金屬材料綜合實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上加工硬化對中碳鋼組織和性能的影響一 實驗目的：1.1 通過金屬材料實驗全過程，根據(jù)給定的實驗條件，自己設計實驗方案，確定實驗方法，選定實驗器材，擬定實驗操作程序，自己加以實現(xiàn)并對實驗結果進行分析處理，是學生進一步加深對金屬材料課程所學內(nèi)容的理解，熟悉實驗設備，掌握實驗基本方法。提高動手能力和團隊合作的意識，達到培養(yǎng)學生分析問題和進行科學研究能力的目的。1.2 掌握金屬材料塑性變形,熱處理工藝,組織結構與性能之間的關系。1.3 運用已學的金屬材料理論知識，參考有關資料，以預定性能指標為依據(jù)，正確制定合理的實施方案。二 課程內(nèi)容：2.1 初步了解金屬材料選擇的原則，并選取

2、實驗材料；2.2 掌握主要熱處理工藝方法，熟悉主要熱處理設備的結構與爐溫的控制儀表；2.3 熟練掌握金相試樣的制備方法，能使用金相顯微鏡觀察，分析金相顯微組織；2.4 掌握金屬力學性能及其影響因素；2.5 選擇電子萬能試驗機及硬度計，了解其特征和使用方法。2.6 了解鑲嵌機的使用及操作規(guī)程。三 實驗原理 3.1 金屬塑性變形金屬塑性變形的基本方式有滑移和孿生兩種。在切應力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對于另一部分滑動，這種變形方式稱為滑移；在切應力作用下，晶體的一部分沿某一晶面相對另一部分產(chǎn)生剪切變形，且變形部分與未變形部分的位向形成了鏡面對稱關系，這種變形方式稱為孿生。一、單晶體金屬的塑性

3、變形 單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應力和切應力。正應力只能引起彈性變形及解理斷裂。只有在切應力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。 塑性變形有兩種形式：滑移和孿生。在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以滑移方式進行的。 （一）滑移1.滑移與滑移帶1)滑移是指晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生滑動位移的現(xiàn)象?；谱冃蔚奶攸c：滑移只能在切應力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應力稱臨界切應力。滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因為原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應力最小。沿其發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密

4、排面和密排方向。 滑移時，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍。2)滑移帶滑移的結果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，若干條滑移線組成一個滑移帶。2 .滑移系一個滑移面和其上的一個滑移方向構成一個滑移系。金屬的塑性，面心立方晶格好于體心立方晶格，體心立方晶格好于密排六方晶格。3.滑移時晶面的轉(zhuǎn)動: 外力錯動力偶使滑移面轉(zhuǎn)動滑移面拉伸軸。以滑移面的法線為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動滑移方向最大切應力方向。 孿生 孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面，孿生的結果使孿生面兩側的晶體呈鏡面對稱。 與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需

5、切應力比滑移大得多, 變形速度極快, 接近聲速；孿生時相鄰原子面的相對位移量小于一個原子間距。二、多晶體金屬的塑性變形單個晶粒變形與單晶體相似。而多晶體變形比單晶體復雜得多。 晶界及晶粒位向差的影響 1、晶界的影響 當位錯運動到晶界附近時，受到晶界的阻礙而堆積起來，稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進行，則必須增加外力，從而使金屬的塑性變形抗力提高。2、晶粒位向的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒發(fā)生塑性變形時，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。 多晶體

6、金屬的塑性變形過程 多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于45的晶粒。當塞積位錯前端的應力達到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。晶粒大小對金屬力學性能的影響 金屬的晶粒越細，其強度和硬度越高。因金屬晶粒越細，晶界總面積越大，位錯障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使金屬塑性變形的抗力越高。金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。因晶粒越細，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。強度和塑性同時

7、增加，金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。 通過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細晶強化。 3.1.1 冷塑性變形對金屬組織與性能的影響若金屬在再結晶溫度以下進行塑性變形，稱為冷塑性變形。冷塑性變形不僅改變了金屬材料的形狀與尺寸，而且還將引起金屬組織與性能的變化。金屬在發(fā)生塑性變形時，隨著外形的變化，其內(nèi)部晶粒形狀由原來的等軸晶粒逐漸變?yōu)檠刈冃畏较蛏扉L的晶粒，在晶粒內(nèi)部也出現(xiàn)了滑移帶或?qū)\晶帶。當變形程度很大時，晶粒被顯著地拉成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。同時，隨著變形程度的加劇，原來位向不同的各個晶粒會逐漸取得近于一致的位向，而形成了形變織構，使金屬材料

