目录实验一金属材料硬度测试·实验二金相试样制备及金相显微镜的使用-8实验三碳素钢热处理（综合性实验）.·13实验四碳素钢热处理显微组织观察分析...22实验五合金钢及铸铁显微组织观察分析·*-26实验六刀具几何角度的与测量·32实验七切削因素对加工表面粗糙度的影响38实验八用分度头分度及铣削螺旋槽·-42实验九安装方法对零件加工精度的影响·47机械制造基础实验报告-54
目 录 实验一 金属材料硬度测试.1 实验二 金相试样制备及金相显微镜的使用.8 实验三 碳素钢热处理（综合性实验）.13 实验四 碳素钢热处理显微组织观察分析.22 实验五 合金钢及铸铁显微组织观察分析.26 实验六 刀具几何角度的与测量.32 实验七 切削因素对加工表面粗糙度的影响.38 实验八 用分度头分度及铣削螺旋槽.42 实验九 安装方法对零件加工精度的影响.47 机械制造基础实验报告.54
实验一金属材料硬度测试1实验目的（1）了解硬度实验的种类、特点及用途：（2）了解布氏硬度计和洛氏硬度计的结构、实验原理及应用范围：（3）学会布氏硬度计和洛氏硬度计的操作和应用。2 基本知识2.1硬度实验的特点及用途硬度实验由于设备简单，操作迅速方便，同时又能敏感地反映材料的化学成分及组织结构的差异，因而除了用来检测材料的当前硬度值以外，还被广泛用来检查热处理工艺质量或研究热处理相变过程。例如，不同含碳量的钢在萍火后，硬度值与马氏体量及其含碳量间有良好的对应关系：对于给定的率火钢，其硬度取决于回火温度及保温时间：合金的硬度值随冷作硬化程度的增大而上升，又随退火软化程度的增大而下降：时效合金在沉淀强化过程中的硬度值呈规律性变化，等等。由于仅在金属表面产生很小的压痕，因而大多数零件都可以直接进行产品硬度检验而无须特别加工试件。此外，硬度实验易于检查金属表面层的情况，例如脱碳与增碳，表面率火以及化学处理后的表面硬度与强化层深度等等。根据大量的实验数据，金属的硬度与强度之间可以找出粗略换算的经验公式，从而可以通过硬度测试初步估计材料的强度水平。另外，硬度与冷成型性、切削性、可焊性等工艺性能之间也存在着某些联系，可作为选择加工工艺时的参考。2.2硬度实验的原理、硬度计的结构及操作方法硬度实验的方法很多，使用最广泛的是压人法。压人法就是把一个很硬的压头（压陷器）以一定的压力压人试样的表面，便试样产生）i&，然后根据压痕的大小确定硬度值。压痕越大，材料越软：压痕越小，材料越硬。根据压头的几何形状、尺寸等条件，常用的压人法可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。2.2.1布氏硬度2.2.1.1原理将直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在一定的图1-1布氏理皮实验原理图载荷P的作用下，压向被测金属表面（图1一1），保持一1定时间，然后卸除载荷。根据钢球在金属表面所压出的压痕面积F。求出平均应力值，以此作为硬度值的计量指标，并用符号HB表示。PHB=(1—1)F式中HB一一布氏硬度值：1
1 实验一 金属材料硬度测试 1 实验目的 （1）了解硬度实验的种类、特点及用途； （2）了解布氏硬度计和洛氏硬度计的结构、实验原理及应用范围； （3）学会布氏硬度计和洛氏硬度计的操作和应用。 2 基本知识 2.1 硬度实验的特点及用途 硬度实验由于设备简单，操作迅速方便，同时又能敏感地反映材料的化学成分及组织 结构的差异，因而除了用来检测材料的当前硬度值以外，还被广泛用来检查热处理工艺质 量或研究热处理相变过程。例如，不同含碳量的钢在淬火后，硬度值与马氏体量及其含碳 量间有良好的对应关系；对于给定的淬火钢，其硬度取决于回火温度及保温时间；合金的 硬度值随冷作硬化程度的增大而上升，又随退火软化程度的增大而下降；时效合金在沉淀 强化过程中的硬度值呈规律性变化，等等。由于仅在金属表面产生很小的压痕，因而大多 数零件都可以直接进行产品硬度检验而无须特别加工试件。此外，硬度实验易于检查金属 表面层的情况，例如脱碳与增碳，表面淬火以及化学处理后的表面硬度与强化层深度等等。 根据大量的实验数据，金属的硬度与强度之间可以找出粗略换算的经验公式，从而可 以通过硬度测试初步估计材料的强度水平。另外，硬度与冷成型性、切削性、可焊性等工 艺性能之间也存在着某些联系，可作为选择加工工艺时的参考。 2.2 硬度实验的原理、硬度计的结构及操作方法 硬度实验的方法很多，使用最广泛的是压人法。压人法就是把一个很硬的压头（压陷 器）以一定的压力压人试样的表面，便试样产生）i＆，然后 根据压痕的大小确定硬度值。