工程材料及成形技术基础实验指导书
工程材料及其成形基础实验指导书
工程材料及其成形基础实验指导书实验一 硬度试验一、实验目的1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
2、熟悉布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
二、概 述金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其它机械性能(如强度指标b σ及塑性指标ϕ和δ)之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
压入法硬度试验的主要特点是：(1) 试验时应力状态最软(即最大切应力远远大于最大正应力)，因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
(2)金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系； HB b K σ=⋅式中：b σ——材料的抗拉强度值；HB ——布氏硬度值；K ——系数。
退火状态的碳钢36.0~34.0=K合金调质钢 35.0~33.0=K 有色金属合金 53.0~33.0=K(3)硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。
(4)硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。
(5)设备简单，操作迅速方便。
三、布氏硬度(HB)(一)布氏硬度试验的基本原理布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P ，将直径为D 的钢球压入被测金属表面(如图1-1所示)保持一定时间，然后卸除载荷，根据钢球在金属表面上所压出的凹痕面积F 凹求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB 表示。
《材料成形原理》实验指导书
材料成形原理实验指导书施钢编写机械工程系材料实验室2011年12月实验一焊接热过程仿真实验一、实验目的1、通过实验加强对瞬时点热源焊接温度场和焊接热循环的概念、解析解和数值解的特点等的感性认识。
2、使用Matlab进行点热源理论温度场计算。
3、使用Ansys软件进行点热源温度场仿真和热循环曲线计算。
4、研究数值仿真的精度；探讨影响焊接温度场和焊接热循环的因素及焊接工艺参数的影响。
二、实验内容1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接理论温度分布曲线。
2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算，观察温度分布云图，绘制指定点的焊接热循环曲线。
3、探讨数值仿真的精度，对瞬时点热源焊接温度场和热循环曲线的影响因素及焊接工艺参数进行定量定性的探讨。
三、实验步骤1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。
(1)启动Matlab软件；(2)打开新文件(3)编写程序（4）运行程序（5）记录指定时间的温度，绘制温度分布曲线。
2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算。
ANSYS软件采用有限元方法进行稳态、瞬态热分析，计算各种热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流，辐射，热流率，热流密度（单位面积热流），热生成率（单位体积热流），固定温度的边界条件。
采用ANSYS软件进行热过程分析可以用菜单交互操作和编程两种方式。
本次实验采用编程方法，分两部分：必做（2学时）：主要以程序调试为主，掌握基本方法。
选做（2学时）：由学生自行选择讨论的问题和拟定实验的内容和方案，将重点放在解析解与数值解的比较、数值解的精度、参数影响因素等内容的探讨。
