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材料科學與工程實驗與實踐系列規劃教材材料科學基礎精選實驗教程 版權信息
- ISBN：9787302507321
- 條形碼：9787302507321 ; 978-7-302-50732-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
材料科學與工程實驗與實踐系列規劃教材材料科學基礎精選實驗教程 本書特色
材料科學基礎精選教材！
材料科學與工程實驗與實踐系列規劃教材材料科學基礎精選實驗教程 內容簡介
《材料科學基礎精選實驗教程》包括金相顯微鏡的原理、結構及使用、定量金相分析、金相顯微試樣的制備、金屬材料的硬度測定、掃描電子顯微鏡、X射線衍射分析、晶體結晶過程觀察與凝固條件對金屬鑄錠組織的影響、金屬的材料的塑性變形與再結晶、碳鋼組織觀察及性能分析、碳鋼及合金鋼的應用、鋼的熱處理及其晶粒細化、無鉛釬料的研制、納米氧化鋅的制備及形貌觀察、微晶玻璃的制備與性能測試共14章。并編寫了培養學生實驗研究能力、創新能力的基礎性實驗、綜合性實驗、研究型實驗。每個實驗介紹了實驗目的、實驗內容、實驗報告要求，思考題等，在要求掌握的實驗之外，又提出了相關拓展實驗。
材料科學與工程實驗與實踐系列規劃教材材料科學基礎精選實驗教程 目錄
**篇基礎性實驗
第1章金相顯微鏡的原理、結構及使用
1.1金相顯微鏡的構造
1.1.1照明系統
1.1.2機械系統
1.1.3光學系統
1.2顯微鏡成像原理
1.3顯微鏡的放大率
1.4透鏡成像的質量
1.4.1球面像差
1.4.2色像差
1.4.3像域彎曲
1.5顯微鏡的物鏡
1.5.1數值孔徑
1.5.2分辨率
1.5.3焦深(垂直分辨率)
1.5.4工作距離與視場范圍
1.5.5物鏡的基本類型
1.6顯微鏡的目鏡
1.7金相顯微鏡的照明系統
1.7.1光源
1.7.2臨界照明與科勒照明
1.7.3照明方式與垂直照明器
1.7.4光闌
1.7.5濾色片
1.8金相顯微鏡的使用
1.8.1使用規程
1.8.2使用注意事項
1.9圖像采集與處理
1.10實驗部分
1.10.1實驗目的
1.10.2實驗內容
1.10.3實驗報告要求
1.10.4思考題
參考文獻
第2章定量金相分析
2.1引言
2.2基本符號和基本方程
2.3定量分析的基本方法
2.3.1比較法
2.3.2截線法
2.3.3截面法
2.4定量分析在材料研究中的應用
2.4.1晶粒尺寸的測定
2.4.2第二相顆粒的幾何尺寸測定
2.4.3誤差分析
2.4.4金相圖像分析系統
2.5實驗部分
2.5.1實驗目的
2.5.2實驗內容
2.5.3實驗報告要求
2.5.4思考題
參考文獻
第3章金相顯微試樣的制備
3.1概述
3.2金相顯微試樣的制備
3.2.1取樣
3.2.2鑲樣
3.2.3磨光
3.2.4拋光
3.2.5腐蝕
3.3實驗部分
3.3.1實驗目的
3.3.2實驗內容
3.3.3實驗報告要求
3.3.4思考題
3.3.5拓展實驗研究
參考文獻
第4章金屬材料的硬度測定
4.1概述
4.2洛氏硬度及其測試方法
4.2.1洛氏硬度測試原理
4.2.2洛氏硬度的測試
4.3布氏硬度及其測試方法
4.3.1布氏硬度測試原理
