机械制造基础实验指导书

轻工机械制造基础实验

（轻工类）

指

导

书

浙江科技学院机械与汽车工程学院

目录

前言

实验一洛氏硬度实验（演示）---------------------------------------------------------------- 3 实验二铁碳合金平衡组织的金相分析------------------------------------------------------- 6 实验三车刀几何角度的测量-------------------------------------------------------------------- 8

实验报告的撰写--------------------------------------------------------------------------------------- 10

前言

轻工机械制造基础是在若干基础科学和生产实践的基础上发展起来的一门学科，他的一些主要理论都是通过实验并总结了实验的规律而建立起来的。实验能力的培养，是工科各专业的主要教学任务之一。工程技术问题的研究，不外乎教学方法和实验方法，必须把两者有机地结合起来，才能取得理想的成果。

浙江科技学院机电系

2006年9月

实验须知

1．实验前必需预习实验指导书，了解实验目的、原理及实验步骤。

2．按时叁加实验，不得迟到和缺席。因故不能叁加实验者，应事先向实验指导老师办理请假手续。

3．进入实验室，应衣着端正，保持室内安静，不准随地吐痰、吸烟、乱抛纸屑。

4．操作仪器前，应把仪器有关部分的功用及操作方法搞清楚。与本实验无关及未经指导教师同意操作的仪器，不得随意使用。

5．要爱护仪器。要少用手直接接触精密表面，不要对精密表面或光学镜头呵气或咳嗽。6．实验报认真进行实验和填写告。

实验一洛氏硬度实验

一．实验目的

1．了解洛氏硬度计的构造及使用方法；

2．初步掌握洛氏硬度值的测定方法；

3．初步建立碳钢的含碳量与硬度的关系。

二、实验概述

硬度试验设备简单、操作迅速方便，不需要专门制备式样，也不破坏被测试的工作面，因此，在工业生产中，被广泛应用于产品质量的检验。此外，硬度值与其他机械性能及某些工艺性能（如切削加工性、冷成型性等）都有一定的联系，故在产品设计图纸的技术条件中，硬度是一项主要的技术指标。

目前，在测定硬度的方法中，最常用的是压入硬度法，其中以布氏硬度和洛氏硬度应用最广。它们的试验原理都是用一定几何形状的压头，在一定载荷下压入被测的金属材料的表面，根据压头被压入的程度测定其硬度值。

洛氏硬度试验方法是以一个锥顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm（1/16 in）的钢球为压头，在先后两次载荷（初载荷与主载荷）作用下压入被试金属表面，然后卸除主载荷，在保留初载荷的情况下，测出由主载荷引起的塑性变形的压入深度h，再由h值确定洛氏硬度值HR，h值愈大时，被试金属的洛氏硬度值HR愈低；反之，则愈高。在实际试验时，都是由硬度计的指示器表盘上直接读出所测的硬度值。洛氏硬度试验时，

可用不同压头和不同的主载荷，组成不同的洛氏硬度标尺。最常用的是HRA、HRB、HRC 三种，其中HRC适用于测量研究度值高于HB230的较硬金属；HRB适用于测量硬度值低于HB230的较软金属；HRA适用于测量硬脆的金属材料或浅层表面硬化的金属。

三．硬度计的主要用途及特点

本仪器具有多种试验力和多种压头（实验指导书表1），用于测定金属材料或试件的布氏、洛氏、维氏硬度。适用于黑色金属（钢材、铸铁件、软钢、淬火钢等）和有色金属（铝合金、铜合金等）的硬度测定，并可测定硬质合金、渗碳层和化学处理层的硬度。

四．硬度计的使用

洛氏硬度：

图1—1为HR—150型（原H—100型）洛氏硬度计。试验时将试样6放在工作台5上，按顺时针方向转动手轮3，使工作台上升至试样与压头7接触，继续转动手轮，通过压头和压轴8顶起杠杆10，并带动指示器表盘9的指针转动，待小针对准红点，大针置于垂直向上位置时（左右偏移不超过5格），试样即已施加了10kgf(100N)的预载荷，随后转动指示器表盘使大针对准“B”（测HRB时对准“30”），再拉动手柄2释放转盘4，在法码11重量的作用下，顶杆12便在缓冲器15的控制下匀缓下降，使主载荷通过杠杆，压轴和压头作用于试样上，停留数秒钟后再扳动手柄4，使转盘顺时针方向转动至原来被锁住的位置。由于转盘上齿轮使扇齿轮13、齿条14同时运转而将顶杆顶起，卸除了主载荷，这时指示器指针所指的读数即为所求的洛氏硬度值（HRC和HRA读C标尺，HRB读B标尺）。

