第一篇：工程材料與成形技術基礎實驗報告

實驗

一、金屬材料的硬度實驗

一、實驗類型

驗證性

二、實驗目的

1、了解硬度測定的基本原理及應用范圍。

2、了解布氏、洛氏硬度試驗機的主要結構及操作方法。

三、實驗儀器與設備

1、HB-3000型布氏硬度試驗機；

2、H-100型洛低硬度試驗機；

3、讀數(shù)放大鏡；

四、實驗內(nèi)容：

金屬的硬度可以認為是金屬材料表面在接觸應力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測量能夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。由于在金屬表面以下不同深處材料所承受的應力和所發(fā)生的變形程度不同，因而硬度值可以綜合地反映壓痕附近局部體積內(nèi)金屬的彈性、微量塑變抗力、塑變強化能力以及大量形變抗力。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形能力越大，材料產(chǎn)生塑性變形就越困難。另外，硬度與其它機械性能（如強調(diào)指標?b及塑性指標?和?）之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系，所以從某種意義上說硬度的大小對于機械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。

硬度的試驗方法很多，在機械工業(yè)中廣泛采用壓入法來測定硬度，壓入法又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。

壓入法硬度試驗的主要特點是：

（1）試驗時應力狀態(tài)最軟（即最大切應力遠遠大于最大正應力），因而不論是塑性材料還是脆性材料均能發(fā)生塑性變形。

（2）金屬的硬度與強調(diào)指標之間存在如下近似關系。

?b?K?HB

（3）硬度值對材料的耐磨性、疲勞強度等性能也有定性的參考價值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機械零件設計圖紙上對機械性能的技術要求，往往只標注硬度值，其原因就在于此。

（4）硬度測定后由于僅在金屬表面局部體系內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗。（5）設備簡單，操作迅速方便。

布氏硬度（HB）：

（一）布氏硬度試驗的基本原理

布氏硬度試驗是施加一定大小的載荷P,將直徑為D的鋼球壓入被測金屬表面（如圖1-1所示）保持一定時間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積F凹求出平均應力值，以此作為硬度值的計量指標，并用符號HB表示。

其計算公式如下：

HB?P/F凹

根據(jù)壓痕面積和球面之比等于壓痕深度h和鋼球直徑之比的幾何關系，可知壓痕部分的球面積為：

F凹??Dh

（1-2）

由于測量壓痕直徑d要比測定壓痕深度h容易，故可將（1-2）式中h改換為d來表示，這可根據(jù)圖1-1（b）中?Oab的關系求出：

12D?h?12(D2)?(2d2)2

h?(D?D?d)2

2（1-3）

將式（1-2）和（1-3）代入式（1-1）即得：

HB?P?Dh?2P?D(D?D?d)22

（1-4）

式中只有d是變數(shù)，故只需測出壓痕直徑d，根據(jù)已知D和P值就可計算出HB值。在實際測量時，可由測出之壓痕直徑d直接查表得到HB值。

（三）布氏硬度試驗機的結構和操作

1、HB-3000型布氏硬度試驗機的外形結構如圖1-2所示。其主要部件及作用如下。

（1）機體與工作臺：硬度機有鑄鐵機體，在機體前臺面上安裝了絲杠座，其中裝有絲杠，絲杠上裝立柱和工作臺，可上下移動。

（2）杠桿機構：杠桿系統(tǒng)通過電動機可將載荷自動加在試樣上。（3）壓軸部分：用以保證工作時試樣與壓頭中心對準。

（4）減速器部分：帶動曲柄及曲柄連桿，在電機轉(zhuǎn)動及反轉(zhuǎn)時，將載荷加到壓軸上或從壓軸上卸除。（5）換向開關系統(tǒng)：是控制電機回轉(zhuǎn)方向的裝置，使加、卸載荷自動進行。

2、操作程序：

（1）將試樣放在工作臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使壓頭壓向試樣表面直至手輪對下面螺母產(chǎn)生相對運動為止。

（2）按動加載按鈕，啟動電動機，即開始加載荷。此時因緊壓螺釘已擰松，圓盤并不轉(zhuǎn)動，當紅色指示燈閃亮時，迅速擰緊緊壓螺釘，使圓盤轉(zhuǎn)動。達到所要求的持續(xù)時間后，轉(zhuǎn)動即自動停止。

（3）逆時針轉(zhuǎn)動手輪降下工作臺，取下試樣用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑d值，以此值查表即得HB值。洛氏硬度（HR）：

（一）洛氏硬度試驗的基本原理

洛氏硬度同布氏硬度一樣也屬于壓入硬度法，但它不是測定壓痕面積，而是根據(jù)壓痕深度來確定硬度值指標。

洛氏硬度測定時，需要先后兩次施加載荷（預載荷和主載荷），預加載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。0-0位置為未加載荷時的壓頭位置，此時壓入深度為h1,2-2位置為加上主載荷后的位置，此時壓入深度為h2，h2包括由加載所引起的彈性變形和塑性變形，此時壓頭的實際壓入深度為h3。洛氏硬度就是以主載荷所引起的殘余壓入深度（h=h3-h1）來表示。洛氏硬度的試驗規(guī)范：

洛氏硬度值的計算公式如下： HR?K?(h3?h1)0.002

（三）洛氏硬度試驗機的結構和操作

1、H-100型杠桿式洛氏硬度試驗機的結構如圖1-4所示，其主要部分及作用如下：

（1）機體及工作臺：試驗機有堅固的鑄鐵機體，在機體前面安裝有不同形狀的工作臺，通過手輪的轉(zhuǎn)動，借助螺桿的上下移動而使工作臺上升或下降。

（2）加載機構：由加載杠桿（橫桿）及掛重架（縱桿）等組成，通過杠桿系統(tǒng)將載荷傳至壓頭而壓入試樣，借扇形齒輪的轉(zhuǎn)動可完成加載和卸載任務。

（3）千分表指示盤：通過刻度盤指示各種不同的硬度值（如圖1-5所示）。

2、操作規(guī)程如下：

（1）根據(jù)試樣預期硬度按表1-2確定壓頭和載荷，并裝入試驗機。

（2）將符合要求的試樣放置在試樣臺上，順時針轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤小指針指到“0”為止，此時即已預加載荷10kgf。然后將表盤大指針調(diào)整至零點（HRA、HRC零點為0，HRB零點為30）。此時壓頭位置即為圖1-3中的1-1位置。

