实验一金相显微镜的使用与金相组织的观察
一、实验目的
1．了解金相显微镜的构造，各个主要部件的效用。
2．掌握正确使用显微镜的操作及维护方法。
3．观察几种式样的金相组织
二、实验概述
（一）金相显微镜的知识及正确使用
1．显微镜放大原理：
利用透镜将物体的像放大，单个透镜的放大倍数是有限的（一般在20倍以下），因此要考虑用另一透镜组将第一次放大的像再行放大，以得到更高更清晰放大倍数的像，显微镜就是根据这一需求设计的。显微镜中装有两组放大透镜，靠近物体的一组为物镜，靠近眼睛的一组透镜称为目镜，但实际上显微镜采用的物镜和目镜都是由复杂的透镜组组成。图1-1为显微镜成像原理图。
图1-1显微镜成像原理图
若将试样AB 置于物镜之前距其一倍焦距(F1)略远一些的位置，由物体反射的光线通过物镜折射后得到一个倒立的放大的实像A′B′，在目镜上观察时，经物镜放大的倒立实像A′B′落在目镜焦距F2内( 在设计时安排好使目镜的焦点位置在F2以内) ，目镜又将A′B′再次放大，人眼在（250mm）的明视距离处，看到一个经两次放大的倒立的虚像A″B″就是我们在显微镜下的物象。总的放大倍数
为物镜的放大倍数与目镜放大倍数的乘积，M总=M
物×M
目
普通光学金相显微镜主要由三大系统构成：既光学系统，照明系统和机械系统。下面简单分述其主要构件的功能与特性。
光学系统：主要包括物镜和目镜，物镜是显微镜最重要的部件，成像质量在很大程度上取决于物镜的质量，它的性能包括数值孔径和分辨率，有效放大倍数及像差校正程度。
A：数值孔径：物镜的数值孔径（N.A）表示物镜的收集光线的能力，增强物镜的聚光能力可使成像的质量提高，它的大小通常以进入物镜的光线锥所张开的角度，既孔径角的大小，公式表示为：
N.A=n.sinθ
式中n—物镜与观察物之间介质的折射率
θ—为物镜的孔径半角
因此提高数值孔径有两个途径：
a．增大透镜的直径或减小物镜的焦距。实际上sinθ的最大值只能0.9左右，
此方法会导致像差增大和制造困难。
b．增加物镜与观察物之间的折射率。用油做介质，最常用的是松柏油可提高聚光能力，数值孔径达（1.40）目前最高倍的油镜头（120倍）在物镜的镜体上刻有标记：油或OI。图1-2是介质对物镜数值孔径的影响示意图（a为干系物镜，b为油浸物镜）。
图1-2介质对物镜数值孔径的影响示意图
B：分辨率与有效放大倍数
金相显微镜分辨率主要取决于物镜的分辨率，上面已经提到物镜是使物体放大，目镜的作用是用来保证物镜的分辨率充分利用，既将这个实像再次放大，也就是说物镜没有分辨的细节，目镜是不能增大它的辨别能力，若要提高分辨率可使用更短波长的电子波即电子显微镜，显微镜的分辨率是指物镜所能清晰的分辨两个物点间的最小距离，与数值孔径有关。有以下表达公式：
式中：λ—为入射光的波长
N.A—为数值孔径
由此可知入射光波越短，数值孔径越大显微镜的分辨率越高，在光学显微镜中，如若采用黄、绿、蓝等滤色片，采用油浸镜头，不但能够提高衬度还将进一步提高分辨率。在显微镜中保证物镜的分辨率能够充分利用，使试样上已被物镜分辨出的细微组织能够清晰再现，必须有适当的放大率，称为有效放大倍数。可由下面关系推出：人眼在明视距离（250mm）处的分辨能力为0.15-0.35mm。因此只有将物镜能分辩的距离放大到不小于0.15-0.35mm，人眼方能辨识，则
由此推出M
有效=（0.15～0.30）×
λ
A
N.