（1）使用文本文件编辑器编写程序（2）以.mac为扩展名存盘（3）运行Ansys软件(4) 设置文件夹到程序所在文件夹（4）运行程序（5）使用General Postproc/Read Results读取指定时间的数据（6）使用General Postproc/Plot Results绘制温度场云图数据。
材料成形工艺实验指导书
《材料成形工艺》实验指导书王洪涛主编机械与材料工程学院材料成型及控制教研室2013年10月实验一焊接接头的金相组织观察分析一、实验目的1. 初步学会焊接接头金相分析的方法2. 观察低碳钢熔化焊焊接接头的金相组织特征。
3. 分析焊接接头组织变化对机械性能的影响4. 初步分析影响焊接接头金相组织的因素和改进措施二、实验仪器、设备和材料1.实验设备：金相磨样机、金相切割机、金相抛光机、金相显微镜、显微硬度仪等；2.实验材料：手工电弧焊试样、金相砂纸、抛光布、抛光剂、浸蚀液等；三、实验原理：熔化焊是将焊件接头处金属加热到熔化状态，靠熔化金属冷却结晶形成一体而完成焊接的方法。
由于是局部加热，接头上各点温度分布不均匀，焊缝金属加热到熔点以上，紧邻焊缝的母材加热到接近熔化的高温，有部分熔化，再向外受热温度逐渐降低，愈远离焊缝，温度愈低。
一般将焊缝两侧受焊接热影响而发生组织与性能变化的区域，称为热影响区，焊缝和热影响区之间极小过渡区，称为熔合区。
因此，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分构成，如图1-1所示。
焊接质量主要取决于接头的质量，特别是热影响区的大小。
所以，了解焊接接头的金相组织变化情况及其对金属机械性能的影响，对尽量减少热影响区，制订合理工艺方案，提高接头质量及其重要。
图1-1 焊接接头示意图图1-2 焊接接头金相组织四、实验步骤1、熔焊接头宏观试样的制备：a、取样：垂直于焊缝截取、砂轮切割机、线切割机等。
b、磨制：粗磨—在砂轮机上进行、修整平面、不需的边角等。
细磨—金相砂纸、手工磨等。
c、抛光：手工抛。
在抛光机上进行。
d、浸蚀：A3钢熔焊接头、4%硝酸酒精溶液。
2、试样显微组织观察：a、母材区组织b、热影响区组织c、焊缝区组织五、实验结果及思考1、绘制熔焊接头的宏观形貌示意图（横截面）。
2、绘制熔焊接头各区的金相组织图3、分析各区组织变化情况和原因实验二材料表面超音速火焰喷涂涂层制备一、实验目的1. 理解材料表面超音速火焰喷涂涂层基本制备方法及原理；2. 掌握超音速火焰喷涂的工艺过程及参数设置；3. 掌握涂层制备设备的操作规程及方法步骤。
(建筑工程施工管理)工程材料及材料成型实验指导书
（建筑工程管理）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青岛大学机械基础实验教学中心实验壹铁碳合金平衡组织观察壹、实验目的1、进壹步掌握不同成分铁碳合金于平衡状态下的显微组织。
2、进壹步掌握Fe-Fe3C相图于铁碳合金组织分析中的作用3、掌握铁碳合金成分和组织变化的关系和规律，能够根据显微组织的特征估算亚共析钢中碳的质量分数。
4、熟悉金相显微镜的结构和使用。
二、实验原理铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金于极其缓慢的冷却条件下所得到的组织，即Fe-Fe3C相图所对应的组织。
实际生产中，要想得到壹种完全的平衡组织是不可能的，退火条件下得到的组织比较接近于平衡组织。
因此我们能够借助退火组织来观察和分析铁碳合金的平衡组织。
根据Fe-Fe3C相图，我们把铁碳合金相图分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁1、工业纯铁工业纯铁是ωc<0.0218%的铁碳合金，于室温下的组织为铁素体组织，铁素体呈多角形块状，晶界为黑色条状，有时能够见出于晶界处少量分布的三次渗碳体。
2、亚共析钢亚共析碳钢的质量分数为0.0218%<ωc<0.77%，室温下的组织由铁素体和珠光体组成。
经经硝酸酒精溶液浸蚀后于显微镜下观察，铁素体呈白色多边形块状，珠光体于放大倍数较低时呈暗黑色。
随着碳的质量分数的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增加，铁素体的形态逐渐由块状变为碎块状或网状。
3、共析钢共析钢是ωc＝0.77%的铁碳合金，室温组织为单壹的珠光体。