4.3.2布氏硬度的測試
4.3.3布氏硬度的特點
4.4維氏硬度及其測試方法
4.4.1維氏硬度測量原理
4.4.2維氏硬度的測試
4.4.3維氏硬度的特點
4.5顯微硬度及其測試方法
4.5.1測量原理
4.5.2顯微硬度的測試步驟
4.5.3影響顯微硬度值的因素
4.6使用硬度計應注意的事項
4.7實驗部分
4.7.1實驗目的
4.7.2實驗內容
4.7.3實驗報告要求
4.7.4思考題
4.7.5拓展實驗
參考文獻
第5章掃描電子顯微分析
5.1光學顯微鏡的分辨率極限
5.2電子波長及電子顯微鏡分辨率
5.3電子束與物質的相互作用
5.3.1二次電子
5.3.2背散射電子
5.3.3特征X射線
5.3.4俄歇電子
5.3.5陰極熒光
5.4掃描電鏡的主要工作原理
5.4.1掃描電鏡的原理簡介
5.4.2掃描電鏡的放大倍數和分辨率
5.4.3掃描電鏡的景深
5.4.4二次電子及其成像
5.4.5背散射電子及其成像
5.4.6特征X射線及成分分析
5.5掃描電鏡的組成系統
5.5.1電子光學系統
5.5.2電磁偏轉系統
5.5.3掃描系統
5.5.4信號檢測放大系統
5.5.5真空系統和試樣室
5.6電磁透鏡成像質量
5.6.1球面像差
5.6.2色差
5.6.3像散
5.6.4衍射差
5.7圖像的分辨率及其影響因素
5.8掃描電鏡的使用
5.8.1樣品的制備
5.8.2重要操作步驟
5.8.3電子光學系統合軸
5.9實驗部分
5.9.1實驗目的
5.9.2實驗內容
5.9.3實驗報告要求
5.9.4思考題
5.9.5拓展實驗
參考文獻
第6章X射線衍射分析
6.1引言
6.2X射線衍射儀的原理
6.3X射線衍射技術在材料分析中的應用
6.3.1物相分析
6.3.2X射線衍射儀的基本組成
6.4X射線衍射實驗方法
6.4.1樣品的制備
6.4.2實驗參數選擇
6.5物相分析原理和方法
6.5.1物相分析原理
6.5.2物相定性分析的方法
6.6實驗部分
6.6.1實驗目的
6.6.2實驗內容
6.6.3實驗報告要求
6.6.4思考題
6.6.5拓展實驗
參考文獻
第二篇綜合性實驗
第7章晶體結晶過程觀察與凝固條件對金屬鑄錠組織的影響
7.1引言
7.2鹽類結晶過程觀察
7.3鑄錠組織
7.4影響柱狀晶區和等軸晶區生長的因素
7.5實驗部分
7.5.1實驗目的
7.5.2實驗內容
7.5.3實驗報告要求
7.5.4拓展實驗
參考文獻
第8章金屬材料的塑性變形與再結晶
8.1塑性變形的基本方式及其特征
8.1.1滑移
8.1.2孿生
8.2冷塑性變形對金屬組織與性能的影響
8.3冷變形后金屬加熱時組織與性能的變化
8.3.1回復
8.3.2再結晶
8.3.3晶粒長大
8.4實驗部分
8.4.1實驗目的
8.4.2實驗內容
8.4.3實驗報告要求
8.4.4思考題
8.4.5拓展實驗
參考文獻
第9章碳鋼組織觀察及性能分析
9.1引言
9.2FeFe3C相圖
9.2.1鋼的相變
9.2.2冷卻速度對組織的影響
9.3鋼的熱處理
9.3.1過冷奧氏體轉變曲線
9.3.2過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線
9.4鋼的熱處理工藝
9.4.1退火
9.4.2正火
9.4.3淬火
