《金属学实验一：金相试样制备和显微镜的使用2010.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属学实验一：金相试样制备和显微镜的使用2010.ppt（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、实验一：金相试样实验一：金相试样制备和显微镜的使用制备和显微镜的使用一、实验目的一、实验目的了解金相显微镜的构造原理；了解金相显微镜的构造原理；掌握金相显微镜的使用方法；掌握金相显微镜的使用方法；掌握金相试样的制备方法；掌握金相试样的制备方法；了解金相显微组织的显示方法。了解金相显微组织的显示方法。二、金相显微镜的构造和使用二、金相显微镜的构造和使用 金相显微境的常见型式有台式、立式和金相显微境的常见型式有台式、立式和卧式三大类。卧式三大类。光学系统光学系统照明系统照明系统机械系统机械系统 显微镜的放大作用显微镜的放大作用主要由焦距很短的物镜主要由焦距很短的物镜和焦距较长的目镜来完和焦距较长的
2、目镜来完成。成。为了减少象差，显为了减少象差，显微镜的目镜和物镜都是微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成的复杂的由透镜组构成的复杂的光学系统，其中物镜的光学系统，其中物镜的构造尤为复杂。构造尤为复杂。图中的物镜和目镜图中的物镜和目镜都简化为单透镜。都简化为单透镜。物体物体AB位于物镜的位于物镜的前焦点外但很靠近焦点前焦点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形的位置上，经过物镜形成一个倒立的放大实象成一个倒立的放大实象AB，这个象位于目镜，这个象位于目镜的物方焦距内但很靠近的物方焦距内但很靠近焦点的位置。焦点的位置。目镜将物镜放大的实目镜将物镜放大的实象再放大成虚象象再放大成虚象AB”，位于观察者的明视
3、距离位于观察者的明视距离(距人眼距人眼250 mm)处，供处，供眼睛观察。在视网膜上眼睛观察。在视网膜上形成的是实象形成的是实象A”B”。显微镜的成象过程是个比较复杂的衍射显微镜的成象过程是个比较复杂的衍射相干过程，显微镜的分辨能力和放大能力相干过程，显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制。都受到一定限制。目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是是0.2 m mm左右，有效放大率最大为左右，有效放大率最大为15001600倍。倍。显微镜的放大率显微镜的放大率M等于物镜的线放大率等于物镜的线放大率M1与目镜的角放大率与目镜的角放大率M2的乘积。的乘积。M1L/f1
4、，M2D/f2 L为显微镜的光学镜筒长度，即从物镜的后为显微镜的光学镜筒长度，即从物镜的后焦点到所成实象的距离，焦点到所成实象的距离，f1为物镜的焦距，为物镜的焦距，负号表示所成的象是倒立的，负号表示所成的象是倒立的，D为人眼睛的为人眼睛的明视距离；明视距离；f2为目镜的焦距。为目镜的焦距。MLD/f1f2 单片普通透镜所成的象，由于物理条件单片普通透镜所成的象，由于物理条件的限制，往往模糊不清或发生畸变，在实际的限制，往往模糊不清或发生畸变，在实际成象中出现的所有缺陷和偏差都称为象差。成象中出现的所有缺陷和偏差都称为象差。象差一般分为两大类：一类是单色光成象差一般分为两大类：一类是单色光成象
5、时的象差，简称为单色象差，包括球面象象时的象差，简称为单色象差，包括球面象差、彗形象差、象散和象域弯曲；另一类是差、彗形象差、象散和象域弯曲；另一类是多色光成象时的象差，称为色象差，这是由多色光成象时的象差，称为色象差，这是由于介质对不同波长的光的折射率不同而引起于介质对不同波长的光的折射率不同而引起的。的。对显微成象影响最大的有三种象差，即球对显微成象影响最大的有三种象差，即球面象差、色象差和象域弯曲。面象差、色象差和象域弯曲。物镜的数值孔径物镜的数值孔径(N.A.)：表示物镜收集：表示物镜收集光线的能力。数值孔径越大，物镜对试样光线的能力。数值孔径越大，物镜对试样上各点的反射光收集得就越多
