机械制造基础实验.ppt

《机械制造基础实验.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础实验.ppt（92页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1,机械制造基础实验,2,实验一 金属材料的硬度实验,一、实验目的 1、了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理及应用范围。 2、了解布氏、洛氏硬度机的主要结构，初步掌握操作方法。 3、根据不同金属材料的性能特点，能正确选择测定硬度的方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料局部表面在接触压力的作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度值是材料性能的一个重要指标。硬度试验方法简单、迅速，不需要专门的试样，同时保持试样的完整性，设备也比较简单。,3,对大多数金属材料，可以用硬度值估算出它的抗拉强度。因此在设计图纸的技术条件中大多规定材料的硬度值。硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是一个很硬

2、的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用的硬度测试方法可分为布氏法、洛氏法和维氏法三种。 三、实验设备及试样 1、布氏硬度试验机(HB-3000型布氏硬度试验机)。 2、洛氏硬度试验机(HR-150型洛氏硬度试验机)。 3、试样：20mm10mm的45钢、T12钢正火及淬火状态；HT200、H62、ZL102。,4,四、试样技术条件 1、试样表面应平整光洁，不得有氧化皮或油污及明显的加工刀痕。 2、试样厚度不能太薄，应大于压入深度的10倍。 3、在试样制备过程中，应尽量避免

3、试样受热及冷加工对硬度测试的影响。 用金刚石刀具进行精密切削，主要用来加工无氧铜、铝合金、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。 五、试验规范 1、布氏硬度试验 (1) 布氏硬度试验机(HB-3000型) 布氏硬度实验设备一般由机体、工作台、减速器、杠杆机构、换向开关等部分组成，其简图如下图所示。,5,HB-3000型布氏硬度试验机简图,6,HB3000型布氏硬度试验机简图 1-小杠杆；2-弹簧；3-压轴；4-主轴衬套；5-压头；6-可更换工作台；7-工作台立柱；8-螺杆；9-升降手轮；10螺母；11-套筒；12-电动机；13-减速器；14-换向开关；15-砝码；16-大杠杆；17-吊环；

4、18-机体；19-电源开关；,7,(2) 操作步骤: 据试验材料和试样厚度选择球体直径D、试验力F的大小和试验力作用保持的时间。 将试样平稳地放在工作台上，使试样测试表面与压头轴线垂直，顺时针转动升降手轮，直至试样与球体紧密接触，并继续平稳转动手轮至升降螺母产生滑动（空转）为止。 确定试验力保持时间 一般黑金属的试验力保持时间为1015s；有色金属为30s，布氏硬度值35时为60 s。试验力保持时间确定后，将压紧螺钉拧松，圆盘并不转动，并把时间定位器(红色指示点)转到与持续时间相符的位置上。,8,打开电源开关，待电源指示灯亮后，再按动加载开关按钮，启动电动机，开始加试验力。当加荷红色指示灯闪亮

5、时，表示试验力已经加上，此时立即拧紧定时压紧螺钉，使圆盘转动，即自动开始计时，达到预定加荷时间后，转动即自行停止。 关闭电源，逆时针方向转动手轮，降下工作台，取下试样，用读数显微镜测量压痕直径 d ，用所得结果从有关对照表中查找相应的布氏硬度值。,9,布氏硬度试验规范,10,2、洛氏硬度试验 (1) 实验设备 下图为HR-150型洛氏硬度试验机构造图。由机架、加荷机构、测量指示机构及工作台升降机构等组成。机壳内部有加荷杠杆及小杠杆。压头装在加荷杠杆主轴内，并用紧固螺钉固定。 初载荷10Kgf由加荷杠杆自重产生，主载荷则由吊杆上的砝码通过加荷杠杆加于压头上。 主载荷的加荷通过操纵手柄控制一组机构

6、和油压缓冲器来完成。 压头在压入试样后通过小杠杆传到指示器，从而显示出硬度值。,11,HR150型洛氏硬度试验机简图 1-调整块；2顶杆；3-调整螺钉；4-表盘；5-按钮；6-紧固螺母；7-试样；8-工作台；9-手轮；10-放油螺钉；11-操纵手柄；12-砝码座；13-油针；14、15-磁码；16-吊杆；17-吊套；18-指示器,12,(2) 操作步骤 实验前，应使用与试验硬度相近的二级标准洛氏硬度块对硬度计进行校正。 根据所测试样选择压头类型和总载荷的大小（总载荷的数值在机身右侧的调整手轮上有标注，应使其对准机身上的定位红点）。 根据试样形状与大小，选择适宜的工作台（水平工作台或V型工作台）

