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 cm

1、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。上述因素都要综合考虑，具体参考数据可查有关手册。

3、冷却方法

热处理的冷却方法至关重要，控制不同的冷却速度（即采用不同的冷却方式），可得到不同的组织，从而有不同的性能。

（1）退火：一般采用随炉冷却，冷到500℃左右，可以出炉空冷，不必在炉中冷到室温。

（2）正火：多采用在空气中冷却，大件常进行吹风冷却。

（3）淬火：采用急冷方式，即冷却速度应超过钢的临界冷却速度，以保证得到马氏体组织，另一方面冷却速度应当尽量缓慢，以减少内应力，避免变形和开裂。为了调和上述矛盾，可以采用适当的冷却剂和冷却方式。常用的淬火方法有双液淬火、分级淬火、单液淬火、等温淬火等。常用的淬火介质有清洁的自来水、浓度为5~10%的NaCl水溶液、矿物油等。

（4）回火：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。

三、实验主要仪器设备和材料

1. 箱式电炉及控温仪表；

2. 热电偶；

3. 冷却剂：水、油；

4. 长柄夹钳；

5. 隔热防护手套；

6. 热处理试样。

四、实验步骤

1. 介绍电炉的使用方法及安全注意事项；

2. 取一组碳钢试样；

3. 将试样放入箱式或坩锅电炉中加热至一定温度，保温时间为20分钟；

4. 4人一组，分别进行水冷、油冷、空冷操作；

5. 将水冷试样取出3块分别放入200℃、400℃、600℃的炉火中回火，保温时间为30分钟。

五、注意事项

1. 本实验加热和用的都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地，在放、取试样时必须先切断电源。

2. 往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水。开关炉门要迅速，炉门打开时间不宜过长。

3. 试样由炉中取出淬火时，动作要迅速，以免温度下降，影响淬火质量。

4. 试样在淬火液中应不断搅动，否则试样表面会由于冷却不均而出现软点。

5. 淬火时水温应保持20~30℃左右，水温过高要及时换水。

六、思考题

1. 淬火加热温度有什么要求？

2. 为什么水冷后要进行回火处理？

实验二金相试样的制备

一、实验目的

1、学习金相试样的制备过程；

2、掌握金相试样制备的方法。

二、实验方法

金相试样是用来在显微镜下进行分析、研究的样品，所以对样品的观观察面光洁度要求较高，要求达到镜面一样光亮，无一点划痕。

金相显微试样的制备过程包括取样、镶嵌、

磨制、抛光、浸蚀等工艺。下面分别加以简要说

明。

1、取样

显微试样的选择应根据研究的目的，取其具

有代表性的部位。例如在检验和分析失效零件的

损坏原因时，除了在损坏部位取样外，还需要在

距破坏处较远的部位截取试样以便比较；在研究

金属铸件组织时，由于存在偏析现象，必须从表

面层到中心同时取样进行观察；对于轧制和锻造

材料则应同时截取横向（垂直轧制方向）及纵向

（平行轧制方向）的金相试样，以便于分析比较

表层缺陷及非金属夹杂物的分布情况；对于一般

热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样

的截取可在任一截面进行。

确定好部位后就可截下试样，试样的尺寸通

常采用直径φ12~15mm，高12~15mm的圆柱体

或边长12~15mm的方形试样，如图1—1所示。

试样的截取方法视材料的性质不同而异，

软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料

（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料

（如淬火钢）则可采用砂轮片切割或电脉冲加

工。

不论采用那种方法，在切取过程中均不宜使试样

的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影

响分析结果。

2、镶嵌

若试样的尺寸太小（如金属丝、薄片等）时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂、牙托粉与牙托水的混合物）中，如图1—2所示。

3、磨制

试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。

（1）粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。钢铁材料试样的粗磨通常在砂轮机上进行，但在磨制时应注意：试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样表面形成很深的磨痕，

增加精磨和抛光的困难；要随时用水冷却试样，以免受热引起组织变化；要随时用水冷却试样，以免受热引起组织变化；试样边缘的棱角若无保留必要，可进行倒角，以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。

（2）细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但还存在有较深的磨痕，如图1—3所示。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光作好准备。

将粗磨好的试样用水冲洗干净后就开始进行细磨，细磨是在一套粗细程度不同的金相砂纸上，由粗到细依次顺序进行。

细磨时将砂纸平放在玻璃板上，手指紧握试样，并使磨面朝下，均匀用力向推行。在回程时，应提起试样不与砂纸接触，以保证磨面平整而不产生弧度。每更换一号砂纸时，须将90，即与上一道磨痕方向垂直，直到将上一号砂纸所产生的磨痕全部试样的研磨方向调转

消除为止。为了加快磨制速度，除手工磨制外，还可以将不同型号的砂纸贴在带有旋转圆盘的预磨机上，实现机械磨制。

4、抛光

细磨后的试样还需进一步抛光。抛光的目的是去除细磨时留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。

金相试样的抛光方法一般可分为机械抛光、电解抛光和化学抛光三种

（1）机械抛光：在专用的抛光机上进行。抛光机主要由电动机和抛光圆盘组成，抛光盘转速为300～500rad/min。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴入抛光液。抛光液通常采用AL2O3、MgO或Cr2O3等细粉末在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉与磨面间产生相对磨削和滚压作用来消除磨痕的。

操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为2～6min。抛光结束后，试样表面应看不出任何磨痕而呈光亮的镜面。

（2）电解抛光：是利用阳极腐蚀使试样表面变得平滑光亮的一种方法。将试样浸入电解液中作为阳极，用铝片或不锈钢片作阳极，使试样与阴极之间保持一定距离（20～30mm）,接通直流电源。当电流密度足够时，试样磨面即由于电化学作用而发生选择性溶解，从而获得光滑平整的表面。这种方法的优点是速度快，只产生纯化学的溶解作用而无机械力的影响，因此可避免在机械抛光时可能引起的表层金属的塑性变形，从而能更确切地显示真实的金相组织。但电解抛光操作时工艺规程不易控制，如电解液选择不当会达到不到理想的效果。