6、，成象质量上各点的反射光收集得就越多，成象质量就越好。就越好。显微镜的分辨率用它能清晰地分辨试样显微镜的分辨率用它能清晰地分辨试样上两点间的最小距离上两点间的最小距离d表示。表示。dl l/(2 N.A.)l l为入射光的波长。为入射光的波长。显微镜的分辨率取决于使用光线的波长和显微镜的分辨率取决于使用光线的波长和物镜的数值孔径，与目镜无关。物镜的数值孔径，与目镜无关。光源的波长可以通过滤色片来选择，蓝光光源的波长可以通过滤色片来选择，蓝光的波长比黄绿光短，所以分辨率较黄绿光的波长比黄绿光短，所以分辨率较黄绿光大大25%。当光源的波长一定时，则可通过变化数值当光源的波长一定时，则可通过变化数值
7、孔径来调节显微镜的分辨率。孔径来调节显微镜的分辨率。在空气介质中使用时，在空气介质中使用时，N.A.1，这类物镜，这类物镜称为干类物镜。称为干类物镜。当物镜与试样之间充满松柏油介质当物镜与试样之间充满松柏油介质（n=1.52）时，）时，N.A.=1.4，这就是显微镜，这就是显微镜在高倍观察时所用的油镜头。在高倍观察时所用的油镜头。每个物镜均有一个额定的每个物镜均有一个额定的N.A.值，刻在物值，刻在物镜体上。镜体上。显微镜的有效放大倍数显微镜的有效放大倍数MM：M M（50050010001000）N.A.放大率小于放大率小于500 500 N.A.时，人眼不能看清时，人眼不能看清物镜已分辨的
8、组织细节；物镜已分辨的组织细节；放大率大于放大率大于1000 00 N.A.时，人眼并不能时，人眼并不能看到更多的细节，物体的象反而不如故大看到更多的细节，物体的象反而不如故大率较低时清晰，这种放大称为率较低时清晰，这种放大称为“虚放大虚放大”或或“无效放大无效放大”。问题：某显微镜采用问题：某显微镜采用40物镜，其数值孔径物镜，其数值孔径为为0.65，其有效放大倍数是多少？与之相配，其有效放大倍数是多少？与之相配的目镜放大倍数的范围？的目镜放大倍数的范围？有效放大倍数有效放大倍数 M M（50050010001000）N.A.325650()（325650）/40（816）所以目镜放大倍数的
9、有效范围是所以目镜放大倍数的有效范围是816。目镜倍数大于目镜倍数大于16时，只是简单放大，且时，只是简单放大，且物象发晕；目镜倍数小于物象发晕；目镜倍数小于8时，不能充分发时，不能充分发挥物镜的分辨能力。挥物镜的分辨能力。由灯泡由灯泡由灯泡由灯泡1 1发光发光发光发光-聚光透镜组聚光透镜组聚光透镜组聚光透镜组2 2会聚会聚会聚会聚-反光镜反光镜反光镜反光镜8 8的反射的反射的反射的反射-孔径光栏孔径光栏孔径光栏孔径光栏9-9-聚光镜聚光镜聚光镜聚光镜3 3聚集聚集聚集聚集到物镜的后焦面，通过物到物镜的后焦面，通过物到物镜的后焦面，通过物到物镜的后焦面，通过物镜平行均匀照射镜平行均匀照射镜平行
10、均匀照射镜平行均匀照射-试样试样试样试样7 7的的的的表面表面表面表面-反射光线反射光线反射光线反射光线-物镜组物镜组物镜组物镜组6 6、辅助透镜辅助透镜辅助透镜辅助透镜5-5-半反射镜半反射镜半反射镜半反射镜4 4转转转转向向向向-辅助透镜辅助透镜辅助透镜辅助透镜1111、棱镜、棱镜、棱镜、棱镜1212和棱镜和棱镜和棱镜和棱镜13-13-形成一个倒立形成一个倒立形成一个倒立形成一个倒立放大的实象放大的实象放大的实象放大的实象-透镜透镜透镜透镜1414和和和和目目目目镜镜镜镜1515放大放大放大放大-得到所观察试得到所观察试得到所观察试得到所观察试样表面的放大图像。样表面的放大图像。样表面的放
11、大图像。样表面的放大图像。照明系统照明系统 在底座内装有一个低在底座内装有一个低压（压（68 V，15W）灯）灯泡作为光源，由变压器降泡作为光源，由变压器降压供电。压供电。聚光镜、反光镜和聚光镜、反光镜和孔孔径光阑径光阑15等装置在底座等装置在底座上；上；视场光阑视场光阑14和另一和另一聚光镜则安在支架上。通聚光镜则安在支架上。通过以上一系列透镜及物镜过以上一系列透镜及物镜本身的作用，试样表面获本身的作用，试样表面获得了充分均匀的照明。得了充分均匀的照明。机械系统机械系统 在显微镜体的两侧有粗在显微镜体的两侧有粗调和微动调焦手轮，两者在调和微动调焦手轮，两者在同一部位。同一部位。转动转动粗调手
