《材料科学基础》-实验指导书及实验报告###
材料科学基础实验指导书(77份)
材料科学基础实验指导书适用专业：材料物理总学时：32学时目录实验一铁磁性材料居里温度的测定 (3)实验二材料导热系数的测定 (7)实验三润湿角（接触角）的测定 (10)实验四四探针法测量半导体电阻率 (14)实验五示波器法测定铁磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线 (19)实验六拉伸实验 (26)实验七铸铁显微组织的观察 (32)实验八碳钢金相试样的制备、组织观察及力学性能的测定 (39)实验一铁磁性材料居里温度的测定铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以T C表示，测量T C不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术以及家用电器的设计都具有重要的意义。
[实验目的]1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习用JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；3. 测定5个低温温敏磁环的居里温度。
[实验装置]JLD-Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）。
[实验原理]1.基本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m3，称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取相各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。
当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了，铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
外磁场方向图1 图2铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性与温度有关，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
2024年材料科学基础实验报告五
2024 年材料科学基础实验报告五某某某某大学实验报告（五）学院 :专业：班级 :学号：姓名:日期：试验五铸铁及其显微组织分析课程名称：试验题目：一、试验目的：二、试验仪器及材料：试验内容：四．试验结果及分析：试验课题：视察月相试验目的：通过对月相的视察，使学生了解月相改变的规律，养成长期视察的习惯。
试验器材：黄色调纸（每组十五张）、剪刀（每组一个）试验原理：月球在圆缺改变过程中会出现各种不同的形态。
试验步骤：1.对月亮在一个月内的改变进行视察并记录2.依据记录用剪刀剪出不同时间月相的样子3.制作月相规律图试验现象：一个月中月相的改变规律是：初二向左弯，初八右半边光明，十五月圆，二十二左半边光明，二十八向右弯。
经验：新月上弦月圆月下弦月残月的过程。
试验结果：月相的改变有肯定的规律性。
试验课题：“环形ft”成因模拟试验试验目的：通过模拟试验，对“环形ft”的成因进行揣测，养成学生科学的思索问题的习惯试验器材：沙子（每组若干）、注射器、胶管（每组一套）、重球（每组一个）、学生自己打算的用具试验原理：环形ft是流星、陨石撞击月球后留下来的。
试验步骤：1．将注射器连接胶管并把胶管插入沙子底部2.用力将注射器中的水推出，视察现象3.用重球砸向沙堆，视察现象并记录试验现象：注射器中的水会穿出沙堆，形成火ft状；重球砸向沙堆，沙堆会出现类似环形ft的凹坑。
试验结果：沙堆会出现类似环形ft的凹坑。
试验课题：放大镜下的发觉试验目的：知道放大镜的运用方法及其作用。
试验器材：放大镜、报纸、书本、树叶试验原理：放大镜能把物体的像放大。
试验步骤：1、用放大镜视察树叶，把看到的记录下来。
2、用放大镜视察报纸、书本，把看到的记录下来。
试验现象：在放大镜下视察到的物体比用肉眼看到的物体更大。
试验结果：放大镜可以把物体的像放大。
试验课题：放大镜的放大倍数试验目的：知道放大镜把物体放大了多少倍。
试验器材：不同放大倍数的放大镜、布、纸、邮票试验原理：通过视察、记录和测量，可以算出放大镜的放大倍数。
材料科学基础实验报告
材料科学基础实验报告专业：班级：姓名：学号：日期：成绩：实验一、金相显微镜的使用一、试验目的二、金相显微镜的结构请写出图中各数字代表的金相显微镜上的零部件实验二金相试样的制备及金相组织观察一、试验目的二、实验仪器设备三、金相试样制备的过程四、实验原理五、实验结果在下图中画出你所观察到的金相组织1、45号钢2、铸铁五、实验后的收获（a ）20钢（100 ×） (b) 45钢（100× ） 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液图5 灰铸铁显微组织 （400×） 图6可锻铸铁显微组织（200×） 浸蚀剂：4%硝酸酒精 浸蚀剂：4%硝酸酒精图7球墨铸铁显微组织（400×） 浸蚀剂：4%硝酸酒精实验一金相显微镜的使用及金相试样的制及观察一、试验目的1了解金相显微镜的光学原理和构造2初步掌握金相显微镜的使用方法3掌握金相试样的制备方法4观察金相，绘制金相图二、实验原理1、金相显微镜的光学原理和构造金相显微镜是利用光线反射将不透明的物件放大后金相观察的，它是进行金属显微分析的主要工具。
