實驗一 硬度試驗

1、實驗一 硬度試驗一、實驗?zāi)康?.了解布氏硬度計、洛氏硬度計的構(gòu)造及使用方法。2.掌握布氏硬度值、洛氏硬度值的測定方法。3.初步建立碳鋼的含碳量與其硬度間的關(guān)系。二、實驗概述硬度試驗設(shè)備簡單,操作迅速方便,不需要專門制備試樣,也不破壞被測試的工件。因此,在工業(yè)生產(chǎn)中,被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗。此外,硬度值與其他力學(xué)械性能及某些工藝性能（如切削加工性、冷成型性等）都有一定的聯(lián)系,故在產(chǎn)品設(shè)計圖紙的技術(shù)條件中,硬度是一項主要技術(shù)指標(biāo)。目前,在測定硬度的方法中,最常用的是壓人硬度法。其中以布氏硬度和洛氏硬度應(yīng)用最廣。它們的試驗原理都是用一定幾何形狀的壓頭,在一定載荷下壓入被測的金屬材料的表面,根據(jù)壓

2、頭被壓入的程度來測定其硬度值。1.布氏硬度布氏硬度試驗方法是將一直徑為D的淬硬鋼球,在規(guī)定載荷P的作用下壓入被試金屬表面,停留一定時間后卸除載荷。此時被試金屬表面上形成一個直徑為d的壓痕。計算出壓痕單位面積所承受的平均載荷,此即為被試金屬的布氏硬度值HB。但實際試驗時都是用讀數(shù)顯微鏡測出壓痕直徑d,再根據(jù)d值查對照表得出所測的硬度值。由于不同金屬材料的硬度值相差很大,若僅采用一個標(biāo)準(zhǔn)的載荷和鋼球直徑,就有可能使整個鋼球陷入被試金屬,或?qū)⒈≡嚰捍?。故在進(jìn)行布氏硬度試驗時,鋼球直徑D、施加的載荷P和載荷保持時間都應(yīng)根據(jù)被測金屬的種類、硬度范圍和試樣厚度,按表1-1所示的布氏硬度試驗規(guī)范進(jìn)行選擇。

3、布氏硬度試驗測出的硬度值比較準(zhǔn)確。但它不宜測定成品或薄片金屬的硬度。同時,也不能測定硬度高于HB450的金屬材料,否則壓頭（淬硬鋼球）會產(chǎn)生塑性變形,而降低測量的精度。表1-1 布氏硬度試驗規(guī)范2.洛氏硬度洛氏硬度試驗方法是以一個錐頂角為120º的金剛石圓錐體或直徑為1.588mm的鋼球為壓頭,在先后兩次載荷（初載荷與主載荷）作用下壓入被試 圖1-1 布氏硬度計圖1-2 測量壓痕的示意圖 圖1-3洛氏硬度計金屬表面,然后卸除主載荷,在保留初載荷情況下,測出由主載荷引起的塑性變形的壓入深度h,再由h值確定洛氏硬度值HR。h值愈大時,被試金屬的洛氏硬度值HR愈低,反之,則愈高。在實際試驗

4、時,都是由硬度計的指示器表盤上直接讀出所測的硬度值。洛氏硬度試驗時,可用不同壓頭和不同的主載荷,組成不同的洛氏硬度標(biāo)尺。最常用的是HRA、HRB、HRC三種,其中HRC適用于測量硬度值高于HB230的較硬金屬,HRB適用于測量硬度值低于HB230的較軟金屬,HRA適用于測量硬脆的金屬材料或淺層表面硬化的金屬。洛氏硬度試驗操作迅速簡便,且壓痕較小,可以測定成品或較薄金屬的硬度,故目前生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛。三、實驗設(shè)備 1布氏硬度布氏硬度試驗主要設(shè)備有布氏硬度計和讀數(shù)顯微鏡。圖1-1為機(jī)械式布氏硬度計。試驗時將試樣4放在工作臺3上，按順時針方向轉(zhuǎn)動手輪2，使工作臺上升至試樣與壓頭5接觸，并在手輪打滑后，

