容及方法
1、觀察表1給出的有色金屬合金試樣的顯微組織形態特徵.
2、每組順序更換實驗樣品，分別在指定的顯微鏡上觀察。
表1 有色金屬樣品
工程材料金屬材料
一 填空題 每空1分，共30分 1 金屬材料的效能包括 和 2 45鋼按鐵碳合金分類屬於鋼，按用途分類屬於鋼，按質量分類屬於鋼 3 細化晶粒的方法有 4 在以上進行的變行加工稱為熱加工 5 結晶過程包括 和 兩個基本過程組成 7 熱處理按目的 加熱條件和特點分為三類 8 根據碳在鑄鐵中的存在形式，鑄...
金屬材料工程
業務培養目標 本專業培養具備金屬材料科學與工程等方面的知識，能在冶金 材料結構研究與分析 金屬材料及複合材料製備 金屬材料成型等領域從事科學研究 技術開發 工藝和裝置設計 生產及經營管理等方面工作的高階工程技術人才。業務培養要求 本專業學生主要學習材料科學的基礎理論，掌握金屬材料及其複合材料的成分 ...
金屬材料與加工工藝
第三篇機械加工工藝基礎 第十二章鑄造 一 教學目的和要求 1.掌握影響充型能力的各種因素 了解凝固與收縮 內應力 變形和裂紋產生的原因及防止措施 2.了解澆 冒口安放方法，掌握澆注位置 分型面的選擇原則並靈活運用。3.掌握鑄造工藝對鑄件結構的要求 了解鑄件結構的合理與否對其質量 效能與成本的影響。4...