将专门制备的金相试样放在金相显微镜下进行放大和观察，可以研究金相组织与其成分和性能之间的关系，确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优劣，如各种非金属夹杂物在组织中的数量及分布情况，以及金属晶粒度的大小等。
因此，利用金相显微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究的一种基本实验技术。
目前普通光学金相显微镜最高有效放大倍数为1600～2000倍。
图1金相显傲镜的光学放大原理示意图当被观察物体AB置于物镜前焦点略远远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射后，得到一个放大的倒立实象A′B′(称为中间象)。
若A′B′处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物象是经目镜再次放大了的虚象A″B″。
在显微镜设计上，虚象AB正好落在距人眼250mm处，这时观察到的物体影象最清晰。
材料科学基础-实验指导-实验10塑性变形和再结晶(精)
实验十塑性变形和再结晶一、实验目的1. 研究金属冷变形过程机器组织性能的变化。
2. 研究冷变形金属在加热时组织性能的变化。
3. 了解金属的再结晶温度和再结晶后晶粒大小的影响因素。
4. 初步学会测定晶粒度的方法。
二、实验内容说明金属经冷加工变形后,其组织和性能均发生变化:原先的等轴晶组织,随着塑性变形量的增大,其晶粒沿变形方向逐渐伸长,变形度越大,则伸长也越显著;当变形度很大时,其组织呈纤维状。
随着组织的变化,金属的性能也发生改变:强度硬度增高,塑性则逐渐下降,即产生了“加工硬化”。
经冷变形后的金属加热到再结晶温度时,又会发生相反转变。
新的无应变的晶粒取代原先变形的晶粒,金属的性能也恢复到变形前的情况,这一过程称为再结晶。
再结晶温度与金属本性、杂质含量、冷变形程度、保温时间、材料的原始晶粒度等有关。
再结晶所产生的晶粒大小在很大程度上取决于冷变形程度的大小,在某一变形度变形,再经退火处理后晶粒异常粗大,该变形度称为临界变形度,它使材料性能恶化,是压力加工中切忌的问题。
本实验主要以低碳钢为对象,分析其塑性变形和再结晶过程中显微组织的变化。
观察经一定冷变形后不同退火温度下低碳钢的显微组织,测定再结晶度,此外对不同冷变形度的低碳钢材料进行高温退火,测定晶粒度,从而确定临界变形度。
三、实验步骤1. 教师讲解金属塑性变形与再结晶的组织状态,介绍用对照法、割线法测定晶粒度的方法。
2. 观察纯铁经10%,15%,20%,50%,70%变形度变形后的显微组织。
描绘其组织特征。
3. 观察纯铁经70%变形度在400℃,450℃,500℃,600℃,850℃退火半小时后的试样,一组五只,从中找得再结晶后晶粒大小与退火温度之间的定性关系。
4. 观察纯铁经10%,20%,30%,50%,70%五种变形度变形后在850℃退火半小时后组织,分别用对照法和割线法测得其晶粒度,确定其临界变形度的大致范围。
5. 观察并描绘纯铁冷变形的滑移线和冲击载荷下产生的机械双晶及纯锌压延后机械双晶、黄铜的退火双晶。
材料科学基础实验报告
一、实验目的1. 理解材料科学的基本概念和实验方法；2. 掌握材料的微观结构分析方法；3. 学习材料性能的测试方法；4. 培养学生的实验操作技能和科学思维。
二、实验仪器及材料1. 仪器：光学显微镜、金相显微镜、万能试验机、冲击试验机、X射线衍射仪等；2. 材料：金属材料、非金属材料、复合材料等。
三、实验内容1. 材料制备与表征（1）金属材料的制备：将金属原料经过熔炼、浇注、锻造、热处理等工艺制成所需形状和尺寸的试样。
（2）非金属材料的制备：将非金属原料经过成型、烧结、热处理等工艺制成所需形状和尺寸的试样。
（3）复合材料制备：将基体材料与增强材料复合，经过混合、成型、固化等工艺制成所需形状和尺寸的试样。
2. 材料微观结构分析（1）光学显微镜观察：利用光学显微镜观察材料的宏观形貌和微观结构，如晶粒大小、晶界、析出相等。
（2）金相显微镜观察：将材料制成金相试样，利用金相显微镜观察材料的微观结构，如相组成、组织形态等。
3. 材料性能测试（1）力学性能测试：利用万能试验机、冲击试验机等测试材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性等力学性能。
（2）热性能测试：利用热分析仪测试材料的热膨胀系数、热导率、熔点等热性能。
（3）电性能测试：利用电学测试仪器测试材料的电阻率、介电常数等电性能。
4. 材料结构-性能关系研究通过分析材料微观结构、性能测试结果，探讨材料结构-性能关系，为材料设计、制备和应用提供理论依据。
四、实验步骤1. 材料制备：根据实验要求，选择合适的原料，经过熔炼、浇注、锻造、热处理等工艺制成所需形状和尺寸的试样。
2. 材料表征：利用光学显微镜、金相显微镜等仪器观察材料的微观结构，分析材料的组织形态、相组成等。
3. 材料性能测试：根据实验要求，利用万能试验机、冲击试验机等仪器测试材料的力学性能；利用热分析仪、电学测试仪器等测试材料的热性能、电性能。