显微镜下每个珠光体晶粒中渗碳体和铁素体片层的方向、大小、宽窄均不壹样，这是因为每个珠光体晶粒的位向不同，其截割截面不壹致导致的结果。
4、过共析钢过共析钢质量分数0.77%<ωc<2.11%，室温组织由珠光体和二次渗碳体组成。
经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，二次渗碳体呈白色网状分布于珠光体周围。
用碱性苦味酸纳溶液浸蚀后珠光体呈灰白色，二次渗碳体呈黑色网状。
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。
材料成型原理实验指导书
兰州理工大学材料科学与工程学院《材料成型原理》实验指导书（铸造、焊接、金压）2006．3．15实验一铸造合金流动性的测定一、概述液态合金充填铸型型腔获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为液态合金的充型能力。
它受合金性质、铸型性质、浇注条件和铸件结构四方面因素的影响。
流动性是指液态合金本身充填铸型的能力。
流动性好的合金，出于其充型能力强，因而容易充满型腔，有利于获得形状完整、轮廓清晰的铸件。
流动性差的合金，充型能力就差，容易使铸件产生浇不足、冷隔等铸造缺陷。
因此，流动性是铸造合金重要的铸造性能之一。
二、测试方法流动性测试是将液态合金浇入专门设计的流动性试样沟道（型腔）中，以其停止流动时获得的长度作为流动性指标：也可以用试样尖端或织薄部分被充填的程度作为流动性指标。
后者旨在研究液态合金充填型腔细薄部分及棱兔的能力。
由于流动性的测定是在特定的铸型条件、浇注条件和试样沟道中进行的，所以，测定时必须稳定上述条件，才一能保证测试结果有较好的再现性和精确度。
铸造合金种类繁多（铸铁、铸钢、有色合金、高温合金等等），各种合金的物理及热物理性质千差万别；所研究问题的侧重点又不尽相同。
因此，流动性试样的类型很多，其中，绝大多数采用重力浇注方法，个别采用真空吸铸；沟道大多做成直棒形或弯曲成一定形状（如螺旋线形）。
试样铸型大多为砂型和金属型，偶尔采用石墨型。
下面介绍几种常用或结构特殊的流动性试样。
1、螺旋线形螺旋线形应用最为广泛，目前已被建议为标准方法。
螺旋线形流动性试样见图:5-4。
螺旋线形试样以采用阿基米德螺旋线和渐开线为多见。
按内浇口位置又可分为内流式与外流式，内流式结构简单，造型万使，坦由子流道袖辜运新增人，局韶祖力损失随流程的增大而增大，再加上沿捏沮力损失，将使液态合金的流动条件的变化较大。
外流式的结构较复杂，但局部蛆力损失渐趋减少。
沿程阻力损失逐渐增大，结果，流动“件“变化较小，测定结果的精确度较高。
由于铸型和浇注条件在每次测试由很难保持一致，特别是浇注时压头（浇注速度、流量等）的波动对测试结果的影响很大。
工程材料及成型工艺实验指导书
《工程材料及成型工艺》实验指导书二零一零年九月实验须知1. 实验前应仔细阅读实验指导书和有关教材，认真做好预习。
教师发现无充分准备者，可停止其进行实验。
2. 学生应准时进入实验室，在教师讲解实验内容之前不得擅自操作实验仪器等。
各项实验内容应有始有终独立完成。
3. 实验过程保持严肃、安静、整洁、遵守操作规程、注意安全、例行节约。
若发现故障，应立即报告教师酌情处理，不要擅自拆修。
4. 实验用的一切物品（如试样、图片、试剂和工具等）不准带出实验室。
5. 实验完毕将仪器物品收拾整齐，恢复原状并作好室内外卫生工作。
6. 每次实验后须完成书面实验报告，于下次实验前交给老师，实验报告成绩作为课程考核总评成绩的一部分。
7. 实验报告统一用报告纸撰写，字迹清楚。
8. 进入实验室应遵守实验室的一切规章制度。
实验一 硬度计的结构原理及使用方法一、实验目的1、了解布氏硬度计、洛氏硬度计及维氏硬度计的基本原理及其结构；2、熟悉并掌握洛氏硬度计的使用方法； 二、实验原理概述金属材料的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同；因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性，微量塑变抗力，形变强化能力以及大量形变抗力。
由于硬度试验简单易行，又无损于零件，而且可以近似的推算出材料的其它机械性能，因此在生产和科研中应用广泛。