8、的性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性。圖3-1為工業(yè)純鐵經(jīng)不同程度變形的顯微組織。圖3-1 工業(yè)純鐵冷塑性變形后組織(150X)a)變形程度20% b)變形程度50% c)變形程度70%金屬經(jīng)冷塑性變形后，會使其強度、硬度提高，而塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。此外，在金屬內(nèi)部還產(chǎn)生殘余應力。一般情況下，殘余應力不僅降低了金屬的承載能力，而且還會使工件的形狀與尺寸發(fā)生變化。3.1.2 冷塑性變形后金屬在加熱時組織與性能的變化3.1.2.1 顯微組織變化金屬經(jīng)過塑性變形，會發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，而且內(nèi)部產(chǎn)生殘余內(nèi)應力。為了去除內(nèi)應力，或者為了消除加工硬化現(xiàn)象以便繼續(xù)變形，需要對冷變形金屬進行加熱處理。由

9、于變形金屬內(nèi)部存在嚴重的晶格畸變，原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，本身就有向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向。加熱時，原子的活動擴散能力提高了，促使其向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，并使金屬的組織結構和性能發(fā)生變化。這種變化可分為回復（recovery）、再結晶（recrystallization）和晶粒長大（grain growth）這三個階段 , 圖 3.11 回復再結晶如圖 3.11所示。3.1.2.2 儲存能釋放與性能變化冷變形時，外力所作的功尚有一小部分儲存在形變金屬內(nèi)部，這部分能量叫儲存能，加熱過程中，原子活動能力增強，偏離平衡位置大，能量高的原子將向低能的平衡位置遷移，將儲存能逐步釋放出來，使內(nèi)應力松馳，純金屬儲存能釋放

10、少，合金儲存能釋放多，儲存能的釋放使金屬的對結構敏感的性質(zhì)發(fā)生不同程度的變化。右圖給出幾種性能的變化與儲存能的關系3.1.3 回復回復是指冷變形金屬在加熱溫度較低時，金屬中的一些點缺陷和位錯的遷移，使晶格畸變逐漸減小，內(nèi)應力逐漸降低的過程。這時因為原子活動能力不大，所以金屬的晶粒大小和形狀尚無明顯的變化，因而其強度、硬度和塑性等機械性能變化不大，而只會使內(nèi)應力及電阻率等理化性能顯著降低。工業(yè)上，對冷變形后金屬要保持其因加工硬化而提高的強度、硬度，又需消除殘余內(nèi)應力的，則可在低溫回復階段加熱保溫，以基本去除其內(nèi)應力，這種熱處理稱為去應力退火。例如，用冷拉鋼絲繞制彈簧，繞成后應在280300消除應

11、力退火使其定形。3.1.3.1回復機理低溫回復主要涉及點缺陷的運動?？瘴换蜷g隙原子移動到晶界或位錯處消失，空位與間隙原子的相遇復合，空位集結形成空位對或空位片，使點缺陷密度大大下降。中溫回復時隨溫度升高原子活動能力增強，位錯可以在滑移面上猾移或交滑移，使異號位錯相通相消，位錯密度下降，位錯纏結內(nèi)部重新排列組合，使亞晶規(guī)整化。高溫回復，原子活動能力進一步增強，位錯除滑移外，還可攀移。主要機制是多邊化。冷變形使平行的同號位錯在滑移面上塞積，致使晶格彎曲，所增殖的位錯雜亂分布。高溫回復過程中，這些刃位錯便通過攀移和滑移，由原來能量較高的水平塞積。3.1.4 再結晶冷變形金屬的加熱溫度高于回復階段以后