压痕越大，材料越软；压痕越小， 材料越硬。根据压头的几何形状、尺寸等条件，常用的压人法 可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。 2.2.1 布氏硬度 2.2.1.1 原理 将直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球，在一定的 载荷 P 的作用下，压向被测金属表面（图 1－1），保持一 定时间，然后卸除载荷。根据钢球在金属表面所压出的 压痕面积 F。求出平均应力值，以此作为硬度值的计量 指标，并用符号 HB 表示。 HB= 凹 F P (1—1) 式中 HB——布氏硬度值；
P—一载荷（kgf);F一一压痕面积（mm）。请读者注意，按国际单位制的规定，载荷的单位应为N（牛）。但考虑到工程上的实用性，本书中载荷单位仍延用kgf（千克力）(1-2)由几何学知压痕面积F=元Dh式中D一钢球直径（mm）：h一压痕深度（mm）。由于测量压痕直径d比测量压痕深度容易，因此将式（1一2）中的h用d表示。由图1一5可知：D-h=1)-(因为-11-(D2-D-d)所以(mm)(1-3)h=2将式（1-3）和式（1-2）带人式（1-1)，得PP2PHB=(1—4)FmπDh2-dJ D(D- 1D在实际工作中，只需测出压痕直径d，根据已知D和P值即可直接查表得出HB值。由于金属材料有软有硬，所测工件有厚有薄，因此必须根据具体情况采用不同的载荷P和由图1-2可知：钢球直径D。dDsm_D即d=Dsin(1—5)sin22122把上式代入式（1一4），得P2HB=(kg/mm2)(1—6)D22Φ元1li-sn2式（1一6)说明，当Φ为常数时，为使HB值相同，P/D也应保持为一定值，因此对同一材料，不论采用何种大小的钢球，只要能满足P/D=常数，所得HB值是一样的：对于不同材料，所得HB值也可进行比较。布氏硬度实验规定了三个要素：（1）钢球直径：根据试样厚度选择：（2）载荷：根据钢球大小和被测材料种类选择：（3）加载持续时间：根据被测金属种类选择。按照国标GB231一63规定，三要素的选择及适用范围如表1一1所示。2
2 P——载荷（kgf）； F 凹——压痕面积（mm 2）。 请读者注意，按国际单位制的规定，载荷的单位应为 N（牛）。但考虑到工程上的实用 性，本书中载荷单位仍延用 kgf（千克力） 由几何学知压痕面积 F 凹=πDh （1－2） 式中 D—钢球直径（mm）； h—压痕深度（mm）。 由于测量压痕直径 d 比测量压痕深度容易，因此将式（l－2）中的 h 用 d 表示。由图 1－5 可知： 因为 2 2 ) 2 ) ( 2 ( 2 1 D d D − h = − 所以 h= ( 2 ) 2 1 2 2 D − D − d (mm) (1-3) 将式（1－3）和式（1－2）带人式（1－1），得 HB= 凹 F P = ( ) 2 2 2 D D D d P Dh P − − = π π (1—4) 在实际工作中，只需测出压痕直径 d，根据已知 D 和 P 值即可直接查表得出 HB 值。 由于金属材料有软有硬，所测工件有厚有薄，因此必须根据具体情况采用不同的载荷 P 和 钢球直径 D。 由图 1－2 可知： 2 sin 2 2 sin 2 Φ 即 Φ d D D D = = (1—5) 把上式代入式（l－4），得 HB= ] 2 1 1 sin 2 [ 2 2 ） Φ π（ − − D P (kg/mm2 ) (1—6) 式(1—6)说明，当Φ为常数时，为使 HB 值相同，P/D 2 也应保持为一定值，因此对同 一材料，不论采用何种大小的钢球，只要能满足 P/D 2 =常数，所得 HB 值是一样的；对于不 同材料，所得 HB 值也可进行比较。 布氏硬度实验规定了三个要素： （1）钢球直径：根据试样厚度选择； （2）载荷：根据钢球大小和被测材料种类选择； （3）加载持续时间：根据被测金属种类选择。 按照国标 GB231—63 规定，三要素的选择及适用范围如表 1－1 所示
