金相观察和维氏硬度测试实验报告

金相观察一、实验目的1.观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。2.掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。二、实验器材1、金相显微镜2、金相标准试样三、实验原理铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征1.铁素体（F）是碳溶入α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。2.渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。3.珠光体（P）是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。见图3-1四、实验内容及步骤观察以下铁碳合金组织a（15000×）b（400×）图3-1不同放大倍数下珠光体的显微组织在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。1.工业纯铁碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。室温下的组织为单相的铁素体晶粒。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图3-2。2.碳钢碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢中含碳量的不同，其组织也不同，钢又分为亚共析钢，共析钢，过共析钢三种。1）亚共析钢碳的质量分数在0.0218～0.77%范围内，室温下的组织为铁素体和珠光体，随着碳的质量分数的增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体数量增加。见图3-3。白色有晶界的为铁素体，黑色层片状的组织为珠光体。在显微镜下，可根据珠光体所占面积的百分数估计出亚共析钢的碳的质量分数：Wc≈Wp%×0.77%Wc–碳的质量分数Wp–珠光体所占面积的百分数2)过共析钢碳的质量分数在0.77～2.11%范围的碳钢为过共析钢。室温下的组织为层片状珠光体和二次渗碳体，见图3-4。用4%硝酸酒精浸蚀，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸钠溶液热蚀后，渗碳体呈黑色。图3-2工业纯铁显微组织a用4%硝酸酒精浸蚀b用碱性苦味酸钠热蚀图3-4T12钢显微组织20钢45钢70钢图3-3亚共析钢的显微组织3、白口铸铁含碳量在2.11～6.69%范围内的铁碳合金为白口铸铁。根据含碳量的不同又分为亚共晶白口铸铁，共晶白口铸铁，过共晶白口铸铁三类。1）亚共晶白口铸铁碳的质量数为2.11～4.3%，室温组织为珠光体二次渗碳体和低温莱氏体，见图3-5。黑色树枝状为初生奥氏体转变的珠光体，其周围白色网状物为二次渗碳体。其余为莱氏体，莱氏体中的黑色粒状或短杆状物为共晶珠光体。2)共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%。室温组织为单一的莱氏体，见图3-6。图中黑色的粒状短杆状为珠光体，白色基体为渗碳体。3)过共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3～6.6%之间。室温组织为一次渗碳体和莱氏体，见图3-7。一次渗碳体呈白色长条状，贯穿在莱氏体基体上，其余为共晶莱氏体。五、实验数据及处理序号样品名称状态浸蚀剂显微组织1工业纯铁退火4%硝酸酒精F220钢退火4%硝酸酒精F+P345钢退火4%硝酸酒精F+P465钢退火4%硝酸酒精F+P5T8钢退火4%硝酸酒精P图3-5亚共晶白口铸铁显微组织图3-6共晶白口铸铁组织图3-7过共晶白口铸铁组织维氏硬度试验一、实验目的1.熟悉维氏硬度计的实验原理及实验方法2.进行维氏硬度计的试验操作二、实验器材维氏硬度计标准硬度块三、实验原理维氏硬度计按试验力大小的不同，细分为三种试验：1、维氏硬度试验；2、小负荷维氏硬度试验；3、显微维氏硬度试验。试验力的选择要根据试样种类、试样厚度和预期的硬度范围而定。维氏硬度计表示为HV，维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面，小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不6T12钢退火4%硝酸酒精P+Fe3CⅡ7T12钢退火碱性苦味酸钠P+Fe3CⅡ8亚共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精P+Fe3CⅡ+L’d9共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精L’d10过共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精L’d+Fe3CⅠ11亚共析钢未知试样Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ铸态4%硝酸酒精F+P受影响。显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。四、实验内容及步骤维氏硬度计操步骤1、打开硬度计的电源，旋转试验力变换手轮，选择试验力。2、转动压头与物镜转换罩壳，使物镜位于主体正前方位置。3、转动手轮使试验台上升，直至试样表面清晰成像。如果在目镜观察到的像模糊，可转动手轮，直至清晰为止。4、移动目镜的刻线，使其刻线内侧逐步靠拢无限接近处于中心位置，按面板ZERO键，这时主屏幕上的值为零。5、按面板START键，仪器开始加载、保载、卸载。6、观察目镜中的压痕成像。7、移动右边手轮使刻线分开，移动目镜左侧鼓轮，使左边的刻线移动与压痕左边外形交点相切，移动右边刻线内侧与压痕外形交点相切，按下HARDNESS测量按钮，对角线d1测量完成，目镜转动90度，测量对角线d2，再次按下测量按钮，主屏幕显示本次测量的值和所转换的的硬度值。一次试验结束。8．如果认为测量有误差，可重复上述程序再次测量。五、实验数据及处理维氏硬度(HV)以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用载荷值除以材料压痕凹坑的表面积，即为维氏硬度值(HV)。计算公式为：维氏硬度计算公式P为载荷，如10kg。d为压痕对角线长度(mm)。六、实验结论及误差分析1.出现压痕不在视场内及压痕位置变化很大的原因分析及解决办法：出现这种情况的原因是由于压头、测量显微镜、工作台三者轴心不同造成的。可以调整载物台横向或纵向小手柄，使压痕出现。2.检定时示值超差的原因及解决办法①测量显微镜标尺不准。用标准测微尺进行检查。如不准可送修或更换。②金刚石压头缺损，如有缺损更换压头。