12、轮粗调手轮6可以通过可以通过内部齿轮带动支承载物台的内部齿轮带动支承载物台的弯臂作上下运动。弯臂作上下运动。微调手轮微调手轮5传动内部齿轮，传动内部齿轮，使其沿着滑轨缓慢移动。在使其沿着滑轨缓慢移动。在右侧手轮上刻有分度格，表右侧手轮上刻有分度格，表示上下微动示上下微动2微米。齿轮箱上微米。齿轮箱上刻有白线指示微动升降的极刻有白线指示微动升降的极限位置。限位置。机械系统机械系统 载物台载物台(样品台样品台)用用于放置金相试样。于放置金相试样。载物台和下面托盘载物台和下面托盘之间有导架，移动结构之间有导架，移动结构采用粘性油膜联结。采用粘性油膜联结。用手推动，可引导用手推动，可引导载物台在水平面
13、上作一载物台在水平面上作一定范围的移动，以改变定范围的移动，以改变试样的观察部位。试样的观察部位。光学系统光学系统孔径光阑孔径光阑15和视场光阑和视场光阑14物镜：转换器呈球面形，物镜：转换器呈球面形，上面有三个螺孔，可安装上面有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜。不同放大倍数的物镜。目镜简：呈目镜简：呈45度倾斜安装度倾斜安装在附有棱镜的半球形座上。在附有棱镜的半球形座上。目镜可转向目镜可转向90度呈水平度呈水平状态，以配合照相装置进状态，以配合照相装置进行金相显微摄影。行金相显微摄影。金相显微镜的使用方法金相显微镜的使用方法 金相显微镜是一种精密光学仪器，在使金相显微镜是一种精密光学仪器，
14、在使用时要求用时要求细心和谨慎细心和谨慎，严格按照使用规程进，严格按照使用规程进行操作！行操作！将显微镜的光源插头接在将显微镜的光源插头接在低压（低压（6 8V）变）变压器压器上，接通电源；上，接通电源；根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分根据放大倍数，选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内。旋动物镜转别安装在物镜座上和目镜筒内。旋动物镜转换器，使物镜进入光路并定位；换器，使物镜进入光路并定位；将试样放在样品台中心，使观察面朝下并将试样放在样品台中心，使观察面朝下并用弹簧片压住；用弹簧片压住；转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观转动粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能
15、接近试样表面（察，使物镜尽可能接近试样表面（但不得但不得与之相碰与之相碰），然后反向转动粗调手轮，使），然后反向转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降以调节焦距。当视场亮度增镜筒渐渐下降以调节焦距。当视场亮度增强时，再改用微调手轮调节，直到物象最强时，再改用微调手轮调节，直到物象最清晰为止；清晰为止；必要时适当调节孔径光阑和视场光阑以获必要时适当调节孔径光阑和视场光阑以获得最佳质量的物象。得最佳质量的物象。金相显微镜使用的注意事项金相显微镜使用的注意事项操作应细心，操作应细心，不能有粗暴和剧烈动作不能有粗暴和剧烈动作，严禁，严禁自行拆卸显微镜部件；自行拆卸显微镜部件；显微镜的显微镜的镜头和试样表面不能用
16、手直接触摸镜头和试样表面不能用手直接触摸；显微镜的照明灯泡必须接在显微镜的照明灯泡必须接在6 8V变压器上，变压器上，切勿直接插入切勿直接插入220V电源，以免烧毁灯泡；电源，以免烧毁灯泡；旋转粗调和微调手轮时，动作要慢，碰到故旋转粗调和微调手轮时，动作要慢，碰到故障应立即报告，不能强行用力转动，以免损障应立即报告，不能强行用力转动，以免损坏机件。坏机件。金相试样的制备金相试样的制备 1）取样）取样 金相试样的选取应根据研究目的取其具金相试样的选取应根据研究目的取其具有代表性的部位，试样截取方法视材料的性有代表性的部位，试样截取方法视材料的性质不同而异，但应保证不使被观察面的组织质不同而异，但