表1-1布氏硬度试验规范金属布氏硬度值负荷P与钢球直式样厚度/mm钢球直径D/mm负荷P/kg负荷保持时间/s种类范图（HB)径D的相互关系6~310.03000群10140~4504~2P=30D25.0750色610.01000属130P=30Dz304~25.0750有610.0250608~35P=2.5D22.2.1.2布氏硬度测定的技术要求（1）试样表面必须平整光滑，以使压痕边缘清晰，保证精确测量压痕直径D。（2）压痕离试样边缘应大于钢直径D。两压痕之间距离不小于D。（3）用读数显微镜测量压痕直径d时，应从相互垂直的两个方向上进行，取其平均值。（4）用淬火钢球做压头测得的硬度值以符号HBS表示：用硬质合金球作压头测得的硬度值以符号HBW表示。为了表示实验条件，可在符号HBS或HBW后面标D/PT。如180HBS/10/3000/10，即表示硬度是在D一10mm的淬火钢球做压头，P—3000kgf，T-10s的条件下所测得的布氏硬度值为180。2.2.1.3布氏硬度计的构造与操作【布氏硬度计的构造】图1一2是HB一3000型布氏硬度计结构图。它由机体、工作台、减速器、杠杆机构、换向开关等部分组成。①机体与工作台。在铸铁机体14的前台面中装有套筒26、螺杆23，螺杆上装有工作台立柱22：可更换工作台ZI，旋转升降手轮24可使工作台上下移动。②压轴部分。压轴部分是由弹簧16、压轴17和主轴衬套18等零件组成。弹簧在非工作状态时将主轴衬套压靠在锥孔中，并使压轴紧靠在小杠杆中间的刀刃支承上，从而保持了压轴的精确位置。当试样与压头接触时，主轴衬套被顶起，这样确定压轴工作时的位置，保持了试样与压头中心对准。③减速器部分。减速器7通过曲柄8、连杆11和摇杆19，在电动机27正转及反转时，将试验力加压到轴17上或从压轴上卸除。④杠杆机构。杠杆机构由大杠杆12、小杠杆15、吊环13、压轴17等零件组成。试3
3 2.2.l.2 布氏硬度测定的技术要求 （1）试样表面必须平整光滑，以使压痕边缘清晰，保证精确测量压痕直径 D。 （2）压痕离试样边缘应大于钢直径 D。两压痕之间距离不小于 D。 （3）用读数显微镜测量压痕直径 d 时，应从相互垂直的两个方向上进行，取其 平均值。 （4）用淬火钢球做压头测得的硬度值以符号 HBS 表示；用硬质合金球作压头测 得的硬度值以符号 HBW 表示。为了表示实验条件，可在符号 HBS 或 HBW 后面标 D／PT。 如 180HBS／10／3000／10，即表示硬度是在 D—10mm 的淬火钢球做压头，P—3000kgf，T— 10s 的条件下所测得的布氏硬度值为 180。 2.2.1.3 布氏硬度计的构造与操作 【布氏硬度计的构造】图 1－2 是 HB－3000 型布氏硬度计结构图。它由机体、工作 台、减速器、杠杆机构、换向开关等部分组成。 ①机体与工作台。在铸铁机体 14 的前台面中装有套筒 26、螺杆 23，螺杆上装有工作 台立柱 22；可更换工作台 ZI，旋转升降手轮 24 可使工作台上下移动。 ②压轴部分。压轴部分是由弹簧 16、压轴 17 和主轴衬套 18 等零件组成。弹簧在非 工作状态时将主轴衬套压靠在锥孔中，并使压轴紧靠在小杠杆中间的刀刃支承上，从而保 持了压轴的精确位置。当试样与压头接触时，主轴衬套被顶起，这样确定压轴工作时的位 置，保持了试样与压头中心对准。 ③减速器部分。减速器 7 通过曲柄 8、连杆 11 和摇杆 19，在电动机 27 正转及反转 时，将试验力加压到轴 17 上或从压轴上卸除。 ④杠杆机构。杠杆机构由大杠杆 12、小杠杆 15、吊环 13、压轴 17 等零件组成。试
验力是由电动机27通过减速器7传到连杆11上。连杆下降时试验力经大杠杆12、小杠杆15、吊环13、压轴17及主轴衬套18等传至压头20上。根据进码的不同组合可得出下列几种试验力，即187．5、250、750、1000、3000kgfo③换向开关系统。换向开关系统是控制电动机回转方向的装置，能使加卸试验力自动进行。618110221222322图1-2HB-3000型布氏硬度计结构图1一电源开关：2一加力指示灯：3一电源指示灯，4一加力开关，5一压紧螺钉，6—圆盘，7减速器，8-曲柄；9一换向开关：10—磁码，11连杆，12大杠杆：13—吊环：14—机体：15—小杠杆，16—弹簧：17—压轴：18—主轴村19—摇杆：20—压头：21—可更换工作台：22—工作台立柱，23—螺杆，24—升降手轮：25螺母：26—套简：27—电动机【操作】实验时将试样放在载物台21上。按顺时针方向转动手轮24，使工作台升至试样与压头20接触，并在手轮打滑后再按下按钮4启动电机27，经减速机构7带动升降机构11向下运动。此时预定的载荷即可由孩码10通过大杠杆12、小杠杆15、压轴17加压在压头20上，使之压人试样。停留一定时间后，电动机自动反转，上升而卸除载荷。待电动机自动停止后，反时针方向转动手轮24，使工作台下降并取下试样。最后用读数显微镜测量压痕直径d。根据d的大小查表（见附表一），即可求得布硬度值。