7、，将试样平稳地放在工作台上。 顺时针转动手轮，使试样与压头缓慢接触 ，直至表盘的小指针指到“0”为止，此时即施加了10kgf的预载荷。 将表盘的大指针调整至零点(HRA、HRC零点为0，HRB零点为30)。,13,加主载荷，即将加载手柄拉向加载位置，主载荷将会通过杠杆加于压头上，压头压入试样，保持一定时间（此时主载荷控制手柄由后面原来位置转动至前面位置）。 卸除主载荷，即将主载荷控制手柄由前面位置轻轻推至后面原来位置。 读出硬度值，长指针在卸除主载荷后位置所对应的数字即为洛氏硬度值。 注意：HRB读表盘内圈红色数字，HRC、HRA读表盘外圈黑色数字。 逆时针旋转手轮，使压头与试样完全脱离，取出

8、试样，测定完毕。,14,15,六、实验内容及步骤 1、分成两大组，分别进行布氏和洛氏硬度试验，并相互轮换。 2、实验前，必须清楚布氏、洛氏硬度机的结构及操作步骤。 (3) 按正确的操作规程进行试验。 七、注意事项 1、加载时要避免压头与试件相碰撞，以免损坏压头。 2、卸载后，必须使压头完全脱离试样后再取下试样。 3、根据所测的硬度值，选择硬度测试设备（注意硬度机的使用范围），设备的压头和载荷必须匹配，测试的硬度值范围，超过时将不能获得准确的硬度值。,16,4、测定硬度时，每个试样在不同部位测试三点，分别记录其硬度值，并计算其算术平均值，作为本次实验的最终硬度值。 5、实验操作时，不要硬搬，以免

9、损坏设备。 6、学生在做实验时，每人都要完成各自的实验内容，记录好原始数据，最后将本人及小组完成的记录汇总写出综合性的实验报告。 八、实验报告要求 1、写出实验名称、目的。 2、填写实验内容中的表格及数据。 3、实验结果分析：每个学生要对本次实验的实际操作及硬度数据进行分析，对数据的准确性及误差进行评估，并分析原因。,17,18,实验二 铁碳合金平衡组织观察实验,一、实验目的 1、观察铁碳合金在室温下平衡状态的显微组织。 2、分析典型的铁碳合金显微组织特征，加深理解化学成分、组织与力学性能之间的关系。 3、了解金相显微镜的构造和使用方法，大致了解金相试样的制备过程。 二、实验原理 铁碳合金的显

10、微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。,19,在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，用金相显微镜研究金属或合金的组织、缺陷的方法称为显微分析。 平衡状态的显微组织是指合金在极其缓慢的冷却条件下（如退火状态即接近平衡状态）所得到的组织。 铁碳合金的平衡组织可以根据Fe-Fe3C相图来分析。从相图可知，工业纯铁、碳钢和白口铸铁在室温时均由铁素体和渗碳体两个基本相组成。 由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而将组成各种不同特征的组织。,20,21,1、铁素

11、体(F) 铁素体是碳溶于-Fe中的间隙固溶体，仍为体心立方晶格,有良好的塑性、韧性，硬度较低(80 HBS)，经35%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色晶粒状。 亚共析钢中的铁素体呈块状分布；当碳的质量分数接近于共析成分时，铁素体往往呈断续的网状，分布在珠光体的周围。,20钢 45钢 65钢,22,2、渗碳体(Fe3C) 渗碳体是具有复杂晶格的间隙化合物， 用符号Fe3C表示。碳的质量分数W(c)=6.69，抗浸蚀能力较强。经35%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度很高，达800个布氏硬度单位以上(950

12、1050HV)，强度很差，塑性与韧性几乎为零，脆性极大。 一次渗碳体(Fe3C)是直接从液体中结晶出的，呈粗大的长白条状分布在莱氏体之间；二次渗碳体(Fe3C)是由奥氏体(A)中析出的，呈网络状沿奥氏体晶界分布。在奥氏体发生共析转变形成珠光体后,室温下呈网络的Fe3C分布在珠光体的周围。另外，由于不同的热处理，渗碳体可以呈片状、粒状或断续网状。,23,3、珠光体(P) 是铁素体和渗碳体的机械混合物(有片状和粒状两种)。 (1) 片状珠光体：一般由退火得到，铁素体和渗碳体呈交替分布的层片状组织、铁素体和渗碳体皆呈白亮色，但其边界被浸成黑色线条。在不同放大倍数观察时，组织具有不太一样的特征。 在高

13、倍（600倍以上）观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白色，而其边界呈黑色。 中倍（400倍左右）观察时，白亮色渗碳体薄片被两边的晶界所吞食成为黑色细线条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和细黑条渗碳体的相间混合物。 低倍（200倍以下）观察时，宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体也很难分辨，这时珠光体为黑块状组织。,24,(2) 球状珠光体：共析钢或过共析钢经球化退火后，得到球状珠光体。经35硝酸酒精浸蚀后，球状珠光体为白亮色铁素体基体上均匀分布着白色的渗碳体小颗粒，其边界为黑圈。,片状珠光体 球状珠光体,25,工业纯铁 Wc 0.0218%,显微组织：F + Fe3C F是呈亮白色