5、再開動電動機(jī)1，壓頭以一定大小的載荷壓入試樣。停留一定時間后，待電動機(jī)關(guān)閉后，反時針方向轉(zhuǎn)動手輪，使工作臺下降并取下試樣。最后用讀數(shù)顯微鏡測量壓痕直徑d，如圖1-2所示。根據(jù)d的大小查表即可求得布氏硬度值。2洛氏硬度圖1-3為洛氏硬度計。試驗時將試樣6放在工作臺5上，按順時針方向轉(zhuǎn)動手輪3，使工作臺上升至試樣與壓頭7接觸，繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，待小針對準(zhǔn)紅點，大針置于垂直向上位置試樣已施加了100N的預(yù)載荷，隨后轉(zhuǎn)動指示盤使大針對準(zhǔn)“0”，再按下按鈕1加主載荷停留數(shù)秒鐘后，批示器指針?biāo)傅淖x數(shù)即為所求的洛氏硬度值（HRC和HRA讀C標(biāo)尺，HRB讀B標(biāo)尺）。動手輪，使工作臺下降并取下試樣。最后用讀數(shù)顯微

6、鏡測量壓痕直徑d，如圖1-2所示。根據(jù)d的大小查表即可求得布氏硬度值。2洛氏硬度圖1-3為洛氏硬度計。試驗時將試樣6放在工作臺5上，按順時針方向轉(zhuǎn)動手輪3，使工作臺上升至試樣與壓頭7接觸，繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，待小針對準(zhǔn)紅點，大針置于垂直向上位置試樣已施加了100N的預(yù)載荷，隨后轉(zhuǎn)動指示盤使大針對準(zhǔn)“0”，再按下按鈕1加主載荷停留數(shù)秒鐘后，批示器指針?biāo)傅淖x數(shù)即為所求的洛氏硬度值（HRC和HRA讀C標(biāo)尺，HRB讀B標(biāo)尺）。四、實驗材料布氏硬度退火狀態(tài)的低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼洛氏硬度HRB退火狀態(tài)的低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼HRC淬火狀態(tài)的中碳鋼或高碳鋼五、實驗步驟及注意事項1.布氏硬度（1）清理試樣表面。

7、被測表面應(yīng)是無氧化皮等污物的光潔平面,以便于準(zhǔn)確測量壓痕直徑。（2）根據(jù)試樣材料及厚度,按布氏硬度試驗規(guī)范選擇鋼球壓頭的直往、載荷大小及載荷保持時間。（3）把試樣放在硬度計工作臺上,按布氏硬度計的操作順序進(jìn)行試驗,使試樣表面留下一全壓痕。（4）移動試樣后重做一次試驗,使試樣表面又留下一個壓痕。為了使試驗結(jié)果精確,事相鄰兩壓痕的中心距離應(yīng)不小于壓痕直徑的4倍,壓痕中心距試樣邊緣的距離不小于壓痕直徑的2.5倍,壓痕直徑d的大小應(yīng)在0.25D0.6D范圍內(nèi)。（5）自工作臺上取下試樣,用讀數(shù)顯微鏡在相互垂直方向上測量壓痕直徑,然后計算|其平均值并作好記錄。（6）根據(jù)壓痕直徑d,查對照表求得各試樣的布氏

8、硬度值。2.洛氏硬度|（1）清理試樣表面。被測表面應(yīng)無油脂、氧化皮、裂紋、凹坑、顯著的加工痕跡以及其它外來污物。（2）根據(jù)試樣材料,選擇壓頭及載荷。根據(jù)試樣形狀,選擇合適的工作臺。（3）把試樣放在硬度計工作臺上,按洛氏硬度計的操作順序進(jìn)行試驗,由指示器上讀得硬度值并作好記錄。（4）移動試樣,并在另一位置繼續(xù)進(jìn)行試驗,前后共測三點。計算三次試驗得出硬度值的平均值,并作好記錄。 為了使試驗結(jié)果精確,相鄰兩壓痕的中心以及任一壓痕中心距試樣邊緣的距離都不得小于3mm。六、實驗報告實驗二 沖擊試驗一、實驗?zāi)康?.了解沖擊試驗機(jī)的構(gòu)造及使用方法。2.掌握金屬材料韌性的測定方法。3.初步建立碳鋼的含碳量與其