12、，當溫度繼續(xù)升高時，由于原子活動能力增大，金屬的顯微組織發(fā)生明顯的變化，由破碎拉長或壓扁的晶粒變?yōu)榫鶆蚣毿〉牡容S晶粒。這一過程實質(zhì)上是一個新晶粒重新形核和長大的過程，故稱為“再結晶”。再結晶以后，只是晶粒外形發(fā)生了變化，而晶格類型并未變，仍與原始晶粒相同。再結晶的晶核一般是在變形晶粒的晶界或滑移帶及晶格畸變嚴重的地方形成，晶核形成后，依靠原子的擴散移動，向附近周圍長大，直至各晶核長大到相互接觸，形成新的等軸晶粒為止。通過再結晶，金屬的顯微組織發(fā)生了徹底的改變，故其強度和硬度顯著降低，而塑性和韌性大大提高，加工硬化現(xiàn)象得以消除，變形金屬的所有機械和物理性能全部恢復到冷變形以前的狀態(tài)。因此，再結晶

13、在工業(yè)上主要用于金屬在冷變形之后或在變形過程中，使其硬度降低，塑性升高，以便于進一步加工，這樣的熱處理稱為再結晶退火。3.1.4.1 形核機制(1) 小變形量的弓出形核機制當形量較小的，由于變形不均勻，相鄰晶粒的位錯密度相差可以很大，此時晶界中的一小段會向位錯密度高的一側突然弓出(2) 亞晶合并機制變形量較大的高層錯能金屬再結晶核心通過亞晶合并來產(chǎn)生的。(3) 亞晶蠶食機制變形量很大的低層錯能金屬擴展位錯寬度大，不易束集，交滑移困難，位錯密度很高，在位錯密度很大的小區(qū)域，通過位移的攀移和重新分布，形成位錯密度很低的亞晶，這個亞晶便向周圍位錯密度高的區(qū)域生長。相應的，亞晶界的位錯密度逐漸增大，亞

14、晶與周圍形高基體取向差逐漸變大，最終由小角度晶界演變成大角度晶界，大角度晶界一旦形成，可突然弓出，遷移，蠶食途中所遇位錯，留下無畸高晶體，成為再結晶核心。3.1.4.2 再結晶動力學對恒溫再結晶動力學人們作過大量研究。下圖為純鐵經(jīng)98冷軋，在不同溫度下 等溫再結晶已經(jīng)再結晶的體積分數(shù)xv與等溫時間t的關系曲線。具有典型的形核，長大過程的動力學特征。等溫溫度越高，孕育期越短，再結晶速度越快。等溫的每個溫度下，再結晶速度開始很小，隨xv的增加而逐漸增大，并在大約50處達到最大，然后又逐漸減小。3.1.5 晶粒長大再結晶完成以后，若再繼續(xù)升高加熱溫度或過分地延長加熱時間，金屬的晶粒便會繼續(xù)長大。因為

15、通過晶粒長大可減少晶界的面積，使表面能降低，所以晶粒長大是一個降低能量的自發(fā)過程。只要溫度足夠高，使原子具有足夠的活動能力，晶粒便會迅速長大。晶粒長大實際上是一個晶界遷移的過程，即通過一個晶粒的邊界向另一晶粒的遷移，把另一晶粒中的晶格位向逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榕c這個晶粒相同的晶格位向，于是另一晶粒便逐步地被這一晶?！巴滩ⅰ保喜⒊梢粋€大晶粒。如圖 3.12 所示圖 3.12 晶粒長大示意圖通常在再結晶后獲得細小均勻的等軸晶粒的情況下，晶粒長大的速度并不很大，但如果原來的變形不均勻，經(jīng)過再結晶后得到的是大小不均勻的晶粒，那么，由于大小晶粒之間的能量相差懸殊，便很容易發(fā)生大晶粒吞并小晶粒而愈長愈大的現(xiàn)象，從而

16、得到異常粗大的晶粒，使金屬的機械性能顯著降低。為了區(qū)別于通常的晶粒正常長大，常把晶粒的這種不均勻急劇長大的現(xiàn)象稱為“二次再結晶”。3.1.5.1 晶粒長大的驅(qū)動力晶粒長大的驅(qū)動力，從整體上看，是晶粒長大前后總的界面能差。從個別晶粒長大的微觀過程來說，晶界具有不同的曲率則是造成晶界遷移的直接原因。3.1.5.2 影響晶粒長大的因素(1)溫度溫度越高晶粒長大速度越快。一定溫度下，晶粒長到極限尺寸后就不再長大，但提高溫度后晶粒將繼續(xù)長大。(2)雜質(zhì)與合金元素雜質(zhì)及合金元素滲入基體后能阻礙晶界運動。(3)第二相質(zhì)點彌散分布的第二相粒子阻礙晶界的移動，可使晶粒長大受到抑制。晶粒的異常長大異常晶粒長大又稱