（3）化学抛光：其实质与电解抛光相类似，也是一个表层溶解的过程。它是将化学试剂涂在试样表面上约几秒至几分钟，依靠化学腐蚀作用使表面发生选择性溶解，从而得到光滑平整的表面。

5、浸蚀

经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂对试样表

面进行“浸蚀”，才能清楚地显示出显微组织的真实情况。钢铁材料最常用的浸蚀剂为3％～5％硝酸酒精溶液或4％苦味酸酒精溶液。

最常用的金相组织显示方法是化学浸蚀法。其主要原理是利用浸蚀剂对试样表面的化学溶解作用或电化学作用（即微电池原理）来显示组织。

对于纯金属或单相合金来说，浸蚀是一个纯化学溶解过程。由于金属及合金的晶界上原子排列混乱，并有较高能量，故晶界处容易被浸蚀而呈现凹沟，如图1－4所示，同时由于每个晶粒原子排列的位向不同，表面溶解速度也不一样，因此试样被浸蚀后会呈现轻微的凹凸不平，在垂直光线的照射下将显示出明暗不同的晶粒。

对于两相以上的合金而言，浸蚀主要是一个电化学腐蚀的过程。由于各组成相具有不同的电极电位，试样浸入浸蚀剂中就在两相之间形成无数对“微电池”。具有负电位的一相成为阳极，被迅速溶入浸蚀剂中形成凹洼，具有正电位的另一相则为阴极，在正常电化学作用下不受浸蚀而保持原有平面。当光线照射到凹凸不平的试样表面时，由于各处对光线的反射程度不同，在显微镜下就能看到各种不同的组织和组成相，如图1－4所示。

浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适中，一般试样磨面发暗时可停止浸蚀，如果浸蚀不足可重复浸蚀。浸蚀完毕后立即用水冲洗，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。

三、实验报告要求

1、每人利用机械抛光法制备一块金相试样，。

2、简述金相试样的制备原理和过程。

实验三显微组织（金相）观察

一﹑实验目的：

(1) 观察和识别铁碳合金的显微组织特征。

(2) 牢固建立铁碳合金中成分和组织之间的变化规律。

二﹑实验仪器：

1、水冷式砂轮切割机

2、金属镶嵌机

3、研磨机和SiC水砂紙

4、拋光机和拋光液(氧化鋁粉加水)

5、吹风机

6、腐蚀液

7、压平器

8、金相(光学)显微镜(反射式)

光学显微镜

三、实验原理：

1、*倍率= 物镜倍率×目镜倍率

(5X，10X，20X，40X，50X，100X，200X) (10X) 光学显微镜可用放大倍率为50X~2000X(一般所用最高倍率为1000X)。

2、试验程序：

(1)切取试片：水冷式砂轮切割机

(2)鑲埋：金属镶嵌机

(3)研磨：研磨机，SiC水砂纸：120#→1200#

(4)拋光：拋光机，氧化铝粉：1μ→0.3μ→0.06μ

(5)腐蚀：1~5%Nital (硝酸酒精溶液)

(6)压平试片：压平器

(7)显微组织观测：光学显微镜

四、实验步骤：

1、材料：热处理试验后之试片(退火、正常化、淬火、回火四根试片)。

2、试验步骤：

（1）切取试片：水冷式砂轮切割机。

（2）粗磨：试片切取后，若有不平整表面可用粗砂纸磨平。

（3）鑲埋：利用金属镶嵌机

（4）细磨：以手磨或研磨机研磨，所用研磨纸为

120目→180目→240目→320目→400目→600目→800目→1000目→1200目SiC 砂紙，当每次更换较细砂紙研磨时，转90度方向产生新的磨痕。

（5）用水洗净试片。

（6）精磨(拋光)：以研磨拋光机拋光，拋光液为氧化鋁粉水溶液，其顆粒大小依序为1μ→0.3μ→0.06μ。

（7）用水洗净试片。

（8）用酒精洗净拋光面。

（9）吹干试片：用热风吹风机。

（10）检查拋光面：以金相显微镜确认条痕是否完全被磨平或有无彗星状流線存在。

（11）腐蚀：对炭钢材料而言，可使用4%Nital腐蚀液腐蚀。

（12）用水及酒精洗净试片。

（13）吹干试片。

（14）显微镜观察。

五、试验結果：

材质：

组织：（用铅笔描出）

倍率：

浸蚀液：

六、思考题：

在观察金相试样时应该注意哪些因素？

实验四合金热分析实验

一、实验目的

1、了解热分析仪的结构；

2、理解热分析仪的工作原理；

3、熟悉用热分析法测定金属与合金的临界点，并根据临界点画出二元合金

相图。

二、实验原理

合金相图是一种表示合金状态随温度、成分而变化的图形，又称状态图或平衡图。根据相图可以确定合金的浇注温度，进行热处理的可能性，形成各种组织的条件等。

到目前为止，几乎所有的相图都是通过实验测定出来的。金属及合金的状态发生变化将引起其性质发生变化，例如液体金属结晶或固态相变时将会产生热效应，合金相变时其电阻、体积、磁性等物理性质亦会发生变化。金属及合金发生相变时（包括结晶、熔化和固态相变）引起其某种性质变化所对应的温度称为临界温度，又称临界点。因此可以通过测定金属及合金的性质来求出其临界点。把这些临界点标注在以温度为纵坐标、成