4. 数据处理与分析：将实验数据进行分析，探讨材料结构-性能关系，为材料设计、制备和应用提供理论依据。
材料科学基础(金属)试验指导书
材料科学基础(金属)试验指导书材料科学基础(金属)试验指导书一、实验目的1.了解金属组织在金相显微镜下的形貌特征。
2.熟悉金属的脱碳淬火工艺。
3.测定金属的机械性能。
二、实验原理1.金相显微镜金相显微镜是一种用于观察金属和其他材料组织的光学显微镜。
它可以显示材料的显微结构，如组织、晶体结构、纤维结构等。
金相显微镜能够显示各种金属的相以及其对应的晶体结构，因此，可以对金属的组织进行观察和分析。
2.脱碳淬火工艺脱碳淬火也称洁净度高温淬火，是在高温下进行的淬火工艺，目的是通过提高温度来提高钢材的洁净度。
在脱碳淬火过程中，首先将钢材加热到高温，然后将其冷却到室温。
这个过程可以增加钢材的硬度和强度，但也会使其更加脆化，因此脱碳淬火常常与调质工艺组合使用。
3.机械性能材料的机械性能包括：拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率和冲击强度等。
用试验仪器进行拉伸、压缩、弯曲等拉伸强度、屈服强度测试，用冲击试验仪进行冲击试验以获得样品的断裂伸长率和冲击强度。
三、实验设备金相显微镜、脱碳淬火炉、恒温箱、淬火槽、打样机、UNI-WD-10型卡氏硬度计、万能试验机、冲击试验机。
四、实验步骤1.制备金属试样将棒材切割成长度30mm，直径12mm左右的试样，然后在打样机上打磨成30mm×2mm×2mm的块状样品；2.脱碳淬火将制备好的金属试样放入脱碳淬火炉中加热至950℃，保温30min，然后冷却到室温后，样品颜色变为深红色；3.磨光、腐蚀用研磨纸将金属样品磨光，然后用氢氧化钠溶液进行腐蚀处理，腐蚀5~10s，然后清洗干净；4.显微观察将样品放入金相显微镜中观察，观察时应选择透射光源，并调整显微镜的放大倍数，观察组织形貌、晶粒大小和形状、相种类和分布等结构特点。
5.硬度测试用UNI-WD-10型卡氏硬度计对样品进行硬度测试，一块样品测试三次，每次测试量程分别为HRA、HRB、HRC，记录三次测试结果的平均值。
6.拉伸、屈服强度测试用万能试验机对样品进行拉伸、屈服强度测试，测量拉伸强度、屈服强度，为了得到更可靠的数据，应测量3个样品每个样品测试3次。
材料科学基础实验指导书-南昌航空大学
《材料科学基础》实验指导书
实验一 用热分析法测绘二元合金状态图
．了解用热分析法来测定金属及合金的临界点； ．根据临界点绘制 Pb-Sn 二元合金状态图。 二、实验原理简述 实验原理简述 金属的热分析法是利用金属及合金在状态发生变化是产生的热效应来测定其临 界点的一种方法。根据不同成分的金属及合金临界点的变化，可以作出合金的状态图 来。因此，热分析法是测定合金状态图的一种重要试验手段。 测绘合金状态图是，首先要选择各种不同成分的合金，研究金属及合金在加热或 冷却过程中温度和时间的变化关系。为了求出在任何温度下的热效应，必须在相等而 短的时间内来测量正在加热或冷却的金属及合金的温度，从而绘出“温度-时间”为坐 标的加热或冷却曲线，曲线上不连续的转折点就表示出热效应的产生，从而可求出其 临界点。 测出冷却曲线上的临界点后，并将此临界点描在温度-成分为坐标的状态图上， 然后将合金的开始结晶温度与终止温度分别联结起来就可绘出二元合金状态图。 三、实验器材与设备 设备——箱式电阻炉、坩埚、水银温度计、低倍放大镜等。 材料——1 合金（0%Pb、100%Sn） 2 合金（20%Pb、80%Sn） 3 合金（38.1%Pb、61.9%Sn） 4 合金（70%Pb、30%Sn） 5 合金（100%Pb、0%Sn） 四、实验过程 全班分为二大组；每组分为 5 个小组（3~4 人） 。每小组测一种合金（或纯金属） 的冷却曲线。各实验小组分工如下：1 人看时间，1 人读温度，2 人纪录数据。 1．将装有铅锡合金的坩埚放入炉内加热，加热温度在液相线以上 100℃，待熔 化后取出。为了减少金属的氧化，在金属液面上覆盖一层石墨粉； 2．将水银温度计在测温孔外预热至 100℃，方能缓缓插入坩埚的测温孔内； 3．坩埚内的金属或合金开始冷却，当温度开始下降时，每隔 30 秒钟纪录一次温 度值，一直测至 150℃为止； 4．根据数据绘制出本小组的冷却曲线（用坐标纸） ，找出临界点，并标明相应的 温度。将本小组的临界点填写在表格中；并抄录本大组的全部临界点数据。 5．据本大组的临界点数据作出 Pb-Sn 二元合金相图，并标明各相区的相组成物。 五、实验报告要求 1．写出实验目的、热分析原理及装置、实验结果； 2．用坐标纸绘出本小组的冷却曲线，注明临界点及合金成分； 3． 汇总各小组的临界点，以温度-成分为坐标绘出完整的 Pb-Sn 二元合金状态图； 4．对本小组所测定的冷却曲线的准确性进行分析，并说明该合金的结晶过程。
材料科学基础实验指导书
《材料科学基础》课程实验指导书实验一金属塑性变形与再结晶一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究变形程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。
所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：①各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；②各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。