17、不連續(xù)晶粒長大或二次再結晶，是種特殊的晶粒長大現(xiàn)象。發(fā)生異常長大的條件是，正常晶粒長大過程被分散相粒子，織構或表面熱蝕溝等強烈阻礙，能夠長大的晶粒數(shù)目較少，致使晶粒大小相差懸殊。晶粒尺寸差別越大，大晶粒吞食小晶粒的條件越有利，大晶粒的長大速度也會越來越快，最后形成晶粒大小極不均勻的組織。二次再結晶形成非常粗大的晶粒及非常不均勻的組織，從而降低了材料的強度與塑性。因此在制定冷變形材料再結晶退火工藝時應注意避免發(fā)生二次再結晶。 3.1.5.3 再結晶溫度和再結晶晶粒大小的影響因素3.1.5.3.1 再結晶溫度及其影響因素再結晶不是一個恒溫過程，而是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的。工程上規(guī)定，大變形量（7

18、0%以上）的冷變形金屬經(jīng)一小時保溫，能完成再結晶（95%轉(zhuǎn)變量）的最低溫度，稱為該金屬的再結晶溫度。每種金屬的再結晶溫度都各不相同，即便是同一種金屬，其再結晶溫度也不是固定的，而是受到諸多因素影響：(1)冷變形程度：冷變形程度越大，金屬畸變能越高，向低能量狀態(tài)變化的傾向也越大，因此再結晶溫度越低，如圖 3.13 所示。當變形達到一定程度之后，再結晶溫度將趨近某一最低極限值，稱為“最低再結晶溫度”。實驗證明，工業(yè)純金屬的熔點與最低再結晶溫度之間有如下關系T再 (0.35 0.40)T熔式中溫度按熱力學溫度（絕對溫度）計。圖 3.13 金屬的再結晶溫度與變形量的關系(2)保溫時間：加熱時保溫時間越

19、長，原子的擴散移動越能充分進行，再結晶溫度就越低。(3)原始晶粒度：原始晶粒越粗大，變形阻力越小，變形后內(nèi)能集聚較少，所以再結晶溫度較高。(4)金屬純度及成分：金屬中加入的合金元素或所含的雜質(zhì)元素，常會阻礙原子的擴散與晶界的遷移，推遲再結晶的進行，因此金屬的純度低，可以明顯提高再結晶溫度?？紤]到以上各因素的影響，為了縮短退火周期，在工業(yè)上選擇再結晶退火溫度，一般比最低再結晶溫度高 100200。3.1.5.3.2 再結晶后晶粒大小的因素變形金屬在再結晶退火后得到的晶粒大小，不僅影響到金屬的強度和塑性，還影響到金屬的韌性，因此控制再結晶后的晶粒大小是非常重要的。影響再結晶后晶粒大小的因素主要有以

20、下幾種：(1)退火加熱溫度：再結晶退火時加熱溫度越高，金屬的晶粒尺寸越大，如圖 3.14 所示。當加熱溫度一定時，時間過長也會使晶粒長 大，但其影響不如溫度的影響大。(2) 冷變形程度：金屬的冷變形程度是影響再結晶晶粒大小的另一重要因素。圖 3.15 表明再結晶后的晶粒大小與冷變形程度的關系。當金屬的冷變形量在2%10%的范圍內(nèi)時，再結晶后的晶粒會異常粗大。通常把再結晶時晶粒異常粗大所對應的冷變形量稱為“臨界變形量”。當變形量超過臨界變形量后，隨著變形量的增加，再結晶的晶粒逐漸變細。因此，為了獲得優(yōu)良的組織和性能，在制定壓力加工工藝時，必須避免在臨界變形量附近進行冷變形。 3.2 洛氏硬度試驗