（3）按動按鈕，平穩(wěn)地加上主載荷。當表盤中大指針反向旋轉(zhuǎn)若干格并停止時，持續(xù)8~4秒（此時壓頭位置為圖1-3中的2-2位置），再順時針旋轉(zhuǎn)搖柄，直至自鎖為止，即卸除主載荷。此時大指針退回若干格，這說明彈性變形得到恢復，指針所指位置反映了壓痕的實際深度（此時壓頭位置相當于圖1-3中的3-3位置）。由表盤上可直接讀出洛氏硬度值，HRA、HRC讀外圈黑刻度，HRB讀內(nèi)圈紅刻度。

（4）逆時針旋轉(zhuǎn)手輪，取出試樣，測試完畢。

五、實驗方法與步驟

1、分成兩大組，分別進行布氏和洛氏硬度試驗，并相互輪換。

2、在進行試驗操作前必須事先閱讀并弄清布氏和洛低硬度試驗機的結構及注意事項。

3、按照規(guī)定的操作順序測定試樣的硬度值（HB和HRC）。

4、注意事項

1）試樣兩端要平行，表面應平整，若有油污或氧化皮，可用砂紙打磨，以免影響測試。2）圓柱形試樣應放在帶有“V”型槽的工作臺上操作，以防試樣滾動。3）加載時應細心操作，以免損壞壓頭。

4）加預載荷（10kgf）時若發(fā)現(xiàn)阻力太大，應停止加載，立即報告，檢查原因。5）測完硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開試樣后再取下試樣。

6）金剛鉆壓頭系貴重物件，質(zhì)硬而脆，使用時要小心謹慎，嚴禁與試樣或其它物件碰撞。

7）應根據(jù)硬度試驗機使用范圍，按規(guī)定合理選用不同的載荷和壓頭，超過使用范圍將不能獲得準確的硬度值。

實驗二 金屬相圖的觀察

一.實驗類型

驗證性

二.實驗目的

了解金屬相圖在顯微鏡下的圖形

三.實驗內(nèi)容 1．試樣制備

要在金相顯微鏡下對金屬的組織進行觀察和攝影，必須制備平整、光亮、清潔、無劃痕、并用適當?shù)姆椒@示出真實組織的試樣

(1)手工磨樣

試樣在金相砂紙上由粗到細磨制。磨樣時用力均勻，待磨面上舊磨痕消失，新磨痕均勻一致時就更換細一號的砂紙，并且試樣轉(zhuǎn)90o再磨。一般磨制到4號（粒度800）砂紙即可。

(2)拋光

本實驗采用機械拋光的方法。PG－2金相制樣拋光機

在專用的拋光機上進行，拋光織物（如呢料、金絲絨等）固定在拋光盤上，灑以拋光粉懸浮液，試樣輕壓于旋轉(zhuǎn)的拋光盤上?？壳队趻伖饪椢镏械膾伖夥鄣哪ハ髯饔煤蜐L壓作用，得到平整、光亮無劃痕的磨面。

(3)化學浸蝕

試樣在浸蝕劑作用下，組織中電位低的部分為陽極，電位高的部分為陰極，低電位處于溶解較快而呈現(xiàn)凹陷從而顯示出組織特征。碳鋼常用3~4%硝酸酒精溶液浸蝕。

2．觀察金相顯微組織

制好的試樣放在顯微鏡下觀察。使用顯微鏡時，動作輕、速度慢，由低倍到高倍進行觀察，結合試樣熱處理工藝，觀察與分析組織。

選擇能說明組織特征的典型視場，確定合適的放大倍數(shù)及圖象采集。

第二篇：材料成形技術基礎習題

金屬材料力學性能部分

一、填空題

1.材料力學性能指標有：（）、（）、（）、（）、（）、（）。

2.拉伸試驗可以用來測試（）、（）、（）。3.塑性可由（）和（）兩種方式是表示。4.硬度表示方法有三種，分別是：（）、（）、（）。5.布什硬度的壓頭有兩種，（）和（）。6.一個洛氏硬度單位是（）mm。

二、判斷題

1.面收縮率表示塑性比伸長率表示塑性跟接近真實變形。（）2.疲勞強度的單位是KPa/m2。（）

3.布氏硬度計適合測量灰鑄鐵、非鐵合金及較軟的鋼材。（）4.洛氏硬度是根據(jù)壓痕直徑測試材料硬度值。（）

三、單項選擇題

1.布氏硬度的符號是：

A、HA B、HB C、HC D、HD 2.布氏硬度符號中，HBS表示：

A、壓頭是淬火鋼球 B、壓頭是硬質(zhì)合金 C、壓頭是高鉻鑄鐵 3.洛氏硬度的符號是：

A、HL B、HN C、HR D、HQ

四、簡答題

1.什么是材料的剛度？

2.什么是材料的強度？什么是屈服強度？什么是抗拉強度？

3.什么是材料的塑性？

4.什么是材料的沖擊韌性？

5.什么是材料的疲勞強度？

6.“520HBW10/1000/30”的含義是？

7.三種硬度的測量標準有何不同？

D、壓頭是金剛石

鐵碳相圖部分

一、填空題

1.純鐵的同素異構體有（）、（）、（）。2.共晶反應的方程式是（）。3.共析反應的方程式是（）。4.包晶反應的方程式是（）。5.亞共析鋼和過共析鋼的碳含量分界點是（）。

6.亞共晶白口鐵和過共晶白口鐵的碳含量分界點是（）。7.奧氏體最大含碳量為（）。8.鐵素體最大含碳量為（）。

二、判斷題

1.實際討論的鐵碳相圖的含碳量范圍是0.0008~6.69%。（）2.萊氏體的物相包括α-Fe和Fe3C。（）3.珠光體的物相包括α-Fe和Fe3C。（）4.初生奧氏體存在于過共析鋼中。（）

5.珠光體的組織特征是平行線狀黑白交替的鐵素體和滲碳體。（）6.板條狀滲碳體出現(xiàn)在過共晶白口鐵中。（）

三、簡答題

1.什么是鐵素體？它的特征是什么？

2.什么是奧氏體？它的特征是什么？

3.什么是滲碳體？它的特征是什么？

四、計算題

根據(jù)鐵碳相圖計算含碳量為0.5%，0.77%，1.2%，2.11%，3%，4.3%，5%的常溫下各組織的含量？各物相的含量？

熱處理部分

一、填空題

1.普通熱處理有四種，分別是：（）、（）、（）、（）。

2.冷卻的方式分兩大類，即（）和（）。3.連續(xù)冷卻的方式有多種，比如：（）、（）、（）和（）。

4.共析碳鋼TTT曲線中，高溫轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變終止產(chǎn)物為（），中溫轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變終止產(chǎn)物為（），低溫轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變終止產(chǎn)物為（）。5.珠光體型組織根據(jù)片層厚薄不同，可以分為（）、（）、（）。