原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。
）另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
材料科学基础实验报告
材料科学基础实验报告材料科学基础实验报告引言：材料科学是一个广泛而深奥的领域，涉及到材料的性质、结构、合成以及应用等方面。
在材料科学的学习中，实验是不可或缺的一部分。
本次实验旨在通过对材料的基础实验，探究材料的特性和性能，为进一步研究和应用提供基础知识。
实验一：金属材料的力学性能测试本实验选取了常见的金属材料，如铝、铜和钢，通过拉伸试验和硬度测试来研究其力学性能。
首先，我们制备了标准试样，并使用万能试验机进行拉伸试验。
通过记录试样的载荷-位移曲线，我们可以获得材料的强度、延伸性和弹性模量等参数。
同时，我们还使用了洛氏硬度计对试样进行硬度测试，以了解材料的硬度特性。
实验结果表明，不同金属材料具有不同的力学性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验二：陶瓷材料的热性能测试陶瓷材料是一类重要的材料，具有优异的耐热性和绝缘性能。
本实验选取了常见的陶瓷材料，如氧化铝和硅酸盐陶瓷，通过热膨胀系数测试和热导率测试来研究其热性能。
我们使用热膨胀仪对试样进行热膨胀系数测试，通过测量试样在不同温度下的长度变化，可以计算出材料的热膨胀系数。
同时，我们还使用热导率仪对试样进行热导率测试，以了解材料的导热性能。
实验结果表明，不同陶瓷材料具有不同的热性能，这与其晶体结构和成分有关。
实验三：聚合物材料的电性能测试聚合物材料是一类重要的材料，具有优异的电绝缘性能和机械柔韧性。
本实验选取了常见的聚合物材料，如聚乙烯和聚苯乙烯，通过电阻率测试和介电常数测试来研究其电性能。
我们使用四探针电阻计对试样进行电阻率测试，通过测量试样的电阻和几何尺寸，可以计算出材料的电阻率。
同时，我们还使用介电常数测试仪对试样进行介电常数测试，以了解材料的电绝缘性能。
实验结果表明，不同聚合物材料具有不同的电性能，这与其分子结构和链状排列有关。
实验四：复合材料的力学性能测试复合材料是一类由两种或多种不同材料组成的材料，具有优异的力学性能和应用潜力。
本实验选取了常见的纤维增强复合材料，如碳纤维增强聚合物复合材料，通过弯曲试验和冲击试验来研究其力学性能。
材料科学基础实验指导
材料科学基础实验指导实验⼀差热分析⼀．实验⽬的1．了解差热分析的基本原理及仪器装置；2．学习使⽤差热分析⽅法鉴定未知矿物及分析被测试样的结构变化等相关信息。
⼆．基本原理差热分析(DTA，differential thermal analysis)的基本原理是：在程序控制温度下；将试样与参⽐物质在相同条件下加热或冷却，测量试样与参⽐物之间的温差与温度的关系，从⽽给出材料结构变化的相关信息。
⾃然界的⼤多数矿物在加热和冷却过程中均有热效应产⽣。
产⽣热效应的原因是由于物系中某种晶体发⽣晶型转变、或者分解、脱⽔、熔化、析晶等物理化学变化，从⽽会产⽣吸热或放热效应。
差热分析就是通过精确测定物质加热(或冷却)过程中伴随物理化学变化的同时产⽣热效应的⼤⼩以及产⽣热效应时所对应的温度，来达到对物质进⾏定性或定量分析的⽬的。
差热分析是把试样与参⽐物质(参⽐物质在整个实验温度范围内不应该有任何热效应，其导热系数，⽐热等物理参数尽可能与试样相同，亦称惰性物质或标准物质或中性物质)置于差热电偶的热端所对应的两个样品座内，在同⼀温度场中加热。
当试样加热过程中产⽣吸热或放热效应时，试样的温度就会低于或⾼于参⽐物质的温度，差热电偶的冷端就会输出相应的差热电势。
如果试样加热过程这中⽆热效应产⽣，则差热电势为零。
通过检测差热电势的正负，就可推知是吸热或放热效应。
在与参⽐物质对应的热电偶的冷端连接上温度指⽰装置，就可检测出物质发⽣物理化学变化时所对应的温度．不同的物质，产⽣热效应的温度范围不同，差热曲线的形状亦不相同(如图1-1所⽰)。
把试样的差热曲线与相同实验条件下的已知物质的差热曲线作⽐较，就可以定性地确定试洋的矿物组成。
差热曲线的峰(⾕)⾯积的⼤⼩与热效应的⼤⼩相对应，根据热效应的⼤⼩，可对试样作定量估计。
图1-1 差热分析曲线三．差热分析仪与药品（⼀）差热分析仪1．仪器组成：差热分析仪主要由加热炉，试样⽀撑-测量系统（它主要包括差热电偶、试样容器、均热板（或块）及⽀撑杆等部件）、信号放⼤系统、记录系统组成。
《材料科学基础B1》实验指导书
《材料科学基础B》(《金属学与热处理》)实验指导书与实验报告（材成专业）宁向梅李谦编河南科技大学工程材料实验教学中心目录实验一金相显微样品的制备及金相显微镜的使用 (1)实验二金属结晶过程及铸锭组织观察 (11)实验三铁碳合金的平衡组织观察 (14)实验四金属的塑性变形与再结晶 (17)实验五碳钢的热处理操作及其组织观察 (20)实验六合金钢组织及钢热加工后显微缺陷的观察 (25)实验七铸铁与有色金属显微组织观察 (29)附录—硬度计的使用 (33)实验报告 (39)实验一金相显微镜的构造及使用 (40)实验二金相试样的制备 (41)实验三金属结晶过程及铸锭组织观察 (42)实验四铁碳合金平衡组织观察 (43)实验五金属的塑性变形与再结晶 (45)实验六碳钢的热处理操作、组织观察及硬度测定 (47)实验七合金钢组织及钢在热加工后显微缺陷观察 (49)实验八铸铁与有色金属显微组织观察 (51)实验一金相显微样品的制备及金相显微镜的使用一、实验目的1、掌握金相显微样品的制备过程和基本方法。