14、的等轴状晶粒,F,26,20钢,45钢,亚共析钢 0.0218%Wc0.77%,27,20钢,45钢,F,P,F,P,28,共析钢 Wc =0.77,材料： T8钢 显微组织：P P是由F和Fe3C交替排列而成的片层状组织。 两者经硝酸酒精浸蚀后均呈亮白色，但F电极电位低，易受腐蚀，略呈凹陷；而Fe3C 电极电位高，不易溶解而凸起。,F,Fe3C,29,在不同的放大倍数下珠光体呈现出不同的组织形态,1000倍以上的显微镜下观察 400500的显微镜下观察,珠光体 500,30,材料： T12钢 显微组织：Fe3C+P Fe3C呈网状分布在原奥氏体晶界上。并且随着Wc增加， Fe3C数量增加，网

15、壁增厚。,过共析钢 0.77%Wc2.11%,P,Fe3C,P,Fe3C,31,白口铸铁,共晶白口铁,过共晶白口铁,4.3%,4.3%6.69%,亚共晶白口铁,2.11%4.3%,当铁碳合金的Wc 2.11时，碳主要是以Fe3C的方式存在，因其断口呈白色，又称为白口铸铁。根据含碳量的不同又分为亚晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁。,32,共晶白口铁 Wc =4.3,显微组织：Ld 在室温下Ld是P和Fe3C的机械混合物。由亮白色的Fe3C基体上分布的是暗黑色斑点和细条状的P，这种组织统称为Ld 。而Fe3C也是共晶Fe3C和Fe3C二者混合在一起。,P,Fe3C,Ld,Ld,33,亚共晶白口铁

16、 2.11 Wc 4.3,显微组织：P+ Ld+Fe3C 黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是Ld ，P呈暗黑色枝晶状，Fe3C与共晶Fe3C混成一体。,P,Ld,P,Ld,34,过共晶白口铁 4.3 Wc 6.69,显微组织：Ld+Fe3C 黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是Ld ，亮白色宽直条状的是Fe3C。,Fe3C,Ld,Fe3C,Ld,35,三、实验内容 1、观察试样的显微组织，并按下表分析组织形成过程。,36,37,2、了解金相显微镜的大致构造和正确使用方法；大致了解金相试样的制备方法。 3、绘出所观察试样的显微组织示意图（在25mm的圆内绘出，并将不同组织用引线引出圆外，标出组织符

17、号）。 四、实验报告要求 1、写出实验目的及简明原理。 2、画出所有样品的显微组织示意图（用引线和符号标明各组织组成物，并注明材料，处理状态、放大倍数，浸蚀剂）。 3、根据所观察组织，说明碳的质量分数对铁碳合金组织和性能影响的大致规律。,38,五、金相显微镜简介 1、金相显微镜的构造 金相显微镜是一种精密的光学显微镜，最常见的有台式、立式和卧式三大类。通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。有的显微镜还附有摄影装置。现以XJB-1型台式金相显微镜为例加以说明（如图所示）。,39,XJP1 双目金相显微镜构造示意图,物镜转换器,物镜,纵动手论,横动手论,松紧调节手轮,粗动调焦手轮,微动调

18、焦手轮,底座,灯座,试样压片组,载物台,双筒目镜组,固定螺钉,调节螺钉,视场光栏,孔径光栏,电源开关,40,41,(1) XJB-1型金相显微镜的光学系统 XJB-1型金相显微镜的光学系统如图所示,由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径光阑9,再经过聚光镜组3聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照射到试样7的表面,从试样反射回来的光线复经物镜组6和辅助透镜5,由半反射镜4转向,经过辅助透镜以及棱镜成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜15放大,就成为在目镜视场中能看到的放大映像。 (2) 照明系统 在底座内装有(68V)低压钨丝灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节二次

19、电压(68V)来改变灯光亮度。聚光镜、孔径光阑及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光阑及另一个聚光透镜则安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。,42,(3) 机械系统 调焦装置。显微镜体的两侧有粗调和微调调节手轮，两者在同一部位，随粗调手轮6的转动,支承载物台的弯臂作上下运动。在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦后的载物台位置。微动手轮可使显微镜本体沿着滑轨微量移动,右侧旋钮上有刻度，每小格表示物镜座上下微动升降0.002mm，与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线,用以指示升降范围。当旋到极限位置时，微调手轮就自动被限制住，此时不能再继续旋转，而应倒转回来再

20、使用。 载物台。用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，可以用手轻轻前后左右推动载物台，以便载物台在水平面上进行一定范围的十字定向移动，改变试样的观察部位。,43,孔径光阑和视场光阑。孔径光阑装在照明反射镜座上面，调整孔径光阑，可以用来控制入射光束的大小，以便控制观察视场图象的亮度及清晰度。视场光阑设在物镜支架下面，控制视场范围，调节所观察的显微组织区域大小。在刻有直纹的套圈上还有几个调节螺钉，用来调节光阑中心。 物镜转换器。转换器呈球面形，上有三个螺孔，用来安装不同放大倍数的物镜。旋动转换器，可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜配合使用，可获得各种不同的放大倍数。显微镜的总放大倍数是物