2
=
λ
)6.0
~
30
.0(
N.A
例如40×物镜的N.A=0.65，有效放大倍数为325—650倍范围，因此应选择最低8倍目镜，最高不能超过16倍目镜，否则将不能充分发挥物镜的分辨率或为虚放大。
目镜是将物镜放大的像再次进行放大，其作用就是在显微观察时，于明视距离处形成一个清晰放大的虚像，而在显微摄影时，通过投射目镜在影屏上得到一个放大的实像，除此之外，某些目镜（如我们现在使用的补偿目镜）除放大作用之外，还能将物镜造像的残余像差予以校正。
自目镜射出的光束接近平行光束，是一个小孔径，大视场系统。据此，在像差校正上轴向像差（轴向色差，球差）可不予考虑，设计时主要考虑放大率色差，同时，由于入射光束接近平行，目镜的角孔径极小，故目镜本身的鉴别能力甚低，但对于物镜的初步影象的放大已是足够了。显微镜目镜的种类较多：常用的有补偿目镜，放大目镜，测微目镜，双筒目镜，一般补偿目镜与复消色差物镜配合使用，放大目镜是专为摄影及近距离投射使用，测微目镜中加入了一小片有刻度的玻璃薄片，用于金相组织定量测量，如表面渗层厚度、显微硬度压痕的长度测量
图1-3 照明原理图 等 ，双筒目镜可减轻观察时眼睛的疲劳。
2．照明方式：
金相显微镜大多使用灯光照明，这与生物显微镜不同，借棱镜或其它反射方法使光线投在金属样品的磨面上，靠金属的自身反光能力，部分光线被反射而进入物镜，放大成像最后被我们所观察。现代的金相显微镜采用科勒照明法，它的特点是光源的像通过聚光透镜首先聚焦在孔径光栏上，然后与孔径光栏的像一起成像在物镜的后焦面，如图1-3。
这种照明方式可以充分利用光源，提供一个非常均匀的照明场，充分发挥物镜的分辨率。在实际工作中不仅研究材料的表面组织，有时还要鉴别非金属夹杂物等特殊用途，为此，采光方式有明场照明和暗场照明。金相研究主要采用明场照明，它是将来自光源的光线通过垂直照明器中反射镜，改变光线的角度垂直射入试样的表面，由试样表面反射的光线再进入物镜到目镜成像。如果经过磨制表面光亮如镜的样品，反射光将全部进入物镜，
目镜中看到光亮一片，若经过化学试剂侵蚀，易受侵蚀的相，或晶界处凹陷下去反光能力差，这样高低不同产生的漫散射使目镜中呈现不同明暗的组织。暗视场照明则是入射光束通过环行光栏及环行反射从物镜的四周斜射于目的物上，因此显微镜内是黑暗的，只有一些浮雕处（如某些夹杂物相）因漫散射的产生有部分光线可到达物镜，从目镜中看到的是明亮的，据此暗视场适用于观察平滑表面上细小微雕，即非金属夹杂物等的鉴定。
普通光学金相显微镜类型很多，从外观上主要分为台式，立式，卧式三大类；
按用途分为偏光显微镜，干涉显微镜，高温金相显微镜，体式显微镜。另外随着科学技术的发展，利用计算机和数码技术相结合的智能光学显微镜，改变了传统洗相等烦琐的操作程序，它只需在光学显微镜上对接摄像头，把放大的试样通过摄像装置拍摄下来后输出到计算机里，我们可以打印下来，这样得出的金相图能更加准确的反映组织形貌。图1-4为数码技术显微镜的工作原理。
3．实验使用的显微镜
如图1-5 ，它属于台式金相显微镜，结构由三大部分组成：光学系统，照明系统和机械系统。
（1） 光学系统
主要由目镜和物镜两部分构成。
目镜：放大倍数有10×，12.5×，主要是使物镜放大的像再次放大，除观察目镜外还有测微目镜和照相目镜。
摄像装置 金相光学显微镜
计算机
打印机 输出图像 图1-4数码技术显微镜的工作原理
图1-5 XJP-2型金相显微镜
1.载物台
2. 物镜
3. 转换器
4. 粗动调焦手轮
5. 微动调焦手轮
6.灯座
7.底座
8.目镜
9.单筒目镜管组 10.固定螺钉
