一金相显微镜的使用及金相试样的制备电子教案
实验 金相试样制备与金相显微镜的结构和使用
实验金相试样制备与金相显微镜的结构和使用实验目的金相显微镜的原理金相试样的制备实验设备及材料实验内容及步骤实验报告要求思考题一：实验目的(1)了解金相显微镜的结构及原理(2)熟悉金相显微镜的使用与维护方法(3)了解浸蚀的基本原理，并熟悉其基本操作(4)掌握金相试样制备的基本操作方法二：金相显微镜的原理、构造及使用(1)金相显微镜的基本原理显微镜的放大倍数。
显微镜的放大倍数等于物镜和目镜单独放大倍数的乘积，即物镜放大倍数为M物，目镜放大倍数为M目，显微镜放大倍数为M=M物*M目。
物镜和目镜的放大倍数刻在嵌套圈上，例如10X、20X、45X分别表示放大10倍、20倍、45倍。
显微镜的鉴别率。
显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离d的能力，d值越小，鉴别率越高。
鉴别率是显微镜的一个重要的性能，它决定于物镜数值孔径A和所用的光线波长λ，可用下式表示：d=λ/(2A) 式中：λ表示入射光线的波长；A表示物镜的数值孔径。
λ越小，A越大，则d越小。
物镜数值孔径。
物镜数值孔径表示物镜的聚光能力，其大小为A=n*sinα 式中：n表示物镜与试样之间介质的折射率；α表示物镜孔径角的一半。
N越大或α角越大，A越大。
(2)显微镜的构造照明系统：在底座内有一个低压（6～8V，15V）的灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。
聚光灯、孔径光栏以及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏以及另一个聚光镜则安装在支架上，它们构成了显微镜的照明系统，使试样表面获得充分、均匀的照明。
显微镜调焦装置：在显微镜的两侧有粗动和微动调焦手轮，两者在同一部位。
随粗调手轮6的转动，支撑载物台的弯臂作上下运动。
在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。
微调手轮5使显微镜本题沿着划轨缓慢移动。
在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下微动0.002毫米。
与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有两条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就会自动被限制，此时，不能再继续旋转而应该倒转来使用。
金相显微样品的制备及金相显微镜的使用
实验一金相显微样品的制备及金相显微镜的使用一,实验目的1. 掌握金相样品的制备过程和基本方法;2. 了解金相显微镜的基本原理,构造,掌握显微镜的正确使用.二,实验原理利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析.它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术,在金属材料研究领域中占有很重要的地位.在现代金相显微分析中,使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜.这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍.显微镜的基本原理,构造及使用1. 显微镜的基本原理最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成.图1-1为相显微镜成像的光学原理示意图.图中AB 为被观察的物体,对着被观察物体的透镜O1叫物镜;对着人眼的透镜O2叫目镜.物镜使物体AB形成放大的倒立实像A＇＇B＇＇,目镜再将A＇＇B＇＇放大成仍然倒立的虚像A"B".其位置正好在人眼的明视距离约250mm处.在显微镜中所观察的就是这个虚像A"B".1 显微镜的放大倍数放大倍数由下式确定:式中:M—显微镜总放大倍数;M物—物镜的放大倍数;M目—目镜的放大倍数;f物—物镜的焦距;f目—目镜的焦距;L—显微镜的光学镜筒长度;D—明视距离250mm.由上式可知:f物 ,f目越短或L越长,则显微镜的放大倍数越大.2 物镜的鉴别率物镜的鉴别率是指物镜能清晰分辨试样两点间最小距离的能力.物镜鉴别率的数学公式为: 式中:d—物镜的鉴别率;λ—入射光源的波长;A—物镜的数值孔径,它表示物镜的聚光能力.由公式可知,波长λ越短,数值孔径A越大,则鉴别能力就越高d越小,在显微镜中就能看到更细微的部分.数值孔径A可由下列公式求出:北京时代金相显微镜，金相显微镜式中:η—物镜与物体之间介质的折射率;φ—物镜孔径角的一半,即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度.η越大或物镜孔径角越大,则数值孔径越大,由于φ总是小于90,所以在空气介质η=1中使用时,数值孔径A一定小于1,这类物镜称干系物镜.当物镜上面滴有松柏油介质η=1.52时,A值最高可达1.4,这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜,每个物镜都有一个设计额定的A值,刻在物镜体上.3 显微镜的有效放大倍数由M=M目·M物知,显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合.