9.4.4回火
9.5鋼的顯微組織
9.5.1鋼的退火組織
9.5.2鋼的淬火組織
9.5.3鋼的回火組織
9.5.4鋼中的貝氏體
9.6實驗部分
9.6.1實驗目的
9.6.2實驗設備及用品
9.6.3實驗內容
9.6.4實驗報告要求
參考文獻
第三篇研究性實驗
第10章碳鋼及合金鋼的應用
10.1碳鋼的分類及應用
10.1.1普通碳素結構鋼
10.1.2優質碳素結構鋼
10.1.3碳素工具鋼
10.2合金鋼
10.2.1合金元素在鋼中的作用
10.2.2合金鋼分類及牌號
10.3合金結構鋼
10.3.1低合金結構鋼
10.3.2合金滲碳鋼
10.3.3合金調質鋼
10.3.4合金彈簧鋼
10.3.5滾珠軸承鋼
10.4合金工具鋼
10.4.1低合金工具鋼
10.4.2高合金工具鋼
10.5特殊性能鋼
10.5.1不銹鋼
10.5.2耐熱鋼
10.5.3低溫鋼
10.5.4耐磨鋼
10.6實驗部分
10.6.1實驗目的
10.6.2實驗設備及用品
10.6.3實驗內容
10.6.4實驗報告要求
參考文獻
第11章鋼的熱處理及其晶粒細化
11.1鋼晶粒細化的必要性
11.2奧氏體的晶粒度及晶界顯示
11.2.1奧氏體的晶粒度
11.2.2原奧氏體晶界的顯示
11.3鋼在加熱過程中的組織轉變
11.4組織遺傳性的影響因素
11.5晶粒細化的熱處理工藝
11.5.1低合金鋼和碳鋼
11.5.2合金鋼
11.6實驗部分
11.6.1實驗目的
11.6.2實驗設備及用品
11.6.3實驗內容
11.6.4實驗報告要求
參考文獻
第12章無鉛釬料的研制
12.1錫釬焊的發展史
12.2電子行業對無鉛釬料的要求
12.2.1表面封裝技術的發展
12.2.2SMT的可靠性對無鉛釬料的要求
12.3國內外研究狀況
12.4焊錫的相圖與組織
12.5SnCu系無鉛釬料
12.5.1SnCu系無鉛釬料的特性
12.5.2SnCu系無鉛釬料存在的問題
12.5.3添加不同元素對SnCu系無鉛釬料性能的影響
12.5.4SnCu系無鉛釬料的發展方向
12.6SnAg系及SnAgCu系無鉛釬料
12.6.1SnAg二元合金
12.6.2SnAgCu三元合金
12.6.3SnAgCu系三元釬料的合金組織及金屬間化合物
12.7實驗部分
12.7.1實驗目的
12.7.2實驗內容
12.7.3實驗報告要求
參考文獻
第13章納米氧化鋅的制備及形貌觀察
13.1引言
13.2納米氧化鋅的應用
13.3納米氧化鋅的制備
13.3.1水熱法
13.3.2水熱反應過程
13.4實驗部分
13.4.1實驗目的
13.4.2實驗原料及儀器
13.4.3實驗過程
13.4.4實驗內容
13.4.5實驗注意事項
13.4.6思考題
13.4.7實驗報告要求
參考文獻
第14章微晶玻璃的制備與性能測試
14.1引言
14.1.1微晶玻璃的性能及應用
14.1.2微晶玻璃的分類
14.2微晶玻璃的制備方法
14.2.1整體析晶法
14.2.2燒結法
14.2.3溶膠凝膠法
14.2.4浮法
14.3微晶玻璃的性能
14.3.1密度
14.3.2強度
14.3.3硬度
14.3.4熱膨脹系數和抗熱沖擊性能
14.3.5電阻率
14.3.6介電常數和介電損耗
14.3.7化學性質
14.3.8光學性質