11.视场光栏 12.孔径光栏 物镜：放大倍数有10×，40×，100×，是显微镜中主要的光学部件。它的好坏直接影响像的质量，一般高于千倍用油浸物镜较好，本实验课用的是干系物镜，即以空气作为介质。
（2） 机械系统
底座：支撑整个显微镜体
载物台：放置试样
物镜转换台：用以更换不同倍数的物镜
调焦装置：调节焦距用，分粗调和细调
（3） 照明系统：
照明系统中光源、聚光透镜、孔径光栏、视场光栏和棱镜组等组成。6V 、15W 的低压卤钨灯泡发出的白色光，经聚光透镜和反光镜会聚在孔径光栏（可以连续
调光）上，然后经过聚光镜、物镜，使试样表面得到充分均匀的照明。 4．显微镜的使用
金相显微镜是精密的光学仪器，使用中一定要爱护，注意下列各点：
（1） 操作前应了解显微镜的基本原理、构造及各部分的作用。
（2） 操作时双手和样品要干净，以免腐蚀物镜，应集中精力，细心操作，不能有粗暴和剧烈的动作，不能用手和手帕等去摸、擦镜头的透镜，不要随意拧动各调节螺钉。严禁拆卸显微镜及其附件。
（3） 调焦距时，先用粗调手轮将载物台降低，使样品尽量靠近物镜（但不能接触），然后一面从目镜中观察，一面缓慢转动粗调焦手轮，使载物台升高，待看到组织后，再旋转微调手轮直到图像清晰为止。
（4） 观察时，可以调动载物台旋钮选择不同的观察区域，不能用手直接移动样品，避免样品表面划伤。
（5） 有问题报告老师处理，不得擅自拆修，使用完毕后将显微镜恢复原状。
（二）平衡组织 铁碳相图是铁碳合金的成分与平衡结晶后的组织组成物及各相组成物的定性、定量关系总结。 从相的角度来看，铁碳合金在室温下的平衡组织皆由铁素体和渗碳体两相所组成。碳含量趋近于零时，合金全部由铁素体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的含量呈直线下降，6.69%时降低到零。与此相反，渗碳体的含量则由零增至百分之百。碳含量的变化，不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化，而且可以引起组织的变化，引起不同性质的结晶过程。从图4-1可以看出，随着含碳量的增加；铁碳合金的组织变化顺序为，
F →F+P →P →P+Fe 3C Ⅱ→P+Fe 3C Ⅱ+Ld ′→Ld ′→Ld ′+Fe 3C Ⅰ
同一种组成相，由于生成条件的不同，虽然相的本质未变，但其形态可以有
很大的差异。
1．铁素体（F）：是碳在α—Fe中的间隙固溶体。从奥氏体中析出的铁素体一般呈块状，而经共析反应生成的珠光体中的铁素体相互制约，呈交替层片状，含碳量接近共析成分时，铁素体呈白亮宽网状包围珠光体。
2．渗碳体（Fe3C）：是铁与碳形成的间隙化合物，含碳量ωc=6.69%。渗碳体硬度高，塑性差，延伸率接近于零。由于成分和生成条件的不同，使其具有复杂晶格的混合物，形态特点如下：
（1）一次渗碳体：当ωc>4.3%时，一次渗碳体由液相中直接形成的呈规则的长条状。
（2）二次渗碳体：当0.77%<ωc<2.11%,二次渗碳体是由奥氏体中析出的，以网络状分布于奥氏体晶界。二次渗碳体的数量随钢中含碳量的增加而增加，当含碳量较多时，除了沿奥氏体晶界呈网状分布外，还在晶内呈针状分布。当2.11%<ωc<4.3%时，由初晶奥氏体析出的二次渗碳体与共晶渗碳体连成一片，难以分辨。
（3）三次渗碳体：由铁素体中析出，沿晶界呈小片状分布。
（4）共析渗碳体：经共析反应生成的，与铁素体呈交替层片状。
（5）共晶渗碳体：与奥氏体相关形成的，在莱氏体中为连续的基体，比较粗大，有时呈鱼骨状。