如45倍的物镜乘以10倍的目镜或者15倍的物镜乘以30倍的目镜都是450倍.对于同一放大倍数,如何合理选用物镜和目镜呢应先选物镜,一般原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500~1000倍,即这个范围称为显微镜的有效放大倍数范围,若M1000A,则形成"虚伪放大",组织的细微部分将分辨不清.待物镜选定后,再根据所需的放大倍数选用目镜.4 景深:即垂直鉴别率,反映了显微镜对于高低不同的物体能清晰成像的能力.式中:M—放大倍数;R—半孔径角;λ—波长;n—介质折射率.由式可知n,R越大,景深越小;物距增加,景深增加.在进行断口分析时,为获得清晰的断口凹凸图像,景深不能太小.5 透镜的几何缺陷单色光通过透镜后,由于透镜表面呈球形,光线不能交于一点,则使放大后的象模糊不清,此现象称球面象差.多色光通过透镜后,由于折射率不同,使光线不能交于一点也会造成模糊图像,此现象称色象差.减小球面象差的办法:可通过制造物镜时采用不同透镜组合进行校正;调整孔径光栏,适当控制入射光束等办法降低球面象差.减小色象差办法:可通过物镜进行校正或采用滤色片获得单色光的办法降低色象差.2. 显微镜的构造图1-2为不同型式的金相显微镜的基本构造及光学行程.图1-2 金相显微镜的基本构造及光学行程金相显微镜分为台式,立时及卧式三种类型,各种类型又有许多不同的型号.虽然显微镜的型号很多,但基本构造大致相同,现以XJB-1型金相显微镜为例介绍显微镜的构造.金相显微镜通常由光学系统,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.北京时代金相显微镜，金相显微镜图1-3 XJB-1型金相显微镜的光学系统1-灯泡;2-聚光透镜组;3-聚光镜;4-半反射镜;5-辅助透镜;6-物镜组;7-试样;8-反光镜;9-孔径光阑;10-视场光阑;11-辅助透镜;12,13-棱镜;14-物镜XJB-1型显微镜的光学系统如图1-3所示.由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径光栏9,再经过聚光镜3聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照射到试样7的表面上,从试样反射回来的光线又经过物镜组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造成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜的放大,就成为在目镜视场中能看到的放大影像.照明系统:由电源220V经变压器6~8V使灯泡6-8V,15w发光作为光源.还有聚光镜,孔径光栏,视场光栏等装置,组成显微镜的照明系统.机械系统及其它各部件:调焦装置:在显微镜体两侧有粗调和微调旋钮.随粗调旋钮的传动,支撑载物台的弯臂作上下移动.微调旋钮使其沿滑轨缓慢移动.载物台试样台:用于放置金相试样.载物台和下面托盘之间有导轨,用手推动,可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动,以改变试样的观察部位.孔径光栏:它是用于控制入射光束的粗细,以保证物像达到清晰的程度.视场光栏:它的作用是控制视场范围,使目镜中视场明亮而无阴影.在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉,用来调整光栏中心.3. 显微镜的使用规程及注意事项金相显微镜是一贵重精密光学仪器,使用时要细心谨慎.使用前应先了解显微镜的基本原理,构造及各主要部件的位置和作用,然后再按照使用规程和应注意事项进行操作.北京时代金相显微镜，金相显微镜1 显微镜的使用规程:先将显微镜的插头插在低压6~8V变压器上,通过变压器接通电源.根据放大倍数选用所需物镜和目镜,分别安装在物镜座及目镜筒上.将试样放在载物台中心,并使观察面朝向物镜.用双手旋转粗调旋钮,将载物台降下,使样品靠近物镜,但不接触.然后边观察目镜边用双手旋转粗调旋钮,使载物台慢慢上升,待看到组织时,再旋转微调旋钮,直至图像清晰为止.2 使用注意事项:操作时要细心,动作要轻微.光学系统等重要部件不得自行拆卸.使用时如出现故障,应及时报告指导教师进行处理.显微镜各种镜头严禁用手指触摸或用手帕等擦拭,擦拭镜头需用镜头纸.显微镜的灯炮电压为6~8v,严禁直接插在220v的电源插座上.在旋转聚焦旋钮时,动作要慢,碰到阻碍时立即停止操作,并报告指导教师进行处理.使用完毕,关闭电源,将显微镜恢复到使用前状态,经指导老师检查无误后,方可离开实验室. 金相显微试样的制备北京时代金相显微镜，金相显微镜金相试样的制备包括取样,磨制,抛光和浸蚀等步骤.1.取样试样的选取应根据被检验材料或零件的特点,取其有代表性的部位.例如研究零件的失效原因时,应在失效部位取样,并在完好部位取样,以便对比分析.对于铸造合金,考虑到组织的不均匀性,应从表层到中心各个部位进行选取.对于轧材,研究表层缺陷和夹杂物的分布时应横向取样;研究夹杂物类型,形状,变形程度,带状组织时应纵向取样.