硬度试验方法很多，机械工业普遍采用压入法来测定硬度，压入法又分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
(一)、布氏硬度1、基本原理及结构根据 GB231-84规定，布氏硬度试验法是用直径为D 的淬火钢球（或硬质合金球），以相应的试验力F 压入被测材料的表面，保持规定的时间后，卸掉试验力，用读数显微镜测出材料表面的压痕直径d 。
计算压痕单位面积上所受的力，即为被测金属的布氏硬度值HBS （或HBW ）。
【工程材料成形技术基础】实验指导书
工程材料成形技术基础实验指导书包军杜丽娟主编邢忠文主审哈尔滨工业大学金工教研室前言本实验教材是配合《工程材料成形技术基础》课程教学基本要求而编写，在编写过程中，结合目前教学改革的基本指导思想和原则，根据机械类专业的实际需要，对传统的实验内容进行了修改，删除陈旧的、过时的和现代制造中已较少使用的操作方法和工艺，引进和增加现代材料成形技术、成形工艺自动化、非金属材料成形等内容。
本教材由哈尔滨工业大学金工教研室包军、杜丽娟主编，邢忠文教授主审。
由于作者水平和经验所限，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评指正。
编者2003.9目录实验一压铸成形实验 (4)实验二注塑成形实验 (6)实验一压铸成形实验一．实验目的1．掌握压力铸造的原理，了解压力铸造的特点及应用。
2．了解压铸机的结构，掌握压铸机的工作过程。
二．实验原理1．压力铸造的原理、特点及应用压力铸造简称压铸，是通过压铸机将熔融金属以高速压入金属铸型，并使金属在压力下快速凝固的铸造方法。
常用压力为5～150MPa，充型速度为0.5～50m/s, 充型时间为0.01～0.2S。
压力铸造的特点：压铸的生产效率极高、最高可达每小时压铸500件，铸件精度和表面质量均比其他铸造方法高，铸件力学性能高，可铸出形状复杂的薄壁件，便于铸出镶嵌件。
但是压铸工艺也存在不足：压铸设备投资高，压铸模制造复杂、周期长、费用高，一般不宜用于小批量生产。
普通压铸法压铸的铸件易产生气孔，不能进行热处理。
压铸某些内凹件、高熔点合金铸件还比较困难。
目前压铸工艺主要用于大批量生产的低熔点有色金属铸件，其中铝合金占总量的30%～60%。
其次为锌合金及铜合金。
汽车、拖拉机制造业应用压铸件最多，在仪表、电器和农业、国防、计算机、医疗等机器制造业也广泛应用。
压铸生产的零件主要有发动机气缸体、气缸盖、变速箱体、发动机罩、仪表和照像机壳体、支架、管接头及齿轮等。
2．压铸机及压铸工艺过程压铸机可分为热压室式和冷压室式两大类。
工程材料与成型技术基础实验报告
《工程材料与成型技术基础》实验报告评语：姓名：学号：班级：指导教师：成绩：日期：实验一碳钢金相样品制备与铁碳合金在平衡状态下的组织观察实验时间：一、实验目的1．通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析（或金相分析）。
合金在极其缓慢的冷却条件（如退火状态）下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金平衡组织的观察与分析，要依据Fe-Fe3C相图来进行。
（1）工业纯铁工业纯铁的碳质量分数小于0.0218%，组织为单相铁素体。
铁素体呈白亮多边形晶粒，晶界呈暗色的网络，并在晶界的局部区域分布有微量亮白窄条状三次渗碳体（Fe3CⅢ）。
（2）亚共析钢亚共析钢的碳质量分数为0.0218%～0.77%，组织为铁素体（白亮多边形块状）加珠光体（暗色层状）。
（3）共析钢共析钢的碳质量分数为0.77%，其室温组织为单一的珠光体。
其中白亮铁素体和暗色渗碳体以层状相间。
（4）过共析钢过共析钢的碳质量分数为0.77%～2.11%，在室温下的平衡组织为珠光体加二次渗碳体。
其中，二次渗碳体呈白亮网状分布在暗色珠光体的晶界上。
（5）亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁的碳质量分数为2.11%～4.3%，室温下的平衡组织为珠光体、二次渗碳体加变态莱氏体。
其中变态莱氏体为基体，在变态莱氏体基体上分布着暗色块状或椭圆状的珠光体，在珠光体晶体边缘有一薄层白亮二次渗碳体。