2.2.2洛氏硬度2.2.2.1原理洛氏硬度实验方法是以一个锥顶角为120”的金刚石圆锥体或直径为1／16（1.588mm）的淬火钢球为压头，在先后两次载荷（初载荷和主载荷）作用下压人被试金属表面，然后卸除主载荷。在保持初载荷的情况下，测出由主载荷引起的塑性变形的压人深度h，再由h值确定洛氏硬度值HR。图1一3为洛氏硬度实验原理图。图中0一0位置为未加载荷时的压头位置。1一1位置为加上IDkgf初载荷后的位置，此时压人深度为姑。2一2位置为加上主载荷后的位置，此时压人深度为ac，ac包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形。卸除主载荷后，由于弹4
4 验力是由电动机 27 通过减速器 7 传到连杆 11 上。连杆下降时试验力经大杠杆 12、小杠杆 15、吊环 13、压轴 17 及主轴衬套 18 等传至压头 20 上。根据进码的不同组合可得出下列 几种试验力，即 187．5、250、750、1000、3000kgfo ⑤换向开关系统。换向开关系统是控制电动机回转方向的装置，能使加卸试验力自动 进行。 【操作】实验时将试样放在载物台 21 上。按顺时针方向转动手轮 24，使工作台升至 试样与压头 20 接触，并在手轮打滑后再按下按钮 4 启动电机 27，经减速机构 7 带动升降 机构 11 向下运动。此时预定的载荷即可由孩码 10 通过大杠杆 12、小杠杆 15、压轴 17 加 压在压头 20 上，使之压人试样。停留一定时间后，电动机自动反转，上升而卸除载荷。待 电动机自动停止后，反时针方向转动手轮 24，使工作台下降并取下试样。最后用读数显微 镜测量压痕直径 d。根据 d 的大小查表（见附表一），即可求得布氏硬度值。 2.2.2 洛氏硬度 2.2.2.1 原理 洛氏硬度实验方法是以一个锥顶角为 120”的金刚石圆锥体或直径为 1／16 （1.588mm）的淬火钢球为压头，在先后两次载荷（初载荷和主载荷）作用下压人被试金属 表面，然后卸除主载荷。在保持初载荷的情况下，测出由主载荷引起的塑性变形的压人深 度 h，再由 h 值确定洛氏硬度值 HR。 图 1－3 为洛氏硬度实验原理图。图中 0—0 位置为未加载荷时的压头位置。l—l 位 置为加上 IDkgf 初载荷后的位置，此时压人深度为姑。2—2 位置为加上主载荷后的位置， 此时压人深度为 ac，ac 包括由加载所引起的弹性变形和塑性变形。卸除主载荷后，由于弹
性变形恢复而精提高到3一3位置。此时压头的实际压人深度为ad。洛氏硬度就是以主载荷所引起的残余压人深度（h一ac一ah一ad）来表示。但是这样直接以压人深度的大小表示硬度，将会出摊硬的金属硬度值小而软的金属硬度大的现象。为了与习惯上数值越大硬度值越高的概念一致，采用一常数K减去U）的差值来表示硬度值。为简便起见，义规定每0.002mm压人深度作为一个硬度单位（即刻度上的一个小格）。洛氏硬度值的计算公式如下：K-hK-(ad-ab)OLJ0.0020.002-式中h一一受主载荷作用实际压人深度（mm）：ah一一预加载荷压人试样的深度（mm）：ad一一卸除主载荷压人试样的深度（mm）：K一一常数，①采用金刚石圆锥时，K一0.2（用于HRA、HRC）：图1-3洛氏硬度实验原理图②采用钢球时，K一0.26（用于HRB）。做洛氏硬度实验时，可用不同的压头和不同的主载荷组成不同的洛氏硬度标尺。最常用的有HRA、HRB、HRC三种，其试验规范见表1一2。表1-2常用的三种洛氏硬度实验范围使用范团载荷/kgf（N）硬度值有效范围压头符号20~88HRA测量硬质合金、表面萍火层、渗碳层HRA金刚石圆维120°60 (588.4)测量有色金属、退火及正火钢100 (980.7)20~100HRBHRB1.587mm（1/16）萍火钢球20~70HRC测量痒火钢、调质钢150(1471)HRC金刚石圆锥120°2.2.2.2测定洛氏硬度的技术要求根据被测金属的硬度高低，按表1一2选定压头和载荷。试样表面应平整光洁，不得有氧化皮、油污及明显的加痕迹。试样厚度应不小于压人深度的10倍。两相邻压痕及压痕边缘的距离应不小于3mm。加载时力的作用线必须垂直于试样表面。2.2.2.3洛硬度试验机的结构与操作【洛氏硬度计的构造】图1一4是HR一150型洛氏硬度计结构图。它由机体、工作台升降机构、加载机构、操纵机构及测量指示机构等部分组成。①机体与工作台升降机构。机体9由铸铁制成。在机体前面装有工作台16、升降丝杠17和手轮18等。转动手轮，借助于升降丝杠可使工作台上升或下降。②加载机构。加载机构由加载杠杆10、吊杆7、码5、6等组成。通过杠杆系统；将载荷传到压头14而加在试样15上。③操纵机构。一操纵机构的作用是通过操纵手柄2施加或卸除主载荷。将操纵手柄向5