分为横坐标的图上，然后把各个相同意义的临界点连接成线，就构成了完整的相图。可见，相图的建立过程就是金属与合金临界点的测定过程。

测定金属与合金临界点的方法很多，如热分析法、热膨胀法、电阻测定法、显微分析法、磁性测定法、 X 射线分析法等，但其中最常用、最基本的方法是热分析法。

热分析法是通过测量、记录金属或合金在缓慢加热或冷却过程中温度随时间的变化来确定其临界点。金属或合金在缓冷过程中，当没有发生相变时，温度随时间增加而均匀地降低；一旦发生了某种转变，则由于有热效应产生，差热曲线上就会出现转折，该转折点所对应的温度就是所求的临界点。因此，测出加热和冷却曲线就可很容易地确定相变临界点。

差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物（一种在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术，在实验过程中，将试样与参比物的温差作为温度的函数连续记录下来。典型的差热分析曲线如图1所示。图2就是根据测定的一组热分析曲线建立相图的实例。

图1 典型的差热分析曲线

图2 差热分析法测定相图

(a)测定的相图(b)DTA曲线

热分析法简便易行，对于测定由液态转变为固态时的临界点，效果较为明显。但对固态溶解度变化因相变潜热小，难用热分析法测定，需用其它方法。

三、实验设备及材料

1、ZRY-2P型综合热分析仪

2、合金材料；氧化铝坩埚。

四、实验步骤

1、试样的制备：把合金材料磨成很细的薄片，清洗干净后装入氧化铝小坩埚，装样量在5mg左右。

2、标样放在左边，试样放在右边，盖好测量池的盖子，打开氩气阀。

3、在教师指导下开启仪器，并进行测量。

4、对实验数据进行处理，得出临界点温度。

五、思考题：

1、预计提高或降低升温的速率时，合金材料的差热分析曲线将如何变化？

2、整个测量过程为什么要用氩气保护？

结晶实验(新)

实验报告 课程名称：材料科学基础实验方法成绩： 实验名称：(盐类)晶体结晶过程观察批阅人： 实验时间：2010.12.2 实验地点：5411报告完成时间：2010.12.15 姓名：学号：班级： 同组实验者：指导教师： 一、实验目的 1）观察透明盐类的结晶过程及结晶后的组织特征，对（金属的）结晶过程建立感性认识。 2）观察有树枝状晶体的金属显微组织和具有树枝状晶体的铸件或铸锭实物图片，建立金属晶体以树枝状形式长大的直观概 念。 3）观察不同晶体的不同生长形态，了解晶体生长的微观机理。 二、实验内容 1）结晶过程及晶体生长形态观察 将质量分数为25%~30%氯化铵水溶液，加热到80~90℃，观察在下列条件下的结晶过程及晶体生长形态。 1）将溶液倒入培养皿中空冷结晶。 2）将溶液滴在玻璃片上，在生物显微镜下空冷结晶。 3）将溶液倒入小烧杯中空冷结晶。

4）将溶液滴入是观众空冷结晶。 5）在培养皿中撒入少许氢化氨粉末并空冷结晶。 6）将培养皿、试管置于冰块上结晶。 2）胞状晶形貌观察。 将Sn-0.05%Pb合金加热融化，升温至550℃，浇入到100℃的金属型中，待其凝固短时间（约3s）后，将剩余液体倒掉，选取较平整的一小块液固界面，在显微镜下观察，即可看出胞状界面。 三、主要仪器设备 显微镜、玻璃片、吸管。 饱和氯化铵水溶液 结晶实物图片 四、实验过程与结果记录 1）在干净的玻璃片上，用吸管滴一滴饱和硝酸铅水溶液，并在显微镜下观察它的结晶过程。也可用放大镜、投影仪等观察， 并绘出示意图。 2）用肉眼（放大镜）观察具有不同晶型的实物图片。

五、实验结果分析与讨论 1）描述所观察到的氯化铵的结晶过程，并绘出示意图。 2）汇出金属树枝状晶体的纤维组织示意图。 3）结合所学知识说明金属树枝状晶体的形成原因。

材料科学基础实验指导书

《材料科学基础》实验指导书 （试用） 院系： 班级： 姓名： 学号： 大连理工大学 年月日

实验目录 实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2学时）实验二金属材料的硬度（2学时）实验三 Sn-Pb二元平衡相图测试（2学时）实验四金相定量分析方法（2学时）实验五 Fe-C合金平衡组织观察（2学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2学时）

实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法 一、实验目的 1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。 2）学会正确操作和使用金相显微镜。 3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。 二、实验设备与材料 实验设备：x-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机 实验材料：碳钢标准样品 三、实验内容 1.通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法； 2.要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。 3.演示并初步认识金相试样的制备过程及方法 四、实验报告撰写 撰写实验报告格式要求： 一、实验名称 二、实验目的 三、实验内容 包括：1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用 2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获 3. 概述金相试样制备过程及方法 四、个人体会与建议

实验二金属材料的硬度 一．实验目的 1.了解布氏、洛氏、维氏硬度的测试原理。 2.初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。 二．实验设备和样品 1．布氏、洛氏、维氏硬度计 2．铁碳合金试样 三．实验内容和步骤 1.通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。 2.演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值， 注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可以操作硬度计1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均值的要求进行实验。 四．实验报告内容 1．简述实验目的和步骤。 2．简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。 3．写出测量步骤，附上实验结果。 4．总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。