9、沖擊韌性間的關(guān)系。二、實驗概述一次沖擊彎曲試驗是測定金屬材料韌性的常用方法。它是將一定尺寸和形狀的金屬試樣放在試驗機(jī)的支座上，再將一定重量的擺錘升高到一定高度，使其具有一定位能，然后讓擺錘自由下落將試樣沖斷。擺錘沖斷試樣所消耗的能量即為沖擊功Ak。Ak值的大小代表金屬材料韌性的高低。但習(xí)慣上仍采用沖擊韌性值k表示金屬材料的韌性。沖擊韌性值k是用沖擊功Ak除以試樣斷口處的原始橫截面F來表示。三、實驗設(shè)備常用的手動擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)如圖2-1所示。試驗時先把手柄5撥至“預(yù)備”位置，然后將擺錘7稍加抬起度固定后，把試樣放在支座的鉗口1上，再把擺錘抬到試驗高度，使插銷插入擺軸6的槽內(nèi)。待一切準(zhǔn)備完畢，將

10、手柄由“預(yù)備”位置撥至“沖擊”位置，這時擺錘就以擺軸為旋轉(zhuǎn)中心而自由下降。當(dāng)擺錘沖斷試樣后，其剩余能量又使擺錘向另一方向揚起一定高度，這時將手柄再撥至“停止”位置，使擺錘停止擺動。 圖 2-1擺錘式?jīng)_擊試驗機(jī)四、實驗步驟1檢查試樣有無缺陷。用游標(biāo)卡尺測量試樣缺口處的斷面尺寸，并記下測量數(shù)據(jù)。2在了解試驗機(jī)的結(jié)構(gòu)后，先進(jìn)行一次空擊試驗。如無不正常的摩擦及阻力存在，空擊后指針與刻度盤上的零點位置的誤差應(yīng)小于半小格（即1Nm或1J）。3裝置低碳鋼沖擊試樣。在裝置試樣時應(yīng)使試樣缺口背向擺錘的刃口，并用找正樣板使試樣處于支座的中心位置。然后按試驗的操作順序進(jìn)行試驗。4讀出指針在刻度盤上指示的沖擊功Ak值

11、，并作好記錄。5觀察試樣的斷口特征。6以同樣的方法對中碳鋼和高碳鋼進(jìn)行沖擊試驗，并分別記下有關(guān)的測量數(shù)據(jù)。五、實驗注意事項1在試驗機(jī)擺錘運動的平面內(nèi)，嚴(yán)禁站人，以防因擺錘運動或擊斷的試樣飛出傷人。2未經(jīng)許可，不準(zhǔn)隨便搬動擺錘和控制手柄。3在裝置沖擊試樣時，應(yīng)將擺錘用支持架支住。切不可將擺錘抬高到預(yù)備位置，以防擺錘偶然落下時造成嚴(yán)重事故。4當(dāng)手柄在“預(yù)備”位置，擺錘已抬至預(yù)定的高度后，應(yīng)平衡緩慢地將手放開，并使插銷插入擺軸的槽內(nèi)，以防放手過急而沖斷插銷。5當(dāng)試樣被沖斷而擺錘尚在擺動時，不能將手柄撥回至“預(yù)備”位置，以防插銷的頭部與擺軸發(fā)生摩擦或插銷有可能插入擺軸的槽內(nèi)而被沖斷。六、實驗報告根據(jù)實

12、驗記錄，填寫下表。實驗三 鐵碳合金平衡組織的顯微分析一、實驗?zāi)康?.認(rèn)識鐵碳合金平衡組織的特征，初步識別各種鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。2.分析碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與平衡組織之間的關(guān)系。3.鞏固平衡狀態(tài)下碳鋼的成分、組織、性能之間關(guān)系的認(rèn)識。二、實驗概述在室溫下鐵碳合金的基本相為鐵素體與滲碳體，不同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)合金，在組織上差異僅是這兩個基本相的相對量、形態(tài)及分布不同。三、實驗設(shè)備及試樣1 金相顯微鏡。2 鐵碳合金平衡狀態(tài)金相試樣一套。四、實驗方法與步驟1 認(rèn)真觀察各種材料的顯微組織，識別各顯微組織的特征。2在顯微鏡下選擇各種材料的顯微組織的典型區(qū)域，并根據(jù)組織特征，繪出其顯微組織示意圖。五