6.上貝氏體的形態(tài)為（）。7.下貝氏體的形態(tài)為（）。

8.馬氏體分為（）和（），又稱為（）和（）。

9.熱處理分為預備熱處理和最終熱處理兩種，預備熱處理有（）、（），最終熱處理有（）、（）。

二、判斷題

1.根據(jù)片層厚度由厚到薄排列順序為：珠光體>索氏體>托氏體。（）

2.上貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學性能，是生產(chǎn)上常用的強化組織之一。（）

3.馬氏體中碳含量小于0.2%時，組織為板條馬氏體。（）

三、簡答題

1.什么是熱處理？

2.影響奧氏體晶粒長大的因素有哪些？

3.什么是過冷奧氏體？

4.什么是孕育期？

5.珠光體、貝氏體和馬氏體的組織形態(tài)特征分別是什么？

6.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點有哪些？

7.什么是退火？退火的目的是什么？

8.什么是正火？

9.什么是淬火？淬火的目的是什么？

10.什么是回火，回火的目的是什么？

11.為什么過共析鋼的淬火溫度為 Ac1+30-50℃？

12.淬透性的定義是什么？

13.淬硬性的定義是什么？

鑄造部分

一、填空題

1．合金流動性差，澆注時鑄件容易產(chǎn)生（）和（）的缺陷。2．在鑄件的凝固過程中，鑄件的凝固方式有（）和中間凝固以及（）三種方式。

3．液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所減的容積得不到補足，則在鑄件最后凝固的部位形成一些空洞。按照空洞的大小和分布，可將其分為（）和（）兩類。

4．要使縮孔進入冒口，就要實現(xiàn)（）凝固的原則，使冒口（）凝固。

5．鑄件熱裂的特征是裂紋短，縫隙寬，形狀（），縫內(nèi)呈（）色。6．鑄件由于壁厚不同，冷卻速度不同，收縮不同，所以容易產(chǎn)生內(nèi)應力，通常室溫下厚壁受（）應力，而薄壁受（）應力。

7．由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，易使鑄件產(chǎn)生（）缺陷，防止此缺陷的工藝方法是實現(xiàn)（）凝固。8．影響鑄鐵石墨化的因素是：（）和（）。

9．灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵以及球墨鑄鐵三種鑄鐵在強度相同的前提下，塑性和韌性最好的是（）鑄鐵，次之是可鍛鑄鐵，最差的是（）鑄鐵。

10．可鍛鑄鐵的制取方法是，先澆注成（）鑄鐵件，然后進行長時間的（）。

11．KTH300—06是（）鑄鐵，其石墨形態(tài)為（）。

12．QT400—17是（）鑄鐵，其石墨形態(tài)為球狀，“400”表示最低抗拉強度為400MPa,“17”表示（）。

13.手工整模造型的特點是分形面選在零件的（），模樣做成整體，不但造型過程簡單，而且鑄件不產(chǎn)生（）等缺陷。

14．普通車床床身毛坯鑄造澆注時，導軌面應該朝（），鉗工用工作臺澆注時其大平面應該朝（）。

15．型心頭可分為（）和（）兩大類。

16．下列鑄件在批量生產(chǎn)時，最合適的鑄造方法是：大口徑鑄鐵污水管用（）鑄造；汽車用鋁合金活塞用（）鑄造。

17．離心鑄造必須在離心鑄造機上進行，根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸空間位置的不同，離心鑄造機可分為（）和（）兩大類。

二、判斷題

1．澆注溫度越高，合金的流動性越好，因此，為了防止?jié)膊蛔闳毕?，澆注溫度越高越好?．合金的鑄造性能是一種機械性能。

3．HT200，ZG45，ZCuSn5Zn5Pb5，QT600—03等幾種材料中，鑄造性能最好的是HT200。

4．鑄件在凝固收縮階段受阻時,會在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力。

5．鑄造合金的液態(tài)收縮使鑄件產(chǎn)生應力和變形。

6．收縮是合金的物理本性，對正常澆注溫度下已定成分的合金，其收縮是不可避免的，收縮的體積也是不能改變的，因此，鑄件的縮孔是不可避免的。

7．與灰口鑄鐵相比，鑄鋼具有良好的機械性能和鑄造性能。8．化學成分是影響鑄鐵組織與性能的唯一因素。

9．合金的結晶溫度范圍愈大，合金的鑄造性能愈好。

10．合金的固態(tài)收縮使鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松。

11．鑄件由于壁厚不同，冷卻速度不同，收縮不同，所以容易產(chǎn)生內(nèi)應力，通常室溫下厚壁受拉應力；而薄壁受壓應力。

12．在保證鑄型充滿的前提下，生產(chǎn)中廣泛采用高溫出爐，低溫澆注的生產(chǎn)工藝。13．灰口鑄鐵的強度隨著截面積的增加而增加。14．孕育鑄鐵件上厚大截面的性能比較均勻。