教学大纲编写要求与说明

附件1 教学大纲编写要求与说明 一、大纲编写要求 课程教学大纲是执行专业人才培养方案、实现培养目标要求的教学指导性文件，是实施教学与考核的主要依据。课程教学大纲一般包括说明部分和本文部分，说明部分要明确课程性质、教学目标和要求，注重理论联系实际，体现科学性、思想性和实践性，贯彻“少而精”原则，做到规范与灵活相统一；本文部分是教学大纲的基本部分，分章节或单元说明（章节或单元）教学目标、教学时数、教学内容、教法建议、考核要求以及参考书目等。 凡列入培养方案的各门课程，均应由课程归属教学单位根据有关规定和要求在开课前组织教研室或任课教师制（修）订教学大纲。教学大纲应经所在教研室讨论审核，经学院批准后方可执行，并报教务处备案。各专业课程教学大纲应与人才培养方案相配套，并汇编成册。 二、文档格式要求 1．教学大纲统一用Word文档排版打印，页面设置为：A4纸型；页边距：左2.8cm、右2.5cm、上2.5cm、下2.5cm、页眉1.5cm、页脚1.0cm，标准字间距，行距1.5倍，段前段后间距均设为0，标点符号全角录入。 2．标题、正文的字体及字号要求：一级标题：（《XXXX》教学大纲）三号宋体加粗；二级标题：小四号宋体加粗；其余正文内容：小四号宋体。 三、填写内容说明 1．关于教学目标 具体参见理论课的教学目标陈述要求及参考样例，教学目标一定要反映学生的学习结果，要反映不同的知识类型和层次。 2．实验类课程中的“类型” 是指基本（演示、验证等）、综合、设计等；如是上机课程“类型”是指单项训练、综合训练等。 3．非独立设置的课内实践环节教学大纲可以参照独立设置实验课程教学大纲格式编写，课内实践教学大纲应作为理论课程教学大纲的一部分，课程编号、学分以理

金属的塑性变形与再结晶-材料科学基础学习知识-实验-06

实验六金属的塑性变形与再结晶 （Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）实验学时：2 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征； 2．了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化； 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。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。（注：孪晶是材料内部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。） 对体心立方结构的Fe -α，在常温时变形以滑移方式进行；而在0℃以下受冲击载荷时，则以孪晶方式变形；而面心立方结构大多是以滑移方式变形的。 2．变形程度对金属组织和性能的影响

材料科学基础实验指导书

材工《材料科学基础》实验指导书湖北工业大学材料科学与工程学院 2013.3

实验1 淬冷法研究相平衡 目的意义 在实际生产过程中，材料的烧成温度范围、升降温制度，材料的热处理等工艺参数的确定经常要用到专业相图。相图的制作是一项十分严谨且非常耗时的工作。淬冷法是静态条件下研究系统状态图（相图）最常用且最准确的方法之一。掌握该方法对材料工艺过程的管理及新材料的开发非常有用。 本实验的目的： 1.从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。 2.掌握静态法研究相平衡的实验方法之一──淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。 3.掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O —SiO2系统相图。 基本原理 从热力学角度来看，任何物系都有其稳定存在的热力学条件，当外界条件发生变化时，物系的状态也随之发生变化。这种变化能否发生以及能否达到对应条件下的平衡结构状态，取决于物系的结构调整速率和加热或冷却速率以及保温时间的长短。 淬冷法的主要原理是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样，由于相变来不及进行，冷却后的试样保持了高温下的平衡结构状态。用显微镜或X-射线物相分析，就可以确定物系相的数目、组成及含量随淬冷温度而改变的关系。将测试结果记入相图中相应点的位置，就可绘制出相图。 由于绝大多数硅酸盐熔融物粘度高，结晶慢，系统很难达到平衡。采用动态方法误差较大，因此，常采用淬冷法来研究高粘度系统的相平衡。 淬冷法是用同一组成的试样在不同温度下进行试验。样品的均匀性对试验结果的准确性影响较大。将试样装入铂金装料斗中，在淬火炉内保持恒定的温度，当达到平衡后把试样以尽可能快的速度投入低温液体中（水浴，油浴或汞浴），以保持高温时的平衡结构状态，再在室温下用显微镜进行观察。若淬冷样品中全为各向同性的玻璃相，则可以断定物系原来所处的温度（T1）在液相线以上。若在温度（T2）时，淬冷样品中既有玻璃相又有晶相，则液相线温度就处于T1和T2之间。若淬冷样品全为晶相，则物系原来所处的温度（T3）在固相线以下。改变温度与组成，就可以准确地作出相图。 淬冷法测定相变温度的准确度相当高，但必须经过一系列的试验，先由温度间隔范围较宽作起，然后逐渐缩小温度间隔，从而得到精确的结果。除了同一组成的物质在不同温度下的试验外，还要以不同组成的物质在不同温度下反复进行试验，因此，测试工作量相当大。实验器材 1．相平衡测试仪 实验设备包括高温炉、温度控制器、铂装料斗及其熔断装置等，如图1-1所示。 熔断装置为把铂装料斗挂在一细铜丝上，铜丝接在连着电插头的个两铁钩之间，欲淬冷时，将电插头接触电源，使发生短路的铜丝熔断，样品掉入水浴中淬冷。 2．偏光显微镜一套，如图1-2所示。

《材料科学基础》-实验报告###

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

实验一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。 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。

成都理工大学材料科学基础(实验四)实验指导书

材料科学基础综合实验指导书 （实验四） 课程名称：材料科学基础综合实验 学院：成都理工大学材料与化学化工学院 专业：材料科学与工程 指导老师：管登高，陈善华，王艳， 杨梅，张文涛，张湘辉 年月

实验四、光学金相显微镜的使用和 典型平衡组织的观察与分析实验指导书 成都理工大学材料与化学化工学院指导老师：管登高 [实验名称] 实验四、光学金相显微镜的使用和典型平衡组织的观察与分析 [实验目的] 1．了解利用金相显微镜观察金相显微组织的原理。 2．掌握金相显微镜的构造、工作原理和使用方法。 3．掌握金相组织图片的获取方法。 4. 学会观察分析碳钢平衡状态下的相和组织形貌。 [实验内容] 1．金相试样制备过程和金相分析原理 2．金相显微镜的构造和使用。 3. 金相试样金相显微组织的拍照与分析 [实验设备及材料] 1．实验主要设备：金相显微镜（型号）及其数据采集系统等。 2．实验主要材料：标准样品 （1）工业纯铁：1号样品，铁素体 （2）共析碳钢：5号样品，珠光体（铁素体+渗碳体） （可在2-6号样品中任选一个观察拍照分析） （3）共晶白口铸铁：8号样品，变态莱氏体（珠光体+渗碳体） （可在7-9号样品中任选一个观察拍照分析） [实验原理、步骤及要求] 1．结合金相显微镜实体，仔细了解显微镜的结构——光源、光阑、垂直照明器、暗场和偏光装置；目镜和物镜、物镜的标记等。 图XJP-6A型金相显微镜