对一般热处理后的零件,由于组织均匀,可任意取样取样时应保证试样观察面不发生组织变化,软材料取样可用锯,刨,车等方法,硬材料取样可用砂轮切片机等方法,脆性材料可用锤击等方法.试样尺寸不宜过大或过小,一般以手拿方便即可,其形状以便于观察为宜.2.磨制1 粗磨:粗磨目的是为了获得一个平整的表面,软材料试样可用锉刀锉平;钢铁材料可用砂轮机磨平.磨削时应注意试样对砂轮的压力不宜过大,以免在试样表面上形成较深的磨痕而增加细磨的困难,磨削时应不断用水冷却试样,以免受热引起组织变化,试样边缘要进行倒角,以免在细磨和抛光时划破砂纸和抛光绒布或造成试样从抛光机上飞出伤人.2 细磨:细磨分手工磨光和机械磨光两种.手工磨光是用手拿住试样在金相砂纸上进行.金相砂纸按粗细分为01,02,03,04,05号等.细磨时依次从01磨到05号,钢铁材料一般磨到04号即可,软材料如铝,镁等合金可磨到05号砂纸.细磨时必须注意:1 细磨时应将砂纸放在光滑平整物体如玻璃板上,手指拿住试样,并使磨面朝下,均匀用力由后向前推行磨削.在回程时,提起试样不与砂纸接触,以保证磨面平整而不产生弧度.2 每换一号砂纸时,应将试样转90°再磨,使磨削方向与前道磨痕方向垂直,以便观察前道磨痕是否全部消除.3 每更换一次砂纸之前,应把试样,玻璃和手洗净,以免把粗砂粒带到下一号细砂纸上去.另外,磨削软材料时,可在砂纸上涂一层润滑剂,如机油,甘油,肥皂水等,以免砂粒嵌入试样磨面.机械磨光是在预磨机上进行.预磨机是由电动机带动转盘,转盘分为蜡盘和砂纸盘两种.蜡盘就是把混有金刚砂的熔化石蜡浇在转盘上,待凝固车平后装在预磨机上就可使用.做成不同粗细的金刚砂蜡盘,在生产检验中被大量使用.砂纸盘是把水砂纸剪成圆形,用水玻璃粘在预磨机转盘上,水砂纸按粗细分为200,300,400,500,600,700,800,900号等,一般用200,400,600,800号水砂纸依次磨制即可,用蜡盘和水砂纸盘磨制时,要不断加水冷却.3. 抛光抛光由机械抛光,电解抛光,化学抛光等方法,使用最广的是机械抛光.机械抛光是在抛光机上进行.抛光机由电动机带动抛光盘,抛光盘上铺有不同的抛光布.粗抛时用帆布或粗呢,细抛时用绒布,细呢或丝绸等.抛光过程中要不断向抛光布上倒入适量的水与Cr2O3或Al2O3,MgO等悬浮液.试样的磨面应平正地压在旋转的抛光盘上,压力不宜过大,并使试样从抛光盘边缘到中心不断地作径向往复移动.待试样表面磨痕全部被抛掉而呈现光亮镜面时,抛光即可停止,并将试样用水或酒精洗干净后转入浸蚀.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,除非某些金属夹杂物如MnS 及石墨等外,不能辨别出各种组织及其形态.因此,必须用浸蚀剂对试样抛光面进行浸蚀,钢铁材料通常用3~5％硝酸酒精溶液.浸蚀方法是将待观察面浸入浸蚀剂中,或用玻璃棒缠少许脱脂棉蘸取浸蚀剂擦拭的方法.浸蚀时间要适当,当试样抛光亮面呈灰色时就可停止,并立即用清水或酒精清除残酸,用吹风机吹干后,即可在显微镜下进行观察.若试样浸蚀过度,显微组织模糊不清时,须重新抛光和浸蚀,若浸蚀不足,组织不能完全显露时,可进行补充浸蚀.三,实验设备及材料1. 设备:金相显微镜,抛光机,砂轮机.2. 各号金相砂纸,抛光布,抛光膏,脱脂棉,3~5％硝酸酒精溶液,试样,竹夹子等.四,实验报告要求1. 简述实验目的,实验内容.2. 简述金相试样的制备过程.实验二北京时代金相显微镜，金相显微镜金属材料的硬度实验一,实验目的1. 了解硬度测定的基本原理及应用范围.2. 了解布氏,洛氏硬度实验机的主要结构及操作方法.二,实验原理硬度是指材料对另一较硬物体压入表面的抗力,是重要的机械性能之一.它是给初级金属材料软硬程度的数量概念,硬度值越高,表明金属抵抗塑性变形能力越大,材料产生塑性变形就越困难,硬度实验方法简单,操作方便,出结果快,又无损于零件,因此被广泛应用.测定金属硬度的方法很多,有布氏硬度,洛氏硬度和维氏硬度等.1. 布氏硬度HB1 布氏硬度试验的基本原理布氏硬度试验是以一定直径D的钢球上施加一定负荷P,压入被测金属表面如图2-1所示保持一定时间,然后卸荷,根据金属表面的压痕面积F求应力值,以此作为硬度值的计量指标,以HB表示,则2-1式中:P—负荷kgfD—钢球直径mmh—压痕深度mm图2-1 布氏硬度实验原理图由于测量压痕d要比测量压痕深度h容易,将h用d代换,这可由图2-1b中的△Oab关系求出:2-2北京时代金相显微镜，金相显微镜将式2-2代入式2-1即得:2-3式2-3中,只有d是变数,所以只要测量出压痕直径d,就可根据已知的D和P值计算出HB值.在实际测量时,可根据HB,D,P,d的值所列成的表,若D,P已选定,则只需用读数测微尺将实际压痕直径d放大10倍的测微尺测量压痕直径d,就可直接查表求得HB值.由于金属材料有硬有软,所测工件有厚有薄,若采用同一种负荷如3000kgf和钢球直径如10mm时,则对硬的金属适合,而对软的金属就不合适,会使整个钢球陷入金属中;若对厚的工件适合,而对薄的金属则可能压透,所以规定测量不同材料的布氏硬度值时,要有不同的负荷和钢球直径,为了保持统一的,可以相互进行比较的数值,必须使P和D之间保持某一比值关系,以保证所得到的压痕形状的几何相似关系,其必要条件就是使压入角保持不变.由图2-1b可知:2-4将式2-4代入式2-3得:2-5式2-5说明,当φ值为常数时,为使HB值相同,P/D2也应保持为一定值,因此对同一材料而言,不论采用何种大小的负荷和钢球直径,只要满足P/D2=常数,所得的HB值都是一样的.