15.鑄鐵中的石墨呈片狀時，在石墨片的尖角處容易造成應力集中，從而使鑄鐵的抗拉強度低、韌性幾乎為零。

16．由于鑄造生產(chǎn)的發(fā)展，砂型鑄造將逐步被特種鑄造方法所取代。17．可鍛鑄鐵是適合生產(chǎn)形狀復雜經(jīng)受振動的厚壁鑄件。

18．特種鑄造在特種條件下具有先進性,但不能完全代替砂型鑄造。19．對鑄件需要切削加工的重要表面鑄造時應朝上放置。

三、單項選擇題

1．合金的流動性差會使鑄件產(chǎn)生下列何種鑄造缺陷（）

A.偏析 B.冷隔

C.應力

D.變形

2．下列零件中最適合用灰口鑄鐵制造的是

（）

A.汽車活塞

B.軋輥

C.壓力機曲軸

D.車床床身

3．被廣泛用來制造機床床身.機器底座的灰口鑄鐵因為有良好的（）

A.低的缺口敏感性 B.切削加工性 C.減振性

D.耐磨性

4．設計薄壁鑄件有“最小壁厚”的規(guī)定，主要根據(jù)是（）

A.合金的流動性B.合金的收縮性C.合金的抗裂性D.合金的吸氣性 5．常用的鑄造合金中流動性最好的是（）

A.可鍛鑄鐵

B.灰口鑄鐵

C.球墨鑄鐵

D.白口鑄鐵

6．常用鑄造合金中收縮性最小的是

（）

A.灰口鑄鐵 B.可鍛鑄鐵

C.球墨鑄鐵

D.鑄鋼

7．在相同的工藝條件下，流動性最好的合金是（）

A.共晶合金成分

B.亞共晶合金成分

C.過共晶合金成分

D.結晶間隔寬的合金

8．不同的鑄造合金，其最小壁厚的規(guī)定不同，主要是根據(jù)合金的（）A.流動性B.收縮性C.吸氣性

D.氧化性

9．以下牌號的鑄造合金中，σb最高的是

（）

A.HT150 B.QT500—07

C.KTH300—06 D.KTZ450—06

10．用HT150生產(chǎn)一壁厚不均勻的鑄件，該鑄件在（）的強度與牌號中的強度值近似。

A.壁厚10mm左右B.壁厚30mm左右C.壁厚50mm左右D.任意地方

11．可代替鑄鋼的鑄鐵有

（）

A.孕育鑄鐵 B.球墨鑄鐵 C.白口鑄鐵

D.灰口鑄鐵

12．兵馬俑銅車馬的馱手銅像，按真人1/10的尺寸進行縮小復制，最合適的鑄造方法是（）

A.砂型鑄造

B.金屬型鑄造 C.熔摸鑄造

D.壓力鑄造

13．生產(chǎn)普通車床床身應采用

（）

A.熔模鑄造

B.砂型鑄造C.壓力鑄造

D.低壓鑄造 14．設計鑄件結構時其分型面盡量選擇

（）

A.對稱平面

B.曲面

C.最大截面

D.最小平面 15．目前砂型鑄造方法應用廣泛的主要原因是

（）

A.生產(chǎn)過程簡單B.適應性廣 C.鑄件機械性能好D.生產(chǎn)率低

16．大量生產(chǎn)鋁合金照相機殼，應采用的制造方法是（）

A.金屬型鑄造成形

B.壓力鑄造成形

C.沖壓拉深成形

D.沖壓焊接成形

17．生產(chǎn)內(nèi)腔形狀復雜的鋼件，毛坯的加工方法用

（）

A.焊接

B.鑄造

C.鍛造

D.沖壓

18．為了提高鑄鐵件的強度，在不改變壁厚的情況下，常采用的措施是

（）

A.增設拔模斜度

B.增設鑄造圓角

C.增設加強筋或改變截面形狀

D.改變壁薄厚過渡

19．灰口鑄鐵壁越厚，其強度越低，這主要是由于壁越厚鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松，同時由于（）

A.晶粒粗大

B.氣孔越大C.冷隔越嚴重D.澆不足越厲害

20．大量生產(chǎn)氣輪機葉片應采用的鑄造方法是（）

A.熔模鑄造

B.金屬型鑄造 C.壓力鑄造

D.砂型鑄造

四、簡答題

1.下列鑄件的結構工藝性是否合理？若不合理，請說明理由，并在原圖上進行修改

或另畫出合理圖形。

2.如圖所示軋鋼機導輪鑄鋼零件，鑄造中出現(xiàn)縮孔，試分析原因；并說明采取的防止措施。

3.大批量生產(chǎn)下圖所示灰鑄鐵零件，鑄造毛坯要求不使用型芯和活塊，采用兩箱造型，請修改此零件結構設計中的不合理之處，并重新畫出修改后的零件圖，標出分型面和澆注位置。

焊接部分

一、名詞解釋

1、焊接

2、熔化焊

3、壓力焊

4、釬焊

5、焊接接頭

6、焊接熱影響區(qū)（HAZ）

7、焊接坡口

8、焊接性

二、簡答或論述

1、焊接的基本原理是什么？與其他連接工藝（例如鉚接或螺紋連接）有何優(yōu)勢和缺點？

2、主要的焊接方法有哪些？具體要求有何不同？

3、常規(guī)的熔焊接頭可以分為幾個區(qū)？為什么說焊接接頭是一個組織及力學性能不均勻體？

4、繪圖示意說明常見的焊接接頭及焊接坡口的型式

5、焊條電弧焊的原理、優(yōu)缺點及適用場合

6、埋弧焊的原理、優(yōu)缺點及適用場合

7、鎢極氬弧焊的原理、特點及適用場合

8、CO2氣體保護焊的原理、特點、適用場合

9、簡述焊接中所用的焊條、焊絲、焊劑及氬氣、CO2的主要作用

10、電子束焊和激光焊的特點和適用范圍

11、什么是焊接電弧，焊接電弧可以分為那幾個區(qū)域，溫度分布有何特點？

12、什么是熔滴過渡，一般分為哪幾種形式？

13、電阻焊方法可以分為哪幾類，其基本原理和適用場合是什么？

14、什么是摩擦焊？可以分為哪些種類？

15、釬焊的基本原理是什么？可以分為哪些種類？

16、焊接熱過程有何特點？

17、低碳鋼焊接熱影響區(qū)的形成及其對焊接接頭的影響

18、焊接殘余應力和變形產(chǎn)生的原因是什么？有何危害？有哪些消除或防止措施？

19、防止焊接結構脆性斷裂，可以從哪些方面入手？

20、影響材料的焊接性的因素有哪些？評價材料的焊接性有哪些方法？

21、試比較一下低碳鋼與低合金高強鋼的焊接性的不同

22、焊接結構生產(chǎn)的一般工藝流程包括哪些？

三、分析題

1、如圖所示低壓容器，材料為20鋼，板厚為15mm，小批量生產(chǎn)，試為焊縫A、B、C選擇合適的焊接方法，并簡要說明選擇理由。

2、分析下圖中所示焊接結構哪組合理，并說明理由。

鍛造部分

一、填空題

1.金屬的加工硬化是指塑性變形后其機械性能中強度和硬度（），而塑性和韌性（）的現(xiàn)象。

2.金屬經(jīng)塑性變形后，強度升高塑性下降的現(xiàn)象稱為（），它可以通過（）方法消除。

3.金屬產(chǎn)生加工硬化后的回復溫度T回=（）T熔(金屬熔化的絕對溫度);再結晶溫度T再=（）T熔。

4.鍛造時對金屬加熱的目的是（）和（）。

5.45鋼合理的鍛造溫度范圍是（），在此溫度區(qū)間，該鋼的組織主要是（）。

6.碳鋼隨含碳量增加，其鍛壓性能變（），高碳鋼的始鍛溫度比低碳鋼的始鍛溫度（）。

7.衡量金屬可鍛性的兩個指標是（）和（）。

8.影響金屬可鍛性的因素歸納起來有（）和（）兩大方面。

9.金屬在塑性變形過程中三個方向承受的（）數(shù)目越多，則金屬的塑性越好，（）的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差。