金相显微镜是观察金属磨面金相组织的光学仪器，是利用物镜、目镜将金属磨面放大一定倍数，观察金相内部组织的装置。其种类和型式很多，常见的有台式、立式和卧式三类，本实验所用XJP-6A型金相显微镜是台式金相显微镜。金相显微镜是精密光学仪器，使用时要特别细心。自制的金相试样在浸蚀前与浸蚀后要分别进行观察。观察时接通电源，观察结束后，应立即关闭电源。操作时，严禁用手接触摸镜头和其它光学部件。试样要清洁、干燥，不得有残留酒精和浸蚀剂，以免腐蚀物镜。 （1）XJP-6A型金相显微镜说明 常规台式金相显微镜 全封闭光路结构，防尘防外界光干扰设计 明场，偏光，暗场等观察方式可选 同轴式机械载物台，无需压平试样 宽视野双目镜筒，具有视觉补偿功能 照明光源配备对中调节轮，图像明亮均匀 平场消色差物镜组，提供高分辨率图像 易于连接数码，135照相，视频成像 （2）XJP-6A型金相显微镜技术规格 光学系统倒置，明场，偏光，暗场（选配） 放大倍数100×-1250× 观察筒铰链式30°倾斜， 瞳距调节范围：55-75mm 目镜 平场大视野10×，12.5×，视度可调 物镜转盘4孔转盘， 平场消色差10×，20×，40×，100×（油） 载物台机械式载物台， 移动范围：X轴：85mm，Y轴：60mm 调焦低位同轴粗微调旋钮，调焦行程：向上：5mm，向下：2mm 照明系统6V30W卤钨灯，调中视场光阑和孔径光阑，灯丝对中调节 滤色片组转盘式滤色片转换器，兰色、绿色、黄色、中性循环外型尺寸530×220×260mm 2. 领会利用金相显微镜观察金相显微组织的原理，掌握金相显微镜的工作原理和使用方法，如调焦、孔径光阑和视场光阑的调节、暗场使用等。 3．通过观察金相样品，学会金相显微组织的拍照与分析方法，掌握金相组织图片的获取方法。 4．学会观察分析工业纯铁平衡状态下的相和组织形貌。 5．学会观察分析共析碳钢平衡状态下的相和组织形貌。 6．学会观察分析共晶白口铸铁平衡状态下的相和组织形貌。 [实验结果和分析] 1．用铅笔画出金相显微镜的构造图，并标出其各组成部分。 2. 简要说明金相显微镜的操作要点及必须注意的事项。 3．分析工业纯铁平衡状态下的相和组织形貌特点。 4．分析共析碳钢平衡状态下的相和组织形貌特点。 5．分析共晶白口铸铁平衡状态下的相和组织形貌特点。

材料科学基础实验课程教学大纲(实验课程类)

材料科学基础实验课程教学大纲（实验课程类） 课程名称：材料科学基础实验 英文名称：Material Science Foundation Experiments 课程编号：1200303 面向专业：材料类各专业(金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形) 学时学分：3周3学分 本大纲主撰人：王仕勤、庞超明（Tel：52090661，E—mail: wsqwyd@https://www.docsj.com/doc/af4317249.html,） 一、课程作用和具体目标 本实验课程面向全院材料类各专业（包括金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形）学生开设，着重加强与“材料科学基础”课程相关的基本知识、基本理论、基本方法的学习和训练，它是“材料科学基础”课程中的重要环节。通过实验使学生进一步掌握材料晶体学基础理论；掌握相图的基本构成和应用；了解晶体缺陷对形变行为的作用；初步掌握材料实验的主要方法和操作技术，并能对测试结果进行综合评定。从而初步掌握材料研究的基本手段与方法，包括宏观分析方法与微观分析方法。使学生在实验技能和动手能力方面得到系统的训练，以培养从事科研活动严谨的工作作风，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科研动手能力，为后续课程教学和实验教学打下坚实的基础。

三、教学管理模式与注意事项 1、学生必须完成全部“必做实验”。在此基础上，可根据自己的兴趣爱好、能力强弱和 时间多少，进行“选做实验”。 2、学生在实验前必须认真预习实验指导书等相关内容。教师在实验前作必要的讲解和辅 导。 3、学生应严格遵守实验室规章制度和安全规范，确保安全。 四、设备及器材配置 1、制样设备：砂轮机、切割机、镶嵌机、水磨机、抛光机、电解抛光仪等。 2、加热、温控及加工设备：热处理炉、坩埚电炉、烘箱、温度控制仪、离心机、小型轧 机、大型轧机等。 3、分析测试设备：拉伸机、抗折试验机、抗压试验机、硬度计、体视显微镜、金相显微 镜、荧光显微镜、反光显微镜、偏光显微镜、混凝土气孔分析显微镜。放大机、数码相机、计算机、打印机、分析天平、酸碱滴定管、U型管界面移动电泳仪、离心分离机、李氏瓶、稠度仪、试模、勃氏比表面仪、套筛、沥青延度仪、沥青软化点仪、不透水仪、沥青针入度计、直流稳压电源、水泥水化热测定仪等。 4、各种耗材若干 五、考核与成绩评定 1、采用实验出勤情况、实验报告完成情况以及笔试考试情况综合考核。 2、成绩评定采用优秀、良好、中等、及格、不及格五档评定。(相应于百分制为：大于 等于90、80～89、70～79、60～69、小于60)。出勤情况占10％，实验报告占40％，笔试成绩占50%。 六、教材与参考资料 1、王仕勤、庞超明等材料科学基础实验. 南京：东南大学讲义，2006.6 2、秦鸿根编建筑材料试验指导书. 南京：东南大学讲义，2003.10 3、伍洪标主编无机非金属材料试验. 化学工业出版社，2002.6 4、硅酸盐物理化学实验指导书，南京：东南大学讲义