（6）共晶白口铸铁共晶白口铸铁的碳质量分数为4.3%，其室温下的显微组织为变态莱氏体，其中渗碳体为白亮基体，珠光体以暗色细条状和点状嵌镶分布在白亮渗碳体基体上。
（7）过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的碳质量分数为4.3%～6.69%，其室温下的显微组织为变态莱氏体加一次渗碳体。
一次渗碳体呈白亮板条状嵌镶分布在变态莱氏体的基体上。
三、实验仪器、材料1.金相显微镜2.金相试样四、实验内容及步骤内容：1.通过观察分析，画出表中所列每种铁碳合金显微组织示意图，并用引线和符号标出各种组织的名称，在组织示意图下方填写合金名称、合金碳含量、显微组织名称、观察倍数、浸蚀剂等各个项目内容。
材料成型技术实验指导书
《材料成形技术基础》《工程材料成形技术》课程编号： 02211320、02211720课程名称：材料成形技术基础、工程材料成形技术实验一 金属液充型能力及流动性测定实验一、实验目的1、 了解合金的化学成分和浇注温度对金属液充型能力和流动性的影响。
2、 熟悉采用螺旋型试样测定铸造金属液的流动性和评定其充型能力的方法二、实验的主要内容利用电阻坩埚炉熔化合金；使用螺旋型试样模样造型；完成浇注；冷凝后得到试样。
通过测量试样长度得到试样不同条件下的流动性和充型能力。
三、实验设备和工具电阻坩埚炉（5KW ）、螺旋型试样模样（见图一）、热电偶测温仪、型砂、砂箱、造型工具、浇注工具等。
四、实验原理充型能力是金属液充满铸型型腔、获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
充型能力主要取决于液态金属的流动性，同时又受相关工艺因素的影响。
金属液的流动性是金属液本身的流动能力，用在规定铸造工艺条件下流动性试样的长度来衡量。
流动性与金属的成分、杂质含量及物理性能等有关。
影响金属液充型能力的工艺因素主要有浇注温度、充型压力等。
提高浇注温度或充型压力，均有利于提高充型能力。
五、实验方法和步骤1、合金的熔化、保温方案一：将某一成分的铝硅合金在坩埚炉中，加热熔化并过热到一定的温度保温。
方案二：将同一成分的铝硅合金（适量）分别置于两个坩埚炉中，加热熔化并过热到不同的温度保温。
2、造型方案一：采用同一个螺旋型试样模样分别制作两个直浇道高度不同的砂型。
方案二：采用同一个螺旋型试样模样分别制作两个直浇道高度相同的砂型。
3、浇注方案一：将熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度不同的砂型中。
方案二：将两个坩埚炉中加热熔化并保温的铝硅合金液分别浇注到两个直浇道高度相同 的砂型中。
4、开型、落砂 待试样凝固后即可开型并落砂。
实验指导书5、测定流动性分别测出不同试样螺旋型部分的长度（50mm、凸点数）6、填写实验记录，并整理好工具、砂箱，清扫造型场地。
10工程材料及其成形技术基础实验指导书1
机械工程学院工程材料及其成形技术基础实验指导书申荣华编写适用专业：材料成形及控制-铸造方向贵州大学二OO 七年八月前言《工程材料及其成形技术基础》包括工程材料和成形技术基础两个部分，是以性能—材料及选用—强化处理—成形加工为主线，较系统全面的阐述或论述了机械工程中各类材料及其性能，材料的实际应用，工业上对材料进行强化处理的工艺或方法，各类材料成形技术的原理、特点、方法和应用等。
随着机械制造业的发展，对产品的要求越来越高，无论是制造机床、汽车、农业机械，还是建造轮船、石油化工设备等，都要求产品技术先进、质量好、寿命长、造价低。
因此，在产品设计与制造加工过程中，会遇到越来越多的材料及材料成形加工方面的问题，这就要求工程技术人员掌握必要的材料科学与材料工程知识，具有正确选择材料和成形加工处理方法、合理安排加工工艺路线的能力，因而工程材料及其成形技术基础课程会发挥其应有的贡献。
为使学生更好地理解，深刻地把握工程材料的成分与组织和性能的关系、变化规律，常用材料成形技术及其应用等知识，在此基础上，训练和培养识别工程材料、加深材料成形技术工程背景及操作方面的技能，为此设置了：实验一“常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验”（2学时），本实验属本实验属验证性实验；实验二“常见材料成形技术方法特点分析实验”（2学时），实验项目都属综合性实验。