21、的基本原理洛氏硬度試驗常用的壓頭有兩種：一種是頂角為120的金剛石圓錐，另一種是直徑為1”/16（1.588mm）的淬火鋼球。據(jù)金屬材料軟硬程度不同，可選用不同的壓頭和負荷配合使用，最常用的是HRA、HRB、和HRC。這三種壓頭、負荷及應用范圍可參考下表。 三種壓頭、負荷及應用范圍表符號壓頭負荷（kgf）硬度值有效范圍使用范圍HRA120金剛石圓錐6070使用測量硬度質(zhì)合金、表面淬火層、滲碳層HRB1/16鋼球10025100（HB60230）使用測量有色金屬、退火及正火鋼HRC120金剛石圓錐1502067（HBC230700）使用測量調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼圖5-3 洛氏硬度實驗原理圖洛氏硬度測定時

22、，需先后兩次施加負荷（初負荷和主負荷），施加初負荷的目的是使壓頭與試樣表面接觸良好，以保證測量結果準確，圖5-3中0-0為末加上主負荷的位置，1-1為加上10kgf初負荷后的位置，此時壓入深度為h1，2-2位置為加上主負荷后的位置，此時使壓入深度為h2，h2包括由加荷所引起的彈性變形和塑性變形。卸荷后，由于彈性變形恢復，壓頭提高到3-3位置，此時壓頭的實際壓入深度為h3。洛氏硬度就是以主負荷所引起的殘余壓入深度（h=h3-h1）來表示的，但這樣直接以壓入深度的大小表示硬度，將會出現(xiàn)硬的金屬硬度小，而軟的金屬硬度值大的現(xiàn)象，這與布氏強度所表示的硬度大小的概念相矛盾。為了與習慣上數(shù)值越大硬度越高的

23、概念相一致，故需用一常數(shù)（K）減去（h3-h1）的差值表示洛氏硬度值。為簡便起見又規(guī)定每0.002mm的壓入深度作為一個硬度單位（即表盤上一小格）。洛氏硬度值的計算公式如下：式中的常數(shù)K，當采用金剛石圓錐時，K=0.2（用于HRA、HRC），采用鋼球時，K=0.26（用于HRB）。為此，上式可寫為：3.2.1 洛氏硬度試驗機的技術要求(1） 被測金屬表面必須平整光潔。(2） 試樣厚度應不低于壓入深度的10倍。(3） 兩相鄰壓痕及壓痕距試樣邊緣的距離均不應小于3mm。(4） 加初負荷時，應謹防試樣與金剛石壓頭突然碰撞，以免將金剛石壓頭碰壞。3.2.2 洛氏硬度試驗機的結構及操作HB-150型洛氏

24、硬度試驗機的結構如圖5-4所示。圖5-4 HB-150型洛氏硬度試驗機結構圖它是由加卸負荷和測量兩部分組成的。前者都是利用杠桿和砝碼，后者是用百分表測量壓痕深度的，即洛氏硬度值可直接由百分表盤上讀出。實驗時，先將試樣置于試樣臺上，并對準壓頭，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣上升與壓頭接觸，繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動手輪使百分表刻度盤上的短時針順時針轉(zhuǎn)動直到對準紅點，然后再轉(zhuǎn)動表盤使表盤上的長針對準0點，此時，壓頭利用彈簧壓縮的方法將10kgf的負荷加到了試樣上，然后將負荷手柄緩慢向后推（45秒鐘），于是主負荷加到試樣上，主負荷加上后，長針由轉(zhuǎn)動到停止，待持續(xù)一秒后，再將負荷手柄向前拉，回到原始位置，待長針停止轉(zhuǎn)動后，

25、長針所指示的讀數(shù)即為該材料的硬度值。最后，逆時針回轉(zhuǎn)手輪，使試樣臺下降，取下試樣，放回原處。3.3 金相試樣制備金相試樣制備過程一般包括：取樣、粗磨、細磨、拋光和浸蝕五個步驟。3.3.1.取樣從需要檢測的金屬材料和零件上截取試樣稱為取樣。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種，對于軟材料可以用鋸、車、刨等方法；對于硬材料可以用砂輪切片機或線切割機等切割的方法，對于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無論用哪種方法都應注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸并無統(tǒng)一規(guī)定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長為1520mm，高為1218mm比較適宜。對那