074材料科学基础实验指导@北工大lab8

实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对 铸锭组织的影响 （Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on ingot structure） 实验学时：2 实验类型：操作 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 ⒈观察盐类的结晶过程： ⒉分析凝固条件对铸锭组织的影响。 二、概述 盐和金属均为晶体。由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。不论盐的结晶，金属的结晶以及金属在固态下的重结晶都遵循生核和长大的规律。结晶的长大过程可以观察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因为临界晶核的尺寸很小，而在试验中只能见到正在长大的晶粒，此刻已经不再是临界尺寸的晶核。金属和盐类晶体最常见到的是树枝状晶体。通过直接观察透明盐类（如氯化铵等）的结晶过程可以了解树枝状晶体（枝晶）的形成过程。 在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵溶液，观察它的结晶过程。随着液体的蒸发，溶液逐渐变浓，达到饱和，由于液滴边缘最薄，因此蒸发最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。 结晶的第一阶段是在最外层形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴枝晶。这是由于液滴的中心此时也变的较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，因此可以看到明显的枝晶组织。

清华材料科学基础实验五

实验五形变和再结晶组织观察 一、实验目的 1. 了解金属冷变形后组织的变化； 2. 了解冷变形金属加热时组织发生的变化； 3. 了解冷变形金属再结晶后晶粒度与变形度关系。 二、实验内容 1. 观察纯铁不同程度冷轧变形（10%、50%、70%）的组织。 2. 观察不同变形度纯铁（10%、50%、70%）在720℃退火1h后的晶粒大小。 3. 观察70%冷变形纯铁，在450℃、530℃、600℃、720℃、1000℃退火1h组织的变化。 4. 定量测定不同变形度下退火和70%变形后600℃、720℃、1000℃退火的晶粒尺寸（mm），并作图。 三、说明 金属经塑性变形后，组织发生变化，原始等轴晶粒沿变形方向伸长，变形程度愈大，伸长愈明显，在大变形下，成为纤维状分布，变形组织必须沿变形方向观察。 冷变形金属具有畸变能，处于热力学不稳定状态，加热时要发生变化，当加热温度较低时，因空位的运动和消失，正负刃型位错对消和多边形化而发生回复过程，此时组织未发生变化，仍保持伸长晶粒。加热达到再结晶温度，通过形核长大，形成新的等轴晶粒，发生再结晶过程，再结晶不充分，新的等轴晶粒与伸长晶粒并存。再结晶完成，全部形成新的等轴晶粒，温度继续升高，晶粒长大。若金属有同素异构变化，如纯铁在912℃发生α γ转变，加热超过此温度，则不仅有再结晶后的晶粒长大，而且有相变重结晶引起的晶粒细化，结果较为复杂，需作具体分析。 再结晶后形成的晶粒度与预先变形程度有关，在一临界变形度下，开始形成少数再结晶核心，再结晶后形成粗大晶粒。临界变形度后。临界变形度后，随变形度增加，再结晶核心增多，再结晶后形成细小晶粒，低于临界变形度则不发生再结晶，纯铁的临界变形度大约在5%~6%。 四、实验报告要求 1. 画出不同变形度下纯铁的组织，说明组织特征。 2. 画出不同变形度纯铁720℃退火的晶粒，画出定量测出的晶粒尺寸与变形度关系曲线，分析晶粒大小与预先变形程度的关系。 3. 画出70%变形纯铁在不同温度退火加热后的组织图并加以分析，画出结晶后晶粒尺寸和退火温度关系曲线，并分析。

材料科学基础实验指导书1-2

材料科学基础实验指导书 上海工程技术大学材料工程学院 中心实验室 2003.1

目录 实验一(1)金相显微镜的构造及使用———2 (2)金相试样的制备———————10 实验二铁碳合金平衡组织观察————-—17 实验一（1）金相显微镜的构造及使用一、实验目的

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及利用显微镜进行显微组织分析 二、概述 利用金相显微镜来观察金属及合金的内部组织及缺陷，是材料研究方法中最基本的实验技术。它在金相研究领域中占有很重要的地位，利用金相显微镜在专门制备的试样上放大 100～1000 倍来观察金属及合金的组织与缺陷的方法称为金属的显微分析法。显微分析方法可以大致了解金属及合金的组织与化学成份的关系；可以确定各类金属经不同的加工与热处理后的显微组织的变化与性能的关系；可鉴别金属材料中存在的缺陷，如各种非金属夹杂物——氧化物，硫化物等在组织中的数量及分布情况，晶粒度大小、裂纹的走向、各种表面组织以及焊接组织的情况等。 在进行显微分析时，使用的主要仪器是金相显微镜。金相显微镜主要是利用光线的反射将不透明物体（如金属，岩石，塑料等）放大后进行观察研究的。在讨论金 相显微镜的构造和应 用之前，需要先简要 地介绍一些有关显微 镜的基本理论。 三、显微镜理论的基 础知识图1—1放大镜的光学原理图 众所周知，放大AB—物体A’B’物象f—焦距 镜是最简单的一种光学仪器，它实际上就是一块凸透镜，利用它就可以将物体放大,其成像光学原理如图 1—1所示。当物体 ( AB ) 放在透镜与其焦点 ( F ) 之间，则经过透镜的光线就会分散开来，从放大镜后面观察，可以看到一个放大了的正虚象 ( A’ B’)，此像的长度与物体长度