实验一“常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验”主要在于使学生增强工程材料特性的知识和实践基础，训练及培养其在识别常用的工程材料及金相显微镜操作等方面的技能。
实验二“常见材料成形技术方法特点分析实验”主要在于使学生掌握材料及其成形技术特性的知识和实践基础，加深材料成形技术的工程背景。
本实验指导书全面、简练、易懂。
本实验指导书也可供高等专科学校机械工程类各专业用。
目录1、实验一：常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察··························42、实验二：常见材料成形技术方法特点分析实验········································63、实验报告基本内容要求············································································84、实验报告格式···························································································9实验一：常用工程材料识别及金属材料的显微组织观察实验学时：2学时实验类型：验证性实验实验要求：必修一、实验目的通过本实验使学生：1、实验目的1）了解工程材料的类型，识别常用的工程材料；2）掌握常用工程材料的特征；3）熟悉各种仪器和工、量具的使用，了解其性能参数、适应范围及注意事项。
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工程材料及成形技术基础实验指导书机械与材料工程学院目录实验一金属材料的硬度实验 (1)实验二铁碳合金平衡状态显微组织分析 (6)实验三钢的热处理 (9)附表1： (12)附表2：布氏、洛氏、维氏硬度与强度换算对照表 (16)实验一 金属材料的硬度实验一、实验目的1、了解硬度测定的基本原理及应用范围；2、测定钢试样的布氏、洛氏硬度值。
二、概述金属的硬度是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力，硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念，由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值综合的反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变、抗力塑变强化以及大量形变抗力。
金属表面硬度值越高，抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其他机械性能（如强度指标b σ及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件和工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
三、布氏硬度实验基本原理1、实验原理布氏硬度实验是在布氏试验机上进行。
将直径为D 的硬化钢球在一定的载荷P 下压入金属表面（图1-1），并根据所得压痕d 的大小来断定硬度。
布氏硬度值是根据作用于钢球上的载荷对所得压痕表面积之比来确定，即BA P=HB （Kgf/mm 2） （1） 式中：P ——载荷（Kg ）B A —— 压痕的球面体（球缺） HB ——布氏硬度值由几何学可知球缺的面积等于：Dh A B π= （2）式中：D ——钢球直径h ——压痕深度(a) 原理图 (b) h 和d 的关系图1-1布氏硬度测定原理用压痕的直径和表示B A 可得：222d D D h --=（3） 如果把所得的B A 值代入公式（1）中，则有：][2][2HB 2222d D D D Pd D D D P Dh P --=--==πππKgf/mm 2 （4） 式（4）中只有d 是变量，因此只需测出压痕直径，根据已知D 和P 值即可计算出金属表面的布氏硬度HB 的值。
在实际实验中，可由测出之压痕直径d 直接查表得到HB 值。