21、镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积，下表为JXB-1型金相显微镜的物镜与目镜不同配合下的放大倍数。 目镜筒。目镜筒呈450倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转900呈水平态，以配合照明装置进行金相摄影。,44,2、金相显微镜的正确使用方法 金相显微镜是一种精密光学仪器，使用时要求细心谨慎，切不可强扭硬扳。现以XJB-1型金相显微镜为例，扼要说明其正确使用方法。 (1) 操作前，应先了解其结构特点及各主要部件的位置和作用，并熟悉操作规程。,45,(2) 按照被观察试样的不同需要，选用适当的物镜和目镜（即放大倍数），物镜安装在转换器螺孔内（目镜顶端离载物台必须有一定距离），目镜插于目镜管内。（

22、注意：镜头切勿用手触摸或用布擦）。 (3) 将制备好的试样磨面正对着物镜安放到载物台上。 (4) 将变压器插头插入220V电源，再将显微镜灯泡电源插头插入低压变压器的6V插孔。 接通电源前应再仔细检查一下线路，切不可将显微镜低压灯泡电源插头直接插入220V电源插座，以免烧坏低压灯泡。,46,(5) 观察时应先用双手缓慢旋动粗调手轮，将载物台降下，使试样尽量靠近物镜(但不能接触)，同时在目镜处观察，当视场由暗到亮，调至看到模糊的映像组织后，再旋转微调手轮，直至图像清晰时为止。调节时双手要缓慢动作，切勿使物镜与试样或载物台相碰。 (6) 按需要调节孔径光阑和视场光阑的大小，以获得最佳映象。但根据实

23、验要求，实验室工作人员一般已事先将光阑调到合适位置，学生自己不必再调整。 (7) 观察结束后，立即关闭电源，将金相显微镜复原；由负责同学按规定填写“实验记录”，经老师检查无误后方可离开实验室。,47,六、金相试样制备简介 为了便于用金相显微镜观察金属的组织，必须先制成金相试样。金相试样的制备包括取样、镶嵌、磨光（粗磨和细磨）、抛光、浸蚀等步骤。 1、取样 应根据检验目的和要求，选取具有代表性的部位。试样尺寸的大小应以便于握持为准，一般采用直径和高度均为1215mm的圆柱形或边长为1215mm的方形试样。对于过小试样（如钢丝、薄片等），当直接用手磨削很困难时，则应利用试样镶嵌机进行镶嵌后再磨制的

24、方法来解决。,48,2、磨制 一般分粗磨和细磨。粗磨是将取样的粗糙表面和不规则的外形修整平坦、成形。一般较软的非铁金属及其合金，采用锉刀锉平；钢材则在砂轮机上磨平，并注意随时水冷，以免温度升高引起试样组织发生变化。粗磨后试样应倒角，以免在细磨和抛光过程中将砂纸和抛光布撕裂。经粗磨磨平后的试样，再进行细磨。细磨有手工磨和机械磨（预磨机）两种方法。手工细磨时，手持试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。先粗后细(顺序为0105号)。每次换砂纸时应将试样转900。并且要求将前道磨痕消除后才能转入较细砂纸上去继续磨制。注意不得将上道砂纸上的粗颗粒带到较细砂纸上来。为了磨出一个高质量的试样，通常将

25、金相砂纸平铺在一块玻璃板上。均匀用力单程单向地反复磨制。对铸铁试样，有时为了保存石墨形态可加润滑剂磨制。为了提高效率也可在预磨机上进行细磨。,49,3、抛光 抛光的目的是为了消除在细磨时留下的磨痕，以获得光亮无磨痕的镜面。常用的方法有化学抛光法、电解抛光法和机械抛光法。 机械抛光常用的是在P-2型抛光机上进行。在抛光盘上夹好抛光布(如细尼绒、细帆布、金丝绒、丝绸等)，加上一定量的抛光悬浮剂，手持试样轻压于抛光盘上进行抛光，并沿盘的边缘到中心不断做径向往复运动，且要不断转换试样的角度，抛光时间约25min，待抛光成镜面后立即停止。然后用水冲洗干净，并用酒精棉球擦去磨面上及周围的水分和残渣。抛光时

