机械基础实验指导书全解

机械基础实验指导书

房强汉景艳

山东交通学院

二〇一四年二月

实验要求

1．实验课是巩固课堂理论教学、培养实际工作能力的重要方面。因此学生在实验前必须认真复习与本次实验有关的教材和预习实验指导书，明确实验目的，了解实验内容、操作步骤及注意事项等。

2．按规定时间准时进入实验室。有特殊情况必须请假，并及时与实验室联系，尽快补做，不能无故缺席。为保证测量结果的正确性和仪器的正常使用，入室必先换拖鞋或穿上鞋套，入室后必须保持安静、清洁、卫生，不得随地吐痰，严禁吸烟。

3．必须听从实验指导教师指挥，严格遵守纪律；不准打闹、大声喧哗，不得随意动用与本次实验无关的设备、试样等，严格遵守操作规程，切实注意人身及设备、仪器安全。

4．实验时应按操作程序正确使用量具、量仪，不得任意拆卸、摆弄。实验所用量具、量仪，在使用中发生故障时，应立即报告指导教师，不得自行处理。损坏仪器、设备根据情节轻重按学校规定须进行全部或部分赔偿。

5．实验时专心、细心。对量仪、量具要轻拿轻放，调整仪器的活动部分动作要缓慢，对锁紧机构锁紧时用力不要过大。

6．实验完毕后，按量具、量仪等保养要求，进行清洗保养，将所有物品归还原位，并整理工作现场。按时完成并上交实验报告，并须经指导教师评阅。

实验一铁碳合金平衡组织和铸铁组织的观察与分析

一、实验目的

1. 观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织和铸铁的显微组织结构。

2. 了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征。

3. 进一步熟悉金相显微镜的使用。

二、实验说明

碳钢和铸铁是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与组织有密切的联系。因此，熟悉并掌握它们的组织结构是对钢铁材料使用者最基本的要求。

1. 碳钢和白口铸铁的平衡组织

平衡组织一般是指合金在极为缓慢冷却的条件下(如退火状态)所得到的组织。铁碳合金在平衡状态下的显微组织可以根据Fe-Fe3C相图来分析。从相图可知，所有碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)组成。但是，由于碳质量分数的不同、结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布和混合情况均不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。碳钢和白口铸铁在室温下的显微组织见表1-1。

表1-1 各种铁碳合金在室温下的显微组织

2. 各种相组分或组织组分的特征

碳钢和白口铸铁的金相试样经浸蚀后，其组织中各相组分和组织组分的形状和性能如下：

铁素体：铁素体经w(HNO3)=3%-5%酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白亮色多边形晶粒，如图1-1所示。随着钢中碳质量分数的增加，铁素体质量分数减少，当其质量分数较多时呈块状分布(图1-2)，碳质量分数接近共析成分时，铁素体往往呈断续的网状分布在珠光体的周围。铁素体具有良好的塑性和韧性，但硬度较低，

一般为80-120HBS，强度也较低。

图1-1 工业纯铁的显微组织图1-2w(C)==0.45%碳钢的显微组织

渗碳体：渗碳体经w(HNO3)=3%-5%酒精溶液浸蚀后，也呈白亮色。一次渗碳体呈长条状分布在莱氏体之间，如图1-3所示；二次渗碳体呈网状分布在珠光体的边界上，如图1-4所示；三次渗碳体分布在铁素体晶界处；珠光体中的渗碳体一般呈片状，如图1-5、1-6所示。

图1-3 过共晶白口铸铁组织中的一次渗碳体图1-4 过共析钢(w c=1.2%)组织中的二次渗碳体

铁素体和渗碳体经w(HNO3)=3%-5%酒精溶液浸蚀后都呈白亮色，若用苦味酸纳溶液热浸蚀，则渗碳体被染成黑褐色，而铁素体仍为白色。用此方法可以区别铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度为800HBW，强度、塑性、韧性都很差，它是一个硬、脆相。

珠光体：珠光体是由铁素体片和渗碳体片相互交替排列形成的层片状组织。它经w(HNO3)=3%-5%酒精溶液浸蚀后，其组织中的铁素体和渗碳体都呈白亮色，而铁素体和渗碳体的相界被浸蚀后呈黑色线条。在600倍以上的显微镜下观察时，珠光体中的片状渗碳体呈白亮色分布在白亮色铁素体的基体上，而其相界是黑色线条，如图1-6所示。

图1-5 中倍下的珠光体图1-6 高倍下的珠光体

在200倍以下的显微镜下观察时，由于放大倍数低，难以分辨出哪是铁素体，此时珠光体是一片黑暗，成为黑块的组织，如图1-2中黑色部分。珠光体硬度为190-230HBS，随片层间距的变小，硬度升高。

莱氏体：莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体的机械混合物。渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体，两种渗碳体相连在一起，没有边界线，无法分辨开。莱氏体经w(HNO3)=3%-5%酒精溶液浸蚀后，其组织特征是在白亮色渗碳体基体上分布着许多黑色点(块)状或条状珠光体，如图1-7所示。莱氏体硬度为700HBS，性脆。它一般在w(C)>2.11%的白口铸铁中，在某些高碳合金钢的铸造组织中也常出现。

在亚共晶白口铸铁中，莱氏体被黑色粗枝状的珠光体所分割，而且可以看到在珠光体周围有一圈白亮的二次渗碳体，如图1-8所示。

图1-7 共晶白口铁（莱氏体）组织图1-8 亚共晶白口铸铁组织

3. 铸铁的显微组织

依铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，碳几乎全部以碳化物形式(Fe3C)存在；灰口铸铁没有莱氏体，而有石墨，即碳部分或全部以自由碳、石墨的形式存在。因此，灰口铸铁的组织可以看成是由钢基体和石墨所组成，其性能也由这两个组织的特点

所决定；麻口铸铁的组织介于灰口铸铁与白口铸铁之间。白口铸铁和麻口铸铁由于莱氏体的存在而有较大的脆性。

(1) 石墨石墨本身的强度、硬度、塑性都很低，几乎等于零。因此，石墨对铸铁性能的影响极大。石墨的形状愈细长、粗大或分布不均匀，则产生应力集中的程度就愈严重，从而大大降低铸铁的强度和塑性。

(2) 基体组织根据石墨化程度不同，铸铁的基体组织不同，一般情况下，可分为三种：铁素体、珠光体+铁素体、珠光体。

(3) 各种铸铁的显微组织特征

普通灰铸铁：石墨呈粗片状析出，如图1-9所示。

变质灰铸铁：在铸铁浇注前，往铁水中加入变质剂增多石墨结晶核心，使石墨以细小片状析出。

(a) F灰铸铁 (b) F+P灰铸铁 (c) P灰铸铁

图1-9 灰铸铁的显微组织

球墨铸铁：在铁水中加入球化剂。浇注后石墨呈球状析出，如图1-10所示。

(a)F球墨铸铁 (b)F+P球墨铸铁 (c)P球墨铸铁

图1-10 球墨铸铁的显微组织特征

可锻铸铁：将白口铸铁石墨化退火，使石墨呈团絮状析出，如图1-11所示。

三、实验内容

1. 观察表1-2中所列试样的显微组织，研究每一个试样的组织特征，联系