《材料科学基础3》课程实验指导书

实验一金相显微镜的结构与使用（2 学时） 实验学时：2 实验类型：验证 一、实验目的 通过本实验的学习，使学生了解金相显微镜的结构，掌握金相显微镜的使用方法，培养学生的动手操作技能，为今后从事材料的组织分析奠定基础。 二、实验内容 （1）观察直立式与倒立式两种金相显微镜的结构与光路； （2）操作显微镜，比较熟练地掌握聚焦方法，了解孔径光阑、视场光阑和滤光片的作用； （3）熟悉物镜、目镜上的标志并合理选配物镜和目镜； （4）分别在明场照明和暗场照明下观察同一试样，分析组织特征及成因； （5）借助物镜测微器确定目镜测微器的格值。 三、实验原理 （一）金相显微镜的结构 光学金相显微镜的结构一般包括放大系数、光路系统和机械系统三部分，其中放大系统是显微镜的关键部分。 1. 放大系统 （1）显微镜的放大成像原理 显微镜放大基本原理如图1-1 所示。由该图可见，显微镜的放大作用由物镜和目镜共同完成。物体AB 位于物镜的焦点F1 以外，经物镜放大而成为倒立的实像A i B i，这一实像恰巧落在目镜的焦点F2以内，最后由目镜再次放大为一虚像A2B2，人们在观察组织时所见到的像，就是经物镜、目镜两次放大，在距人眼约250mm 明视距离处形成的虚像。

A i B i A 2 B 2 A 2 B 2 AB A i B i AB 说明显微镜的总放大们数 M 等于物镜放大倍数和目镜放大倍数的乘积。目 前普通光学 金相显微镜最高有效放大倍数为 i600~2000倍。 另外，参照图i-i ,如果忽略AB 与F i 、A i B i 与F 2间距，依相似三角形定理 可求出： 式中，△为光学镜筒长度：f 物为物镜焦距。 因光学镜筒长度为定值，可见，物镜放大倍数越高，物镜的焦距越短，物镜 离物体越 近。 (i )透镜象差 透镜在成象过程中，由于受到本身物理条件的限制，会使 影像变形和模糊不清。这种象的缺陷称为象差。在金相显微镜的物镜、目镜以及 光路系统设计制造中，虽将象差尽量减少到很小的范围， 但依然存在。象差有多 种，其中对成象质量影响最大的是球面象差、色象差和象域弯曲三种。 i) 球面象差 由于透镜表面为球面，其中心与边缘厚度不同，因而来自一 点的单色光经过透镜折射后，靠近中心部分的光线偏折角度小， 在离透，镜较远 的位置聚焦；而靠近边缘处的光线偏折角度大， 在离透镜较近的位置聚焦，因而 必然形成沿光轴分布的一系列的象，使成象模糊不清，这种现象称为球面象差。 如图1-2所示。 物镜的放大倍数 目镜的放大倍数 M 物= M 目= A i B i AB A B 2 A i B i 将两式相乘: A i B i AB F i F 2 F i O

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

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。 6. 观察及描绘穿孔之铝片经再结晶退火后的宏观试样。 7. 观察实验室准备的冷变形及再结晶的光学和电镜照片。 四、实验报告要求 1. 分析低碳钢经不同冷变形后的显微组织。 2. 分析金属再结晶温度及再结晶后晶粒度大小的影响因素。 3. 分析冲孔铝片退火后的宏观组织特征及其形成原因。

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。所以孪晶变形后，由于对光的反射能力不同，在显微镜下能看到较宽的变形痕迹——孪晶带或双晶带。在密排六方结构的锌中，由于其滑移系少，则易以孪晶方式变形，在显微镜下看到变形孪晶呈发亮的竹叶状特征。（注：孪晶是材料内部晶体结构上的变化，样品制备过程不会造成孪晶的消失。）

《无机材料科学基础》课程介绍

《无机材料科学基础》课程介绍 一、课程简介 《无机材料科学基础》是材料科学与工程、材料物理专业、复合材料与工程专业的承前启后的专业基础理论课，其主要任务是使学生掌握本专业的基础理论、基本知识和基本技能。通过本科程学习，要求学生掌握无机材料的结构、性能和物理化学变化规律及它们之间的相互联系，为后续专业课的学习以及从事无机材料领域的生产和科研奠定坚实的理论基础；在掌握本课程所涉及的物理、化学、物理化学、固体物理及量子化学等理论的基础上，学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。 课程的主要教学内容包括： 1、晶体的几何外形规律与晶体结构要求学生掌握晶体的基本特性、生长规律和对称特点；晶体的理想形态与典型的晶体结构，硅酸盐晶体结构及实际晶体中的结构缺陷等内容。需要建立丰富的空间想象力。 2、硅酸盐聚集系统的结构和性质了解玻璃体结构、性质及玻璃的形成；了解固体表面、界面行为。 3、热力学应用及相平衡掌握热力学有关计算；学会看相图，重点掌握三元相图的分析与应用。 4、过程动力学了解各种扩散机制、扩散规律及影响扩散的因素；固相反应的特点及动力学方程的应用；了解固－液相变机理、核化、晶化过程及影响因素；了解烧结的各种传质机理、烧结速率方程表达式及影响烧结的因素。 本课程的实验教学内容共有2个验证性实验、4个综合性实验和一个设计性实验，具体内容见实验教学。 通过本课的教学，要求掌握晶体结构的特点、结构与性质的关系、实际晶体的缺陷；玻璃体结构、玻璃体与晶体性质差异、玻璃的形成；固体表面、界面行为；热力学有关计算，学会分析与使用相图；各种扩散机制、扩散规律及影响因素；固相反应特点，化学反应与扩散控制的动力学关系与应用；相变的规律，固-液相变的核化、晶化机理和影响因素；固相烧结的各种传质机理、烧结速率方程的表达式与应用。对材料的组成—工艺—结构—性质之间的关系，对无机材料生