26、常用的磨料有Cr2O3、Al2O3抛光软膏、碳化硅及氧化铝粉等。,50,4、浸蚀 抛光后的试样表面是平整光亮的镜面，除了具有特殊颜色的非金属夹杂物（如石墨、MnS等）在显微镜下可辨别外，其它各种组织特征均不能显现。必须将抛光好的试样磨面浸入化学试剂（铁碳合金常用34%的硝酸酒精溶液或34%苦味酸酒精溶液）中或用浸有化学试剂的棉球擦拭试样表面，待试样表面颜色由明亮变的稍微发暗时，即停止浸蚀，立即用水冲洗掉残留在试样上的浸蚀剂，并用酒精彻底洗净；再用干净棉球轻轻沾干表面酒精，并用吹风机吹干，即可放在显微镜下观察。由于合金中不同的相或不同位向晶粒的耐蚀性不同，故腐蚀后出现凸凹的情况及对光线的反射也不

27、一样，在显微镜下会出现明暗不同的区域或线条，从而可以显示出晶界、晶粒及各种不同的组织特征，如图所示。,51,对制备好的试样要求是：组织具有代表性且真实；夹杂物，石墨等不得脱落；无磨痕、麻点或水迹等。试样观察完毕，应将其放在干燥器内保存。为防止氧化及大气腐蚀，长时间保持经过浸蚀的试样表面质量，可在试样表面涂一层透明保护漆，常用的是硝酸纤维漆加香蕉水。,52,铁碳合金的平衡组织观察实验报告 一、实验目的 二、画出所观察的金相试样的显微组织示意图，并用箭头标明组织组成物的名称。,材料名称 材料名称 材料名称 化学成分 化学成分 化学成分 显微组织 显微组织 显微组织 三、试述亚共析钢，共析钢、过共析

28、钢的显微组织有何不同？含碳量对钢的组织及性能有何影响？,53,实验三非合金钢的热处理实验,一、实验目的 1、熟悉非合金钢的几种基本热处理工艺操作方法。 2、分析非合金钢淬火及回火温度对非合金钢热处理后组织和性能（硬度）的影响。 3、进一步熟悉洛氏硬度计的使用方法。 二、实验原理 热处理就是通过加热、保温和冷却改变其内部组织，从而获得所需组织与性能的工艺方法。钢的整体热处理基本工艺可分为退火、正火、淬火及回火等。,54,1、加热温度的确定 非合金钢热处理的加热温度可参照下表选定。 2、保温时间的确定 为了使零件内外各部分温度均达到指定温度，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，必须在淬

29、火加热温度下保温一定的时间。通常将工件升温和保温所需时间计算在一起，统称为加热时间。 热处理加热时间必须考虑许多因素，例如零件的尺寸和形状，使用的加热设备及装炉量，装炉时的炉子温度，钢的成份和原始组织，热处理要求和目的等。具体加热时间可参考热处理手册中的有关数据。,55,56,实际工作中，多根据经验大致估算加热时间，一般规定：在空气介质中升到规定温度后的保温时间： 对非合金钢来说，按工件厚度或直径每毫米需11.5min估算； 合金钢按每毫米1.52min估算。 在盐浴炉中的保温时间： 非合金钢每毫米有效厚度或直径保温时间可缩短到0.30.5min； 低合金钢可缩短到0.450.55min； 高

30、合金钢的保温时间还应适当延长。,57,3、冷却方法 (1) 非合金钢淬火件的冷却 在过冷奥氏体最不稳定的温度范围内（650550），淬火件的冷却速度应大于钢的临界冷却速度，以保证获得马氏体组织。而在较低温度范围（300200）内，又希望冷却速度尽可能缓慢，以减少形成马氏体组织时的内应力，防止工件变形和开裂。在生产上为了保证淬火质量，应选用适当的冷却介质（如水、油等）和冷却方法（如双介质淬火、马氏体分级淬火等）。常用的淬火介质冷却能力见下表。,58,若将淬火加热的钢件投入下贝氏体转变温度区间（260350）的熔盐中冷却，待转变为下贝氏体组织后取出空冷，这种淬火方法称为“下贝氏体等温淬火”，得到下

31、贝氏体组织。,59,(2) 非合金钢退火件的冷却 一般采取随炉冷却或随炉冷却到500以下再出炉空冷。 (3) 非合金钢正火件的冷却 一般是加热保温后即取出于干燥处空冷，对大型工件可采用风冷或喷雾冷却。 三、实验所用的仪器、材料与工具 (1) 箱式实验电阻加热炉及控温仪表。 (2) 洛氏硬度计、布洛维硬度计。 (3) 淬火水槽及油槽 。 (4) 20钢、45钢、T12（或T10）钢试样。 (5) 长钳、淬火件挂钩、砂纸等。,60,四、实验内容 1、按下表所列工艺条件进行各种热处理操作。 2、测定热处理后的全部试样的硬度（炉冷、空冷试样测HRB或HBS，水冷和回火试样测HRC），并将数据填于表内。