5 性变形恢复而稍提高到 3—3 位置。此时压头的实际压人深度为 ad。洛氏硬度就是以主载 荷所引起的残余压人深度（h—ac—ah—ad）来表示。但是这样直接以压人深度的大小表示 硬度，将会出摊硬的金属硬度值小而软的金属硬度大的现象。为了与习惯上数值越大硬度 值越高的概念一致，采用一常数 K）减去 u）的差值来表示硬度值。为简便起见，又规定每 0．002mm 压人深度作为一个硬度单位（即刻度上的一个小格）。 洛氏硬度值的计算公式如下： 0.002 ( ) 0.002 K h K − ad − ab = − 式中 h——受主载荷作用实际压人深度（mm）； ah——预加载荷压人试样的深度（mm）； ad——卸除主载荷压人试样的深度（mm）； K——常数， ①采用金刚石圆锥时，K—0.2（用于 HRA、HRC）； ②采用钢球时，K—0.26（用于 HRB）。 做洛氏硬度实验时，可用不同的压头和不同的主载荷组成不同的洛氏硬度标尺。最 常用的有 HRA、HRB、HRC 三种，其试验规范见表 1－2。 2.2.2.2 测定洛氏硬度的技术要求 根据被测金属的硬度高低，按表 l－2 选定压头和载荷。 试样表面应平整光洁，不得有氧化皮、油污及明显的加工痕迹。 试样厚度应不小于压人深度的 10 倍。 两相邻压痕及压痕边缘的距离应不小于 3mm。 加载时力的作用线必须垂直于试样表面。 2.2.2.3 洛氏硬度试验机的结构与操作 【洛氏硬度计的构造】图 l－4 是 HR－150 型洛氏硬度计结构图。它由机体、工作台升 降机构、加载机构、操纵机构及测量指示机构等部分组成。 ①机体与工作台升降机构。机体 9 由铸铁制成。在机体前面装有工作台 16、升降丝杠 17 和手轮 18 等。转动手轮，借助于升降丝杠可使工作台上升或下降。 ②加载机构。加载机构由加载杠杆 10、吊杆 7、砧码 5、6 等组成。通过杠杆系统； 将载荷传到压头 14 而加在试样 15 上。 ③操纵机构。一操纵机构的作用是通过操纵手柄 2 施加或卸除主载荷。将操纵手柄向
后拉动，通过缓冲器3使主载荷平稳地作用在压头上：将手柄向前推回时，主载荷被卸除，但10kg的初载荷仍作用在压头上。④测量指示机构。测量指示机构由顶杆11、指示器1等组成。-它既是反映初载荷是否加上的装置，又是测定硬度读数的装置。当1施加初载荷时，试样15顶起主轴13，通过顶杆11等使指示器上的-18K小指针指于红点，这表明初载荷已加好。当加上主载荷时，主轴13在总载荷作用下使压头14平稳地压人试样15。此时大指针按逆时针图1-4HR-150型洛氏硬度计结构图方向转至某一位置。卸除主载荷1一指示器；2一加载手柄；3一缓冲器；4一码座；5、6一磁码7一吊杆：8-吊套：9一机体，10加载杠杆：11一顶杆：12一刻度盘后，由手试样压痕部位材料的弹性13-主轴：14~压头：15一试样：16工作台：17—升降丝杠；18一手轮恢复，使大指针按顺时针方向转动并手某一位置上停止。这时大指针所指刻度盘上的读数即为试样的硬度值。【操作】实验时，将试样放在工作台16上。按顺时针方向转动手轮18，使工作台上升至试样与压头14接触。继续转动手轮，通过压头和主轴13顶起顶杆＊，并带动刻度盘12的指针转动。小针从黑点转到红点，大针转三周回到0处（注意该点C标尺读“0”。B标尺读“30”）。这样即施加了10kg的初载荷。若此时大指针相对C点左右偏离不超过5格，可转动表盘使之对正，然后向前推动加载手柄2加上主载荷。当刻度盘指针转动显者地停顿下来后，即可将加载手柄2拉回初始位置，卸除主载荷。这时刻度盘指针所指的读数即为所测的洛氏硬度值（HRC和HRA读外圈黑字C标尺，HRB读内圈红字B标尺）。3实验方法指导3.1实验方法与步骤（1）实验前必须认真阅读实验指导书，熟悉硬度计的结构、原理、操作方法、应用范围及注意事项；（2）测量HRC硬度值，要求在同一块试样上至少打三点，取平均值作为材料的硬度值。当HRC>67时，所测硬度值无效，应改打HRA；当HRC<Zo时，所测硬度值无效，应改打HRB或布氏硬度；（3）做布硬度实验，测量压痕直径之前，应首先检查读数显微镜标尺误差。先用目镜内的活动标线对准镜片上任意一条整数刻线，检查手轮上刻度误差值，以便修正所测压痕直径读数。测量压痕直径要在相互垂直的方向测量两次，取平均值，然后查表。3.2注意事项6