3．珠光体（P）：共析转变的产物，是铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体组织经磨制抛光及硝酸酒精溶液浸蚀后表面可见珍珠色，此即珠光体名称的由来。珠光体中的渗碳体与铁素体含量的比值约为ωFe3c:ωF=1:8。这就是说，如果忽略渗碳体与铁素体比容上的微小差别，铁素体的体积是渗碳体的8倍。在金相显微镜下观察时，珠光体组织中较厚的片是铁素体，较薄的片是渗碳体。在腐蚀金相试样时，被腐蚀的是铁素体和渗碳体的相界面，但在一般金相显微镜下观察时，由于放大倍数不足，渗碳体两侧的界面有时分辨不清，看起来合成了一条线。
4．莱氏体（L d）：共晶转变的产物，是奥氏体与渗碳体的机械混合物。当冷却到共晶温度（1148℃）下，碳在奥氏体中的溶解度不断下降，因此从共晶奥氏体中不断析出二次渗碳体，但由于它依附在共晶渗碳体上析出并长大，所以难以分辨。当温度降至共析温度（727℃）时，共晶奥氏体的含碳量降至ωc=0.77%，在恒温下发生共析转变，即共晶奥氏体转变为珠光体。最后室温下的组织是珠光体分布在共晶渗碳体的基体上。室温莱氏体保持了在高温下共晶转变后所形成的莱氏体的形态特征，但组成相发生了改变。因此，常将室温莱氏体称为低温莱氏体或变态莱氏体，用符号L d′表示。
根据组织特征，将铁碳合金按碳含量划分为七种类型：
（1）工业纯铁ωc<0.0218%。室温组织为铁素体和三次渗碳体。图1-6为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，亮白色基底是铁素体晶粒。少量三次渗碳体在晶界上存在、呈现出白色的、不连续的网状，由于量少，有时可能看不出。
图1-6 工业纯铁显微组织图图1-7 共析钢显微组织
（2）共析钢ωc=0.77%。室温组织为珠光体。显微组织如图1-7所示。
（3）亚共析钢ωc=0.0218～0.77%。室温组织为珠光体和先共析铁素体，钢中含碳越高，则组织中珠光体所占比例越多，如图1-8，其中暗黑色为珠光体，白亮色为铁素体。a的含碳量比b的低。
a b
图1-8 亚共析钢显微组织图
图1-9 过共析钢显微组织图1-10 共晶白口铁显微组织
图1-11 亚共晶白口铁显微组织图1-12过共晶白口铁显微组织
（4）过共析钢ωc=0.77～2.11%。室温组织为珠光体和二次渗碳体，二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，所以呈细小的网状分布。在过共析钢中，二次渗碳体的数量随钢中含碳量的增加而增加，当含碳量较多时，除了沿奥氏体晶界呈网状分布外，还在晶内呈状分布。如图1-9为过共析钢的显微组织。
（5）共晶白口铁ωc=4.3%。室温组织是变态莱氏体，是珠光体分布在共晶渗碳体的基体上。如图1-10，珠光体呈暗黑色细条及斑点状，渗碳体呈亮白色。
（6）亚共晶白口铁ωc=2.11～4.3%。室温组织是珠光体、二次渗碳体和莱氏体，如图1-11所示。珠光体呈黑色枝晶状，莱氏体呈斑点状，二次渗碳体与共晶渗碳体连成一片，难以分辨。
（7）过共晶白口铁ωc=4.3～6.69%。室温组织为莱氏体和一次渗碳体，如图1-12所示，其中白亮色长条为一次渗碳体，其余为莱氏体。
三、实验内容
熟悉显微镜的各主要部件，掌握显微镜的使用方法。
观察下列显微组织并画出显微图
四、实验报告要求
1、明确本次实验目的
2、简述实验概述
3、分析铁碳合金在平衡状态下随含碳量变化组织的变化规律。
4、附上实验图，并在图上标注出各种组织。