对不同材料,所测得的HB值也可进行比较.P/D2比值有30,10,2 .5三种,其试验数据和应用范围可参考表2-1.表2-1 各种负荷,压头及应用范围布氏硬度范围试样厚度mm负荷P与钢球直径D之间的关系钢球直径Dmm负荷Pkgf负荷持续时间秒钢铁黑色金属140-450>66-3<3P=30D21052.53000750187.510同上66-366-366-370使用测量硬度质合金,表面淬火层,渗碳层HRB10025~100HB60~230使用测量有色金属,退火及正火钢HRC120 金刚石圆锥15020~67HBC230~700使用测量调质钢,淬火钢图2-3 洛氏硬度实验原理图洛氏硬度测定时,需先后两次施加负荷初负荷和主负荷,施加初负荷的目的是使压头与试样表面接触良好,以保证测量结果准确,图5-3中0-0为末加上主负荷的位置,1-1为加上10kgf 初负荷后的位置,此时压入深度为h1,2-2位置为加上主负荷后的位置,此时使压入深度为h2,h2包括由加荷所引起的弹性变形和塑性变形.卸荷后,由于弹性变形恢复,压头提高到3-3位置,此时压头的实际压入深度为h3.洛氏硬度就是以主负荷所引起的残余压入深度h=h3-h1来表示的,但这样直接以压入深度的大小表示硬度,将会出现硬的金属硬度小,而软的金属硬度值大的现象,这与布氏强度所表示的硬度大小的概念相矛盾.为了与习惯上数值越大硬度越高的概念相一致,故需用一常数K减去h3-h1的差值表示洛氏硬度值.为简便起见又规定每0.002mm的压入深度作为一个硬度单位即表盘上一小格.洛氏硬度值的计算公式如下:式中的常数K,当采用金刚石圆锥时,K=0.2用于HRA,HRC,采用钢球时,K=0.26用于HRB.为此,上式可写为:2 洛氏硬度试验机的技术要求1 被测金属表面必须平整光洁.2 试样厚度应不低于压入深度的10倍.3两相邻压痕及压痕距试样边缘的距离均不应小于3mm.4 加初负荷时,应谨防试样与金刚石压头突然碰撞,以免将金刚石压头碰坏.3 洛氏硬度试验机的结构及操作HB-150型洛氏硬度试验机的结构如图2-4所示.图2-4 HB-150型洛氏硬度试验机结构图它是由加卸负荷和测量两部分组成的.前者都是利用杠杆和砝码,后者是用百分表测量压痕深度的,即洛氏硬度值可直接由百分表盘上读出.实验时,先将试样置于试样台上,并对准压头,顺时针转动手轮,使试样上升与压头接触,继续缓慢转动手轮使百分表刻度盘上的短时针顺时针转动直到对准红点,然后再转动表盘使表盘上的长针对准0点,此时,压头利用弹簧压缩的方法将10kgf的负荷加到了试样上,然后将负荷手柄缓慢向后推4~5秒钟,于是主负荷加到试样上,主负荷加上后,长针由转动到停止,待持续一秒后,再将负荷手柄向前拉,回到原始位置,待长针停止转动后,长针所指示的读数即为该材料的硬度值.最后,逆时针回转手轮,使试样台下降,取下试样,放回原处.三,实验设备及材料1. 设备:洛氏硬度试验机,HB-3000布氏硬度试验机,读数显微镜;2. 试样,标准硬度块.四,实验报告要求1. 简述布氏,洛氏硬度试验原理.2. 如何测定金属材料的布氏,洛氏硬度值3. 进行试验时,应注意哪些基本要求北京时代金相显微镜，金相显微镜实验三铁碳合金平衡组织的显微分析一,实验目的1. 认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征;2. 了解含碳量对鉄碳合金平衡组织的影响以及Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系;3. 了解平衡组织的转变规律,并能应用杠杆定律和显微组织示意图分析碳钢的种类.4. 熟悉金相显微镜的使用.二,实验原理所谓平衡状态指的是鉄碳合金在非常缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态.在实验条件下,可以将退火状态下的碳钢组织作为平衡状态下的组织.1. 观察碳钢显微组织所使用的常规仪器是金相显微镜,金相显微镜的成像原理可以参阅实验一,金相显微镜属于精密光学仪器,使用时要加以小心和爱护,避免将仪器损坏.2. 为了观察金属的显微组织,需要按下列方法制备试样1 取样:从所研究的部位处截取试样,试样尺寸最好是厚度及直径均为10至15毫米的圆柱,以便于制样和观察.对于薄板,细线材或需要研究边缘组织时,可将试样镶在塑料中或装入特制的夹具中进行磨样.2 磨制:试样经砂轮打平,倒角后,用砂纸由粗到细依次将试样磨平,磨制试样时考虑一下怎样磨制试样效率更高,效果更好.3 抛光:抛光的目的在于去除试样表面的细磨痕,得到平滑的镜面.抛光分机械抛光和化学抛光.4 浸蚀:抛光的试样在金相显微镜下只能看到夹杂物,要看到金属组织还必须进行浸蚀.由于合金中不同相或不同部位的晶粒耐蚀性不同,试样经浸蚀,表面会出现凸凹不平的情况,由于它们对光线的反射程度不同,在光线下就会呈现不同的明暗区域或线条,这样就可看到金属的金相显微组织.显示钢铁金相显微组织常用的浸蚀剂是3%到5%的硝酸酒精溶液.制备试样很费时间,所以要爱护制好的试样表面,更要避免被硬物划伤,在实验过程中不要用手去动试样表面.3. 铁碳合金的各种基本组织特征1 铁素体:碳在α—Fe中的固溶体,呈白色块状.2 渗碳体:铁和碳的间隙化合物.抗蚀能力很强,故是白亮的.