32、 五、实验步骤与实验方法指导 1、全班分成两大组，每组一套试样（20钢试样6块，45钢试样7块，T12试样7块）。每人一块试样，各自要记清自己处理试样的钢号及热处理规范（最好将试样打上钢号，以免混淆），并将试样用细铁丝绑扎好。,61,2、将20钢、45钢和T12钢试样，分别按要求放入90010、84010、78010炉内加热。实验指导教师已预先把炉温升到指定温度，待试样装炉后，关好炉门，控温仪表绿色指示灯亮，表明正在通电升温；当炉温升到规定温度时，红色指示灯亮，表明温度已达要求，热处理炉自动断电，此时应开始记录保温时间保温。在保温期间，绿色指示灯和红色指示灯每隔一定时间交替闪亮。当保温1520

33、分钟后，分别按规定要求进行水冷、油冷、空冷、炉冷的热处理操作。 3、淬火时，试样用铁钩钩住铁丝或用钳子夹好出炉，入水迅速，并不断在水中或油中搅拌，以保证热处理质量，取放试样时炉子要先断电。,62,4、将各种热处理后的试样表面用砂纸磨平，并测出硬度值。每个试样测试三点，取其算术平均值，并将数据填入表内。 5、将45钢84010加热水冷淬火试样取出，分别按工艺放入200(T12钢78010加热水冷淬火试样也放入此炉)、400、600的炉内进行回火，回火保温时间30min，出炉空冷。 6、用砂纸将回火试样两端面磨平，测定不同温度回火后的硬度值，并将数据填入表内。 7、各小组将试样经过粗磨、细磨、抛光

34、，浸蚀，在金相显微镜下观察非合金钢热处理后的不平衡金相组织(此过程非合金钢热处理实验可以省略)。 8、每个同学必须记下全部实验数据，以便进行分析。,63,六、注意事项 1、实验炉要接地，从炉内取或向炉内放试样时，一定要先切断电源。 2、从炉内取或向炉内放试样时，工具及试样不能有水或油，并迅速关好炉门。 3、淬火时的油温要控制在2030左右。 七、实验报告要求 1、实验目的。 2、实验所用的设备及材料等。 3、根据所学知识简述实验的原理。 4、将全部实验数据填写于下表之中。,64,65,八、实验结果分析 1、分析加热温度与冷却速度对非合金钢组织与性能（硬度）的影响。 2、分析钢中碳的质量分数与淬

35、火后硬度之间的关系。 九、思考题 1、比较45钢正火组织与45钢淬火后高温回火（调质处理）组织在形态、性能和用途上有何差异。 2、比较45钢淬火组织与T12钢淬火组织在形态、性能和用途上有何差异。,66,实验四 注塑成型实验,一、实验目的 1、了解螺杆式注射机的基本结构，熟悉注塑成型的基本原理。 2、掌握热塑性塑料注射成型的操作过程。 3、掌握注射成型工艺条件对注射制品质量的影响，注塑工艺条件设定的基本方法。 二、实验原理 注射成型适用于热塑性和热固性塑料。注射成型的设备是注射机和注射模具。,67,它是使固体树脂在注射机的料筒内通过外部加热、螺杆、料筒与树脂之间的剪切和摩擦力作用生热，使树脂塑

36、化成粘流态，后经移动螺杆以很高的压力和较快的速度，将塑化好的树脂从料筒中挤出，通过喷嘴注入到闭合的模具中，经过一定的时间保压、冷却固化后，脱模取出制品。 热塑性塑料注射时，模具温度比注射料温低，制品是通过冷却而定型的；热固性塑料注射时，其模具温度要比注射料温高，制品是要在一定的温度下发生交联固化而定型的。 热塑性塑料的注射成型工艺过程如下：,68,注射成形动画,69,1、合模与开模 合模是动模前移，快速闭合。在与定模将要接触时，依靠合模系统的自动切换成低压，提供低的合模速度，低的合模压力，最后切换成高压将模具合紧。 开模是注射完毕后，动模在液压油缸的作用下首先开始低速后撤，而后快速后撤到最大开

37、模位置的动作过程叫开模 2、注塑阶段 模具闭合后，注射机机身前移使喷嘴与模具贴合。油压推动与油缸活塞杆相连接的螺杆前进，将螺杆头部前面已均匀塑化的物料以规定的压力和速度注射入模腔，直到熔体充满模腔为止。,70,3、保压阶段 熔体充模完全后，螺杆施加一定的压力，保持一定的时间，是为了解决模腔内熔体因冷却收缩，造成制品缺料时，能够及时进行补塑，使制品饱满。保压过程包括控制保压压力和保压时间，它们均影响制品的质量。 4、冷却阶段 保压时间到达后，模腔内塑料熔体通过冷却系统调节冷却到玻璃化温度或热变形温度以下，使塑料制品定型的过程叫冷却。这其间需要控制冷却的温度和时间。 模具冷却温度的高低和塑料的结晶