10．錘上模鍛的終鍛模膛設飛邊槽的作用是（）和（）以及保護模膛等。

11．模鍛件的分模面即上下模在鍛件上的（）,為了便于模鍛件從模膛中取出，鍛件沿錘擊方向的表面要有一定的（）。

12．板料沖壓的基本工序可分為（）和（）兩大類。

13．板料落料時，凹模的尺寸（）落料件的尺寸，而凸模的尺寸小于落料件的尺寸；板料沖孔時，凸模的尺寸（）孔的尺寸，而凹模的尺寸大于孔的尺寸。14．板料拉深時拉深系數(shù)m愈小，板料的變形量愈（），故多次拉深時，m 應愈取愈（）。

15．為使彎曲后角度準確，設計板料彎曲模時考慮到（）現(xiàn)象，應使模具的角度比需要的角度（）。

16．板料彎曲時，彎曲線應（）纖維組織，彎曲方向應（）纖維組織。

17．板料沖壓基本工序沖孔和落料是屬于（）工序；而拉深和彎曲則屬于（）工序。

18.按照擠壓時金屬流動方向和凸模運動方向之間的關系，擠壓可分為（）、（）、（）和（）。

19、鍛造前金屬加熱的目的是為了提高（），降低（），并使（）均勻。

二、判斷題

1.滑移是金屬塑性變形的主要方式。

2.變形金屬經(jīng)再結晶后不僅可以改變晶粒形狀，而且可以改變晶體結構。3.鎢的熔點為3380℃，當鎢在1200℃變形時，屬于冷變形。

4.金屬存在纖維組織時，沿纖維方向較垂直纎維方向具有較高的強度，較低的塑性。5.鍛造纖維組織的穩(wěn)定性很高，故只能用熱處理的方法加以消除。

6.金屬材料凡在加熱條件下的加工變形稱為熱變形，而在室溫下的加工變形稱為冷變形。7.鋼料經(jīng)冷變形后產(chǎn)生加工硬化而提高強度，鋼錠經(jīng)鍛造熱變形后因無加工硬化，故機械性能沒有改善。

8.自由鍛不但適用于單件,小批生產(chǎn)中鍛造形狀簡單的鍛件,而且是鍛造中型鍛件唯一的方法。

9.模型鍛造比自由鍛造有許多優(yōu)點,所以模鍛生產(chǎn)適合于小型鍛件的大批大量生產(chǎn)。

10.胎膜鍛造比自由鍛造提高了質(zhì)量和生產(chǎn)率，故適用于大件，大批量的生產(chǎn)。

11．帶孔的鍛件在空氣錘上自由鍛造時，孔中都要預留有沖孔連皮，而于鍛后沖去。

12．自由鍛造可以鍛造內(nèi)腔形狀復雜的鍛件。

13．錘上模鍛可以直接鍛出有通孔的鍛件。

14．自由鍛件上不應設計出錐體或斜面的結構，也不應設計出加強筋，凸臺，工字型截面或空間曲線型截面，這些結構難以用自由鍛方法獲得。

15．錘上模鍛時，終鍛模膛必須要有飛邊槽。

16．鍛造時，對坯料加熱的目的是提高塑性和降低變形抗力，所以，加熱溫度越高越好。

17．制定鍛件圖時，添加敷料是為了便于切削加工。

18．曲柄壓力機上的模鍛不能進行拔長.滾壓等制坯工序

19．在空氣錘上自由鍛造有孔的鍛件時，都不能鍛出通孔，而必須留有沖孔連皮，待鍛后沖去。

20．板料沖壓的彎曲變形，其彎曲的半徑越大，則變形程度越大。選擇題

1.鋼料鍛前加熱必須避免

（）

A.氧化皮

B.熱應力

C.過燒

D.脫碳

2.鍛件坯料加熱時產(chǎn)生的過熱現(xiàn)象主要指（）

A.晶界形成氧化層

B.晶界雜質(zhì)熔化

C.晶粒急劇變粗

D.晶粒細化

3.滑移總是沿著（）晶面和晶向進行。

A.與外力成45度的B.密排

C.非密排

D.任意的

4.設計零件時的最大工作切應力方向最好與鋼料纖維組織方向成（）

A.0度

B.30度

C.45度

D.90度

5.金屬經(jīng)過冷變形后，有（）現(xiàn)象。

A.加工硬化

B.回復

C.再結晶

D.晶粒長大

6.經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度，采用的熱處理方法是

（）

A.再結晶退火 B.去應力退火 C.完全退火 D.球化退火 7.為了提高鍛件的承載能力，應該

（）

A.用熱處理方法消除纖維組織

B.使工作時的正應力與纖維方向垂直

C.使工作時的切應力與纖維方向一致

D.使工作時的正應力與纖維方向一致

8.冷變形強化現(xiàn)象是指金屬冷變形后

（）

A.強度硬度提高，塑性韌性提高

B.強度硬度提高，塑性韌性下降 C.強度硬度下降，塑性韌性提高

D.強度硬度下降，塑性韌性下降

9.起重用10噸的吊鉤，最合適的材料和生產(chǎn)方法是（）

A.ZG35鑄造而成B.35鋼鍛造而成C.QT420-10鑄造而成D.35鋼鋼板切割而成

10.鍛件拔長時的鍛造比Y 總是()

