【正文】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　姓名： 班級： 學號： 材料工程基礎金相實驗 材料工程基礎　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　實驗指導書實驗一 金相試樣制備與組織觀察綜合實驗實驗學時：6h 實驗性質：綜合性一、實驗目的1 了解金相顯微鏡的結構及主要零部件的作用；學會正確使用顯微鏡，提高物像的質量；了解顯微鏡的維護方法。2 學習金相試樣的制備方法；了解金相試樣質量對金相分析的影響。3 掌握二元鑄態(tài)合金的固溶體，共晶(包括亞共晶和過共晶)和包晶組織的特征，能識別這些組織；掌握Fe—C合金平衡和非平衡組織的特征。二、 實驗內(nèi)容 本次實驗為綜合實驗，要求綜合運用金相顯微鏡和各種金相制樣設備學會各種不同試樣的金相制樣要點，并能分析合金尤其是鐵碳合金的典型組織。 實驗分三階段進行，首先熟悉金相顯微鏡的結構、操作方法和維護要求，再進行具體試樣的金相試樣制備，第三步觀察分析常見二元合金和鐵碳合金的組織。實驗中各階段每位同學獨立完成。通過預習了解顯微鏡結構、維護要求以及金相制樣方法和不同合金的組織特征，寫出實驗步驟，然后到實驗室通過自己的操作體會各個過程。三、 實驗儀器、設備及材料、設備砂輪機、預磨機、拋光機、電吹風、金相顯微鏡 實驗材料試樣：鐵碳合金試樣及有色金屬合金試樣（用于組織觀察）；制備試樣材料選用碳鋼。制樣材料：砂紙、拋光劑、拋光布、34%硝酸酒精、濾紙四 實驗原理 金相顯微鏡結構與使用簡單地說，成像原理就是將物像兩級放大。如圖1—1所示。物AB經(jīng)物鏡放大成一倒立的實像A′B′，再經(jīng)目鏡放大成虛像A″B″。1） 顯微鏡的放大倍數(shù) 顯微鏡的放大倍數(shù)等于物鏡與目鏡放大倍數(shù)的乘積：f物，f目——物鏡和目鏡的焦距；l——顯微鏡的光鏡筒長度放大倍數(shù)的選擇決定于組織的粗細和觀察的目的。放大倍數(shù)大，則組織清晰，但視域小，不能觀察全貌，代表性受局限，放大倍數(shù)低，則效果完全相反，如圖12所示。在金相分析時，根據(jù)需要，往往高、低倍變換使用。 圖1—1 光學成像原理示意圖 (a) 低倍 (b)高倍圖1—2 不同放大倍數(shù)下的帶狀組織 2） 顯微鏡的像差 像差就是物點經(jīng)透鏡后不能聚焦于一點，而使像模糊不清的現(xiàn)象。像差越小，則物越清晰。像差的大小，不僅與顯微鏡的設計制造有關，而且與使用是否正確有關。主要的像差有色差、球差和像域彎曲。球差：透鏡是球面，通過透鏡邊緣與中心的光線不聚焦于一點，使像模糊不清的現(xiàn)象叫球差(圖1—3)。使用顯微鏡時縮小孔徑光欄，可減輕球差，提高像的清晰度。色差：不同波長的色光經(jīng)透鏡后，不能聚焦于一點，使像不清晰的現(xiàn)象叫色差（圖1—4）。使用顯微鏡時減輕色差的方法有二：一是采用單色光，二是根據(jù)物鏡的類型選用相應的濾色片。 像域彎曲：由于各種像差共同作用的結果，使垂直于光軸的物平面的像不是一平面，這種現(xiàn)象叫像域彎曲(圖1—5)。像域彎曲對顯微攝影不利，所以攝影時，應選擇經(jīng)過像域彎曲校正的平面消色差物鏡或平面復消色差物鏡。 圖1—3 球差示圖 圖1—4 色差示圖3） 顯微鏡的分辨率顯微鏡能區(qū)分開的兩點間的最小距離叫分辨率，所以分辨率又可表示為或 ——光源波長——物鏡的孔徑角的1/2，如圖1—6所示；叫物鏡的數(shù)值孔徑，表示物鏡的聚光能力，顯微鏡的分辨率。 