2、了解金相显微镜的基本原理、构造，初步掌握显微镜的正确使用。
3、初步掌握测定金属材料晶粒度的方法。
二、实验内容1、每个人制备45钢的金相显微样品—块。
2、初步熟悉金相显微镜的基本原理、构造和正确的使用方法，用不同放大倍数观察所制备的45钢的显微组织。
3、用比较法测定工业纯铁的晶粒度。
三、概述运用金相显微镜观察制备好了的金相试样的组织或缺陷，这种方法称金相显微分析方法。
它可以观察、研究金属材料或另件中细小的用粗视分析方法不能观察到的组织及缺陷。
进行显微分析的主要工具是金相显微镜。
作为金相显微分析用的光学显微镜其放大倍数为几十倍到2000倍，分辨率为2500Å左右。
若要观察研究更微小的微观缺陷，则要应用透射电镜、扫描电镜及X光射线技术等分析方法来进行。
(一)金相显微样品的制备1、取样①取样部位及磨面(观察面)的选择：根据被检验金属材料或另件的特点、加工工艺及研究目的进行选择。
材料科学基础实验指导书
实验一碳钢的热处理实验一、实验目的1. 熟悉碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。
2. 了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。
3. 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。
4. 学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能发生变化。
二、实验内容和要求热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，热处理的主要目的是改善钢材性能，提高工件使用寿命。
钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺使钢的性能发生改变。
热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织发生了质的变化。
采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。
热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。
正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。
Fe-FeC 相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
实际加热时的临界点标注为：Ac1、Ac3、Ac cm实际冷却时的临界点标注为：Ar1、Ar3、Ar cm1、加热温度（1）退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3+（30~50℃）；球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac1+（30~50℃）。
（2）正火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；过共析钢是Ac cm+（30~50℃），也就是加热到单相奥氏体区。
（3）淬火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；对共析钢和过共析钢是Ac1+（30~50℃）。
（4）回火温度：钢淬火后必须要回火。
回火温度决定于最终所要求的组织和性能。
按加热温度，回火可分为低温、中温及高温回火三类。
2、加热时间热处理加热时间与许多因素有关，例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、装炉量、钢的种类；热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。
材料科学基础实验
材料科学基础材料科学基础材料科学基础-I 实验指导书编者：李慧高振山审核：张静武实验简介材料科学基础实验是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节，通过材料科学基础实验，培养学生初步具备金属材料组织观察与分析等实际工作的能力，正确处理实验数据的能力，运用所学的理论解决实际问题的能力，分析和综合实验结果以及撰写实验报告的能力。
本课程的实验内容：1 本课程的实验内容：1、观察显微镜镜下滑移线（滑移带）的特征；2 （滑移带）的特征；2、了解冷变形对金属显微组织和性能的影响；3 性能的影响；3、了解变形度、再结晶退火温度、再结晶退火保温时间对再结晶退火后晶粒大小的影响。
4 晶退火保温时间对再结晶退火后晶粒大小的影响。
4、了解摄影金相显微镜的基本组成；5 了解摄影金相显微镜的基本组成；5、初步掌握金相显微数码摄影的基本操作；6 微数码摄影的基本操作；6、学会金相显微图像处理软件的使用。
实验一金属塑性变形与再结晶组织观察一、实验目的1. 观察显微镜镜下滑移线（滑移带）的特征；2. 了解冷变形对金属显微组织和性能的影响；3. 了解变形度、再结晶退火温度、再结晶退火保温时间对再结晶退火后晶粒大小的影响。