6 后拉动，通过缓冲器 3 使主载荷平 稳地作用在压头上；将手柄向前推 回时，主载荷被卸除，但 10kg 的 初载荷仍作用在压头上。 ④测量指示机构。测量指示机 构由顶杆 11、指示器 1 等组成。 它既是反映初载荷是否加上的装 置，又是测定硬度读数的装置。当 施加初载荷时，试样 15 顶起主轴 13，通过顶杆 11 等使指示器上的 小指针指于红点，这表明初载荷已 加好。当加上主载荷时，主轴 13 在 总载荷作用下使压头 14 平稳地压 人试样 15。此时大指针按逆时针 方向转至某一位置。卸除主载荷 后，由于试样压痕部位材料的弹性 恢复，使大指针按顺时针方向转动 并于某一位置上停止。这时大指针所指刻度盘上的读数即为试样的硬度值。 【操作】实验时，将试样放在工作台 16 上。按顺时针方向转动手轮 18，使工作台上 升至试样与压头 14 接触。继续转动手轮，通过压头和主轴 13 顶起顶杆＊，并带动刻度盘 12 的指针转动。小针从黑点转到红点，大针转三周回到 0 处（注意该点 C 标尺读“0”。B 标尺读“30＂）。这样即施加了 10kg 的初载荷。若此时大指针相对 C 点左右偏离不超过 5 格，可转动表盘使之对正，然后向前推动加载手柄 2 加上主载荷。当刻度盘指针转动显著 地停顿下来后，即可将加载手柄 2 拉回初始位置，卸除主载荷。这时刻度盘指针所指的读 数即为所测的洛氏硬度值（HRC 和 HRA 读外圈黑字 C 标尺，HRB 读内圈红字 B 标尺）。 3 实验方法指导 3.1 实验方法与步骤 (1)实验前必须认真阅读实验指导书，熟悉硬度计的结构、原理、操作方法、应用 范围及注意事项； （2）测量 HRC 硬度值，要求在同一块试样上至少打三点，取平均值作为材料的硬度 值。当 HRC＞67 时，所测硬度值无效，应改打 HRA；当 HRC＜Zo 时，所测硬度值无效，应 改打 HRB 或布氏硬度； （3）做布氏硬度实验，测量压痕直径之前，应首先检查读数显微镜标尺误差。先用目 镜内的活动标线对准镜片上任意一条整数刻线，检查手轮上刻度误差值，以便修正所测压 痕直径读数。测量压痕直径要在相互垂直的方向测量两次，取平均值，然后查表。 3.2 注意事项
（1）被测试样要求上下面平行，表面粗糙度R。<6.3，被测面和支撑面不允许有油、水及氧化皮：（2）操作时，必须在卸除载荷后才能转动手轮使试样与压头脱离，然后取下试样；（3）洛氏硬度计加载时，若发现阻力大，应停止加载，立即向老师报告，检查原因；金刚石压头系贵重零件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其他物件碰撞。3.3实验报告要求（1）说明实验目的。（2）用洛氏硬度计测一块淬火钢的硬度，要求记录：被测试样的材料、尺寸、热处理状态：压陷器的材料、形状、尺寸，载荷：测量次数及数值，平均值。（3）用布氏硬度机测一块退火钢的硬度，要求记录：被测试样的材料、尺寸、热处理状态：压陷器的材料、形状、尺寸，载荷，加载持续时间；所测压痕直径，平均值，硬度值。（4）画出布民硬度实验原理图并说明其实验原理：（5）画出洛民硬度实验原理图并说明其实验原理。7
7 （1）被测试样要求上下面平行，表面粗糙度 R。＜6．3，被测面和支撑面不允许有油、 水及氧化皮； （2）操作时，必须在卸除载荷后才能转动手轮使试样与压头脱离，然后取下试样； （3）洛氏硬度计加载时，若发现阻力大，应停止加载，立即向老师报告，检查原因； 金刚石压头系贵重零件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其他物件碰撞。 3.3 实验报告要求 (1)说明实验目的。 (2)用洛氏硬度计测一块淬火钢的硬度，要求记录： 被测试样的材料、尺寸、热处理状态； 压陷器的材料、形状、尺寸，载荷； 测量次数及数值，平均值。 (3)用布氏硬度机测一块退火钢的硬度，要求记录： 被测试样的材料、尺寸、热处理状态； 压陷器的材料、形状、尺寸，载荷，加载持续时间； 所测压痕直径，平均值，硬度值。 （4）画出布氏硬度实验原理图并说明其实验原理； （5）画出洛氏硬度实验原理图并说明其实验原理