实验一金相显微镜的使用与金相组织的观察 一、实验目的 1．了解金相显微镜的构造，各个主要部件的效用。 2．掌握正确使用显微镜的操作及维护方法。 3．观察几种式样的金相组织 二、实验概述 （一）金相显微镜的知识及正确使用 1．显微镜放大原理： 利用透镜将物体的像放大，单个透镜的放大倍数是有限的（一般在20倍以下），因此要考虑用另一透镜组将第一次放大的像再行放大，以得到更高更清晰放大倍数的像，显微镜就是根据这一需求设计的。显微镜中装有两组放大透镜，靠近物体的一组为物镜，靠近眼睛的一组透镜称为目镜，但实际上显微镜采用的物镜和目镜都是由复杂的透镜组组成。图1-1为显微镜成像原理图。 图1-1显微镜成像原理图 若将试样AB 置于物镜之前距其一倍焦距(F1)略远一些的位置，由物体反射的光线通过物镜折射后得到一个倒立的放大的实像A′B′，在目镜上观察时，经物镜放大的倒立实像A′B′落在目镜焦距F2内( 在设计时安排好使目镜的焦点位置在F2以内) ，目镜又将A′B′再次放大，人眼在（250mm）的明视距离处，看到一个经两次放大的倒立的虚像A″B″就是我们在显微镜下的物象。总的放大倍数 为物镜的放大倍数与目镜放大倍数的乘积，M总=M 物×M 目 普通光学金相显微镜主要由三大系统构成：既光学系统，照明系统和机械系统。下面简单分述其主要构件的功能与特性。 光学系统：主要包括物镜和目镜，物镜是显微镜最重要的部件，成像质量在很大程度上取决于物镜的质量，它的性能包括数值孔径和分辨率，有效放大倍数及像差校正程度。 A：数值孔径：物镜的数值孔径（N.A）表示物镜的收集光线的能力，增强物镜的聚光能力可使成像的质量提高，它的大小通常以进入物镜的光线锥所张开的角度，既孔径角的大小，公式表示为： N.A=n.sinθ 式中n—物镜与观察物之间介质的折射率 θ—为物镜的孔径半角 因此提高数值孔径有两个途径： a．增大透镜的直径或减小物镜的焦距。实际上sinθ的最大值只能0.9左右，
平和精工汽车配件有限公司 一：目的 为了指导使用人员正确使用及维护此实验仪器，避免因操作失误而影响测量数据的准确性，特制定本操作手册 二：适用范围 本手册只适用于C2003A型金相显微镜使用 三：测量环境： 温度:18～40℃ / 湿度: 55%以下 四：金相显微镜介绍 ●对观察不透明物体的反射照明显微镜一般通称为金相显微镜. ●电脑型金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机通过光电转换有机的结合在一起，不仅可以 在目镜上作显微观察，还能在计算机显示屏幕上观察实时动态图像，电脑型金相显微镜并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印 ●金相显微镜的放大原理：显微镜是由两块透镜（物镜和目镜）组成，并借物镜、目镜两次放大、使 物体得到较高的倍数. ●金相显微镜各部件名称 1: 目镜 2：物镜 3：照明推杆4：照明推杆 5：起偏振片 6：视场光栏调节手柄 7：视场光栏调节螺钉 8：滤色片转盘 9：聚光镜调节手柄 10：孔径光栏调节手柄 11：灯箱固定螺钉 12：灯箱
13：三目头 14：粗动手轮 15：微动手轮 16：纵向手轮 17：横向手轮 18：载物台 19：检偏振片推杆 五：照射影像分析前准备 1：确认金相显微镜各配件是否完整无损. 2：确认仪器是否在合格有效期内. 3：试样准备 例如：测量钢材的渗碳层厚度 3-1 对试样进行切割（参照金相切割机操作手册） 3-2 对试样进行镶嵌（参照金相显微镜操作手册） 3-3 对试样进行抛光（参照金相显微镜操作手册） 3-4 对试样进行侵蚀 ( 在某些合金中，由于各相组织物的硬度差别较大，或由于各相本身色泽显著不同，抛光状态下能在显微镜中分辨出它的组织.但大部分的显微组织均需经过不同方向侵蚀，才能显示出各种组织来，常用的 金属组织侵蚀法有化学侵蚀及电解侵蚀法等.)
