金相实验室设备及功能介绍2011年

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纵向试样可以研究试样非金属夹杂物级别,晶粒变形程度,带状组织分布情况 等等。
横向试样可以研究晶粒度级别,碳化物网,脱碳层深度等等。 试样尺寸要求: 根据GB/T13298-1991 试样尺寸以磨面面积小于400mm2,高度在 15~20mm为宜。 薄板状试样根据实际情况进行尺寸大小控制,长度一般在25mm左右。
板条马氏体形态,基体形态是由尺寸大致一直的马氏板条定向平行排列,组织 马氏体板条束,一个原始奥氏体晶粒内可以形成几个不同取向的马氏体束。板条束 之间存在位向差,
片状马氏体是在中、高碳钢或者合金钢中出现的马氏体。片状马氏体的空间形 态呈双透镜状。由于与试样的磨面相截,在光学显微镜下,则呈针状或竹叶状,所 以又称为针状马氏体,马氏体之间不平行,有一定的夹角,组织形态如下:
由于光学显微镜是精密仪器,所以我们在使用过程中一定要细心谨慎。 试样放在载物台时,一定要注意是否能撞上镜头。放试样之前将载物台下降到 合适的位置,然后放置试样。 在利用显微镜进行视场调节时,需要从远离物镜的部位向靠近物镜部位调节, 防止试样撞上物镜。聚焦调节先使用粗旋钮进行调节,当看到显微组织画面后,再 使用微调旋钮进行调节至能清楚观察到图像。 在转换物镜的时候注意,手部要注意不能碰到物镜。 观察试样时,试样要洗净,吹干,禁止带有具有挥发腐蚀性气体的试样上镜, 以免腐蚀镜头,观察完毕后注意将试样撤离载物台。 镜头有污垢之后,禁止使用手或者硬纤维织物进行清理,应先用专用的橡皮球
物镜类别 物镜的标记
数学符号识别 40/0.65 表示放大倍数为40,N.A=0.65(数值孔径); NA=n·sinθ 式中:n——物镜和试样间介质的折射率; θ——物镜孔径角的半角。
球面像差 产生的原因是由于球面单片透镜的中心与边缘厚薄不同,即使是单色光通过时 也将产生不同的折射,通过透镜后不焦集于一点,轴上象点被一个弥散的光斑所代 替,这就是球面象差。为了改善球面象差,现在都采用复合透
吹去表面尘埃。
光学显微镜的优缺点
光学显微镜的优点: 使用快捷方便,维护简单。 观察试样视场大,便于掌握整体试样组织结构及分布特点。 缺点: 由于受可见光源波长的限制,故放大倍数不高。一般显微镜放大倍数为 25~1000倍。
试样的截取
第二部分 金相试样的制备及腐蚀
在切割过程中需要保证试样原始组织不发生变化,所以在切割过程中要使用循 环水进行冷却。
光学显微镜的操作及使用 —— 物理室金来自百度文库组 2011.7.28
第一部分 光学金相显微镜介绍 显微镜结构: 1、物镜 2、目镜 3、显微镜机体(光源,载物台) 4、滤波片、视场光阑、孔径光阑 5、图像采集与传输系统
正置式显微镜优点:镜头不容易被污染,找视场方便。 倒置式显微镜优点:试样大小不受空间限制,不需要使用压平器,视场更平整。 光学显微镜成像示意图 显微镜的分辨率
1、载物台下降到合适的位置,将试样放置在显微镜上。 2、打开电源开关,调整光源亮度。 3、在100倍情况下用粗调调节至出现图像,再采用微调调节图像清楚,然后 根据实际需要,选择合适的物镜进行观察。 4、打开图像拍摄软件 5、调节拍摄图像的明暗度,以显微镜中微调来对图像进行调整,直至图像清 晰。 6、拍摄完毕后,添加上与放大倍数相对应的标尺,导出图片。 7、检验完毕后,下降载物台,取下试样,关闭电源。 显微镜的使用中需要注意的问题
镜,即在主透镜前加一发 散凹透镜。尽管如此,并 不能完全消除,因此在使 用显微镜是可以通过适当 调节孔径光阑的大小加以
像域弯曲 直立物体通过透镜后得到弯曲的映象,称为象域弯曲。其形成原因是由远轴细 光束倾斜射入透镜造成的。这种象差对金相显微摄影尤为不利,所以在金相摄影时; 应选用平面消色差和平面复消色差物镜,因为它们对视场边缘进行了色差校正。