专业代码(080502)

材料学 专业代码（080502） 本学科设有金属材料、无机材料和高分子材料三个学科方向，主要研究方向有金属及合金的固态相变及应用，金属基复合材料、功能材料腐蚀与防护金属电化学钝化，功能金属纤维及应用；先进结构陶瓷、功能陶瓷；金属基复合材料、树脂基导电复合材料；功能材料腐蚀与防护、金属电化学钝化；功能高分子材料、高分子膜材料、高分子纳米材料和高性能高分子复合材料。着重于合成方法、合成工艺、结构与性能关系及其相关合成机理的研究。 本学科现有教授6名，副教授8人，其中博士后2人，博士9名，形成了具有较强实力的教学及科研师资队伍，多年来为国家输送了大量高层次人才。近几年先后承担科研项目30余项，省、部级项目15项，包括河北省自然科学基金、国家人事部归国人员重点基金、河北省科技厅基金和石家庄市重大攻关项目等。取得了多相重要研究成果，在新型材料结构研究与分析、高强度导电材料研究、耐磨管道、金属纤维、膜材料的制备与应用、等离子体聚合与改性、原位复合材料研究、电厂用耐热钢、陶瓷内衬钢管、表面工程、无损检测技术、环保、清洁能源、汽车和电子等领域，产生了很大的社会效益和经济效益，其多项研究成果填补国内空白，具有自主知识产权，为我国的经济发展做出了巨大贡献。目前，已在国内外重要学术刊物上发表学术论文150余篇，其中SCI和EI收录50余篇。并获得了多项省部级科学进步奖。经过多年建设和发展，实验室现有力学性能分析和测试设备、大型精密显微镜、扫描电子显微镜SEM、XRD、各种热处理设备以及各种材料成分检测仪器设备、显微硬度计等。材料学学科已经形成了以中青年教师为主、梯度结构合理的教学、科研队伍。 一、培养目标 材料学学科的攻读硕士学位研究生的培养目标是培养德、智、体全面发展的高级专门科技人才，具体目标如下： 1．拥护中国共产党，热爱社会主义，具有良好的道德品质和修养，综合素质高，适应能力强，工作和学习作风严谨，身体健康。 2．有坚实的数学、计算机基础，并能熟悉运用到本学科的理论和实践中；熟练掌握一门外国语。 3．具有坚实的材料学方面的基础理论知识、系统的专业知识，及时了解材料学学科的前沿知识和本学科的科研动向。通过课程的学习和课题研究，具备独立思考问题和解决问题的能力。具有较高的材料设计、软件开发、科研实验的水平，能够独立从事材料学领域及相关学科的教学、科研、技术开发等方面的工作。 二、主要研究方向 1．金属材料及金属基复合材料 2．功能高分子材料及精细化工 3．无机非金属功能材料

《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。

(完整版)材料科学与工程专业建设规划

材料科学与工程专业建设规划材料科学与工程学院材料工程系 2005．9 1材料科学与工程专业建设的目标 1.1 专业建设基本思路 加快教改步伐，通过课程体系建设、加强实践教学环节的调控、科研素质的培养来大力推进专业学科建设，拓宽专业覆盖面，全面推进素质教育，显著提高教学质量和科研水平，建成基础厚实、特色突出、实力较强的专业。 1.2 专业建设整体目标 通过5年乃至更长时间的建设与发展，打造出特色、优势专业，建设成高水平学科，培养出高素质创新型人才。 （l）科学合理地定好自己的位置，确定好人才培养类型和层次。在专业性质上加强材料科学与工程基础、侧重材料制备和表征训练，以现代科学与工程体系为主干构建专业和组织教学，培养“厚基础、宽专业、高素质、强能力、具创新精神、面向生产第一线的优秀工程型人才”。 （2）专业方向紧密结合产业科技进步需要、地方经济及区域经济的发展需要(尤其是高新技术产业的发展需要)。 （3）突出优势，保持和发展自己的办学特色和专业方向特色，提高办学水平。 （4）以教学内容和课程体系改革为中心，以培养目标和培养模式改革为重点，辅以实践教学改革、教学方法和教学手段改革，全面推进、整体优化。形成特色鲜明的人才培养模式、教学计划、课程体系与教学内容。 （5）强化学生大工程意识的培养与训练，培养适应2l世纪时代特征要求的创新性人才，为我国材料产业的产品更新换代、产业科技进步作出贡献。 (6) 把专业建设和学科建设结合起来，通过若干年的努力，打造出特色品牌专业，建设成高水平学科，培养出高素质、创新型人才。 2材料科学与工程专业建设措施 2.1 建立具有特色的人才培养模式 （1）以新的人才培养观确立了本专业的人才培养目标 在专业建设和教学改革的探索和实践中，我们进一步认识到转变教育思想和教育观念以及树立新的人才培养观的重要性。高等工程教育应从“授技型”向“育才型”转变，从单纯传播知识向全面培养学生的能力转变，从狭窄的专业技术教育向提高学生的综合素质转变，应将工程专业技术人员应具有的爱国主义、集体主义、社会责任感、奉献精神、大工程观念、市场经济观念、开拓创新精神、独立深入学习获取知识的能力、分析解决工程技术问题的能力的培养贯穿于整个教育过程之中。 （2）建立起了新的人才培养模式——两段式、三平台、多专业方向 两段式人才培养模式——三年的基础教育阶段和一年的专业技术教育阶段的人才培养过程；基础教育阶段的三级教学平台——通式教育基础教学平台，大学科基础教学平台，按一级学科设置专业基础教学平台；多专业方向。 2.2 以“大学科、大材料、大工程”的人才培养观，以创新的思路构建起了新型课程体系21世纪人才需求对高等教育提出了新要求，我们必须树立素质是前题、能力是关键、知识是载体的新型人才观，以“大学科、大材料、大工程”的意识，以创新的思路构建起新型课