金相实验报告 目录 一、实验步骤及原理 1 （一）磨样1方式 1 工序 1 磨制方法 2 （二）抛光2机械抛光2 1. 原理 2 2．分类 3 3.操作 3 （三）腐蚀 4 1.概述 4 2.目的 4 3.化学侵蚀法的原理 4 4.进一步腐蚀的方法 5 5.操作步骤 5 （四）拍照5 二、金相显微镜的原理、构造及使用 5 1、原理 5 2、构造 6 3、使用 6 （五）硬度测试 7 1.硬度 7 2.洛氏硬度 7 3.布氏硬度 8 4.显微硬度 8 三．实验结果 9 （一）金相照片 9 （二）硬度值 9 四.参考资料来源 10 一、实验步骤及原理 磨样---抛光---腐蚀---拍照---分 析 观察宏观硬度HB,HRC 观察显微硬度 （一）磨样
●方式： 手工磨和机械磨 ●工序： 粗磨和细磨 粗磨—获得一个平整的表面 细磨—消除磨痕 A:粗磨 粗磨的目的是为了整平试样，并磨成合适的外形。粗磨一般在砂轮机上进图1. 试样磨痕示意图（1） 行。对很软的材料，可用锉刀锉平。使用砂轮机粗磨时，必须注意接触压力不可过大，若压力过大，可能使砂轮碎裂造成人身和设备事故，同时极易使磨面温度升高引起组织变化，并且使磨痕加深，金属扰乱层增厚，给细磨抛光带来困难。粗磨时需冷却试样，防止受热而引起组织变化。粗磨后需将试样和双手清洗干净，以防将粗砂粒带到细磨用的砂纸上，造成难以消除的深磨痕。 B:常规细磨方法 细磨的目的是消除粗磨时留下的较深的磨痕，为下一个工序——抛光做准备。常规的细磨有手工磨光和机械磨光两种方法。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，使之脱离砂纸。细磨时可以用水作为润滑剂。我国金相砂纸按粗细分为01号、02号、03号、04号、05号等几种(表2-2)。细磨时，依次从粗到细研磨，即从01号磨至05号；每次换下一道砂纸之前，必须先用水洗去样品和手上的砂粒，以免把粗砂粒带到下一级的细砂纸上去。同时要将试样的磨制方向调转90°，即本道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全部消除。 图2. 磨样操作图（1）为加快磨制速度，减轻劳动强度，可在转盘上贴有水砂纸的预磨机上进行机械磨光。水砂纸按粗细有200号、300号、400号—900号等。磨制时由200号开始，逐次磨到900号砂纸，磨制时要不断加水冷却。每换一道砂纸，必须用水将试样冲洗干净，并将磨制方向调 换90°。 ●磨制方法 ●砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使试样磨面朝下并与砂纸
金相试样得制备及金相组织观察 一、实验目得 1、了解金相显微镜得基本原理、构造,初步掌握显微镜得正确使用。? 2、掌握金相显微试样得制备过程与基本方法。 ３、了解浸蚀得基本原理,并熟悉其基本操作 ４、学习利用金相显微镜进行显微组织观察.通过在显微镜下观察到得金相显微组织初步分析材料类型以及材料可能具备得机械性能等。 二、实验设备与用品 1、金相显微镜 2、不同粗细得金相砂纸一套、玻璃板、侵蚀剂（4%硝酸酒精） 3、抛光机 4、待制备得金相试样 三、金相显微镜得基本原理、构造及使用 1、显微镜得放大倍数 利用透镜可将物体得象放大，但单个透镜或一组透镜得放大倍数就是有限得,为此，要考虑用另一组透镜将第一次放大得象再行放大,以得到更高放大倍数得象。金相显微镜就就是基于这一要求设计得。显微镜中装有两组放大透镜,靠近物体得一组透镜为物镜,靠近观 察得一组透镜为目镜. 金相显微镜得光学原理图1如图所示。 物体AB置于物镜得一倍焦距F1与二倍焦距 之间,它得一次象在物镜得另一侧二倍焦距 以外，形成一个倒立、放大得实象A′B′；当 实象Ａ′B′位于目镜得前一倍焦距Ｆ2以内时 则目镜复又使映象A′B′放大，而在目镜得前 二倍焦距 2 F２以外，得到A′B′得正立虚象 A″B″。因此最后得映象Ａ″B″就是经过物镜、 目镜两次放大后所得到得。其放大倍数应为 物镜放大倍数与目镜放大倍数得乘积。 物体AB经物镜第一次放大得倍数： M物＝A′B′/ AＢ=（Δ+ｆ1′）/ ｆ1 式中ｆ1、f１′—-物镜前焦距与后焦距 Δ—-显微镜得光学镜筒长 与Δ相比，物镜得焦距f1′很短,可略, 所以Ｍ物≈Δ/ f1 象A′B′经目镜第二次放大得倍数： M目= A″B″／A′B′≈D/ f2 式中f2——目镜得前焦距 Ｄ——人眼明视距离,D≈图1 显微镜光学原理图 250㎜。 所以显微镜得放大倍数应为： M＝M物·M目=（Δ/ f1)·(D/ f２） 当显微镜得机械镜筒长度等于光学镜筒长度时，M= M物·M目；而当这二者不等时,M= M物·Ｍ目·Ｃ，C就是与机械镜筒长、光学镜筒长有关得系数，一般为１,有时为0、63，其C
金相显微镜MM-4XC说明书 部件名称 1目镜 2.观察/摄影功能切换推杆 3.镜体锁紧螺钉 4.三目头 5.限位手轮6台面纵向移动手轮7亮度调节旋钮8.台面横向移动手轮9.电源开关10.视场光栏调中螺钉11.聚光灯调节手柄12.灯泡垂直方向调节旋钮13.灯泡横向调节旋钮14.灯箱 15.滤色片座16.孔径光栏调节手柄17.视场光栏调节手柄18.物镜19.载物台20. 压簧片21.双目头22.起偏振器23.灯箱锁紧螺钉24.调节松紧手轮25.粗动调节手轮26.微动调焦手轮27.带保险丝座的电源插座28.电源插头