粗到细,每换一次砂纸,试样都需要转90°与旧的磨痕成垂直,磨至上一道次的磨 痕完全消失,新磨痕分布均匀,目前实验室经过240#,320#500#800#四次研 磨。
3、抛光 一般采用两步,粗抛和细抛,粗抛采用呢绒抛光盘,3.5µm金刚石 抛光液去除砂纸的磨痕,细抛光采用丝绒抛光盘,2.5µm或以下力度抛光剂进行抛 光。
显微镜的分辨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。 物镜的分辨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。 物镜的数值孔径用下式表示: N·A=n·sinθ 式中:n——物镜和试样间介质的折射率; θ——物镜孔径角的半角。
a. 增加黑白金相照片上组织的衬度. b. 有助于鉴别经彩色着色后的显微组织细节。 c. 利用黄、绿滤色片与消色差物镜配合使用,可消除残余色差。 d. 使用蓝滤色片,由于其波长较短,可以提高物镜的鉴别能力。 e. 在长时间显微分析观察时,使用黄滤色片,可保护观察者眼睛,并有利于提 高视敏度。 显微镜操作步骤
显微镜性能 显微镜的放大倍数:M=M物XM目 物镜是决定显微镜质量的主要光学零件。衡量一个物镜的性能有以下几点: 1、放大倍数(2.5X,5X,10X,20X,50X,100X) 2、数值孔径和分辨能力
数值孔径表征物镜的聚光能力,它的大小主要决定于进入物镜的光线锥 所张开的角度。数值孔径约大,相应分辨率越高。
对锻造正火组织(珠光体和铁素体)分布情况评级 对调质处理显微组织评 级
金属显微组织评定 显微组织的观察为光学显微镜最重要的一个环节,在对金属显微组织评级之前, 首先要能分辨显微组织类别,了解各种显微组织在光学显微镜下的形貌特征,了解 组织铁碳相图及组织转变规律 铁碳中基本显微组织包括: 铁素体 渗碳体
奥氏体 珠光体 贝氏体 (上贝氏体,下贝氏体,粒状贝氏体) 魏氏组织 马氏体:(板条马氏体,片状马氏体) 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体
铁素体:碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体为铁素体,采用硝酸酒精腐蚀下, 铁素体呈白色多变形,或者白色白色网状,针状等形态, α-Fe在723℃时最大碳 容量为0.02%,随着温度的下降,溶解度降低,在室温度下,只能溶解0.007%左 右的碳,铁素体硬度低,塑性好
金相显微镜的有效放大倍数 人眼在明视距离处能分辨的两点间最小距离为0.15~0.30mm,故在显微镜下要使 观察的两点的最小距离d能为人眼所分辨,必须把d放大到0.15~0.30mm,即显 微镜的有效放大倍数M应为: M=(0.15~0.30)/d 而 d=λ/(2N·A) 故M=(0.3~0.6)N·A/λ 若取照明光的平均波长λ为0.55μm,则近似得出: M=(500~1000)N·A 由此可见,即使用数值孔径N·A值为1.43的油浸物镜,也只能在1500倍以下才有 效,这正是光学金相显微镜的局限性。
试样的夹持和表面保护 由于试样薄或者不能手持进行研磨,还有需要对试样的表面进行保护,因此我 们在试样制作中需要采用手段对试样进行夹持。夹持目的:1制样方便 2对试样边 界进行保护。 常用的夹持手段: 1、采用金属试样夹对试样进行夹持。 2、树脂镶嵌,一般有热镶和冷镶两种方法,冷镶由固化剂和填充料组成,不 需要特殊设备,另外对试样表面的保护效果很不好。热镶将树脂材料倒入热镶嵌设 备中,加压加热,冷却后取出试样完成镶嵌工作。热镶嵌树脂一般有:电木粉,聚 苯乙烯等等。热镶嵌试样边部较冷镶嵌试样保护的较好。
马氏体 马氏体为碳在a-Fe铁中的过饱和固溶体。
马氏体的形态:主要常见的有针状马氏体和板条马氏体。 通常低碳钢所得到的马氏体为板条马氏体,高碳钢中所得到的马氏体为针状马 氏体,中碳钢所得到的马氏体为两者的混合相。 从机械性能来说,片状马氏体具有高的硬度,但塑性和韧性低,板条马氏体具 有一定的硬度,强度同时还有良好的塑性和韧性,有良行的综合力学性能。