A.=1

B.>1

C.< 1

D.無所謂

11．胎膜鍛造是在（）設備上使用胎膜生產(chǎn)模鍛件的工藝方法。

A.自由鍛錘 B.模鍛錘

C.曲柄壓力機

D.平鍛機

12．生產(chǎn)500Kg 以上的鍛件毛坯，應采用

（）

A.模型鍛造 B.胎膜鍛造 C.機器自由鍛造 D.手工自由鍛造

13．自由鍛鍛件上不應設計出

（）

A.平面

B.消除空間曲線結構 C.圓柱面 D.加強筋

14．繪制模型鍛件圖時與繪制自由鍛件圖時考慮的不同因素有（）A.敷料 B.分型面C.鍛件公差D.鍛件加工余量

15．板料沖壓拉深時，拉深系數(shù)m總是

（）

A.>1

B.=1

C.=0

D.<1

16．拉深系數(shù)（m）是衡量拉深變形程度的指標，當變形程度愈大，則

A.m愈大

B.m=0.5

C.m>0.5

D.m愈小

17.大批量生產(chǎn)小鍛件應采用

（）

A.胎膜鍛造

B.模型鍛造

C.手工自由鍛造 D.機器自由鍛造

18．拉深時凸模和凹模之間的單面間隙Z與板厚度S應是

A Z

B.Z>S

C.Z=S

D無所謂

19．利用模具使平板坯料變成開口空心杯狀零件的工序叫做（）

A.拉深

B.彎曲

C.翻邊

D.成型

問答題

1.題圖所示鋼制拖鉤，可采用下列方法制造：

（1）鑄造

（2）鍛造

3）板料切割 試問何種方法制得拖鉤其拖重能力最大？為什么？

（）

（）

2.沖壓下圖所示桶形件，所用條料為寬105mm，厚1mm的低碳鋼板，按先后順序指出需要哪些沖壓基本工序？如果拉深1次完成，請計算拉深系數(shù)。

3．如圖所示零件為2mm厚的低碳鋼板沖壓件，試寫出該件的沖壓工序，并繪出相應的工序簡圖。

第三篇：工程材料與成形技術基礎第三章答案(機械工業(yè)出版社)

龐國星主編 工程材料作業(yè)第三章答案

1、比較下列名詞

（2）比較索氏體和回火索氏體 , 馬氏體和回火馬氏體的主要區(qū)別。正火組織：索氏體S:屬于細珠光體，其中滲碳體呈片狀?；鼗鸾M織,淬火后高溫回火,碳化物從過飽和F中析出,稱為回火索氏體S回，呈粒狀滲碳體，塑、韌性更好

淬火組織:馬氏體:過飽和F 回火組織:淬火后低溫回火，碳化物開始從M中析出，成為M回。保持高硬度，消除內(nèi)應力，改善脆性。

2、判斷下列說法是否正確：

（1）鋼在奧氏體化后，冷卻時形成的組織主要取決于鋼的加熱溫度。

錯誤，鋼在奧氏體化后，冷卻時形成的組織主要取決于鋼的冷卻速度。（2）低碳鋼與高碳鋼工件為了便于切削加工，可預先進行球化退火。

錯誤，低碳鋼工件為了便于切削加工，預先進行熱處理應進行正火（提高硬度）或完全退火。而高碳鋼工件則應進行球化退火（若網(wǎng)狀滲碳體嚴重則在球化退火前增加一次正火），其目的都是為了將硬度調(diào)整到HB200左右并細化晶粒、均勻組織、消除網(wǎng)狀滲碳體。

（3）鋼的實際晶粒度主要取決于鋼在加熱后的冷卻速度。

錯誤，鋼的實際晶粒度主要取決于鋼的加熱溫度。（4）過冷奧氏體冷卻速度快，鋼冷卻后的硬度越高

錯誤，鋼的硬度主要取決于含碳量。（5）鋼中合金元素越多，鋼淬火后的硬度越高

錯誤，鋼的硬度主要取決于含碳量。

（6）同一鋼種在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

正確。同一鋼種，其C曲線是一定的，因此，冷速快或工件小容易淬成馬氏體。（7）鋼經(jīng)過淬火后是處于硬脆狀態(tài)。

基本正確，低碳馬氏體韌性要好些，而高碳馬氏體硬而脆。（8）冷卻速度越快，馬氏體的轉(zhuǎn)變點Ms和Mf越低。正確。

（9）淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度。

錯誤，淬火鋼回火后的性能主要取決于回火溫度。（10）鋼中的含碳量就等于馬氏體的含碳量

錯誤，鋼中的含碳量是否等于馬氏體的含碳量，要看加熱溫度。完全奧氏體化時，鋼的含碳量等于奧氏體含碳量，淬火后即為馬氏體含碳量。如果是部分奧氏體化，鋼的含碳量一部分溶入奧氏體，一部分是未溶碳化物，從而可以減輕馬氏體因含碳量過高的脆性，也能細化晶粒，此時馬氏體含碳量要低于鋼的含糖碳量。

4、什么是鋼的回火？鋼的回火有哪些過程？。。

淬火碳鋼回火過程中的組織轉(zhuǎn)變對于各種鋼來說都有代表性?；鼗疬^程包括馬氏體分解，碳化物的析出、轉(zhuǎn)化、聚集和長大，鐵素體回復和再結晶，殘留奧氏體分解等四類反應。

第一階段回火（250℃以下）馬氏體在室溫是不穩(wěn)定的，填隙的碳原子可以在馬氏體內(nèi)進行緩慢的移動，產(chǎn)生某種程度的碳偏聚。隨著回火溫度的升高，馬氏體開始分解，在中、高碳鋼中沉淀出ε-碳化物（圖2），馬氏體的正方度減小。高碳鋼在 50～100℃回火后觀察到的硬度增高現(xiàn)象，就是由于ε-碳化物在馬氏體中產(chǎn)生沉淀硬化的結果（見脫溶）。ε-碳化物具有密排六方結構，呈狹條狀或細棒狀，和基體有一定的取向關系。初生的 ε-碳化物很可能和基體保持共格。在250℃回火后，馬氏體內(nèi)仍保持含碳約0.25%。含碳低于 0.2%的馬氏體在200℃以下回火時不發(fā)生ε-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的溫度回火則直接分解出滲碳體。回火

第二階段回火（200～300℃）殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?；鼗鸬?00～300℃的溫度范圍，淬火鋼中原來沒有完全轉(zhuǎn)變的殘留奧氏體，此時將會發(fā)生分解，形成貝氏體組織。在中碳和高碳鋼中這個轉(zhuǎn)變比較明顯。含碳低于 0.4%的碳鋼和低合金鋼，由于殘留奧氏體量很少，所以這一轉(zhuǎn)變基本上可以忽略不計。

第三階段回火（200～350℃）馬氏體分解完成，正方度消失。ε-碳化物轉(zhuǎn)化為滲碳體(Fe3C）。這一轉(zhuǎn)化是通過 ε-碳化物的溶解和滲碳體重新形核長大方式進行的。最初形成的滲碳體和基體保持嚴格的取向關系。滲碳體往往在ε-碳化物和基體的界面上、馬氏體界面上、高碳馬氏體片中的孿晶界上和原始奧氏體晶粒界上形核（圖3）。形成的滲碳體開始時呈薄膜狀，然后逐漸球化成為顆粒狀的Fe3C。回火

第四階段回火（350～700℃）滲碳體球化和長大，鐵素體回復和再結晶。滲碳體從400℃開始球化，600℃以后發(fā)生集聚性長大。過程進行中，較小的滲碳體顆粒溶于基體，而將碳輸送給選擇生長的較大顆粒。位于馬氏體晶界和原始奧氏體晶粒間界上的碳化物顆粒球化和長大的速度最快，因為在這些區(qū)域擴散容易得多。