17、应保证不使被观察面的组织发生变化。发生变化。对软金属，可用手锯或锯床切割；对硬对软金属，可用手锯或锯床切割；对硬而脆的材料可用锤击方法；对极硬材料可采而脆的材料可用锤击方法；对极硬材料可采用砂轮切片机或线切割方法；在大工件上取用砂轮切片机或线切割方法；在大工件上取样可用氧气切割等方法。样可用氧气切割等方法。截取的试样大小以便于握持、易于磨制截取的试样大小以便于握持、易于磨制为准，一般为直径为准，一般为直径12 15mm、高度（或边、高度（或边长）长）12 15mm的圆柱体或立方体。的圆柱体或立方体。2）镶嵌）镶嵌 对于尺寸过于细小的金属丝、片、管对于尺寸过于细小的金属丝、片、管或不规则形状物，
18、以及有特殊要求（例如或不规则形状物，以及有特殊要求（例如需要观察表层组织）的试样，必须先将其需要观察表层组织）的试样，必须先将其镶嵌起来再磨制。镶嵌起来再磨制。镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌、机械夹持等。目前多电木粉或塑料镶嵌、机械夹持等。目前多用电木粉镶嵌，使用该方法时，应注意镶用电木粉镶嵌，使用该方法时，应注意镶样机的温度和压力对试样组织的影响。样机的温度和压力对试样组织的影响。3）磨制）磨制 磨制是为了得到平整的磨面，为抛光磨制是为了得到平整的磨面，为抛光作准备。一般磨制过程分为粗磨和细磨。作准备。一般磨制过程分为粗磨和细磨。粗磨一般在砂
19、轮机上进行，砂轮粗磨应利粗磨一般在砂轮机上进行，砂轮粗磨应利用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向作往用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向作往复缓慢移动，施加压力要适度、均匀。复缓慢移动，施加压力要适度、均匀。在磨制过程中要不断用水冷却试佯，在磨制过程中要不断用水冷却试佯，以防由于温度升高造成试样内部组织变化。以防由于温度升高造成试样内部组织变化。最后，将试样倒角，以免细磨及抛光时划最后，将试样倒角，以免细磨及抛光时划破砂纸或抛光布。破砂纸或抛光布。粗磨后的试样表面仍有较深的磨痕，需粗磨后的试样表面仍有较深的磨痕，需进行细磨。细磨有手工磨光和机械磨光两种进行细磨。细磨有手工磨光和机械磨光两种方法。方法。
20、手工磨光是用手握持试样，在金相砂纸手工磨光是用手握持试样，在金相砂纸上单方向推移磨制，拉回时提起试样，使之上单方向推移磨制，拉回时提起试样，使之脱离砂纸。脱离砂纸。我国金相砂纸按粗细分为我国金相砂纸按粗细分为01号、号、02号、号、03号、号、04号、号、05号等几种。号等几种。细磨时，依次从细磨时，依次从01号磨至号磨至05号；每次号；每次换砂纸时，应先将试样换砂纸时，应先将试样清洗干净清洗干净，以免把，以免把粗砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的粗砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的磨制方向磨制方向调转调转90度度，即磨制方向与上一道，即磨制方向与上一道磨痕方向垂直，以便观察上一道磨痕是否磨痕
21、方向垂直，以便观察上一道磨痕是否全部消除。全部消除。4）抛光）抛光 抛光的目的是去除细磨后留下的细微抛光的目的是去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮镜面。磨痕，使磨面呈光亮镜面。抛光前应先将试样清洗干净！抛光前应先将试样清洗干净！抛光常抛光常用方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光等用方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光等方法。方法。机械抛光在抛光机上进行，可分为粗机械抛光在抛光机上进行，可分为粗抛和精抛两个步骤。粗抛时转速高一些，精抛和精抛两个步骤。粗抛时转速高一些，精抛或抛软材料时，转速要低些。抛光盘上铺抛或抛软材料时，转速要低些。抛光盘上铺以不同材料的抛光布。粗抛时常用帆布或粗以不同材料的抛