26、些尺寸過小、形狀不規(guī)則和需要保護邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機械夾持的辦法。金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑性塑料(如聚氯乙烯)，熱凝性塑料(如膠木粉)以及冷凝性塑料(如環(huán)氧樹脂+固化劑)作為填料進行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在專用設備一鑲嵌機上進行。第三種屬于冷鑲填料，冷鑲方法不需要專用設備，只將適宜尺寸(約l520mm)的鋼管、塑料管或紙殼管放在平滑的塑料(或玻璃)板上，試樣置于管內(nèi)待磨面朝下倒入填料，放置一段時間凝固硬化即可。3.3.2.粗磨粗磨的目的主要有以下三點：1)修整 有些試樣，例如用錘擊法敲下來的試樣，形狀很不規(guī)則，必須經(jīng)過粗磨，修整為規(guī)則形狀的試樣；2)磨平 無論用什么方法取樣

27、，切口往往不十分平滑，為了將觀察面磨平，同時去掉切割時產(chǎn)生的變形層，必須進行粗磨；3)倒角 在不影響觀察目的的前提下，需將試樣上的棱角磨掉，以免劃破砂紙和拋光織物。黑色金屬材料的粗磨在砂輪機上進行，具體操作方法是將試樣牢牢地捏住，用砂輪的側面磨制。在試樣與砂輪接觸的一瞬間，盡量使磨面與砂輪面平行，用力不可過大。由于磨削力的作用往往出現(xiàn)試樣磨面的上半部分磨削量偏大，故需人為地進行調(diào)整，盡量加大試樣下半部分的壓力，以求整個磨面均勻受力。另外在磨制過程中，試樣必須沿砂輪的徑向往復緩慢移動，防止砂輪表面形成凹溝。必須指出的是，磨削過程會使試樣表面溫度驟然升高，只有不斷地將試樣浸水冷卻，才能防止組織發(fā)生

28、變化。砂輪機轉(zhuǎn)速比較快，一般2850r/min，工作者不應站在砂輪的正前方，以防被飛出物擊傷。操作時嚴禁戴手套，以免手被卷入砂輪機。3.3.3.細磨粗磨后的試樣，磨面上仍有較粗較深的磨痕，為了消除這些磨痕必須進行細磨。細磨，可分為手工磨和機械磨兩種。（1）手工磨手工磨是將砂紙鋪在玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣在砂紙上作單向推磨。金相砂紙由粗到細分許多種，其規(guī)格可參考表2-1。表2-1 常用金相砂紙的規(guī)格金相砂紙編號010203040506粒度序號M28M20M14M10M7M5砂粒尺寸/2820201414101077553.5表中為多數(shù)廠家所用編號，目前沒有統(tǒng)一規(guī)格用砂輪粗磨后的試樣，

29、要依次由01號磨至05號(或06號)。操作時必須注意：1)加在試樣上的力要均勻，使整個磨面都能磨到；2)在同一張砂紙上磨痕方向耍一致，并與前一道砂紙磨痕方向垂直。待前一道砂紙磨痕完全消失時才能換用下一道砂紙。3)每次更換砂紙時，必須將試樣、玻璃板清理干凈，以防將租砂粒帶到細砂紙上。4)磨制時不可用力過大，否則一方面因磨痕過深增加下一道磨制的困難，另一方面因表面變形嚴重影響組織真實性。5)砂紙的砂粒變鈍磨削作用明顯下降時，不宜繼續(xù)使用，否則砂粒在金屬表面產(chǎn)生的滾壓會增加表面變形。6)磨制銅、鋁及其合金等軟材料時，用力更要輕，可同時在砂紙上滴些煤油，以防脫落砂粒嵌入金屬表面。（2）機械磨目前普遍使

30、用的機械磨設備是預磨機。電動機帶動鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動，磨制時，將試樣沿盤的徑向來回移動，用力要均勻，邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用，又可以借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣。機械磨的磨削速度比手工磨制快得多，但平整度不夠好，表面變形層也比較嚴重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應該采用手工磨制。3.3.4.拋光拋光的目的是去除細磨后遺留在磨面上的細微磨痕，得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光、電解拋光和化學拋光三種，其中最常用的是機械拋光。機械拋光在拋光機上進行，將拋光織物(粗拋常用帆布，精拋常用毛呢)用水浸濕、鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動開關使拋光盤逆時針轉(zhuǎn)動，將