38、性、热性能、玻璃化温度、制品形状复杂与否及制品的使用要求等有关。,71,模温高，利于大分子热运动，利于大分子的松弛，可以减少厚壁和形状复杂制品可能因为补塑不足、收缩不均和内应力大的缺陷。但模温高，生产周期长，脱模困难，是不适宜的。对于结晶型塑料，模温直接影响结晶度和晶体的构型。 5、原料预塑化 制品冷却时，螺杆转动并后退，同时螺杆将树脂向前输送、塑化，并且将塑化好的树脂输送到螺杆的前部、并计量、储存，为下一次注射作准备，此为塑料的预塑化。 预塑化是要求得到定量的、均匀塑化的塑料熔体。塑化是靠料筒的外加热、摩擦热和剪切力等而实现的，剪切作用与螺杆的背压和转速有关。,72,料筒温度高低与树脂的种类

39、、配合剂有关。料筒温度总是定在材料的熔点或粘流温度与分解温度之间，而且通常是分段控制。 喷嘴加热在于维持充模的料流有良好的流动性，喷嘴温度等于或略低于料筒的温度。过高的喷嘴温度，会出现流涎现象；过低也不适宜，会造成喷嘴的堵塞。 螺杆的背压影响预塑化效果。提高背压，物料受到剪切作用增加，熔体温度升高，塑化均匀性好，但塑化量降低。螺杆转速低则延长预塑化时间。 螺杆在较低背压和转速下塑化时，螺杆输送计量的精确度提高。对于热稳定性差或熔融粘度高的塑料应选择转速低些；对于热稳定性差或熔体粘度低的则选择较低的背压。螺杆的背压一般为注射压力的520。,73,三、实验设备和原料 1、主要设备 (1) 注塑成型

40、机。（HTF120X1型，173cm3，锁模力1200KN） 它包括注射装置、锁模装置、液压传动系统和电路控制系统等。 注射装置是使塑料均匀塑化并以足够的压力和速度将一定量的塑料注射到模腔中。 注射装置位于机器的右上部，由料筒、螺杆和喷嘴、加料斗、计量装置、驱动螺杆的液压马达、螺杆和注射座的移动油缸及电热线圈等组件构成。,74,75,卧式注射机,76,锁模装置是实现模具的开启与闭合以及脱出制品的装置。 它位于机器的左上部，是全液压式、充液直压锁模机构。它由前模板、移动模板、后模板连接锁模油缸、大活塞、拉杆和机械顶出杆等部件组成。 液压和电器控制系统能保证注射机按照工艺过程设定的要求和动作程序准

41、确而有效地工作。 液压系统由各种液压元件和回路及其附属设备组成。电器控制系统由各种电器仪表组成。 (2) 注射模具（力学性能试样模具）。 2、原料 聚乙烯,77,四、实验步骤 1、详细观察、了解注射机的结构，工作原理，安全操作等。 2、接通水电，打开控制屏，设定料筒各段温度，压力速度，终止位置。 温度设定：,78,其它工艺条件：,系统压力5.5Mpa，射出位置101.6mm 3、待温度等达到设定值后，方可注塑。 4、手动：选择开关在“手动”位置，调整注射和保压时间继电器，关上安全门。每按一个钮，就相当完成一个动作，必须一个动作做完才按另一个动作按钮。一般是在试车、试模、校模时选用手动操作。,7

42、9,5、半自动：将选择开关转至“半自动”位置，关好安全门，则各种动作会按工艺程序自动进行。即依次完成闭模、稳压、注座前进、注射、保压、预塑（螺杆转动并后退）、注座后退、冷却、启模和顶出。开安全门，取出制品。 6、全自动：将选择开关至“全自动”位置，关上安全门则机器会自行按照工艺程序工作，最后由顶出杆顶出制品。由于光电管的作用，各个动作周而复始，无须打开安全门，要求模具有完全可靠的自动脱模装置。 7、不论采用哪一种操作方式，主电动机的启动、停止及电子温度控制通电的按钮主令开关均须手动操作才能进行。,80,五、实验现象（详细记录） 六、实验结果分析 1、分析所得的试样制品的外观质量，从记录的每次实

43、验工艺条件分析对比试样质量的关系。制品的外观质量包括颜色、透明度、有无缺料、凹痕、气泡和银纹等。 2、将取得的试样制品，进行力学性能等方面的测试分析。,81,实验五 手工电弧焊实验,一、实验目的 了解手弧焊的基本理论，熟练掌握手工电弧焊的基本操作及焊接规范参数调整的方法。观察焊接电流，焊接电压及焊条直径对焊缝成型的影响。 二、实验内容 焊条类型的选择及焊接规范的正确预置，各种焊接位置的操作及焊接规范对焊接成型的影响。 三、实验原理 1、手工电弧焊定义：利用电弧放电时产生的热量加热熔化焊条和工件，从而获得牢固焊接接头的一种电弧焊方法。,82,2、原理：焊条和焊件分别接至焊接电源的两个输出端。焊条