由于材料有软有硬，所测工件有厚有薄，若只采用一种载荷（如3000kgf ）和钢球直径（如10mm ）时，则对硬的金属适合，而对软的金属就不适合，会发生整个钢球陷入金属中的现象；若对于厚工件适合，则对于薄件会出现压透的现象，所以在测定不同材料的布氏硬度值时就要求有不同的载荷P 和钢球直径D 。
氏硬度的压头钢球直径有Φ2.5mm ，Φ5mm ，Φ10mm 三种，载荷有15.6kg 、62.5kg 、182.5kg 、250kg 、750kg 、1000kg 、3000kg 七种。
为了得到统一的、可以相互进行比较的数值，必须使P 和D 之间维持某一比例关系，以保证所得到的压痕形状的几何相似关系，其必要条件是压入角ϕ保持不变。
根据相似原理由图1-1（b ）可知d 和ϕ的关系是：22sin 2d D =ϕ或2sin ϕD d = （5）将式（5）代入式（4），得：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⋅=2sin 112HB 22ϕπD P （6） 式（6）说明，当ϕ为常值时，为使HB 值相同，2DP也应保持为一定值。
因此对同一材料而言，不论采用何种大小的载荷和钢球直径，只要满足2D P=常数，所得到的HB 值也是一样的。
根据GB231-63规定，2D P比值有30、10和2.5三种，具体实验数据和适用范围参考表1-1。
表1-1 布氏硬度实验规范2、操作步骤首先打开电源开关，指示灯亮后，将试件样品放在布氏硬度试验机样品台上，按顺时针方向转动手轮，使丝杠升至试件样品与压头接触，最后至手轮不能转动位置（注意用力不能太大），此时按下绿色按键，试验机马达将会自动开启加载----保持-----卸载。
马达停止转动后，按逆时针方向转动手轮，取下试件样品，用带刻度的放大镜测量其压痕直径，根据所得直径值，从附表1中查出HB 值，将数据填入实验数据表1-1。
注意：实验完成后，按照布氏硬度数0.102F/D 2和压痕最大直径为10mm 查取HB 值。
四、洛氏硬度实验的基本原理1、实验原理洛氏硬度实验使用顶角120°的金刚石或直径为1/16英寸（1.58mm ）的淬火钢球作为压入物，根据压痕塑性变形深度计算材料的硬度。
由于所用的压入物和载荷不同求得的硬度分别用HRC ，HRB 等代表（见表1-2）。
表1-2 试验的载荷和压头的选取表大约的硬度（HB ）洛氏仪器刻度符号压入头的形状荷重 硬度的符号允许的刻度范围60-230 B 钢球 100 HRB 25-100 230-700 C 金刚石园锥体 150 HRC 20-67 大于700A金刚石园锥体60HRA﹥70洛氏硬度值用h 来计算，h 相当于压头向下轴向移动的距离，一个硬度等于0.002毫米的距离（如图1-2）。
因此试验时h 愈大，即表示硬度愈低，反之，则硬度愈高。
图1-2洛氏硬度实验过程洛氏硬度值用HR 表示，并注明所用标尺A 、B 或C ，如HRB ，HRC 其硬度值可以分别按下公式计算：当做A 或C 标尺实验时：HRA 或002.02.0hHRC -=002.0100h -= （7） 当做B 标尺实验时：002.026.0hHRB -=002.0130h -= （8）式中：h ——压痕深度，01h h h -=，毫米；0h ——在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米；1h ——在施加总载荷后卸去主载荷，在初载荷作用下，压头压入试件表面的深度，毫米。
2、操作步骤打开电源开关，使屏幕显示标尺（HRC 或HRB ）和载荷相符后把试样放在洛氏硬度试验样品台上，按顺时针方向转动手轮，使试件与压头紧触，然后慢慢由左向右继续转动手轮，注意使屏幕上显示箭头（►►►）符号布满屏幕后，则会听到仪器发出“嘀嘀”提示声，此时立即停止转动手轮，仪器会自动加载----保持-----卸载，加载完毕后屏幕上显示实际洛氏硬度值，将实验数据填入表1-2，并反方向转动手轮，从样品台上取下试件。
五、显微硬度实验的基本原理1、实验原理维氏硬度的测量原理基本上和布氏硬度相同，所不同的是用金刚石正四棱锥压头。
正四棱锥两对面的夹角为136°，底面为正方形。
维氏硬度所用的载荷有1kg 、3kg 、5kg 、10kg 、20kg 、30kg 、50kg 、100kg 、120kg 等，负载的选择主要取决于试件的厚度。