一次渗碳体呈板状,分布在莱氏体之间,二次渗碳体是从奥氏体中析出的,呈网状分布在珠光体的边界上.三次渗碳体分布在铁素体的边界上,量少极分散,一般看不到.铁素体和渗碳体经3%到5%的硝酸酒精溶液浸蚀后都呈白色.若用苦味酸钠热蚀,渗碳体呈黑褐色.由此可以区分铁素体和渗碳体.3珠光体:它是碳钢含碳量为0.77%的铁素体和渗碳体的机械混和物.铁素体和渗碳体都是片层状,边界易腐蚀,故显微镜下看到的是较密的黑条,若放大倍率较低,条间分不清楚,珠光体是黑色的块状.4 莱氏体:它是铸铁室温时含碳量为 4.3%的铁素体和渗碳体的混合物,渗碳体基本是白亮的;珠光体是黑色棒状或条纹状.三,实验内容1. 观察试样,根据铁碳合金状态图判断各组织组成物,区分金相显微镜下观察到的各种金相显微组织.观察的试样有各种含碳量的铁碳合金,通过观察金相组织,判断所观察的试样是属于哪一类铁碳合金.2. 画出相应金相试样的组织示意图,标明各组织组成物名称,并注明材料名称,处理条件、浸蚀剂、放大倍数等不要将划痕、夹杂物、锈蚀坑等画到示意图上.四,实验设备及材料1. 设备:金相显微镜,金相图谱及放大的金相照片;2. 材料:各种铁碳合金的显微样品.五,实验报告要求1. 写出实验目的;2. 附上所画组织图,说明各合金自液态冷至室温时组织变化过程,计算室温下各组织组成的相对重量铸铁部分可以选作.3. 讨论铁碳合金含碳量与组织的关系.4. 总结实验分析结果,给出你所得到的结论.附表:各种铁碳合金在室温下的显微组织合金分类含碳量%显微组织工业纯铁低于0.0218铁素体F碳钢亚共析钢0.0218~~0.77F+珠光体P共析钢0.77P过共析钢0.77~~2.11P+二次渗碳体CⅡ白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11~~4.3P+CⅡ+莱氏体Lˊe共晶白口铸铁4.3Lˊe过共晶白口铸铁4.3~~6.69Lˊe+一次渗碳体CⅠ实验四浇铸条件对铸锭结构的影响一,实验目的1. 了解铸造条件对铸锭结构的影响.2. 运用结晶理论分析铸锭结构二,实验原理北京时代金相显微镜，金相显微镜铸造条件的不同,对铸锭结构有很大影响.铸锭的结晶过程及其组织与模子的种类,浇铸温度,金属的过热温度,变质处理等许多因素有关.这些影响铸锭结构的因素,在课本中已作较详细阐述,本实验是用纯铝熔点为660℃作为浇铸材料,考查模子冷却能力,浇铸温度及过热温度对铸锭结构的影响.三,实验步骤1. 考查铸模冷却能力对铸锭结构的影响备好壁厚5,10,15mm的铁模各一个和制作砂模一个.将纯铝块装入坩埚中,并放进炉子中加热到680℃.待铝块熔化后,将坩埚取出,将铝液分别注入铁模和砂模中.待铝液凝固后,取出铝锭.2. 考查浇铸温度及过热温度对铸锭结构的影响.备好壁厚10mm的两个铁模.将铝块熔化并加热至850℃.将铝液注入一个模子中,余下的铝液待冷至680℃时,再注入另一模子中.待凝固后取出铝锭.试样制备过程将每一铝锭用钢锯锯成四块,然后用锉刀锉平.用01,02号砂纸将锉平面磨光.将磨面洗净后,浸入腐蚀剂中进行浸蚀.视试样表面有一层黑色沉淀可停止腐蚀.将试样用水洗净,吹干,观察.四,实验设备及材料北京时代金相显微镜，金相显微镜1. 设备:箱式电阻炉,铁模,砂模,钢锯,锉刀,铁钳子;2. 材料:纯铝锭,腐蚀剂,烧坏.五,注意事项北京时代金相显微镜，金相显微镜1. 用铁钳子从炉子里取出坩埚时,应特别小心,以免铝液烧伤人及损坏仪器.2. 禁止将铝试样拿到砂轮上磨,以免使铝粘在砂轮上.腐蚀剂按30mlHNO2+40mlHCl+30mlH2O+5gCu配制.4. 表皿里同时可浸入2~3试样,但不宜过多,以免产生大量热量将表皿烧杯.六,实验报告要求1. 画出各铸锭组织示意图,注明浇铸条件.2. 应用结晶理论分析所得结果.分析各铸锭组织结构与缩孔的关系.实验五金属的塑性变形与再结晶一,实验目的北京时代金相显微镜，金相显微镜。
实验一 金相显微镜的使用及金相试样的制备
故以空气为介质的干系物镜的数值孔径 N ⋅ A 总是小于 1，目前最高可达 0.95。若采用油浸
物镜，在试样与物镜间滴入折射率为 1.51 的杉木油为介质，则其数值孔径 N ⋅ A 可达 1.43，
这比一般以空气为介质时鉴别率提高了很多。
物镜的数值孔径与放大倍数一起刻在镜头外壳上，例如镜头上到有 25／0.5 或在 65×的
目镜分普通目镜和补偿型目镜。补偿型目镜在放大倍数前标注有“K”字或“C”字， 如 K20×，以示区别。补偿型目镜与复消色差物镜配合使用，可以进一步消除复消色差物镜 的像域弯曲，使成像更清晰平坦，但补偿目镜切不可与消色差物镜相配使用，补偿型目镜一 般放大倍数较高，常在高倍观察时使用。
3
图 1-3 透镜产生像差的示意图 （a）简单透镜 （b）消色差透镜 （c）复消色差透镜
Mmin~ Mmax 之间的放大倍数范围就是显微镜的有效放大倍数。 从图 1-4 可以看出，油浸系物镜同干系物镜相比，它具有较高的数值孔径，因为透过油 进入到物镜的光线要比透过空气进入的多，故松柏油的加入能使物镜聚光能力增强，从而提 高了物镜的鉴别能力。 如选用 45×物镜，其数值孔径为 0.63，根据显微镜的有效放大倍数的计算式：M＝
图。对着被观察物体 AB 的透镜叫物镜，
对着人眼的透镜叫目镜。物镜使物体 AB
形成放大的倒立实像 A′B′ ，目镜再将
A′B′ 放大成仍然倒立的虚像 A′′B′′ ，其