技术规范 三目头：倾斜30°。 转换器：四孔滚珠内定位转换器 目镜：10×大视野目镜，焦距25mm，视场Φ18mm。 载物台：双层机械移动式载物台，大小：180mm×150mm，移动范围：15mm×15mm。 滤色镜：蓝滤色片、绿滤色片、黄滤色片和磨砂玻璃。 照明：6V/20w卤素灯，亮度可调，输入电压：220V/50Hz或110V/50Hz。 安装说明 1.把各部分的包装移出，如有需要请把包装保留，以便日后搬运仪器。 2.董凯镜体锁紧螺钉，旋转三目头或双目头面向仪器的正面，然后拧紧锁紧螺钉。 3.依次将物镜安装到转换镜上中。 4.把目镜筒的防尘罩取下然后目镜分别插入目镜筒中。 5.安装灯箱。把灯箱电源插头插入主体电源输出口。 6.把电源线接到相适配的电源插座上。 基本操作 1.照明装置的操作 1)照明器的电源开关和亮度调节旋钮在一起的右下方。整个电气系统都受保险丝管的保 护，保险丝座在电源插座内。 2)打开电源开关，是照明器处于工作状态，参照图2.如果灯不亮，请检查亮度调节旋钮是 否处于过低的位置。 注意：尽量不要使亮度长时间处在最亮位置，以免降低灯泡使用寿命。 2.调焦装置的操作 1）粗动控制由位于架身两侧的粗动手轮实现，微动调焦则由同轴的微动调焦手轮实现。这种同轴的设计提供方便和自流现象。
金相实验报告 篇一：金相实验报告 广州大学机械与电气工程学院 课程报告 报告题目: 金相实验报告 专业班级:机械111 姓名:邓永明 学号: 1107XX14 组别：第六组 指导老师:胡一丹 完成日期: XX.10.18 一. 热处理工艺分析 1. 正火 （1）工艺内容：正火(英文名称：normalizing)，又称常化，是将工件加热至Ac3(A 是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是 从727℃到912℃之间)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全 奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃，保温一段时间后，从 炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处
理工艺。 其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。根本目的是去 除材料的内应力、降低材料的硬度为接下来的加工做准备。 （2）工艺特点：正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速 度稍大，组织较细。有些临界冷却速度很小的钢，在空气中冷 却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质， 而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制 作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的 效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火 那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在 生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的 低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加
工，一 般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.25～0.5%的中 碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作 的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴 承钢正火是为了消除组织中的网状碳 化物，为球化退火作组织 准备。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍 快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所 提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生 产中尽可能采用正火来代替退火。对于形状复杂的重要锻件， 在正火后还需进行高温回火（550-650℃）高温回火的目的在于 消除正火冷却时产生的应力，提高韧性和塑性。 正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+
实验二金相常识简介和铁碳合金平衡组织观察 一、目地要求 1 、了解试样制备过程、金相显微镜基本构造和原理等金相常识。 2 、研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 3 、分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。 二、实验内容：将制好的样品放在显微镜上观察，注意显微镜的正确使用，并分析样品制备的质量好坏，初步认识显微镜下的组织特征并分析成分对铁碳合金显微组织的影响。 三、实验设备：金相显微镜，抛光机易耗品：吹风器、样品、不同号数的砂纸、玻璃板，抛光粉悬浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等 四、实验步骤： 1.金相样品的制备方法。 2、样品硝酸酒精溶液腐蚀（即浸蚀）。
实验结论： 1画组织示意图 （1）画出下列试样的组织示意图 1）亚共析纲 2）过共析钢 3）亚共晶白口铸铁 4）过共晶白口铸铁 （2）画图方法要求如下 1）应画岩石记录表中的30—50直径的圆内，注明：材料名称、含碳量、 腐蚀剂和放大倍数。并将组织组成物用细线引出标明。如下图： 2．回答以下问题 （1）分析所画组织的形成原因。
