金相显微镜的使用及金相试样的制备实验

实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备

一．实验目的

1．学习了解金相显微镜的使用。

2．学习了解金相试样的制备。

二．概述

利用金相显微镜，在试样上观察金属组织的方法称为显微分析，所能观察到的金属组织称为显微组织。显微分析是研究金属材料的一种重要方法。通过这种方法可以观察、研究金属材料的组织形貌、晶粒大小、非金属夹杂物等在组织中的数量和分布情况等问题。金相显微镜可以用于研究材料的组织结构与化学成分之间的关系；确定各类材料经不同加工工艺处理后的显微组织；判别材料质量的优劣等。

1．金相显微镜的构造及使用

正常人眼看物体时，最适宜的距离大约在250mm左右（称为明视距离），这时能分辨0.15~0.30mm距离，放大镜一般只能放大25倍，若要提高放大倍数以观察更细小的物体，就必须利用显微镜。光学金相显微镜放大倍数为几十倍到2000倍，它的放大原理如图1.1所示。

图1.1 显微镜成像原理图

对着被观察物体的透镜叫做物镜；对着人眼的透镜叫做目镜。当观察物体AB放在物镜的举例焦点F1略远一点的地方时，则在透镜另一侧形成道理放大实像A1B1，A1B1处于目镜

A B，虚像成像在人焦点F2之内。人眼通过目镜观察实像A1B1时，将得到道理放大虚像''

11

眼明视距离处。

物镜的放大倍数

目镜的放大倍数

显微镜总的放大倍数

即显微镜放大倍数等于物镜和目镜单独放大倍数的乘积。

本次实验使用XJP-100型金相显微镜，如图1.2所示。它的构造可分为三部分：光学系统、机械系统和照明系统。

（1）光学系统：主要是目镜组和物镜组。

目镜：放大倍数有5⨯、10⨯、12.5⨯

物镜：放大倍数有10⨯、40⨯、100⨯

（2）机械系统：主要是底座、载物台、物镜转换器和调焦装置。

底座：支持整个显微镜体。

载物台：放置试样用。

武警转换器：用于更换不同倍数的物镜。

调焦装置：调节焦距用，一般显微镜分粗调和微调。

（3）照明系统：照明系统由光源、聚光透镜、孔径光栏、视场光栏和棱镜等组成。

图1.2 XJP-100型金相显微镜

光源：6V15W的低压灯泡作为光源，发出白色光。

聚光透镜：使从光源来的分散光线聚光集中。

孔径光栏：孔径光栏可以连续调光，使试样表面获得充分均匀的照明。

金相显微镜是精密的光学仪器，使用中一定要遵守以下几点：

（1）初次操作金相显微镜钱，应了解显微镜的基本原理和构造以及各部件的作用。

（2）不能用手及手帕等触摸物镜和目镜的透镜以及其它光学附件。

（3）操作时应细心，不能有粗暴和剧烈的动作。更换镜头时应特别小心。禁止拆卸显微镜和镜头等附件。

（4）调焦距时，为了避免物镜碰撞试样，应先使物镜上升，尽量靠近试样（但不能接触），然后一面从目镜中观察，一面缓慢转动调焦手轮，直到组织清晰为止。

（5）使用完毕后，把显微镜回复到使用前的状态。

2．金相试样的制备

金相试样的制备过程包括取样、磨制、抛光、侵蚀等几个步骤，制备好的试样应能观察到真实的组织，无磨痕、麻点、水迹，并使金属组织中的夹杂物、石墨等不脱落，否则将会严重影响显微分析的正确性。

（1）取样

显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用收据后锯床切割，硬而脆的材料可用锤击打，对极硬的材料可用砂轮片切割或电脉冲加工。但不论哪种方法取样，都应避免试样受热或变形而引起金属组织变化。试样尺寸不要过大，应便于握持磨削。其尺寸常采用直径为12 15mm的方形试样对形状特殊或尺寸细小不宜握持的试样，可采用镶嵌的方法，将试样镶嵌在有热固性塑料（如胶木粉）及热塑性材料（聚乙烯、聚合树脂）中。

（2）磨制

磨制的目的是为了得到平整而光滑的金相平面，并为进一步的抛光做好准备。将粗磨好的试样用水冲洗擦干后，随即依次用由粗到细（360倍，600倍，1000倍，1200倍）的各号金相砂纸将磨面磨光。磨制时应将砂纸平铺于厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，而且造成磨面变形。试样退回时不能与砂纸接触，以保证磨面平整而不产生弧度。这样“单程单项”地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均一致为止，在调换下一号更细砂纸时，应将试样转动90º即与上一道磨痕方向垂直。

（3）抛光

抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。常用的抛光方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光。其中以机械抛光应用最广，本次实验采用机械抛光。

机械抛光是在专业的抛光机上进行。抛光机主要由电动机和抛光圆盘（直径200~300mm）组成，抛光圆盘转速为1350转/分钟。抛光圆盘上铺以抛光布（细帆布、呢绒、丝绸等）。抛光时应不断将抛光液滴在抛光布上。抛光液通常采用Al2O3、MgO、Cr2O3等细粉末（粒度均为0.3~1mm）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉对磨面的机械作用来消除磨痕而使其成为光滑的镜面。

抛光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做径向往复运动，同时试样自身略加运动，以便试样各部分抛光程度一致及避免曳尾现象的出现。抛光过程中抛光液滴注量以试样离开抛光盘后试样表面的水膜在数秒钟可自行会发为宜。抛光时间一般为3~5分钟。、

抛光后的试样其磨面应光亮无痕，且石墨或夹杂物等不应跑掉或有曳尾现象。抛光后的试样应该用清水冲洗干净，然后用酒精冲去残留水滴，再用吹风机吹干。

（4）侵蚀

抛光后的试样磨面是一光滑磨面，若直接放在显微镜下观察，只能看到一片光亮，除某些非金属夹杂物、石墨、空洞裂纹外，无法辨认出各种组成物及其形态特征。必须经过适当的侵蚀，才能使显微组织正确的显示出来。目前，最常用的侵蚀方法是化学侵蚀法。

化学侵蚀是将抛光好的试样磨面在化学浸蚀剂（常用酸、碱、盐的酒精或水溶液）中侵蚀或擦拭一定时间。由于金属材料中各相的化学成分和结构不同，固有不同的电极和电势，在侵蚀中就构成了许多微电池，电极电势低的相为阳极而被溶解，电极电势高的相为阴极而被保持不变。故在侵蚀后就形成了凹凸不平的表面，在显微镜下，由于光线在各处的反射情况不同，就能观察到金属的组织特征。

化学侵蚀剂的种类很多，应按金属材料的种类和侵蚀的目的，选择恰当的侵蚀剂。