由上式可知提高分辨率的方法是：(1)用波長短的光源；(2)增大孔徑光欄以增加有效的孔徑角；(3)用折射率大的光介——物鏡與試樣間的介質對光的折射率。 圖1—5 像域彎曲示圖 圖1—6 孔徑角 照明方式1）明場照明明場照明是最常用的一種照明方式，其光程如圖1—7所示。這種照明方式，光線基本上是垂直地射入試樣表面。因此，只要試樣表面平滑，其像就是明亮的，故叫明場照明。試面上的劃痕，孔洞則是暗黑的。2）暗場照明 由明場變?yōu)榘祱龅姆椒ㄊ牵河铆h(huán)形光欄代替孔徑光欄，再在物鏡外套一弧形反射聚光器。暗場的照明效果同明場相反。平滑磨面的像是暗黑的，而劃痕、凹坑則是明亮的。 與明場相比，暗場的襯度好，分辨率高，能判斷非金屬類雜物的透明度和顏色。所以暗場是鑒別非金屬夾雜物的一種不可缺少的照明方式。 圖1—7 顯微鏡光學系統(tǒng)圖 圖1—8 顯微鏡結構 金相顯微鏡的結構及主要零部件金相顯微鏡由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三部分組成（圖18），主要部件作用如下：1）物鏡物鏡是決定物像質量的主要部件。因為像的校正情況不同，有不同類型的物鏡。各類物鏡的用途不同，并要與不同的目鏡和濾色片配合，才能得到較好的物像質量。為了提高分辨率，在物鏡與試樣之間加松柏油等作介質，這種物鏡叫油浸物鏡。油鏡一般是高倍物鏡。物鏡上標有放大倍數(shù)，數(shù)值孔徑和物鏡類型，油鏡上還標有“oil”字樣。2）目鏡目鏡的作用是將物鏡成的像再次放大成虛像或實像。3）光欄 孔徑光欄：其位置在光源聚光器之后。其作用是提高物像質量。增大孔徑光欄，可提高分辨率，但球差也增大，像的清晰度下降、襯度下降，所以不能過大，也不能過小。可根據(jù)像的清晰度、襯度和分辨率適當調(diào)節(jié)。 視場光欄：其位置在孔徑光欄之后。視場光欄不影響像的清晰度和分辨率，只能改變視場大小，提高襯度。4）濾色片濾色片作用主要有三：(1)減少色差，提高像的清晰度；(2)提高分辨率；(3)制成彩色金相試樣，而采用黑白底片攝影時，選用適當?shù)臑V色片，可提高照片的襯度。 金相試樣的制備金相試樣質量，直接關系著金相檢查的結論的可靠性。因此，必須十分重視制樣，金相試樣磨面必須平整、光滑、組織真實清晰。 金相試樣觀察原理顯示金屬組織的基本原理是：由于金屬內(nèi)部原子結構有著一定的排列規(guī)則，晶粒內(nèi)和晶界之間、不同位向的晶粒之間、不同的相之間的物理或化學性質不同，經(jīng)一定物理或化學作用后，對光線的反射能力不同或干涉色不同，因而在顯微鏡下觀察時，明暗度不同或顏色不同。制樣時首先把金屬表面磨平，再選用適當?shù)母g劑進行腐蝕，在晶界、相界等原子排列較紊亂的地方會容易被腐蝕，使晶粒或各相得以顯示出來。而單相組織較難被腐蝕，此外由于在同一平面不同晶粒表現(xiàn)出的位向不同，在顯微鏡下可以觀察出不同的形貌特征，根據(jù)這項特征可以觀察和分析金屬晶粒的大小、組織分布的特征等。 金相試樣制備過程1）取樣取樣的方法有砂輪片切割、鋸、線切割等等。取樣必須有代表性，能反映真實的組織，能說明需要說明的問題。因此，取樣必須注意以下問題：部位和方向應根據(jù)金相分析的目的合理選擇。如檢查軋制的鋼材有無帶狀組織。必須縱向切取，才能說明有無帶狀，如圖2—1所示。檢查高速鋼鍛造后的碳化物級別，必須取半徑的1/2處?？傊瑱z查內(nèi)容各不相同，取樣部位和方向就靈活多樣。切取時嚴防試樣溫度升得過高。以免組織變化，所以必須水冷。試樣尺寸不能過大或過小，以利制樣操作。 圖2—1 同一試樣不同方向的組織2）試樣的鑲夾