14.4CaOAl2O3SiO2微晶玻璃微觀組織觀察
14.5實驗部分
14.5.1實驗目的
14.5.2實驗設備及原料
14.5.3實驗內容
14.5.4思考題
14.5.5實驗報告要求
參考文獻
展開全部
材料科學與工程實驗與實踐系列規劃教材材料科學基礎精選實驗教程 節選
第3章金相顯微試樣的制備 3.1概述 顯微分析是研究金屬顯微組織的*重要的方法。在金相學的發展歷史中，絕大部分研究工作是借助于光學顯微鏡完成的。近年來，電子顯微鏡的重要性日益增加，但是光學顯微金相技術在教學、科學和生產中仍將占據一定的位置。 用光學顯微鏡觀察和研究任何金屬顯微組織，通常分三個階段進行： 制備截取試樣的表面； 采用適當的腐蝕操作顯示表面的組織； 用顯微鏡觀察和研究試樣表面的組織。這三個階段是一個有機的整體，無論哪一個階段操作不當，都會影響*終效果。因此，不應忽視任何一個環節。不適當的操作可能形成“偽組織”，導致錯誤的分析。為能清楚地顯示出組織細節，在制樣過程中不使試樣表層發生任何組織變化，拖尾、劃痕、麻點等，有時還需保護好試樣的邊緣。 粗糙的試樣表面會對入射光產生漫反射，無法用顯微鏡觀察其內部組織。因此，需要對試樣表面進行加工(通常用磨光和拋光)以得到一個光亮的鏡面。這個表面還必須能完全代表取樣前所具有的狀態，即不能在制樣過程中使表層發生任何組織變化，這就是試樣的制備階段。僅具有光滑的平面試樣，在顯微鏡下只能看到白亮的一片，而看不到組織細節，這是由于大多數金屬組織相對于光具有相近的反射能力的緣故。為此必須用一定的試劑對試樣表面進行腐蝕，使試樣表面有選擇性地溶解某些部分(如晶界)，從而呈現微小的凹凸不平，這些凹凸不平都在光學系統的景深范圍內，這時用顯微鏡就可以清楚地觀察到組織的形貌、大小和分布，這就是組織顯示階段。經過上述兩個階段后，就可以進入顯微分析的第三階段，即顯微組織的觀察和分析。 由于研究材料各異，金相顯微制樣的方法是多種多樣，其步驟通常可分為取樣、鑲樣、磨光、機械拋光(或電解拋光、化學拋光)、腐蝕等幾個主要工序。 3.2金相顯微試樣的制備 金相試樣制備的實驗流程為 取樣(切割機或其他設備)→鑲樣(熱鑲樣機或冷鑲)→磨光(預磨機)→拋光(拋光機)→腐蝕(腐蝕液)。 3.2.1取樣 選擇合適的、有代表性的試樣是進行金相顯微分析的重要一步，包括選擇取樣部位、檢驗面及確定截取方法、試樣尺寸等。取樣可分為兩種情況，一種是系統取樣，試樣必須能表征被檢驗材料或零件的特點，即要有代表性。另一種是指定取樣，即根據所研究的問題，有針對性地取樣。 1. 取樣部位 取樣部位及檢驗面的選擇取決于檢驗目的、被分析材料的特點、加工工藝過程及熱處理過程，主要有以下幾個方面的原則： (1) 對系統取樣中的常規檢驗可以查閱相關標準，按規定取樣，如《中華人民共和國黑色冶金行業標準》等。 (2) 對于零件失效分析試樣，需根據零件的使用部位、受力情況、出現裂紋的部位和形態等具體情況，抓住關鍵部位取樣分析。 (3) 對鑄件，必須從表面到心部，從上部到下部觀察其組織差異，以了解偏析情況，以及縮孔疏松及冷卻速度對組織的影響。 (4) 對鍛軋及冷變形加工的工件，應采用縱向截面，以觀察組織和夾雜物的變形情況； 而熱處理后的顯微組織則應采用橫向截面。 2. 試樣截取 金相試樣截取的方法很多，根據零件大小、材料性能、現場實際情況選擇。