二、实验原理在外力作用下应力超过金属的弹性极限时金属所发生的永久变形称为塑性变形。
1 滑移线及滑移带滑移是指晶体相邻的两部分沿着某一晶面在某个晶向上彼此间作相对的平行滑动。
滑移后在滑移面两侧的晶体位向关系保持不变。
将抛光的试样变形，在试样表面会有若干组台阶出现，在光学金相显微镜下可现察到如图1 镜下可现察到如图1所示的图像。
图中那些相互平行或交叉的细线，通常称为滑移线。
自从电子显微镜问世后，人们发现光学金相显微镜下的滑移线并不是一条线，而是由一系列相互平行的更细的线组成的。
因此，在金属学中便把在普通金相显微镜下看到滑移线称为滑移带，而把组成滑移带的那些更细的线称为滑移线。
2 变形度对金属组织和性能的影响金属经塑性变形后，不但其外形发生改变，而且晶粒形状也发生明显变化。
《材料科学基础》-实验指导书及实验报告###
《材料科学基础》-实验指导书及实验报告###《材料科学基础》实验指导书（材料成型及控制⼯程专业⽤）南昌⼤学教务处印⼆零零六年⼗⽉⽬录⽬录 (2)实验要求 (3)实验⼀⾦相样品的制备与观察 (4)⼀、实验⽬的 (4)⼆、实验内容说明 (4)三、实验步骤 (4)四、实验报告要求 (4)五、思考题 (4)实验⼆浇注和凝固条件对铸锭组织的影响 (7)⼀、实验⽬的 (7)⼆、实验内容说明 (7)三、实验步骤 (7)四、实验报告要求 (7)五、思考题 (7)实验三⼆元合⾦显微组织分析 (9)⼀、实验⽬的 (9)⼆、实验内容说明 (9)三、实验步骤 (9)四、实验报告要求 (9)五、思考题 (9)实验要求1.实验前应仔细阅读预习实验指导书及指定的有关资料，做好课前的⼀切准备。
2.做实验前指导教师进⾏个别的⼝头查问，准备不充分者不准进⾏本次实验。
（准备的重点：详见每次实验之指导书内容要求）3.实验时应严格地遵守仪器操作规程（只能使⽤指定仪器，其它仪器不得擅⾃动⼿）并听从教师的指导。
4.实验时应爱护⼀切仪器设备，节约材料，实验过程中如发现仪器不正常或破损事故，应马上停⽌使⽤，并即时报告⽼师，损坏者酌情赔偿。
5.实验室内应保持清洁、肃静、不准⾼声谈论。
6.实验完毕后应随即切断仪器设备的电源。
7.实验数据应当场记录，不允许事后凭记忆追记。
每⼀实验⼩组在实验完毕后需将实验数据交指导教师审阅，教师签字后把仪器设备擦洗⼲净、桌⾯、地⾯进⾏打扫，然后才可离开实验室。
对教师未签字者需重做。
8.实验报告应认真书写，⼀般应于实验后三天内学习委员收齐交给教师，实验报告应有过程、有情况、有数据、也有分析，不合格者退回重做。
实验⼀⾦相样品的制备与观察⼀、实验⽬的1. 初步掌握制备⾦相样品的常规⽅法及要点。
2. 了解影响制样质量的因素及⾦相特征。
3. 进⼀步熟悉⾦相显微镜的操作和使⽤。
⼆、实验内容说明正确地检验和分析⾦属的显微组织必须具备优良的⾦相样品。
材料科学基础A1实验指导书
《材料科学基础A》实验指导书材料系编写适用专业：材料成型与控制工程江苏科技大学材料科学与工程学院2009年9月前言本课程的基本内容主要包括晶体学基础、固体材料的结构、材料的凝固与相图理论、原子和分子在固体中的运动、材料的形变与再结晶理论、热处理工艺及组织的理论。
通过学习学生需要掌握材料科学的基础理论和研究方法，尤其要掌握材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。
为了训练和培养学生进行材料的宏观和微观组织分析能力，深刻地理解和把握材料的成分和平衡组织之间的关系，设置“光学显微镜与微观组织分析综合实验”、“金属凝固原理与宏观组织分析综合实验”、“铁碳合金平衡组织观察”和“钢的热处理操作、组织观察及硬度测定综合实验”、“铸铁的组织观察”、“有色金属的组织观察”六个实验。
“光学显微镜与微观组织分析综合实验”主要让学生了解金相显微镜的光学原理、构造和使用方法，掌握金相试样的制备和金相组织的摄制技术，了解光学金相分析方法的操作流程。
“金属凝固原理与缺陷组织分析综合实验”主要让学生了解凝固过程及凝固条件对材料铸锭组织的影响，掌握材料宏观分析的应用及操作方法，进一步了解材料宏观缺陷的组织特征及形成条件。
“铁碳合金平衡组织观察”实验主要让学生识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织，了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，进一步理解合金成分、组织和性能之间的关系。
“钢的热处理操作、组织观察及硬度测定综合实验”主要让学生学会热处理工艺的操作方法,识别组织形貌,了解材料的成分、工艺、组织和性能之间的相互关系。
“铸铁的组织观察”主要培养学生熟悉Fe-C(石墨)的相图，识别铸铁的显微组织形貌，了解几种类型的灰口铸铁的组织形貌特征。
“有色金属的组织观察”主要培养学生熟悉有色金属的相图，识别有色金属的显微组织形貌，了解几种类型的有色金属的组织形貌特征。
实验1：光学显微镜与微观组织分析综合实验实验学时：4实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的1.掌握金相显微镜的构造及使用,利用显微镜进行显微组织分析；2.掌握金相显微试样的制备及显微图像采集和输出；3.掌握金相分析方法的操作流程。
《材料科学基础》实验指导书(2_...