在载荷P 的作用下压头在试样表面压出一个底面为正方形的正四棱锥压痕。
维氏显微硬度是通过光学放大，测出在一定试验力下的金刚石角锥体压头压入被测物后所残留的压痕的对角线长度来求出被测物的硬度。
硬度值计算公式如下：28544.1HV dPA P ==（9） 式中：P ——载荷（Kg ）A ——压痕的面积，mm 2 d ——压痕对角线长度，mmHV ——布氏硬度值。
（a ）金刚石压头 （b ）维氏硬度压痕图1-3维氏硬度实验过程2、操作步骤1）在显微镜下将图像调清楚；2）按下主机上“启动”按钮，显微硬度计开始工作（仪器工作期间请勿对仪器进行操作），计算机屏幕为黑色，测量结束后，屏幕上出现菱形压痕。
3）在计算机屏幕上单击“静态”，使用十字线测量压痕，先测量水平顶点距离，再测量竖直顶点距离，将屏幕数据表格里d1、d2和HV值填入表1-3。
六、综合以上各项实验报告要求1、写明实验目的。
2、布氏硬度计实验的基本原理：实验原理和操作步骤。
3、洛氏试验计实验的基本原理：实验原理和操作步骤。
4、显微硬度计实验的基本原理：实验原理和操作步骤。
5、将实验结果填入下列表格中，并将HRB、HRC值换算成HB值。
表1-1 布氏硬度计测量数据表1-2 洛氏硬度计测量数据表1-3 显微硬度计测量数据实验二铁碳合金平衡状态显微组织分析一、实验目的1、了解铁碳合金（碳钢和白口铁的显微组织）在平衡状态下的，显微组织；2、分析碳钢与白口铁的组织和铁碳相图之间的关系。
二、铁碳合金的组织特征铁碳相图（如图2-1和2-2所示）上的各种合金，通常按其含碳量及组织的不同，分成下列三类：L—液体、A—奥氏体、FeC—渗碳体、F—铁素体、P—珠光体、Ld—莱氏体。
图2-1 6个典型的铁碳合金在相图上的位置纯铁（C<0.02％），显微组织为 —固溶体晶粒。
钢（0.02～2.11％）——高温组织为均匀的单相奥氏体，727℃有共析转变，低温组织因成分而异，根据低温组织的不同，钢分为三种，即亚共析钢（0.02～0.8％），共析钢（0.8％）和过共析钢（0.8～2.11％）。
白口铁（2.11～6.69％）——特点是液相结晶时，都有共晶反应，共晶反应得到的组织是莱氏共晶（奥氏体+渗碳体），由于奥氏体在727℃时发生的共析反应，故常温莱氏体为：珠光体+渗碳体，此组织是以渗碳体为基体的组织，所以白口铁很脆，不能锻造。
白口铁的低温组织因成分而异，根据其低温组织的不同，白口铁分为三种，即亚共白口铁（2.11～4.3％）、共晶白口铁（4.3％）和过共晶白口铁（4.3～6.69％）。
1、亚共析钢：其组织是由先共析铁素体和珠光体组成。
随含碳量增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体逐渐增多。
由于铁素体是从奥氏体中析出的，因此先共析铁素体分布在珠光体周围，即在原为奥氏体晶体处。
在显微镜下我们看到的白色的先共析铁素体包围着墨色的珠光体，当钢中碳含量低时，先共析铁素体很多，成粒状分布，而碳含量高时先共析铁素体成为细网状，当成分接近共析成分时先共析铁素体数量接近于零。
2、共析钢：其组织全部为珠光体，珠光体是铁素体的渗碳体的机械混合物。
在显微镜下我们看到的铁素体和渗碳体成片状交替分布着，当放大倍数低时，由于鉴别率低分辨不出片层结构，看到的只是不同程度暗黑色块状组织，每个块是由相同方位的片组成的珠光体集团，由于集团之间的位相不同，受浸蚀程度和对光线的反射能力不同，因此在显微镜下成明暗度不同的块状。
3、过共析钢：是由珠光体和网状渗碳体（二次）所组成，渗碳体是Fe 、C二组元的化合物（FeC）含碳6.69﹪显微镜下白色网状为渗碳体，暗色为光体。
随着钢中碳含量增加渗碳体量增加。
4、亚共晶白口铁：在1147～727℃时，由初生奥氏体和莱氏体共晶组成，初生奥氏体的数量将随含碳量的增加而逐渐减少。
从1147℃冷却到727℃时初生奥氏体与莱氏体共晶中的奥氏体因析出二次渗碳体而降低奥氏体中的含碳量，至727℃时转变成珠光体，所以亚共晶白铁的室温组织系由珠光体与共晶变态莱氏体所组成。
5、共晶白口铁：全部是莱氏体，莱氏体（共晶体）是在温度为1147℃所产生的，在1147～727℃时为奥氏体与渗碳体的机械混合物，在727℃以下时，其中奥氏体转变为珠光体。