鐵素體在350～600℃發(fā)生回復過程。此時在低碳和中碳鋼中，板條馬氏體的板條內(nèi)和板條界上的位錯通過合并和重新排列，使位錯密度顯著降低，并形成和原馬氏體內(nèi)板條束密切關聯(lián)的長條狀鐵素體晶粒。原始馬氏體板條界可保持穩(wěn)定到600℃；在高碳鋼中，針狀馬氏體內(nèi)孿晶消失而形成的鐵素體，此時也仍然保持其針狀形貌。在600～700℃間鐵素體內(nèi)發(fā)生明顯的再結晶，形成了等軸鐵素體晶粒。此后，F(xiàn)e3C顆粒不斷變粗，鐵素體晶粒逐漸長大。

5、兩個碳的質(zhì)量分數(shù)均為1.2%的碳鋼試件，分別加熱到760℃和900℃，保溫時間相同，達到平衡狀態(tài)后以大于臨界冷速的速度快速冷卻至室溫。問：

（1）哪個溫度的試件淬火后晶粒粗大。900℃粗大，處于完全奧氏體化區(qū)，對于過共析鋼易造成晶粒粗大。

（2）哪個溫度的試件淬火后未溶碳化物較少。900℃，處于完全奧氏體化區(qū)。

（3）哪個溫度的試件淬火后馬氏體的含碳量較多。900℃，處于完全奧氏體化區(qū)，奧氏體的含碳量即為馬氏體含碳量。

（4）哪個溫度的試件淬火后殘余奧氏體量多。900℃，奧氏體的含碳量越高，Ms和Mf就越低，殘余奧氏體量就越多。

（5）哪個試件的淬火溫度較為合理，為什么？760℃，處于部分奧氏體化區(qū)，加熱組織為奧氏體+未溶碳化物（阻礙晶粒長大），晶粒細小。同時控制了奧氏體含碳量，也就控制了馬氏體含碳量，降低了馬氏體脆性。淬火組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，保證了強度、硬度。

6、45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為240HBS，若再進行200℃回火，硬度能否提高? 為什么? 該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC，若再進行高溫回火，其硬度可否降低，為什么?

45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為240HBS，若再進行200℃回火，不能提高硬度。因為，回火溫度越高，硬度下降越多，而調(diào)質(zhì)工藝就是淬火+高溫回火，碳化物已經(jīng)析出，鐵素體回復，硬度已經(jīng)下降了，不能再升高。

該鋼經(jīng)淬火和低溫回火后硬度57HRC，若再進行高溫回火，硬度可以。因為，回火溫度越高，硬度下降越多。該鋼經(jīng)低溫回火，組織是回火馬氏體，碳化物還未析出，存在過飽和，因此，可繼續(xù)提高回火溫度，使得硬度降低。這也是為何經(jīng)低溫回火處理的碳素工具鋼，不能使用很高的切削速度的原因。高速切削，摩擦生熱，切削溫度高于低于回火溫度后，就相當于繼續(xù)回火。

7、T12鋼經(jīng)760℃加熱后，按照圖3-26所示的冷卻方式進行冷卻。問它們各獲得何種組織？并比較它們的硬度。（圖3-26：龐國星教材P70）

冷速1：相當于水冷，組織：馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體，硬度：HRC60 冷速2：相當于油冷，組織：索氏體+未溶碳化物+馬氏體+殘余奧氏體，硬度：不均勻。冷速3：相當于爐冷，組織：索氏體+未溶碳化物（二次滲碳體）硬度：HRC20-30 冷速4：同冷速3。已經(jīng)通過轉(zhuǎn)變完成線，保溫時間的延長，不影響組織，但可能晶粒粗大。

8、一根直徑為6mm的45鋼棒，先經(jīng)860℃淬火，160℃低溫回火后的硬度55HRC，然后從一端加熱，使鋼棒各點達到如圖3-27，所示溫度，問：（圖3-27：龐國星教材P70）45鋼棒，先經(jīng)860℃淬火，160℃低溫回火后的硬度55HRC，組織：回火馬氏體（1）各點的組織是什么？

150℃點：低于160℃，組織不變，回火馬氏體

550℃點：高于160℃，低于A1線，相當于高溫回火，組織：回火索氏體。

750℃點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，組織：奧氏體+鐵素體。840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。

950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。（2）從各點的圖示溫度緩冷到室溫后的組織是什么？

150℃點：低于160℃，緩冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體

550℃點：高于160℃，低于A1線，相當于高溫回火，緩冷到室溫后，組織：回火索氏體。750℃點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵素體。

840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵素體。

950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。緩冷到室溫后，組織：珠光體+鐵素體。

（3）從各點的圖示溫度水冷到室溫后的組織是什么？

150℃點：低于160℃，水冷到室溫后，組織不變，回火馬氏體。

550℃點：高于160℃，低于A1線，相當于高溫回火，水冷到室溫后，組織：回火索氏體。750℃點：高于A1線，相當于重新加熱，部分奧氏體化，水冷到室溫后，組織：馬氏體+鐵素體。

840℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：奧氏體。水冷到室溫后，組織：馬氏體 950℃點：高于A3線，完全奧氏體化，組織：粗大奧氏體。水冷到室溫后，組織：粗大馬氏體

9、現(xiàn)有20鋼和40鋼制造的齒輪各一個，為提高齒輪的硬度和耐磨性，宜采用何種熱處理工藝？

（1）20鋼齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌。

鍛造→正火→機加工→滲碳，淬火，低溫回火→精加工（2）40鋼齒輪，要求齒面耐磨，心部強韌要求不高

鍛造→完全退火→機加工→整體調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）→齒面高頻表面淬火，低溫回火→精加工（磨齒）

10、用T12鋼制造銼刀和用45鋼制造較重要的螺栓，工藝路線均為： 鍛造——熱處理——機加工——熱處理——精加工。對兩工件：（1）

說明預備的工藝方法和作用

（2）

制訂最終熱處理的工藝規(guī)范（加熱溫度、冷卻介質(zhì)），并指出最終熱處理的顯微組織和大致硬度。T12鋼制造銼刀：

鍛造——球化退火——機加工——淬火+低溫回火——精加工。球化退火：消除網(wǎng)狀滲碳體，細化晶粒，便于切削加工。淬火（760℃）+低溫回火（200℃），水冷，回火馬氏體，HRC60。45鋼制造較重要的螺栓: 鍛造——完全退火——機加工——淬火+高溫回火——精加工。完全退火：細化晶粒、均勻組織，便于切削加工。淬火（860℃）+低溫回火（600℃），水冷，回火索氏體，HRC20-25。