對于軟材料，可以用鋸、車、刨等加工方法； 對于硬材料，可采用砂輪切片機切割或電火花切割等方法。對于硬而脆的材料，可采用錘擊方法，也可采用線切割方法。在切割時，應注意采取冷卻措施，以免試樣因受熱而引起原觀察組織的變化。試樣上因截取時而引起的變形層或燒損層必須在后續工序中去掉。 3. 試樣尺寸 截取的試樣尺寸以便于握持、易于磨制為準。通常取用圓柱體(15mm×18mm)或邊長為15~25mm的立方體。試樣太小操作不便，試樣太大則磨面過大，增加磨制時間且不易磨平。對于形狀特殊或尺寸細小不易握持的試樣，要采取鑲嵌或機械夾持的方法。截取后的試樣若不平，黑色金屬一般要用砂輪打平，如鋁、銅、鎂等有色金屬之類的軟材料可用銼刀銼平。在磨制過程中，試樣需不斷用水冷卻，以防止試樣因受熱升溫而產生組織變化。此外，在一般情況下，試樣周邊用砂輪或銼刀磨呈45°(倒角)，以免尖銳的邊角在磨光及拋光時將砂紙和拋光織物劃破，但是對于需要觀察表層組織(如熱處理表面強化層、化學熱處理滲層、脫碳層、裂紋區等)的試樣，須注意保護，嚴禁倒角并應保證磨面平整，這類試樣*好進行鑲嵌。 3.2.2鑲樣 對于形狀特殊或尺寸細小(如帶、絲、片、管)、較軟、易碎或者邊緣需要保護的試樣，要進行鑲嵌或機械夾持，使其變成易于制備的試樣。另外，隨著試樣磨光、拋光逐漸自動化，也要求試樣尺寸標準化，這需要通過鑲嵌完成。 鑲嵌就是將試樣鑲在有機材料里，根據使用的材料和工藝分為熱鑲嵌、冷鑲嵌和傾斜鑲嵌。 1. 熱鑲嵌 熱鑲嵌就是用熱固性塑料(如電木粉，即酚醛樹脂)或熱塑性塑料(如聚氯乙烯或聚苯乙烯)等做鑲嵌材料，在鑲嵌機內加熱加壓成形，然后冷卻脫模而成。熱固性塑料需加熱到110~150℃，熱塑性塑料加熱溫度更高，需140~160℃。電木粉不透明，有各種顏色，而且比較硬，試樣不易倒角，同時抗強酸強堿的耐腐蝕性能比較差。聚氯乙烯為半透明或透明狀，抗酸堿的耐腐蝕性能好，但較軟。用這兩種材料鑲樣均需用鑲樣機加壓加熱才能成形，在鑲嵌過程中，可能會引起淬火馬氏體回火、軟金屬發生塑性變形等。因此對溫度及壓力極敏感的材料(如淬火馬氏體與易發生塑性變形的軟金屬)以及有微裂紋的試樣，應采用冷鑲法，在室溫下固化，避免試樣組織發生變化。 XQ1型金相試樣鑲樣機如圖3.1所示，主要包括加壓設備、加熱設備及壓模三部分。鑲樣機需將試樣磨面向下，放入下模上，在加熱模具中放入適量鑲樣粉，裝上模，固緊頂壓螺桿，轉動加壓手輪至壓力指示燈亮，打開加熱開關(自動控溫)。在加熱過程中鑲嵌粉逐漸軟化，壓力降低，指示燈熄滅，繼續增加壓力至指示燈亮，加熱8~12min后，反向轉動加壓手輪后，轉開頂壓蓋，再轉動加壓手輪上升壓模，即可取出鑲嵌好的試樣(注意防燙)。美國標樂公司、法國普瑞斯公司、丹麥司特爾公司生產的熱壓鑲嵌機可自動加壓，有的還可進行快速雙重鑲嵌，使用方便，節省時間。如圖3.2是丹麥司特爾公司生產的CitoPress20型熱鑲樣機，其自動配料系統實現了快速、方便的樹脂配料。屏幕顯示熱鑲樣應用指南、數據庫選項，以及適用于多孔試樣的敏感選項等。 圖3.1XQ1型金相試樣鑲樣機 圖3.2CitoPress20型熱鑲樣機 2. 冷鑲嵌 冷鑲嵌是指在室溫下使鑲嵌料固化，適合處理薄、脆、松散等不適宜受壓的材料及組織結構對溫度變化敏感或熔點較低的材料。