44、和焊件接触以接触引弧方式引燃电弧，在电弧高温及较大的电弧吹力作用下，熔化的焊芯端部迅速地形成细小的金属熔滴，过渡到局部熔化的工作表面，融合在一起形成熔池。焊条熔化后分成两部分：金属焊芯以熔滴形式向熔池过渡；焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，保证所形成焊缝的性能。随着电弧以适当的弧长和速度在工件上不断地迁移，熔池液态金属逐渐冷却结晶，形成焊缝。液态熔渣凝固形成焊渣，覆盖在焊缝表面上仍起保护作用。,83,3、焊条电弧焊设备：焊条电弧焊主要由焊接电源和焊钳两部分组成，两者之间以及电源与焊件之间通过电缆连接。焊接

45、电源对电弧提供能量，并应具有下降外特性。焊钳夹持焊条并传到电流。焊条电弧还有面罩、焊条保温桶等辅助设备或工具。 4、焊接电流的调整方式：在控制箱上旋转手把调节电流。 5、手工电弧焊常见缺陷的种类：夹渣、未熔合和未焊透、气孔、裂纹、形状缺陷等。 (1) 未熔合和未焊透：未熔合是指焊道与母材或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分，而未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象，一般运条移动速度过快时易产生此现象。,84,(2) 夹渣：是残留在焊缝中的熔渣。 (3) 气孔：是在焊接过程中，熔池中的气体在金属凝固以前未能来得及逸出，而在焊缝金属中残留下来所形成的空穴。 (4) 裂纹：在焊接应力及其它制脆因素

46、共同作用下，在焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏，而形成新的界面而产生的裂缝。 (5) 形状缺陷：焊缝表面形状与原设计几何形状有偏差，包括咬边、焊瘤、烧穿、焊缝尺寸不符合要求和焊缝表面质量不良等。一般移动速度过慢，焊缝过高，工件过热，变形增大或烧穿，因此会出现形状缺陷。,85,四、实验装置,a) 手工电弧焊 b) 手工电弧焊示意图,86,直流弧焊机,87,交流弧焊机,88,五、实验步骤 1、按下图将电焊机接好：,2、选定焊条类型及直径。 3、预调焊接电流值。 4、采用短路或划擦方法引燃电弧。,89,六、实验数据及处理,七、电焊安全技术守则 1、工作前应首先检查电焊机及焊台是否牢固接地，

47、清除工作场地的棉纱、汽油等易燃物品。工作时要穿绝缘鞋和干燥工作服，戴绝缘手套，操作者应站在绝缘橡胶板上进行操作以防触电。,90,2、开动电焊机时，先闭合电源闸刀，然后启动电焊机电焊电钮。停机时先关电焊机，再拉电源闸刀。正在焊接时，不要切割电源或调节电流，电源接通后不要任意移动焊机。焊机不能在负荷下长期使用，并应放在干燥的地方。禁止用铜丝代替保险丝。 3、电焊钳手柄应可靠绝缘，若有损坏应事先修理或更换。电焊钳应轻取轻放，不得将焊钳置于焊台上，以防短接起弧。 4、电焊时必须戴上防护面罩，不准用眼睛直视电弧，以防强烈的弧光刺伤眼睛。如有眼睛疼痛、发热流泪、皮肤发痒等感觉，可用湿毛巾敷在眼上，但不能用

48、肥皂水洗。焊接时人应站在上风位置。,91,5、焊接时，手不能同时接触两个电极，以免发生触电危险。工作时，不要随意挥动焊条，若焊机及焊钳发热，应稍休息一下再工作。焊后的工件和焊条头不能乱丢，热件不要用手摸，大件要放稳。 6、用榔头敲除焊渣时，不得朝向面部，以防飞出的焊渣烫伤眼睛和面部。应从侧面轻击，并用戴绝缘手套的左手遮挡飞溅的焊渣。 7、实习操作中，若遇有意外情况，应立即报告指导老师，不准擅自慌忙乱动。 8、实习完毕要认真清理现场，清除火星和燃烧火种，打扫场地，整理焊件、工具及用品。,92,八、思考题 1、手工电弧焊设备是否允许若干焊接部位同时工作？ 答：手工电弧焊设备不允许若干焊接部位同时工作。因为在手工电弧焊中焊件与焊条的接触只有一个回路，若若干焊接部位同时工作，则电流总是通过电阻最小的电路回路，而其余焊接则无作用。 3、普通电焊条用无药皮的等直径铁丝是否可以建立稳定电弧？ 答：普通电焊条用无药皮的等直径铁丝不可以建立稳定电弧，因为药皮可以起到提高电弧稳定性的作用，并且在焊接时，药皮可形成气渣联合保护（氮），保护熔池、熔滴，防止空气中氮的侵入，通过造气、造渣过程使熔滴和熔池与电弧周围的空气隔绝，起到机械保护的作用。另外，药皮还有渗合金的作用。,