倒立位置正好在人眼的明视距离处，于
是，在显微镜目镜中看到清晰的图像
A′′B′′ 。
放大倍数(M)：
图 1-1 显微镜光学成像原理示意图
500 N ⋅ A ~1000 N ⋅ A ，那么显微镜有效放大倍数范围应为 315~630 倍。如果显微镜放大倍 数 M＜500 N ⋅ A ，则未能充分发挥物镜的鉴别率；若 M＞1000 N ⋅ A ，则形成“虚伪放大”，
一金相显微镜的使用及金相试样的制备
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• （二）金相试样的制备（参考标准为GB/T13298—91
《金属显微组织检验方法》）
• 1、试样的选取（取样） • 试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造方法，检验的目的，技术条
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 四、实验步骤 • 1、每班按3人一组，每组领取一套砂纸，按如图1-6所示沿虚线
• •
裁开，每人领取一个试样； 2、先将砂纸平铺在玻璃板上，左手伸开按住砂纸，右手将试样 拿平，慢慢往前推，然后提起拿回来，再慢慢往前推，直到试样 表面划痕方向一致且均匀时再换下一道砂纸； 3、将磨好的试样用水冲洗干净，再在抛光机上轻轻抛光，直到 表面没有划痕为止； 4、将抛光好的试样用水冲洗干净，再用有酒精的脱脂棉擦洗， 用吹风机吹干，最后用硝酸酒精浸蚀，清洗吹干后准备观察。 5、磨好的试样磨面朝下放在载物台中心，先用低倍再用高倍仔 细观察。 6、对磨好试样的组织进行分析，画出组织示意图。 7、每组可选组织较好的样品，进行照相。
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 3、试样磨制 • （1）粗磨：粗磨即磨平，主要目的是获得平整的磨面和
规则的外形，其次是试样的倒棱，以免细磨和抛光时划烂 砂纸或抛光布，但对于需要观察表层组织(如渗碳层、脱 碳层)的试样，则不能倒棱。一般黑色金属要用砂轮打平， 对于很软的材料(如铝、铜、镁等有色金属)可用锉刀锉平。 磨砂轮时应利用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向缓慢往 复移动，施加压力要均匀，且试样要不断用水冷却，以防 止试样因受热升温而产生组织变化，手持试样的姿势从头 到尾不能改变。这样既可以保证使试样磨平，还可以防止 砂轮侧面磨出凹槽，使试样无法磨平。
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。
实验一 金相显微镜的使用及第二个实验金相试样的制备
实验一金相显微镜的使用及第二个实验金相试样的制备一、实验目的1.了解普通金相显微镜的构造与使用方法2.了解金相试样的制备方法3.学习利用金相显微镜进行显微组织分析二、实验概述利用肉眼或放大镜观察分析金属材料的组织和缺陷的方法称为宏观分析。
为了研究金属材料的细微组织和缺陷，可采用显微分析。
显微分析是利用放大倍数较高的金相显微镜观察分析金属材料的细微组织和缺陷的方法。
一般金相显微镜的放大倍数是10～2000倍，金属颗粒的平均直径在0.1～0.001mm范围内，正是借助于金相显微镜可看其轮廓的范围。
故显微分析是目前生产检验与科学研究的主要方法之一。
为了能观察到真实、清晰的显微组织，首先要了解金相显微镜的构造与使用，并制备好金相试样。
（一）金相显微镜研究金属显微组织的光学显微镜称为金相显微镜。
金相显微镜不同于生物显微镜。
生物显微镜是利用透射光来观察透明的物体，而金相显微镜则是利用反射光将不透明物体放大和进行观察。
1.金相显微镜成像原理金相显微镜是由两个透镜组成，对着金相试样的透镜称为物镜，对着人眼的透镜称为目镜。
现代金相显微镜的物镜与目镜实际上不是单片透镜，而是由固定在金属筒内的组合透镜所构成。
金相显微镜通过物镜与目镜两次放大而得到倍数较高的放大像。
现代金相显微镜的最高放大倍数可达1500~2000倍。
2．金相显微镜的鉴别率显微镜的鉴别率是指在显微镜视场中能分辨出物体相邻两点的最小距离。
由于物镜使被观察物体第一次放大，故显微镜的鉴别率主要取决于物镜的鉴别率。
鉴别率不同的两个物镜，在显微镜上配成相同的放大倍数时，其显微观察的效果是不同的。
物镜的鉴别率取决于照明用的入射光线的波长和物镜的集光能力，其关系式为：d=λ/(2N·A)式中：d——物镜能分辨出的物体相邻两点的最小距离；λ——照明用的入射光线的波长；N·A——物镜的数值孔径，它表示物镜的集光能力。
由公式可见，物镜的数值孔径N·A愈大，入射光的波长λ愈短，则物镜能分辨出物体相邻两点的最小距离就愈小，即其鉴别率就愈高。
金相显微镜的使用及金相试样的制备实验指导书
实验五金相显微镜的使用及金相试样的制备（注：专科不做试样制备部分实验）一、实验目的（一）了解普通金相显微镜的构造与使用方法。
（二）了解金相试样的制备方法。
（三）学习使用金相显微镜观察金相组织。
二、实验概述：（一）金相显微镜显微镜是由两组透镜所组成。
靠近被观察物体的透镜叫物镜。
而靠近人眼的透镜叫目镜。
借助物镜和目镜的两次放大，就能将的体放大到很高的倍数（~2000倍），图II 所示是在显微镜中得到放大物像的光学原理图。