第四篇：塑性成形實驗報告

金屬塑性成形原理實驗報告

實驗項目：Ansys軟件分析平面問題和軸對稱問題

材料參數(shù)：彈性模量E=210Gpa 泊松比：u=0.33 屈服強度σ

摩擦系數(shù)v=0.26

尺寸：15×25(mm)

s=350Mpa

實驗步驟：

1、建模

1）問題的類型：設置單元類型、屬性

(1).設置計算類型。ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK(2).選擇單元類型。執(zhí)行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select（Solid # Quad 4node 42）

→OK

2）材料模型

執(zhí)行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →

Structural →Linear →Inelastic，在EX框中輸入2.1e5，在PRXY框中輸入0.3，選擇OK并關閉對話框。

3）建立幾何形狀

選擇Main Menu→Preprocessor →modeling →create→areas，如圖所示：

4）劃分網(wǎng)格

Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Volumes Mesh→Tet→Mapped,.采用

Mapped網(wǎng)格劃分單元。

執(zhí)行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Mapped：

5）建立接觸

2、施加邊界條件并求解

執(zhí)行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement，拾取目標平面等，單擊OK按鈕。然后出現(xiàn)如圖窗口，選擇“UY”，再單擊OK按鈕。加載荷后結果：

1）定義求解參數(shù)

2）求解

執(zhí)行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，彈出一個提示框。執(zhí)行file-close，單擊OK按鈕求解運算。

3、結果處理 1）讀入結果數(shù)據(jù)

2）查看結果

軸對稱問題：

平面應變問題

平面應力問題

結論：同一種材料，外形尺寸不變時，在不同的受力狀態(tài)下，應力分布是不同的，且受到的最大應力也不一樣。

第五篇：工程材料基礎實驗報告

實驗二 碳鋼和鑄鐵的平衡組織和非平衡組織 的觀察與分析

一．實驗目的

1．觀察和分析碳綱和白口鑄鐵在平衡狀態(tài)下的顯微組織。

2．分析含碳量對鐵碳合金的平衡組織的影響，加深理解成分、組織和性能之間的相互關系。

3．熟悉灰口鑄鐵中的石墨形態(tài)和基體組織的特征，了解澆鑄及處理條件對鑄鐵組織和性能的影響，并分析石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響。

4．識別淬火組織特征，并分析其性能特點，掌握平衡組織和非平衡組織的形成條件和組織性能特點。

二、．實驗儀器及材料

1．觀察表2—1中的金相樣品.2．幾種基本組織的概念與特征見表2—2 3．XJB—1型、4X型、XJP—3A型和MG型金相顯微鏡數(shù)臺 4．多媒體設備一套 5．金相組織照片兩套

三、實驗內(nèi)容

1．實驗前應復習課本中有關部分，認真閱讀實驗指導書。2．熟悉金相樣品的制備方法與顯微鏡的原理和使用。

3．認真聆聽指導教師對實驗內(nèi)容、注意事項等的講解。

4．用光學顯微鏡觀察和分析表2—1中各金相樣品的顯微組織。5．觀察過程中，學會分析相、組織組成物及分析不同碳量的 鐵碳合金的凝固過程、室溫組織及形貌特點。

四、實驗問題分析

2.根據(jù)實驗結果，結合所學知識，分析碳鋼和鑄鐵成分、組織和性能之間的關系。

（1）亞共析鋼

含碳量在（0.0218—0.77）%之間的鐵碳合金，室溫組織為鐵素體和珠光體，隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應的增加，顯微組織中鐵素體呈白色，珠光體呈暗黑色或?qū)悠瑺睢?/p>

（2）過共析鋼

含碳量在（0.77—2.11）%之間，室溫組織為珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體，含碳量越高，滲碳體網(wǎng)愈多、愈完整。當含碳量小于1.2%時，二次滲碳體呈不連續(xù)網(wǎng)狀，強度、硬度增加，塑性、韌性降低，當含碳量大于或等于1.2%時，二次滲碳體呈連續(xù)網(wǎng)狀，使強度、塑性、韌性顯著降低，過共析鋼含碳量一般不超過（1.3—1.4）%，二次滲碳體網(wǎng)用硝酸酒精溶液腐蝕呈白色，若用苦味酸鈉溶液熱腐蝕后，呈暗黑色。（3）共晶白口鑄鐵

含碳量為4.3%，室溫組織由單一的萊氏體組成，經(jīng)腐蝕后，在顯微鏡下，變態(tài)萊氏體呈豹皮狀，由珠光體，二次滲碳體及共晶滲碳體組成，珠光體呈暗黑色的細條狀及斑點狀，二次滲碳體常與共晶滲碳體連成一片，不易分辨。呈亮白色。（4）灰口鑄鐵

由鐵碳雙重相圖可知，鑄鐵凝固時碳可以以兩種形式存在，即以滲碳體的形式Fe3C和石墨G的形式存在。碳大部分以滲碳體Fe3C形式存在的，因其斷口呈白色。而稱白口鑄鐵，如前所述，白口鑄鐵硬而脆，很少用做零件。而碳大部分以石墨形式存在的，因其斷口呈灰色，而稱灰口鑄鐵。

3.分析碳鋼（任選一種成分）或白口鑄鐵（任選一種成分）凝固過程。

共晶白口鑄鐵[ w(C)=4.3%]平衡結晶過程：

合金在1點發(fā)生共晶反應, 由L轉(zhuǎn)變?yōu)?高溫)萊氏體Le[即(A+Fe3C)]。1￠～2點間, Le中的A不斷析出Fe3CII。Fe3CII與共晶Fe3C相連, 在顯微鏡下無法分辨, 但此時的萊氏體由A+ Fe3CII+ Fe3C組成。由于Fe3CII的析出, 至2點時A的碳質(zhì)量分數(shù)降為0.77%, 并發(fā)生共析反應轉(zhuǎn)變?yōu)镻;高溫萊氏體Le轉(zhuǎn)變成低溫萊氏體Le￠(P+ Fe3CII+ Fe3C)。從2￠至3點組織不變化。所以室溫平衡組織仍為Le￠, 由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C基體組成。

共晶白口鑄鐵的組織組成物全為Le￠, 而組成相還是F和Fe3C。

共晶白口鑄鐵室溫平衡組織

典型鐵碳合金在Fe-Fe3C相圖中的位置 2

工程材料基礎實驗報告