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1、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
2、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和所用的光线波长入，可用下式表示：d=A/(2A)式中：入表示入射光线的波长; A表示物镜的数值孔径。入越小，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*sina式中：n表示物镜与试样之间介质的折射率；a表 示物镜孔径角的一半。N越大或。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(68V, 15V)的灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压(68V)来改变灯 光的亮度。聚光灯、孔径光
3、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。载物台：用来放置金相试样，载物台和下
4、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。孔径光栏和视场光栏：孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。 视场光栏设在物镜支架下面，其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。物镜转换器：转换器呈球面形，上有三个螺钉，可以安装不同放大倍数的物镜，旋转转换器可以使各个物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，可以获得各种放大倍数。目镜筒：目镜筒呈45度倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可以将目镜转向90度呈水平状以配合照相装置进行金相摄
5、影。 （3）显微镜操作和注意事项金相显微镜的使用规程：1）首先将显微镜的光源插头插到变压器上，通过低压（68V）变压器接通电源。2）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及目镜筒内，并将转换器转至固定位置。3）将试样放在试样台中心，将观察面朝下并用弹簧片压住。4）转动粗调手轮先将载物台下降，同时用眼睛观察，使物镜尽可能的接近试样表面（但是不要相碰），然后相反方向转动粗调 手轮，使载物台渐渐上升以调节焦距，当视场亮度增强时，再改用微调手轮调节，直到物像变清晰。5）适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物像。操作注意事项1）不能用手触摸目镜、物镜镜头。2）不能用手触摸金相试样的
6、观察面，要保持干净，观察不同部位组织是，可以平推载物台，不要挪动试样，以免划伤表面。3）照明电压一般为6V、8V,必须通过降压变压器使用，千万不可将灯泡插头直接接入220V电源，以免烧毁灯泡。4）操作要细心，不得有粗暴和剧烈的动作，调焦距时要慢慢下降载物台，使试样接近物镜，但不要碰到物镜，以免磨损物镜。5）使用中出现故障和问题，立即报告知道老师处理。6）使用完毕后，把显微镜恢复到使用前的状态并罩好显微镜，方可离开实验室。三：金相试样的制备（1）取样为了实现正确取样，在取样前必须充分理解送验者的检验要求，了解来样的化学成分、外形结构（包括有关尺寸）、性能、制 造工艺过程及具体规范，使用工况、环境
7、和损坏过程等有关情况。在此基础上才能确定取样方案（试样的选择）和取样方法。完整的取样方案通常包括4方面内容：1.从批料中选取具有代表性的零件。2,从零件上选择有代表性的部位截取试样。3.从截 取的试样上选择金相检查面（即金相磨面，被观察面）4.解剖取样的具体方法、试样的大小和数量。金相取样必须遵循两条基本原则：1 .选择试样的原则 根据检验目的的需要，所取的金相试样在诸如材料成分、外形结构、制造工艺、内在组织、有关性能、使 用时的工况和环境、及缺陷或失效特征方面，对于被检验物应具有充分的代表性，即具有典型性。2 .截取试样的原则采用某种加工方法，将金相试样从被检零件上截取下来的过程中，不允许由
8、于发热或加工应力而使试样产 生假象、破坏试样的典型性，必须完好地保持试样的代表性。（2）磨制试样的磨制一般分为粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，同时为了去掉截取时有组织变化的部分, 在砂轮上磨制时、应握紧试样，压力不宜过大，并随时用水冷却，以防受热引起金属组织变化。当试样表面平整后，粗磨就告完成, 然后将试样用水洗干净。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为进一步的抛光作好准备。将粗磨好的试样依次在由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨光。磨制时用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，而且造成磨面的变形。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
9、。这样”单程单向地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀 一致时为止。在调换下一号更细砂纸时，应转动90。角，即与上一道磨痕方向垂直。(3)抛光抛光的目的在于去处细磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，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 学抛光三种，其中以机械抛光应用最广，这里着重介绍机械抛光法。如图所示是金相抛光机。机械抛光是在专用的抛光机上进行。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘 到中心不断作径向往复运动，同时，试样自身略加转动，以便试样各部分抛光程度一致及避免拽尾现象的出现。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
10、或夹杂物等不应抛掉或拽尾现象。抛光后试样应用水洗干净，然后用酒精 冲去残留水滴，再用吹风机吹干。(4)浸蚀1,浸蚀的准备试样的准备 需进行浸蚀显示组织的试样，在浸蚀前必须先清洗干净,然后淋酒精，并将整个试样用电吹风机吹干。浸蚀剂的准备 将已配制好的浸蚀剂放在通风柜中C并注意它们的使用条件c如需加热浸蚀的，则应先把它加热到要求的温度, 并做好保温。通风柜应保持良好的照明，以便浸蚀时试样表面受蚀程度。2 .试样的浸蚀将试样抛光面向上放在工作台上，然后用竹夹子把试样夹稳，将试样整个浸没入浸蚀剂中，并将夹子夹着的试样在浸蚀剂中作 缓慢而轻微的晃动，使浸蚀面受蚀比较均匀。晃动时应注意，不能使试样受蚀面露
11、出浸蚀剂的液面，更不要使局部试样面露出液面, 以免浸蚀不均匀。同时需注意不要将浸蚀剂晃溅到浸蚀容器外面。浸蚀数秒钟后，使试样夹出液面，仔细观察抛光表面，若金属光 泽仍很明显，表明还没有受蚀，或者受蚀尚很轻微，应将试样继续浸蚀，直到试样抛光面上基本上已失去金属光泽，即应停止浸蚀, 将试样取出来。3 .浸蚀后的处理清洗 将浸蚀后的试样立即用清水冲洗。冲洗时受浸蚀面应对着流水，水流不要太小，务必迅速将试面上残存的浸蚀剂冲洗彻 底。特别是当试面上有裂纹、疏松、空洞时，水冲洗更应彻底，否则裂纹及孔洞内残留的浸蚀剂会泛到试面上，造成裂纹、空洞周 围局部加深浸蚀，使整个试面上受蚀不均匀。吹干 将试面已冲洗干
12、净的试样，立即喷淋无水酒精，以免留下水迹。最后用电吹风将试面彻底吹干。四：实验设备及材料(1)光学金相显微镜(2)工业纯铁铁素体、T8钢珠光体显微组织试样。(3)试样切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、抛光粉；不同型号的金相砂纸。(4)低碳钢、45钢试样等。(5) w(HNO3) = 3%的硝酸酒精溶液、苦味酸酒精、酒精、棉花、吹风机等。五：试验内容及步骤(1)实验前必须仔细阅读教程的有关内容。(2)听取实验指导教师讲解金相显微镜的结构、使用方法等，熟悉显微镜的构造及使用教程。(3)熟悉金相显微镜的放大倍数与数值孔径、鉴别能力之间的关系。(4)由指导教师讲解金相试样制备的基本操作过程，然后学生人手一块试样，分别进行试样制备全过程的练习，直到制成合格的金 相试样。(5)在金相显微镜下观察所制备试样的显微组织特征。六：实验报告要求(1)实验报告应首先写明实验名称和实验目的。(2)扼要描述光学显微镜的使用规程。(3)说明试样制备的过程及其注意事项。(4)分别在直径为400mm的圆周内，画出径浸蚀后低碳钢、共析钢试样的显微组织图，并注明试样材料、组织类别、浸蚀剂与 放大倍数等。七：思考题(1)你知道金相显微镜使用时应注意什么问题吗？(2)制备金相试样时，如何使试样制备的又快又好呢？