图1—1洛氏硬度计外形结构

五．实验步骤及注意事项

洛氏硬度

（1）清理试样表面，被测表面应无油脂、氧化皮、裂纹、凹坑、显著的加工痕迹以及其它外来污物。

（2）根据试样材料，选择压头及载荷，根据试样形状，选择合适的工作台。

（3）把试样放在硬度计工作台上，按洛氏硬度计的操作顺序进行试验，由指示器上读数得硬度值并作好记录。

（4）移动试样，并在另一位置继续进行试验，前后共测三点。计算三次试验得出硬

度值的平均值，并作好记录。

（5）为了使试验结果精确，相邻两压痕的中心以及任一压痕中心距离试样边缘的距离都不得小于3mm。

六．实验报告

1．记录实验数据

2．根据实验测得的硬度值，分析碳钢的含碳量与硬度间的关系，并画出其关系曲线图。

实验二铁碳合金平衡组织的金相分析

一、实验目的：

1．认识碳钢平衡组织的特征，鉴别常用碳钢在室温时的显微组织；

2．分析碳钢含碳量与其平衡组织间的关系；

3．巩固对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能之间关系的认识。

二、实验概述

在室温下铁碳合金的基本相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异仅是这两上基本相的相对量，形状及分布不同，在铁碳合金中，渗碳体的相对量，存在形状以及分布状况，对合金的性能影响很大。

（一）钢在室温下基本组织组成物的显微组织特征

（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于a-Fe中的间隙，溶体由于在室温时其溶碳量几乎等于零，故其显微组织与纯铁相同，用3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白色多边形晶粒，晶界呈黑色网络状。

在含碳量较低的碳钢中铁素体呈块状分布，当钢中含碳量增加到接近共析成份时，铁素体在晶界上呈网状分布。

（2）渗碳体（F e3C）渗碳体是具有复杂晶格结构的间隙化合物，其含碳量为6.69%，用3~5%硝酸酒精入浸蚀后，渗碳体呈白色，用碱性苦味酸钠溶液热浸蚀后呈暗黑色，以区别碳钢中的铁素体与溶液体。

（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密机械混合物，在平衡下，其含碳量为0.8%，珠光体有片状的球状两种。

由于珠光体中铁素体比渗碳体的电极电位低，在正常浸蚀下，铁素体为阳极而被溶解，渗碳体则不被溶解而凸出，因而在高倍显微镜下就能看到珠光体是由层片状的渗碳体与铁素体互相交替排列而成，若显微镜的放大倍数较低，物镜的鉴别率低于渗碳体层片厚度时，由于渗碳体的边缘无法分辨，只能看到白色基体的铁素体相和代表渗碳体相的一条条黑线，若显微镜的放大倍数更低，物镜的鉴别率比珠光体的层片距离还低时，则珠光体的层片组织就无法分辨而呈黑色一片。

（二）碳钢平衡组织的显微分析

F e-F e3C相图上的各种合金，按其含碳量的不同，可分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁三类，这里先介绍一下工业纯铁和碳钢。

1．工业纯铁含碳量小于0.0218%的铁碳合金为工业纯铁，工业纯铁的显微组织为单相铁素体，当含碳量较高时，将沿F e-F e3C相图上PQ线自铁素体中析出三次渗碳体，三次渗碳体一般沿铁素体晶界分布。

2．碳钢含碳量在0.0218%~0.77%范围内的碳钢为亚共析碳钢，按其含碳量与平衡组织的不同，可分为亚共析碳钢、共析碳钢与过共析碳钢三种。

（1）亚共析碳钢含碳量在0.0218%~0.77%范围的碳钢为亚共析碳钢，其室温下的显微组织为铁素体和珠光体（从铁素体中析出的三次渗碳体忽略不计），铁素体呈白色多边形状，珠光体在显微镜鉴别率和放大倍数低时呈暗黑色，随着钢中含碳量的增加，珠光体量逐渐增多，铁素体量逐渐减少，且铁素体的形态由块状变成碎块状，最后变成网状或断续网状分布于珠光体的边界上。

根据显微镜下观察到的珠光体和铁素体所占面积，可用下式估算出亚析碳钢中的含碳量：

C%=P%×0.77%

式中C%——钢的含碳量