被观察的物体AB 放在物镜之前距其焦距略远处，由物体反射的光线穿过物镜。
经折射后得到一个放大了的倒立实像A'B'，再经目镜将实像AB 放大成倒立虚像A '''B''。
这就是人们在显微镜下研究实物时所观察到的经过二次放大后的物像。
在显微镜设计时，让目镜的焦点位置与物镜放大所成的实像位置接近，并使最终的倒立虚像在距眼睛250毫米（约是人眼的正常明视距离）处成像，这样就可以看得最为清晰。
显微镜质量的好坏，主要取决于：①放大倍数；②透镜的质量；③显微镜的鉴别能力。
2、显微镜的放大倍数：图II物镜的放大倍数：N 物=L/F 1目镜的放大倍数：N 目=D/F 2显微镜的总放大倍数应为物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积，即：21F F D L N N N **⨯＝＝目物总 其中：L-------显微镜的光学筒长度（物镜后焦点与目镜前焦点的距离）。
D-------明视距离（250mm ）F 1-----物镜焦距。
F 2-----目镜焦距。
3、透镜成象的质量单个透镜在成象过程中，由于几何光学条件的限制，映象会变得模糊不清或发生畸变，这种缺陷称为象差。
象差主要包括球面明差和色象差。
球面差的产生是由于透镜的表面呈球曲形。
通过透镜中心及边缘的光线折射以后不能交于一点，而形成几个映象前后分布。
有校正球面象差的采用多片透镜组成透镜组，即将凸透镜和凹透镜组合在一起（称为复合透镜），由于两种透镜有性质相反的球面象差，因此可以相互抵消。
金相显微镜的构造和使用及金相试样的制备[1]
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实验 金相显微镜的构造和使用及金相试样的制备一、实验目的1、了解光学金相显微镜的构造、原理，学会其正确使用；2、掌握光学金相试样的制备方法及技术要点；3、识别制样过程中常见的缺陷。
二、概述（一）光学金相显微镜光学金相显微镜是研究金相试样观察面显微组织的光学仪器。
利用它可将观察面上肉眼看不到的组织及缺陷放大到100倍以上来进行观察。
1863年索拜（Sorby ）第一个将它用于材料研究之中，100多年来，光学金相显微镜在光源和照明方式上已有许多改进。
今天，一台功能完整的光学金相显微镜不仅可进行明场、暗场、偏振光、相衬及干涉相衬观察，还可进行显微硬度测定与显微摄影等。
1、光学金相显微镜的成象原理 光学金相显微镜的成象是依靠两组透镜组合放大而实现的。
与试样接触的第一组透镜称为物镜，与人眼接触的第二组透镜称为目镜。
如图6-1所示，被观察的显微组织WS 置于物镜前焦点F 1外，在物镜后形成一个倒立、放大的实象W 1S 1，且W 1S 1按设计要求正好落在目镜焦点F 2以内，于是人眼可在250mm 明视距离处，看到一个经目镜再次放大的虚象W 2S 2。
因此，显微镜的总放大倍数M 应为物镜放大倍数M 物与目镜放大倍数M 目 与目镜放大倍数M 目的乘积，即目物M M M (1-1)2、光学金相显微镜的结构常见的光学金相显微镜按类型 图1-2 金相显微镜放大原理图 可分为台式、立式及卧室三大类， 如图1-2（a ）（b ）（c ）所示。
各类显微镜的结构大体相似，主要由三个系统组成，即光学系统、照明系统和机械系统。
（1）光学系统光学系统中的主要构件是物镜和目镜（图1-3和图1-4），其作用是将观察面上的显微组织放大呈清晰的图象。
物镜质量的优劣，常用以下特征指标来衡量。
①数值孔径数值孔径（常以NA表示）反映了物镜的聚光能力。
数值孔径大的物镜，聚光能力强，从试样上反射进入物镜的光线就多，因此，组织细节能鉴别得更清楚。
数值孔径与物镜的孔径半角α[图6-5（a）]及物镜与试样间介质折射率n有以下(a)国产XJ-10A型台式金相显微镜；(b)国产XJL-02型立式金相显微镜（c）东德产NEOPHOT21型卧式金相显微镜图6-2 不同类（c）东德产NEOPHOT21型卧式金相显微镜图1-2 不同类型的金相显微镜图1-3 物镜示意图 图1-4 目镜关系：αs i nn NA = （1-2） 式（1-2）表明，当增大α及n 时，数值孔径可提高。
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实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 五、实验要求 • 1、明确实验目的； • 2、简述金相显微镜的基本原理和主要结构； • 3、叙述金相显微镜的使用方法及注意事项； • 4、简述金相试样的制备过程，并分析在实际中
遇到的问题，提出改进措施；
• 5、画出所制的金相试样的组织示意图，并贴上
组织照片，同时注明材料名称、放大倍数、腐蚀 剂及组织。
实验一 金相显微镜的使用及
金相试样的制备
• （2）细磨：细磨是为了消除粗磨留下的磨痕，为抛光作
准备，分为手工细磨和机械细磨两种方法。手工细磨是将 砂纸平铺在玻璃板上（或平的瓷砖上），左手伸开压住砂 纸，右手握住试样使磨面朝下，且整个磨面必须和砂纸接 触，然后轻轻向前推行进行磨削，提起使样返回，再重复 上述操作。操作路线如图1-5所示。如果是耐水砂纸，按 400、600、800、1000、1200、1500的顺序，干砂纸为1、 2、3、4、5、6号的顺序。每磨一道砂纸，试样的划痕均 匀且方向一致，磨下一道砂纸时，试样、手、砂纸和玻璃 必须用水冲洗干净，磨削方向与上一道砂纸所磨划痕方向 垂直。