31、適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液)滴灑在盤上即可進行拋光，拋光時應注意：1)試樣沿盤的徑向往返緩慢移動，同時逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn)，待拋光快結束時作短時定位輕拋。2)在拋光過程中，要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水，以保持拋光盤的濕度，如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時，必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。3)拋光時間應盡量縮短，不可過長，為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進行。4)拋有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時，最好在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。機械拋光與細磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部，切去試樣表面隆起的部分。拋光時，拋光織物纖維帶動稀疏分布的極微細的磨料顆粒產(chǎn)生磨削作用

32、，將試樣拋光。目前，人造金剛石研磨膏(最常用的有W0.5 W1.0 W15 W25 W3.5五種規(guī)格的溶水性研磨膏)代替拋光液，正得到日益廣泛的應用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進行拋光，拋光速度快，質(zhì)量也好。3.3.5.浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來，但是要分析金相, 組織還必須進行浸蝕。浸蝕的方法有多種，最常用的是化學浸蝕法，利用浸蝕劑對試樣的化學溶解和電化學浸蝕作用將組織顯露出來。純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學溶解過程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，

33、故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場下觀察，可以看到一個個晶粒被晶界(黑色網(wǎng)絡)隔開。如圖1-19b所示。如浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象，如圖1-19d所示。這是因為每個晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。兩相合金的浸蝕與單相合金不同，它主要是一個電化學浸沒過程，在相同的浸蝕條件下，具有較高負電位的相(微電池陽極)被迅速溶解凹陷下去；具有較高正電位的相(微電池陰極)在正常電化學作用下不被浸蝕，保持原有的光滑平面。結果產(chǎn)生了兩相之間的高度差。以共析碳鋼層狀珠光體浸蝕為例，層狀珠光體是鐵素體

34、與滲碳體相間隔的層狀組織浸蝕過程中，因鐵素體具有較高的負電位而被溶解，滲碳體因具有較高的正電位而被保護，另外在兩相交界處鐵素體一側因被嚴重浸蝕形成凹溝。這樣在顯微鏡下可以看到滲碳體周圍有一黑圈，顯示出兩相的存在。多相合金的浸蝕，同樣也是一個電化學溶解過程，原理與兩相合金相同。但多相合金的組成相比較復雜，用一種浸蝕劑來顯示多種相是難以作到的，只有采用選擇浸蝕法及薄膜浸蝕法等專門方法才行。化學浸蝕的方法雖然很簡單，但是只有認真對待才能制備出高質(zhì)量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗同時用脫脂棉擦凈磨面，然后用濾紙吸去磨面上過多的水，吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時證明未經(jīng)過浸蝕的試樣是無

35、法分析組織的。經(jīng)檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時即刻取出，用流動水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過多的水和酒精，迅速用吹風機吹干，完成整個制備試樣的過程。四 實驗器材減壓式萬能試驗機 粗砂紙 金相砂紙 金相試樣鑲嵌機 金相試樣球磨機 金相試樣拋光機 硬度計 電子游標卡尺 4%硝酸酒精溶液 電吹風 箱式節(jié)能電阻爐 砂輪機金相研磨試劑五 實驗步驟5.1、領取一實驗材料，用粗砂紙磨去其兩端的氧化層，用硬度計測其硬度，測試多次并記錄實驗數(shù)據(jù)，取其

36、平均值；5.2、用數(shù)字游標卡尺測量實驗材料長度，并計算出30%壓縮形變后的長度，然后用減壓式萬能試驗機進行壓縮變形；5.3、用硬度計測量形變后的硬度，測試多次并記錄實驗數(shù)據(jù)，取其平均值；5.4、由于形變后試樣較小，使金像制備難以進行，因而用金像鑲嵌機進行鑲嵌（加熱到180保溫40分鐘，然后冷卻至室溫）；5.5、用砂輪機將鑲嵌后的試樣一個端面打磨平整，然后用金相試相球磨機將該端面打磨光亮，再先后用粗細金相砂紙將該端面打磨光亮；5.6、將上述制備的式樣，用金相試相拋光機拋光，直到對著光，端面沒有明亮的劃痕為止；5.7、用自來水洗凈試樣上的拋光試劑，然后將試樣浸入4%的硝酸酒精溶液中，直到光亮的端面