三、实验设备和材料
⑴金相显微镜；
⑵常温下，变形度为10%的锌变形孪晶试样；
⑶变形度为60%的α-黄铜，经过270℃、350℃、550℃、750℃退火30min的一组金相试样；
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：①各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；②各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛பைடு நூலகம்，滑移带将消失，观察不到。原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。）
再结晶后晶粒的大小，不仅与再结晶退火的温度有关，而且与再结晶退火前的变形度有关。在同一再结晶退火温度下，晶粒度的大小与预先变形程度的关系，如下图所示：
晶
粒
大
小
临界变形度
预先变形程度
当变形度很小时，由于晶格歪扭程度很小，不足以引起再结晶，故晶粒大小不变；当变形度在2~10%范围内时，金属中变形极不均匀，再结晶时形核数量很少，再结晶后晶粒度很不均匀，晶粒极易相互吞并长大，这样的变形度称“临界变形度”。大于临界变形度后，随着变形度的增加，变形愈均匀，再结晶时的形核率愈大，再结晶后的晶粒便愈细。
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《材料科学基础》实验指导书（材料成型及控制工程专业用）南昌大学教务处印二零零六年十月目录目录 (2)实验要求 (3)实验一金相样品的制备与观察 (4)一、实验目的 (4)二、实验内容说明 (4)三、实验步骤 (4)四、实验报告要求 (4)五、思考题 (4)实验二浇注和凝固条件对铸锭组织的影响 (7)一、实验目的 (7)二、实验内容说明 (7)三、实验步骤 (7)四、实验报告要求 (7)五、思考题 (7)实验三二元合金显微组织分析 (9)一、实验目的 (9)二、实验内容说明 (9)三、实验步骤 (9)四、实验报告要求 (9)五、思考题 (9)实验要求1.实验前应仔细阅读预习实验指导书及指定的有关资料，做好课前的一切准备。
2.做实验前指导教师进行个别的口头查问，准备不充分者不准进行本次实验。
（准备的重点：详见每次实验之指导书内容要求）3.实验时应严格地遵守仪器操作规程（只能使用指定仪器，其它仪器不得擅自动手）并听从教师的指导。
4.实验时应爱护一切仪器设备，节约材料，实验过程中如发现仪器不正常或破损事故，应马上停止使用，并即时报告老师，损坏者酌情赔偿。
5.实验室内应保持清洁、肃静、不准高声谈论。
6.实验完毕后应随即切断仪器设备的电源。
7.实验数据应当场记录，不允许事后凭记忆追记。
每一实验小组在实验完毕后需将实验数据交指导教师审阅，教师签字后把仪器设备擦洗干净、桌面、地面进行打扫，然后才可离开实验室。
对教师未签字者需重做。
8.实验报告应认真书写，一般应于实验后三天内学习委员收齐交给教师，实验报告应有过程、有情况、有数据、也有分析，不合格者退回重做。
实验一金相样品的制备与观察一、实验目的1. 初步掌握制备金相样品的常规方法及要点。
2. 了解影响制样质量的因素及金相特征。
3. 进一步熟悉金相显微镜的操作和使用。
二、实验内容说明正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相样品。
金相样品的制备分取样、磨制、抛光、组织显示（浸蚀）等几个步骤。
1. 取样：取样应根据被检零件的检验目的，选择有代表性的部位。
同时还须考虑切取方法、检验面的选择及样品是否需要装夹或镶嵌。
金相样品的尺寸一般以Φ12×10mm为宜。
2. 磨制：分粗磨和细磨两步。
粗磨是将切割后的试样在砂轮上磨平，对不作表层检验或测量的试样磨平后应倒角。
细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。
细磨一般在从粗到细不同粒度的一系列砂纸上进行。
3. 抛光：目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。
金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。
机械抛光简便易行，应用较广。
4. 组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的差异，腐蚀后使各组织间、晶界和晶内产生一定的衬度，金属组织得以显示。
常用的金相组织显示方法有：(1)化学浸蚀法；(2)电解浸蚀法；(3) 金相组织特殊显示法，其中化学浸蚀法最为常用。
三、实验步骤1. 教师讲解试样制备的一般过程，并作电解抛光和恒电位浸蚀的教学演示。
2. 每位同学领取已预先经砂轮平整的金相样品一只，依次在280#砂纸，0#砂纸和000#砂纸上磨制。
每换一道砂纸时，应将样品磨面洗净，同时旋转90度进行磨制，并观察上道磨痕的去除情况。
3. 将细磨好的试样在水中冲洗，而后进行粗抛(Al2O3)。
粗抛后应用水将样品冲洗后再细抛。
4. 将细抛好的试样再用水洗净，酒精冲洗后用电吹风吹干，然后选择合适的浸蚀剂进行组织显示。
待试样表面呈银灰色后即用水冲洗，然后滴上酒精吹干。
制样过程中的每一步都要检查磨面的质量，发现问题及时修正。