一金相显微镜的使用及金相试样 的制备
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 2、试样镶嵌 • 在制备金相试样时，对于形状特殊或尺寸细小不易握持的试样，
要进行镶嵌或机械夹持，如带、丝、片、管等。镶嵌的方法很多， 如低熔点合金法，塑料镶嵌法，机械夹持法，快速镶嵌法等。
• 塑料(如胶木粉)、热塑性塑料(如聚氯乙烯)、冷凝性塑料(环氧树
• 3、将磨好的试样用水冲洗干净，再在抛光机上轻轻抛光，直到
表面没有划痕为止；
• 4、将抛光好的试样用水冲洗干净，再用有酒精的脱脂棉擦洗，
用吹风机吹干，最后用硝酸酒精浸蚀，清洗吹干后准备观察。
• 5、磨好的试样磨面朝下放在载物台中心，先用低倍再用高倍仔
细观察。
• 6、对磨好试样的组织进行分析，画出组织示意图。 • 7、每组可选组织较好的样品，进行照相。
实验一 金相显微镜的使用及
金相试样的制备
• 四、实验步骤 • 1、每班按3人一组，每组领取一套砂纸，按如图1-6所示沿虚线
裁开，每人领取一个试样；
• 2、先将砂纸平铺在玻璃板上，左手伸开按住砂纸，右手将试样
拿平，慢慢往前推，然后提起拿回来，再慢慢往前推，直到试样 表面划痕方向一致且均匀时再换下一道砂纸；
实验一 金相显微镜的使用及
金相试样的制备
• 3、试样磨制 • （1）粗磨：粗磨即磨平，主要目的是获得平整的磨面和
规则的外形，其次是试样的倒棱，以免细磨和抛光时划烂 砂纸或抛光布，但对于需要观察表层组织(如渗碳层、脱 碳层)的试样，则不能倒棱。一般黑色金属要用砂轮打平， 对于很软的材料(如铝、铜、镁等有色金属)可用锉刀锉平。 磨砂轮时应利用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向缓慢往 复移动，施加压力要均匀，且试样要不断用水冷却，以防 止试样因受热升温而产生组织变化，手持试样的姿势从头 到尾不能改变。这样既可以保证使试样磨平，还可以防止 砂轮侧面磨出凹槽，使试样无法磨平。
脂加固化剂)等。胶木粉不透明，有各种颜色，而且比较硬，试 样不易倒角，但抗强酸强碱的耐腐蚀性能比较差。聚氯乙烯为半 透明或透明的，抗酸碱的耐腐蚀性能好，但较软。用这两种材料 镶样均需用专门的镶样机加压加热才能成型。
• 机械夹持法：主要是用于表层检验的试样，如焊接接头熔深熔宽
的测量，夹具材料可选用低、中碳钢，其硬度略高于试样以免磨 制时产生倒角。这种方法简单易行，夹具可多次使用，成本较低。 用此法时，须注意使试样与钢圈或钢夹紧密接触，钢圈或钢夹的 硬度应接近于试样的硬度，为避免浸蚀剂从试样的空隙中溢出， 可将试样浸在熔融的石蜡中使空隙被充满。
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 六、思考题 • 金相显微试样在什么情况下需要镶样？常用的镶
样方法有哪几种？各有什么特点？
• 常用的砂纸有几种？都有什么特点？如何选用？ • 需观察脱碳层、夹杂物的试样制备应注意什么？ • 分析试样制备过程中出现一些缺陷和假象的原因，
应如何消除？
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实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 5、腐蚀：抛光后的试样磨面是平整光亮的镜面，置于金
相显微镜下观察时，除能看到试样中的缺陷和非金属夹杂 物外，一般看不到试样的显微组织，必须经过适当的化学 浸蚀后才能显示出组织。常用的腐蚀方法有化学腐蚀法、 电解腐蚀法、金相组织特殊显示法等。化学腐蚀的方法是 将已抛光好的试样用水冲洗干净或用酒精擦掉表面残留的 脏物，在试样磨面用滴管滴一些酒精，用电吹风吹干，然 后将试样磨面浸入腐蚀剂中（浸蚀）或用棉球蘸取腐蚀剂 在试样磨面上擦拭（擦蚀）或用滴管直接将腐蚀剂滴在磨 面上（滴蚀），待磨面发暗时，立即用水冲洗干净，再用 滴管滴一些酒精，用电吹风吹干，即可放在显微镜下观察。 试样腐蚀的深浅程度要根据试样的材料、组织和分析的目 的来确定，同时还应与所需要的显微镜的放大倍数有关， 高倍观察时腐蚀稍浅一些，而低倍观察则应腐蚀较深一些。
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
实验一 金相显微镜的使用及 金相试ห้องสมุดไป่ตู้的制备
试 样
玻
返回
向前慢
砂纸
提
推起 璃
实验一 金相显微镜的使用及 金相试样的制备
• 4、抛光：抛光的目的是消除试样细磨时所留下的细
微磨痕，获得光亮无痕的镜面。
• 抛光的方法主要有机械抛光、电解抛光和化学抛光等，
其中应用最多的是机械抛光法。机械抛光主要是抛光 微粉与试样磨面之间的磨削和滚压以及抛光织物和试 样磨面之间的摩擦作用。抛光时先将抛光织物用水浸 湿，然后平整地装在抛光机的抛光盘上（粗抛为帆布， 精抛为金丝绒或呢子布）。所后将配好的抛光液 （AL2O3或Cr2O3水溶液）倒在抛光盘上（以在试样 上形成的水膜5～10秒钟干为宜），打开电源，手握 试样试磨面朝下，轻轻地放在抛光盘的2/3半径处，使 细磨的划痕方向与抛光盘的旋转方向垂直，且沿与抛 光盘旋转方向相反旋转，直至磨面光亮无痕为止。