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金属材料工程实验指导书 河北理工大学冶金与能源实验中心 金属材料工程实验室 2005年6月 目录 实验一 金相样品的制备与显微组织的显露 3 实验二 金属铸锭组织 7 实验三 金属的变形与再结晶 10 实验四 铁碳合金平衡组织观察 12 实验五 碳钢热处理操作、硬度测定及组织观察 21 实验六 钢中非金属夹杂物的金相鉴定 39 实验七 合金钢及有色金属显微组织观察 44 实验八 铸铁的显微组织及碳钢中常见的显微缺陷 50 实验九 定量金相 56 实验十 晶粒度的测定 59 实验十一 退火温度对冷轧钢板显微组织和硬度的影响 63 实验一 金相样品的制备与显微组织的显露 一、实验目的： 1、掌握金相样品的制备过程； 2、熟悉显微组织的显露方法。 利用金相显微镜来研究金属和合金的组织的方法叫显微分析法。它可以解决金属组织方面的很多问题，如非金属夹杂物，金属与合金的组织，晶粒的大小和形状，偏析、裂纹以及热处理操作是否合理等。 金相样品是用来在显微镜下进行分析、研究的试样，所以对金相样品的观察面光洁度要求较高，要求达到镜面一样光亮，无一点划痕。 二、金相样品的制备过程： 金相样品的制备过程包括：取样、磨光、抛光、腐蚀以及观察等步骤。 1、取样 金相样品的取样部位对金相分析较为重要。取样的部位及观察面的选择应根据被检验材料或零件的特点、加工工艺及分析研究的目的来确定，一定要具有代表性以达到研究金属或合金的目的。 例如：对于铸造合金，考虑到组织的不均匀性，样品应从表层到中心的各典型部位截取，研究零件的失效原因时，应在失效部位和完好的部位分别取样，以便对比分析；对于轧材，研究表层缺陷，如夹杂物分布时，应横向取样，研究夹杂物类型、形状，材料的变形程度，晶粒拉长程度，带状组织时，应横向取样；研究热处理件时，因组织较为均匀可随意取样；对于表面处理的零件，样品主要取自表面层。 取样时应保证试样观察面不发生组织变化。软材料取样用锯、车、刨等方法截取；硬质材料可用金刚砂轮片切割；硬脆材料可用锤击取样。必须用电、气焊切割时，应防止过热和过烧。切口应距试样面50~100㎜。试样的大小应以手拿操作方便及便于观察即可。样品的形状一般大小如图1-1所示。 图1-1 试样的尺寸 形状不规则或太小的（细丝和薄片）试样，为了便于制备，应将样品用试样夹夹住或用低熔点金属、电木粉或环氧树脂镶嵌成尺寸适合手握的试样。如图1-2所示。 2、磨光 磨光分人工磨光和机械磨光两种方法。 2.1人工磨光：截取的试样表面凹凸不平，首先用40—60目的砂轮进行初次整平（或用钢锉锉平），称为粗磨，粗磨时要防止样品过热，引起组织变化，常用水冷却；为防止在细磨中刮坏砂纸，应将样品的棱角倒掉（表面热处理试样除外）。 细磨在粒度不同的水砂纸和金相砂纸上按由粗到细的顺序进行（常用的水砂纸为200—400#越大粒度越细）；金相砂纸为（1#—5#）。磨制时要注意：每换一号砂纸，样品要掉转90o（也就是与上一号砂纸的磨痕方向相垂直），将上一号砂纸的磨痕全部磨掉后，再更换更细一号砂纸。 注意事项：磨样时要把砂纸垫平，用力要均匀，方向要一致，防止来回磨和左右磨，以便观察上一道砂纸的磨痕是否完全被磨掉。 磨软材料时，可在砂纸上涂一层润滑油，如机油、煤油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入样品表面。 图1-2 试样的镶嵌 2.2机械磨光：磨削过程与人工磨光过程相同，机械磨光是将粒度不同的水砂纸贴在预磨机的转盘上，磨光时对样品的压力不可过大，并及时加水冷却。同样每换一号砂纸时将样品用水洗净，以防粗砂粒被带到下一道砂纸上。 3、抛光 抛光是磨光的继续，使磨光表面更加光亮平滑，获得象镜面一样光亮的观察面。抛光可以采用机械抛光、电解抛光、化学和机械抛光等方法，使用最广泛的是机械抛光， 3.1机械抛光：样品经砂纸磨制后要用水冲洗干净，防止砂粒或金属屑带入抛光盘中，抛光是在抛光机上进行的，分为粗抛光和细抛光两道工序。 试样磨好用水冲洗后首先进行粗抛光，在抛光盘上放置帆布或呢子，在帆布或呢子上撒抛光剂（2%的AI2O3或Cr2O3的水悬浊液）。抛光机由一个电机带动抛光盘逆时针转动，试样磨面均匀平整地压在旋转的抛光盘上，随着抛光盘不停的旋转（抛光液中的AI2O3或Cr2O3起砂粒磨削样品的作用，水起冷却作用）。样品不停的被磨削直到原来砂纸的磨痕全部被抛掉为止。 粗抛光完成后进行细抛光，抛光剂为水，细抛光过程同粗抛光，直到样品表面象镜面一样光亮为止。 注意事项：抛光时要不间断地向抛光盘上撒抛光剂，头一定要抬起来，身子站直，手要握稳试样，防止抛光过程中试样飞出发生意外。 3.2电解抛光：对于软金属和容易发生加工硬化的合金，特别是有易剥落的夹杂