实验二金相试样制备及金相显微镜的使用1实验目的（1）初步掌握金相试样的制备方法：（2）了解金相显微镜的成像原理及基本结构，熟悉金相显微镜的使用方法。2预备知识为了正确地分析金属材料的组织结构，必须掌握金相分析技术，包括宏观组织分析（2000倍）。用做金属材料光学显微组织分析的显微镜称金相显微镜。它与生物显微镜的区别在于，生物显微镜是利用透射光来观察透明的物体，而金相显微镜是利用反射光来观察不透明物体表面的形貌。2.1金相显微镜的构造与使用2.1.1构造金相显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三部分组成。有的显微镜还附有摄影装置或与电脑连接。现以图3一2所示4XA型台式金相显微镜为例加以说明。2.1.1.1光学系统4XA型金相显微镜的光学系统如图3一1所示。由灯泡1发出的光经集光镜2与反光镜3聚集在孔径光阑4上，再经过照明辅助透镜5、7，辅助物镜9聚集到物镜组10的后焦面上，然后通过物镜平行照射到试样11的表面。从试样表面反射回来的光线经物镜组10和辅助物镜9，由半反射镜8转向，经过辅助物镜12，棱镜13，双筒棱镜组14，成像在目镜15的前焦面上，最后以平行光线射向人眼供观察。2.1.1.照明系统参考图3一1，在显微镜底座内装有一个低压（6V15W）由钨灯泡作为光源，由底座内的变压器供电，调节次级电流可改变灯光的亮度。光源聚光系统、孔径光阑、反光镜等均安装在底座内，视场光阑及另一聚光镜安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得均匀充分的照明。1一灯泡：2一集光镜：3一反光镜：4一孔径光U宁福同：5、7一辅助透镜：6一机场光问：8一半反射1平镜：9、12一辅助物镜：10一物镜组；11一试样，13一棱镜；14一双简棱镜组；15一目镜IS图3一14XA型全相见微镜的光学系统2.1.1.3机械系统机械系统包括调焦装置、载物台、物镜转换器等。①调焦机构。采用钢球行星机构，粗调手轮138
8 实验二 金相试样制备及金相显微镜的使用 1 实验目的 （1）初步掌握金相试样的制备方法； （2）了解金相显微镜的成像原理及基本结构，熟悉金相显微镜的使用方法。 2 预备知识 为了正确地分析金属材料的组织结构，必须掌握金相分析技术，包括宏观组织分析（＜ 30 倍）、光学组织分析（50～100 倍）以及电子显微组织分析（＞2000 倍）。 用做金属材料光学显微组织分析的显微镜称金相显微镜。它与生物显微镜的区别在于， 生物显微镜是利用透射光来观察透明的物体，而金相显微镜是利用反射光来观察不透明物 体表面的形貌。 2.1 金相显微镜的构造与使用 2.1.1 构造 金相显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三部分组成。有的显微镜还附有摄 影装置或与电脑连接。现以图 3－2 所示 4XA 型台式金相显微镜为例加以说明。 2.l.1.1 光学系统 4XA 型金相显微镜的光学系统如图 3－1 所示。由灯泡 1 发出的光经集光镜 2 与反光镜 3 聚集在孔径光阑 4 上，再经过照明辅助透镜 5、7，辅助物镜 9 聚集到物镜组 10 的后焦 面上，然后通过物镜平行照射到试样 11 的表面。从试样表面反射回来的光线经物镜组 10 和辅助物镜 9，由半反射镜 8 转向，经过辅助物镜 12，棱镜 13，双筒棱镜组 14，成像在目 镜 15 的前焦面上，最后以平行光线射向人眼供观察。 2.1.1.照明系统 参考图 3－1，在显微镜底座内装有一个低压（6V15W）由钨灯泡作为光源，由底座内 的变压器供电，调节次级电流可改变灯光的亮度。光源聚光系统、孔径光阑、反光镜等均 安装在底座内，视场光阑及另一聚光镜安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试 样表面获得均匀充分的照明。 1 一灯泡；2 一集光镜；3 一反光镜；4 一孔径光 同；5、7 一辅助透镜；6 一机场光问；8 一半反射 镜；9、12 一辅助物镜；10 一物镜组；11 一试样， 13 一棱镜；14 一双简棱镜组；15 一目镜 图 3－14XA 型全相见微镜的光学系统 2.1.1.3 机械系统 机械系统包括调焦装置、载物台、物镜转换器 等。 ①调焦机构。采用钢球行星机构，粗调手轮 13
及微调手轮14共轴地安装在弯臂12两侧。调焦时，两手轮配合使用，可达到满意效果。②载物台。用来放置金相试样。载物台9与托盘8之间有四方导架，用来引导载物台在一定范围内前后左右平稳移动，以改变试样的观察部位。③孔径光康和视场光围。孔径光澜2装在照明反射镜座上面，调整孔径光能控制人射光束的粗细，以保证物像送到清晰的程度。视场光问3在物链支架下面，用以控制视场范围，在刻有直纹的套圈上方有两个调节螺钉4，用来调整光阑的中心。④物镜转换器。物镜转换器＊呈半球形，上有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜。旋转转换器可使各物镜进人光路，与不同的目镜配合，可获得各种放大倍数。2.1.2金相显微镜的使用方法（1）按放大倍数的要求选择所需的目镜和物镜，分别安装在目镜简内和物镜转换器上。在物镜和目镜上的标识除了种类等级符号以外，一般13在物镜上标注放大倍数和数值孔径（如SP40／0.65），在目镜上标注放大倍数和视场直径（如PL10/18）及机械筒长度（如160）。（2）接通电源，转动拨盘1可打开或关闭光源，还可以连续改变光源亮度。（3）移动载物台，使物镜位于载物台上中心1-拨盘：2-孔径光用：3-视场光用：孔的中央，然后将试样放在载物台上，使要观察4-调节螺钉：5-顶丝，6-双闻目标管：的部位对准物镜，并用弹簧片压住试样。7-目镜：8-托盘：9-载物台：10-物镜：（4）转动粗调手轮进行调焦，当出现模糊影11-物镜转换器：12-弯因：13-微调手轮：14-微调手轮像时，再转动微调手轮，直到观察到清晰的物像图3-24XA型金相显微镜外形结构图为止。（5）适当调节孔径光阑和视场光阑，以获得最佳质量的物像。2.2金相试样的制备方法金相试样的制备包括取样、镶嵌、磨制、抛光、侵蚀等工序。制备好的试样应该无磨痕、无麻点、无水迹、腐蚀程度适中并且金属组织中的夹杂、石墨不得脱落，否则将会严重影响显微分析的正确性。2.2.1取样取样时应考虑取样部位、切取方法、检验面的选择，以及样品是否需要夹持或镶嵌。根据研究目的，应从实物上选取有代表性的部位。切取时，无论用何种方法，都应避免试样因受热或变形而使组织发生变化。检验面的选择应根据观察目的，纵向截面适合观察材料的纤维组织、夹杂及加工件变形方向：横向截面适合检验脱碳层、渗碳层、火层、表面缺陷、碳化物网格，以及晶粒度测定等。试样尺寸以便于握持、易于磨制为度，一般以直径12~15mm，高度12~15mm为宜。2.2.2镶嵌9
9 及微调手轮 14 共轴地安装在弯臂 12 两侧。调焦时，两手轮配合使用，可达到满意效果。 ②载物台。用来放置金相试样。载物台 9 与托盘 8 之间有四方导架，用来引导载物台 在一定范围内前后左右平稳移动，以改变试样的观察部位。 ③孔径光阑和视场光阑。孔径光阑 2 装在照明反射镜座上面，调整孔径光阑能控制人 射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。视场光问 3 在物链支架下面，用以控制视场 范围，在刻有直纹的套圈上方有两个调节螺钉 4，用来调整光阑的中心。 ④物镜转换器。物镜转换器＊呈半球形，上有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜。 旋转转换器可使各物镜进人光路，与不同的目镜配合，可获得各种放大倍数。 2.1.2 金相显微镜的使用方法 （1）按放大倍数的要求选择所需的目镜和物 镜，分别安装在目镜简内和物镜转换器上。在物 镜和目镜上的标识除了种类等级符号以外，一般 在物镜上标注放大倍数和数值孔径（如 SP40／ 0.65），在目镜上标注放大倍数和视场直径（如 PL10／18）及机械筒长度（如 160）。 （2）接通电源，转动拨盘 1 可打开或关闭光 源，还可以连续改变光源亮度。 （3）移动载物台，使物镜位于载物台上中心 孔的中央，然后将试样放在载物台上，使要观察 的部位对准物镜，并用弹簧片压住试样。 （4）转动粗调手轮进行调焦，当出现模糊影 像时，再转动微调手轮，直到观察到清晰的物像 为止。 （5）适当调节孔径光阑和视场光阑，以获得最佳质量的物像。 2.2 金相试样的制备方法 金相试样的制备包括取样、镶嵌、磨制、抛光、侵蚀等工序。制备好的试样应该无磨 痕、无麻点、无水迹、腐蚀程度适中并且金属组织中的夹杂、石墨不得脱落，否则将会严 重影响显微分析的正确性。 2.2.1 取样 取样时应考虑取样部位、切取方法、检验面的选择，以及样品是否需要夹持或镶嵌。 根据研究目的，应从实物上选取有代表性的部位。切取时，无论用何种方法，都应避免试 样因受热或变形而使组织发生变化。检验面的选择应根据观察目的，纵向截面适合观察材 料的纤维组织、夹杂及加工件变形方向；横向截面适合检验脱碳层、渗碳层、淬火层、表 面缺陷、碳化物网格，以及晶粒度测定等。试样尺寸以便于握持、易于磨制为度，一般以 直径 12～15mm，高度 12～15mm 为宜。 2.2.2 镶嵌 l-拨盘；2-孔径光用；3-视场光用； 4-调节螺钉；5-顶丝，6-双闻目标管； 7-目镜；8-托盘；9-载物台；10-物镜； 11-物镜转换器；12-弯因；13-微调手 轮；14-微调手轮 图 3-2 4XA 型金相显微镜外形结构图