13、、實驗報告實驗記錄與整理實驗四 碳鋼的熱處理一、實驗?zāi)康?.了解普通熱處理 （退火、正火、淬火、回火）的方法。2.分析碳鋼在熱處理時，加熱溫度、冷卻速度及回火溫度對其組織與硬度的影響。二、實驗概述鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)施以不同的加熱、保溫與冷卻，以改變其組織性能的一種工藝。普通熱處理的有退火、正火、淬火、回火等。碳鋼熱處理工工藝：1 加熱溫度碳鋼普通熱處理的加熱溫度，原則上可按表4-1選定。但生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)工件實際情況作適當(dāng)調(diào)整。表4-1 碳鋼普通熱處理的加熱溫度方 法加熱溫度，應(yīng)用范圍淬火Ac3+（3050）亞共析鋼Ac1+（3050）共析鋼、過共析鋼回火低溫150250切削刃具、量具、冷

14、沖模具、高硬度零件等中溫350500彈簧、中等硬度零件等高溫500650齒輪、軸、連桿等要求綜合力學(xué)性能的零件2 加熱時間熱處理的加熱時間與鋼的成分、原始組織、工件的尺寸與形狀、使用的加熱設(shè)備與裝爐方式及熱處理方法等許多因素有關(guān)，經(jīng)驗公式：t=·D式中：t加熱時間（min） 加熱系數(shù)（min/mm）D工件有效厚度（mm）。 當(dāng)碳鋼工件的有效厚D50mm，在800960箱式爐中加熱時，=11.2(min/mm)?；鼗鸬谋貢r間，要保證工件熱透并使組織充分轉(zhuǎn)變。組織轉(zhuǎn)變時間一般不大于0.5h，但熱透時間隨回火溫度、工件有效厚度、裝爐量及加熱方式而異。生產(chǎn)中，一般為13h。實驗室時，可用0

15、.5h。3 冷卻方式淬火時，碳鋼用水作為冷卻介質(zhì)，合金鋼常用油作為冷卻介質(zhì)。三、實驗設(shè)備、用品及試樣（一）實驗設(shè)備1實驗用箱式電阻加熱爐（附測溫控溫裝置）。2 洛氏硬度計。（二）實驗用品1 淬火水槽（盛810NaCl小溶液）。2 淬火油槽（盛礦物油或變壓器油）。3 夾鉗、砂紙、游標(biāo)卡尺四、實驗步驟與方法1 將學(xué)生分組領(lǐng)取實驗試樣。2決定T10鋼、45鋼的淬火加熱溫度與保溫時間。調(diào)整好控溫裝置，并將T10鋼、45鋼放入已升到加熱溫度的電爐是進(jìn)行加熱、保溫，然后取出在水中冷卻，然后測定淬火后硬度，并作好記錄。2 將淬火鋼進(jìn)行低、中、高溫回火，并作好記錄五、實驗注意事項1淬火冷卻時，試樣要用夾鉗夾緊

16、，動作迅速，并要在冷卻介質(zhì)中不斷攪動。2測量硬度前，必須用砂紙將試樣表面的氧化皮去除并磨光。3 熱處理時注意事項（1）在取放試樣時，應(yīng)切斷電爐的電源。（2）爐門開、關(guān)要快。爐門打開的時間不能過長，以免爐溫下降和損害爐膛的耐火材料與電阻絲的壽命。（3）在爐中取放試樣時，夾鉗應(yīng)擦干，不能沾有水或油。（4）在爐中取放試樣時，操作者應(yīng)戴上手套，以防燒傷。六、實驗報告（一）實驗數(shù)據(jù)記錄與整理（二）分析結(jié)果實驗五 刀具幾何角度測量車刀幾何角度測量一、實驗?zāi)康?掌握車刀測角儀的使用方法。2通過測量車刀角度，加深理解車刀標(biāo)注參考系的組成平面及車刀標(biāo)注角度的定義。二、實驗裝置1車刀測角儀2高速鋼外圓車刀三、實驗