37、變暗為止；5.8、將上述試樣從4%硝酸酒精溶液中取出，用清水沖凈附著在其表面的硝酸酒精溶液，然后用電吹風吹干其表面的水，切忌用手觸摸該金相端面；5.9、用電子金相顯微鏡觀察試樣的金相組織并拍下該試樣的金相照片，以便實驗結果的分析。六 數(shù)據(jù)記錄與處理 6.1、實驗現(xiàn)象記錄 6.1.1、測試環(huán)境無變化，實驗儀器運轉(zhuǎn)正常，試樣在壓縮操作過程中，因受實驗儀器的限制，導致不能準確的達到30%的形變量；另外，由于壓縮操作不當，導致試樣形變后呈“S”形，因而壓縮應變后的硬度測試值偏離理論值。 6.2、原始數(shù)據(jù)記錄 6.2.1 壓縮變形前的硬度（單位：HRB）原始材料變形量加熱溫度/變形前硬度值均值中碳鋼10

38、%不加熱90.20 98.56 100.44 96.40 中碳鋼10%50095.30 94.20 93.70 94.40 中碳鋼10%64088.50 93.40 93.41 91.77 中碳鋼10%75095.20 97.20 98.90 97.10 中碳鋼20%不加熱94.60 97.20 93.95 95.25 中碳鋼20%50094.30 97.00 98.80 96.70 中碳鋼20%64092.50 94.60 92.65 93.25 中碳鋼20%75092.50 94.60 93.40 93.50 中碳鋼30%不加熱91.30 90.60 90.10 90.67 中碳鋼30%5

39、0090.60 94.30 93.71 92.87 中碳鋼30%64097.50 104.50 101.90 101.30 中碳鋼30%75092.40 89.60 95.50 92.50 中碳鋼40%不加熱90.50 93.20 91.31 91.67 中碳鋼40%50086.20 89.50 86.80 87.50 中碳鋼40%64087.50 90.60 89.80 89.30 中碳鋼40%75090.80 90.60 94.96 92.12 10鋼10%不加熱90.10 94.50 92.75 92.45 10鋼10%50092.30 88.60 92.55 91.15 10鋼10%6

40、4093.60 98.10 92.10 94.60 10鋼10%75099.20 89.30 92.90 93.80 6.2.2 壓縮變形后硬度（單位：HRB）原始材料變形量加熱溫度/變形后硬度值均值中碳鋼10%不加熱95.20 98.60 97.50 97.10 中碳鋼10%50095.60 94.30 95.40 95.10 中碳鋼10%64083.20 85.90 84.79 84.63 中碳鋼10%75089.90 90.70 92.61 91.07 中碳鋼20%不加熱72.30 76.30 76.70 75.10 中碳鋼20%50075.90 71.60 76.30 74.60 中碳

41、鋼20%64085.90 87.20 86.91 86.67 中碳鋼20%75088.50 93.10 91.10 90.90 中碳鋼30%不加熱85.70 82.10 84.90 84.23 中碳鋼30%50085.30 88.70 84.39 86.13 中碳鋼30%64090.70 87.50 99.30 92.50 中碳鋼30%750104.50 108.70 101.80 105.00 中碳鋼40%不加熱94.50 95.80 110.30 100.20 中碳鋼40%50057.20 62.50 59.70 59.80 中碳鋼40%64084.60 88.80 82.20 85.20

42、 中碳鋼40%75084.50 87.60 86.50 86.20 10鋼10%不加熱89.50 92.50 90.64 90.88 10鋼10%50094.50 90.50 87.40 90.80 10鋼10%64094.90 88.50 93.20 92.20 10鋼10%75085.60 88.00 86.50 86.70 6.2.3 退火處理后硬度（單位：HRB） 原始材料變形量加熱溫度/熱處理后硬度值均值中碳鋼10%不加熱中碳鋼10%50084.50 89.80 90.00 88.10 中碳鋼10%64074.60 77.60 77.21 76.47 中碳鋼10%75085.40 88.30 88.20 87.30 中碳鋼20%不加熱中碳鋼20%50083.40 86.30 89.20 86.30 中碳鋼20%64080.60