5. 在显微镜下观察组织，检查试样表面的抛光质量和组织显示情况，合格后绘下组织特征（规格Φ35mm），并记下材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂。
注意：不要将湿和热的样品放在显微镜下观察。
四、实验报告要求1. 根据自己的体会，简述金相样品的制备过程、组织显示方法和注意事项。
2. 讨论观察试样时所用显微镜的参数。
五、思考题1. 试样选择和组织显示的基本要求是什么？2. 今有一齿轮，经表面热处理，需要金相方法检验表面组织，应如何取样？应注意哪些问题？3. 试样制备过程中易产生哪些假象？有何特征？4. 试样在抛光态时可以检查些什么？Al-Si合金二元相图实验报告实验课程：材料科学基础学生姓名：学号：专业班级：年月日实验二浇注和凝固条件对铸锭组织的影响一、实验目的1. 研究金属注定的正常组织。
2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。
3. 初步掌握宏观分析方法。
二、实验内容说明金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。
最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义。
研究表明，铸锭的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。
因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭的浇注凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。
本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。
本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表：三、实验步骤1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。
2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。
3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。
四、实验报告要求1. 叙述浇注正常组织的形成过程。
2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。
五、思考题1. 简述宏观组织的特点及分析方法。
实验二浇注和凝固条件对铸锭组织的影响实验报告班级：日期：姓名：学号：同组姓名：纯铝在不同凝固条件下凝固得到铸锭宏观组织的观察分析报告：1. 叙述浇注正常组织的形成过程。
3. 简述宏观分析方法。
实验三二元合金显微组织分析一、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。
2. 学会根据已知相图及显微组织观察分析各种组织的形成过程。
3. 建立二元合金中成分、组织和性能之间变化的规律。
二、实验内容说明由于纯金属性能的局限，特别是在强度方面远不能满足工业的要求，故生产中使用的金属材料几乎都是合金。
实用合金有二元合金，也有多元合金。
而不少多元合金可粗略地作为二元合金来分析。
所以就金属材料的研究而言，二元合金是最基本的合金体系。
二元合金的主要分析方法，一是借助于合金相图以分析相的组成；二是借助于显微观察以分析显微组织的形状。
二元相图的种类很多，不同种类的二元合金经不同处理后的显微组织观察也有很丰富的内容。
本实验准备了几种典型成分的合金试样，供大家观察其平衡组织，从而进一步熟悉不同的二元相图及二元系合金中成分、组织及性能之间的关系。
本实验所用试样如下：(a) 20钢退火态 4%硝酸酒精腐蚀；(b) 45钢退火态 4%硝酸酒精腐蚀；(c) T12钢退火态 4%硝酸酒精腐蚀；(d) Al-7Si亚共晶合金铸态0.5HF水溶液腐蚀；(e) Al-12Si共晶合金铸态0.5HF水溶液腐蚀；(f) Al-17Si过共晶合金铸态0.5HF水溶液腐蚀；(g) Pb-75Sn过共晶合金铸态 4%硝酸酒精腐蚀Al-Si，Pb-Sn相图见附图。
三、实验步骤1. 认真观察实验室准备的碳钢和其它二元合金各个试样的显微组织，联系相图了解其组织形成过程。
2. 抓住特征描绘每只样品的显微组织图，在图下注明材料名称、处理状态、浸蚀剂、放大倍数和组织名称，并用箭头把组织名称标在组织图上。
3. 计算45钢室温时自由铁素体、总的铁素体、渗碳体的含量。
4. 讨论碳钢的碳分、组织与性能关系。
四、实验报告要求1. 描绘各样品的显微组织。
2. 详细分析各种组织形成过程。
3. 选择一、二个合金计算其平衡组织中各相的相对含量。
五、思考题1. 试分析Al-7Si亚共晶合金平衡冷却时组织变化过程，说明用杠杆定律计算相组成物与组织组成物时应注意之点。
2. 对匀晶合金、共晶合金、亚共晶合金以及包晶合金如何根据相图及观察到的组织（平衡冷却与非平衡冷却之组织）分析冷却速度对组织形态的影响。
3. 试从相组成及形态特点分析低、中、高碳钢平衡组织的性能特点。
实验三二元合金显微组织分析实验报告班级：日期：姓名：学号：同组姓名：二元合金微观组织的观察分析报告：1. 描绘各样品的显微组织，标注其中的特征组织，并详细分析各种组织形成过程。
2. 选择其中一种合金计算其平衡组织中各相的相对含量。