17、方法1車刀測角儀介紹車刀測角儀的結(jié)構(gòu)如圖一所示。它主要由平臺、立柱、開降螺母、定位塊、導(dǎo)向鍵、指示片、刻度盤A、刻度盤B及刻度盤C組成。轉(zhuǎn)動刻度盤A就可將指示片調(diào)整到所要求的測量平面位置，然后利用指示片的測量刃口（側(cè)刀口、下刀口）使其與車刀前刀面或后刀面貼合，即可在刻度盤C上讀得所測角度值。當(dāng)需要測量法剖面內(nèi)的角度時，則可利用轉(zhuǎn)動刻度盤B使指示片的測量平面傾斜所需刃傾角數(shù)值。轉(zhuǎn)動升降螺母可以調(diào)節(jié)指示片的高低位置。移動定位塊可以調(diào)整車刀位置。2車刀角度測量方法測量車刀角度時，刀具放在測角儀的平臺（即基面）上，緊定位塊。假定進(jìn)給方向，確定出主、副切削刃及刀面的位置，然后按下列步驟進(jìn)行測量?，F(xiàn)以測量

18、主切削刃的角度為例。1測量主偏角K先將刻度盤B、C調(diào)整至零位，使指示片的測量平面與平臺表面相垂直，通過調(diào)整升降母使其高度適當(dāng)，然后轉(zhuǎn)動刻度盤A使指示片的一側(cè)面現(xiàn)車刀主切削刃巾合。在此過程中，可變換定位塊的位置，使車刀前后移動，直到其主切削刃和指示片側(cè)貼合。見圖二。此時，刻度盤A左側(cè)刻線所對的讀數(shù)即為主偏角K的數(shù)值。2測量刃傾角s根據(jù)刀具參考平面的定義，這時指示所在的測量平面就是車刀的切削平面，通過調(diào)整指示片的高低位置，并轉(zhuǎn)動批示片，使其下刃口與車刀主切削刃貼合，此時刻度盤C上的讀數(shù)即為刃傾角s的數(shù)值。請注意s的正、負(fù)。3測量主前角o、主后角o根據(jù)主前角和主后角的定義，它們必須在主剖面內(nèi)測量，而

19、主剖面和切削平面相差90º，故只要將刻度盤A再轉(zhuǎn)動90º，如圖中虛線位置所示，這時指示片所在的測量平面就是車刀的主剖面。變換定位塊位置，并轉(zhuǎn)動指示片，使其下刀口與前刀面貼合，刻度盤C上的讀數(shù)即為主前角o的數(shù)值；再使其側(cè)刀口與后刀面貼合，刻度盤C上的讀數(shù)即為主后角o的讀數(shù)。4法前角n的測量主剖面和法剖面相夾刃傾角s，所以我們只要在上面的位置基礎(chǔ)上根據(jù)刃傾角s的正、負(fù)轉(zhuǎn)動刻度盤B s角度（正刃傾角逆時針轉(zhuǎn)向，負(fù)刃傾角順時針轉(zhuǎn)向），然后使指示的下刀口和前刀面貼合，側(cè)刀口和后刀面貼合即可分別測出法前角n和法后角n。至于副切削刃上的角度測量方法與測量主切削刃角度類似。五、實驗報告實驗

20、六 機(jī)床的組成、運動、刀具一、實驗?zāi)康耐ㄟ^教師演示各種機(jī)床，使學(xué)生了解各種機(jī)床的功用，切削運動和所用刀具。二、實驗內(nèi)容1 了解車床、刨床、銑床、磨床、鉆床、滾齒機(jī)等機(jī)床的組成、運動、刀具。2 了解銑床分度頭的分度原理。三、思考題1車床、銑床、磨床的切削功用、切削運動。2平面加工、外圓加工、內(nèi)圓加工分別選擇何種機(jī)床？實驗報告實驗一 硬度試驗班級 姓名 學(xué)號 實驗日期： 指導(dǎo)教師一、 實驗?zāi)康亩?實驗裝置三、實驗結(jié)果1.根據(jù)選用的試驗規(guī)范和記錄數(shù)據(jù),填寫下表。（1）布氏硬度項目試驗材料試 驗 規(guī) 范實 驗 結(jié) 果鋼球直徑D，mm載荷P(N)P/D2載荷停留時間，s第一次第二次平均硬度值HB壓痕直徑d,mm硬度值HB壓痕直徑d,mm硬度值HB（2）洛氏硬度 項目試驗