22、光布。粗抛时常用帆布或粗呢，精抛时常用绒布、细呢或丝绸等。呢，精抛时常用绒布、细呢或丝绸等。抛光时需要向抛光盘上不断滴注抛光液，抛光时需要向抛光盘上不断滴注抛光液，以产生磨削和润滑作用。抛光液通常采用以产生磨削和润滑作用。抛光液通常采用氧化铝、氧化镁、氧化铬等抛光粉在水中氧化铝、氧化镁、氧化铬等抛光粉在水中的悬浮液。的悬浮液。抛光试样的磨面应均匀、平正地压在旋抛光试样的磨面应均匀、平正地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心到边缘作往复移动。压力不宜过大，抛光到边缘作往复移动。压力不宜过大，抛光时间也不宜过长，一般约时间也不宜过长，一般约3 5分钟。当磨
23、分钟。当磨痕全部消除而呈现镜面时，停止抛光。将痕全部消除而呈现镜面时，停止抛光。将试祥用水冲洗干净，然后进行浸蚀。试祥用水冲洗干净，然后进行浸蚀。5）浸蚀）浸蚀 经抛光后的试样磨面，必须用浸蚀剂进经抛光后的试样磨面，必须用浸蚀剂进行浸蚀，以清楚地显示其显微组织。浸蚀前行浸蚀，以清楚地显示其显微组织。浸蚀前应先将试样清洗干净！最常用的浸蚀方法是应先将试样清洗干净！最常用的浸蚀方法是化学浸蚀法。浸蚀时可将试样磨面浸入浸蚀化学浸蚀法。浸蚀时可将试样磨面浸入浸蚀剂中，也可用棉花沾取浸蚀剂擦拭磨面。剂中，也可用棉花沾取浸蚀剂擦拭磨面。浸蚀的深浅可根据组织特点和观察时的浸蚀的深浅可根据组织特点和观察时的放
24、大倍数来确定，一般浸蚀到试样磨面稍发放大倍数来确定，一般浸蚀到试样磨面稍发暗时即可。如果浸蚀过重，应重新抛光，再暗时即可。如果浸蚀过重，应重新抛光，再行浸蚀。行浸蚀。浸蚀后立即用清水冲洗，必要时再用酒浸蚀后立即用清水冲洗，必要时再用酒精清洗。最后用吹风机吹干。精清洗。最后用吹风机吹干。金属或合金中往往组成物不同、各个晶粒金属或合金中往往组成物不同、各个晶粒的结晶位向不同，有的容易浸蚀，有的不的结晶位向不同，有的容易浸蚀，有的不易浸蚀；此外，它们的电化学势不同，可易浸蚀；此外，它们的电化学势不同，可能组成微电池，阳极的组成物受到溶解，能组成微电池，阳极的组成物受到溶解，而阴极组成物则受到保护。而
25、阴极组成物则受到保护。晶界上的原子排列不规则，同时存在一些晶界上的原子排列不规则，同时存在一些夹杂，因此比晶粒内部容易受浸蚀。夹杂，因此比晶粒内部容易受浸蚀。由于以上组织中的各部位受浸蚀情况不一由于以上组织中的各部位受浸蚀情况不一样，因此，在显微镜中看起来，受浸蚀的样，因此，在显微镜中看起来，受浸蚀的地方就下陷，光线被反射到视域之外，在地方就下陷，光线被反射到视域之外，在组织中呈黑色；受浸蚀浅或未浸蚀的地方，组织中呈黑色；受浸蚀浅或未浸蚀的地方，比较平整，光线全部或部分反射回到物镜比较平整，光线全部或部分反射回到物镜内，因此看起来是明亮的，根据明亮程度，内，因此看起来是明亮的，根据明亮程度，就
26、可以将合金中的各个组成物区别开来。就可以将合金中的各个组成物区别开来。Ni49Ga27Fe21Co3铁磁性铁磁性形状记忆形状记忆合金的金相组织照片合金的金相组织照片 实验内容实验内容 1、领取一块试样，按照金相制样过程操作；、领取一块试样，按照金相制样过程操作；2、每人实际操作金相显微镜，观察所制备的、每人实际操作金相显微镜，观察所制备的金相试样，并评价制样质量。金相试样，并评价制样质量。实验报告要求实验报告要求 1、叙述实验目的；、叙述实验目的；2、简述金相显微镜的主要结构和使用方法；、简述金相显微镜的主要结构和使用方法；3、简述金相试样的制备过程；、简述金相试样的制备过程；4、总结自己在金相试样制备过程中存在的问、总结自己在金相试样制备过程中存在的问题。题。