在原奥氏体晶粒中首先形成的片状马氏体是贯穿整个晶粒的,但是不会穿过晶 界,随后出现的马氏体片由于受到限制而越来越小,所以片状马氏体的最大尺寸取 决于原奥氏体晶粒的大小,奥氏体晶粒越粗大,马氏体片越大,反之越小。
当片层小到在光学显微镜下看不见的时候,该马氏体被称为隐针马氏体。
珠光体 珠光体是由铁素体和渗碳体所组成的机械混合物。 按照珠光体中碳化物的形态可以分为片状珠光体和粒状珠光体。 片状珠光体是由片层相间的铁素体和渗碳体组成,在一个奥氏体晶粒区域内可 以形成若干个珠光体团。珠光体团由大致平行的铁素体和渗碳体所组成。片状珠光 体的力学性能主要取决于片间距和珠光体团的大小,珠光体团直径约小,片间距越 小,则钢的强度和硬度越高,塑性越好。
视场光阑:视场光阑的大小对显微镜的分辨能力没有影响,适当缩小可减少筒 内的杂散光,增加图相衬度。有时为了观察某一范围的显微组织,可将视场光阑缩 小至这个区域,或获得良好效果。照相或观察时可将视场光阑调节到视场以外一点 即可。
滤色片
滤色片的作用是吸收光源发生的白色光中波长不合需要的光线,只让一 定波长的光线通过。显微镜使用滤色片目的如下:
试样的研磨 试样研磨可以采用手工研磨,也可以用自动磨样机进行磨制,研磨的最终目的 是去除变形层。 试样的研磨需要各道次研磨过程中的砂纸选择衔接要好,新一道次砂纸能将上 一道砂纸研磨所产生的磨痕消除掉。 1、磨平(即粗磨) 切好或者夹持好的试样,先需要用砂轮进行磨平,在打
磨过程中需要用水对试样进行冷却,防止金属组织过热。 2、磨光(即细磨) 磨平后的试样,要经过由粗到细的各砂纸磨制,磨制从
第三部分 显微镜检验工作 金属显微组织评级标准 钢中金属显微组织评级方法(GB/T13299-1991)
带状组织评级 游离渗碳体 低碳变形钢珠光体形态 魏氏组织评级 中碳与中碳合金结构钢马氏体等级(JB/T9221-1999)
对马氏体形态大小评级 钢质模锻件金相组织评级图与评定方(GB/T13320-2007)
浸蚀 最常用的金相组织显示方法是化学浸蚀法和电解浸蚀法, 我们目前主要采用化学浸蚀法来进行试样的腐蚀. 化学浸蚀主要是电化学腐蚀过程,由于金属及合金的晶界上原子排列混乱,并 有较高的能量,故晶界处容易被浸蚀而呈现凹沟。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,试样浸蚀后会呈现出轻微的凹凸不平, 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,由于各组成具有不同的电极电位,试样浸入浸蚀剂中就 有两相之间形成无数对“微电池”。具有负电位的一相成为局部电磁的阳极,被迅速 浸入浸蚀剂中形成凹坑;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明暗程度不同的组织和组成相。 常用腐蚀剂 例图
3、景深为垂直的鉴别能力,试样经过腐蚀后,试样表面是凸凹不平的,经过 物镜放大后,他们的像不会落在一个理想的平面上,物镜对这些高低不平的组织清 晰的显示能力,称为景深度。
景深与数值孔径、放大倍数成反比,倍数越大,数值孔径越大,景深越小。 景深越小,调节图像至清晰的难度越大。 景深对于物镜来说都是固定的,但可以通过调节孔径光阑来略微提升景 深。
光阑 光阑分为孔径光阑和视场光阑:
孔径光阑:孔径光阑的调节可以改变成象光束的大小和控制进入光学系统的光 亮度。孔径光阑过大,会增加镜筒内部的反射与眩光,降低影像的衬度。缩小孔径 光阑,可以消除由于透镜边缘所引起的球面像差,光阑缩小,光束只通过物镜的中 心部位,孔径角变小,使实际的数值孔径减少,能提高景深,提高相的衬度。但孔 径角小,会降低物镜的分辨能力。适当的增大孔径光阑,会增大亮度和提高鉴别能 力。
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