冷鑲嵌的優點是可同時澆注多塊試樣、工作周期短、試樣不發生組織轉變、無需設備投資、不產生變形(不加壓)、可采用真空鑲嵌技術填充孔隙。將試樣置于模子中，注入冷鑲嵌料，冷凝后脫模。鑲嵌介質應當與試樣能良好地附著并不產生固化收縮，否則會產生裂紋或縫隙。鑲嵌模式有標準圓形和各種各樣的型腔形狀。 冷鑲嵌料通常為雙組分體系，*常見者為兩種液體，也可以是一種液體一種粉末，分別為樹脂和固化劑。常用的冷鑲嵌料有環氧樹脂和固化劑，樹脂和固化劑在鑲嵌前必須仔細計量，并充分混勻。固化劑主要是胺類化合物。通常的固化劑占總量10%左右。冷鑲嵌時不需專用設備、不加壓、可同時澆注多塊試樣，但一般都帶有異味，*好在通風櫥內操作。有些樹脂常與其接觸對皮膚有害。 樹脂可分為環氧樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂幾種類型。環氧樹脂鑲樣收縮率低，固化時間長，邊緣保護好，流動性好，可將所有穴腔、裂縫或氣孔等統統填滿，常用于真空浸漬，適用于多孔材料的鑲嵌； 聚酯樹脂鑲樣呈黃色透明狀，固化時間較長，適用于大批量無孔隙的試樣； 丙烯酸樹脂鑲樣為乳白色，固化時間短，適用于大批量試樣鑲樣，對于有裂紋或孔隙的試樣有較好的滲透性，特別適用于印刷電路板封裝，而且丙烯酸類在X射線衍射中不會產生可干擾試樣信號的寄生信號，此物用起來簡單、安全、拆卸也方便，只需將鑲樣侵入熱甘油中，數分鐘后從甘油中取出，用虎鉗擠壓鑲樣，試樣即可從中跳出。 鑲嵌多孔、易脆、易散等試樣時，環氧樹脂真空浸滲特別適用，浸滲后的試樣還可在精磨后進行二次浸滲。真空浸滲將氣孔、縫隙和裂紋中的空氣排出，讓環氧樹脂滲入，因此，可達到完全粘合，減少易脆易散試樣破損的機會，反之，如粘接不足，則在磨削和拋光時將造成部分樣品破裂。填滿氣孔可保留其組織結構。未浸滲過的多孔試樣經拋光實驗表明，不僅氣孔尺寸擴大，而且孔沿也被修圓，有的甚至塌陷。問題的嚴重程度隨拋光工藝而異。明孔或明裂紋中可藏入拋光劑、溶劑或侵蝕劑，從而造成沾污。 圖3.3Cast NVac1000型 真空滲透儀 真空浸漬常用于粉末冶金試樣、煤或焦炭、陶瓷和礦產品，再就是腐蝕或失效分析。所需設備簡單，可以用一臺簡單的機械真空泵搭建，也可以買專門的儀器設備，如美國標樂公司、法國普瑞斯公司、丹麥司特爾公司的真空冷鑲嵌機。如圖3.3所示為美國標樂公司生產的Cast NVac1000型真空滲透儀。適用于各種環氧樹脂和聚酯澆注料的鑲嵌(冷)化合物。真空泵可迅速排除任何多孔試樣中夾帶的空氣，并通過簡單的O形圈密封，在整個浸滲過程中都保持真空。澆注機械裝置使預混的鑲嵌化合物可置于腔體中，利用真空腔體內的旋轉臺，可一次性澆注到多個模具中，實現多個試樣在同一時間內進行真空浸滲。 3. 傾斜鑲嵌 對于薄層組織，如鍍層、滲層、變形層等，由于太薄，觀察和測量都有一定困難，可以采用錐形截面來增加觀察厚度。錐形截面可利用傾斜鑲嵌法獲得，圖3.4為傾斜鑲嵌示意圖，被觀察者借助于支持物傾斜放入到鑲嵌料中，傾角為α，若薄層真實厚度為d，傾斜鑲嵌時的表觀厚度為l，則l=d/sinα。例如，當α=5°時，l=10d。這種錐形截面對薄層組織的研究是非常有用的。
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