（2）分析碳钢（任选一种成分）或白口铸铁（任选一种成分）凝固过程。
教学及实验方法： 1 、教师讲述和演示阶段： 用 1 5 分钟时间讲解试样制备、显微镜结构、反射原理和黑白成像等金相常识，用 2 0 分钟时间联系铁碳平衡图讲解、分析本次实验的 7 种铁碳合金在平衡状态下的显微组织，用电视显微镜向全体学生展示所有显微组织，用 5 分钟时间讲解绘制显微 组织的有关技巧。 2 、学生动手实验阶段： 学生用 5 0 分钟时间对 7 种铁碳合金平衡组织进行观察和分析，进一步建立成分和组织之间相互关系的概念，绘出所观察到的显微组织图，用箭头标明各显微组织，并在相应图下标出成分，确立组织和成分之间的关系。
实验一利用金相显微镜观察金属的显微组织 一、实验目的 1、能正确地掌握基本的金相显微分析方法，正确地使用金相显微镜观察和分析金属显微组织。 2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间 的相互关系。 3、了解铸铁和部份有色金属的显微组织。 二、实验内容： 1、根据铁碳合金相图分析各类成分合金的组织形成过程，并通过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉钢和铸铁的金相组织和形态特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。 2、在金相显微镜下对各种试样进行观察和分析，并确定其所属类型。 3、对碳钢（纯铁、20#钢、45#钢、T8钢、T10钢、T12钢）平衡状态下的组织进行观察，分析含碳量不同时的组织变化、并初步绘制出其显微组织图像。 4、观察铸铁（灰口铁、可锻铸铁、球墨铸铁）显微组织中石墨的典型形状。 5、观察了解有色金属（铝ZL102、黄铜H70）的显微组织。 三、实验设备的使用和注意事项： （一）金相显微镜的构造和使用 1、金相显微镜的构造 本实验使用的金相显微镜的型号为4X型。它由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。 金相显微镜的光学系统如图（一）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。从试样反射回来的光线复经物镜组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象，该象再经过目镜15的放大，就成为在目镜的视场中能看到的放大映象。
图（一）4X 型金相显微镜的光学系统图（二）4X型金相显微镜的外形结构图4X型金相显微镜的外形结构如图（二）所示。现分别介绍其各部件的功能及使用。 照明系统：在底座内装有一低压（6~8V，15W）灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（6~8V）来改变光的亮度。聚光镜、孔径光栏及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分、均匀的照明。 显微镜调焦装置：在显微镜体的两侧有粗动的微动调焦手轮，两者在同一部位。随粗调手轮6的转动，支承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使显微镜本体沿着滑轨缓慢移动。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二条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就自动被限制住，此时，不能再继续旋转而倒转回来使用。 载物台（样品台）：用于放置金相样品，载物台和下面托盘之间有导架。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，以保证物象达到清晰的程度。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，上有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜，旋动转换器可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，可获得各种放大倍数。 目镜筒：目镜筒呈现45°倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向90°呈水平状态以配合照相装置进行金相摄影。 2、金相显镜的使用方法及注意事项 金相显微镜是一种精密的光学仪器，使用时要求细心谨慎。在使用显微镜工作之前首先应熟悉其构造特点及各主要部件的相互位置和作用，然后按照显微镜的使用规则进行操作。 （1）金相显微镜的使用规程： 1）首先将显微镜的光源插头插在变压器上，通过低压（6~8V）变压器通电源。 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，并使转换器转至固定位置（由定位器定位）。 3）试样放在样品台中心，使观察面朝下并用弹簧片压住。 4）转动粗调手轮先使载物台下降，同时用眼观察，使物镜尽可能接近试样表面（但不 得与试样相碰），然后相反转动粗调手轮，使载物台渐渐上升以调节焦距，当视场亮度增强
金相显微镜使用注意事项 金相显微镜使用注意事项： （1）操作时必须特别谨慎，不能有任何剧烈的动作。不允许自行拆卸光学系统。 （2）严禁用手指直接接触显微镜镜头的玻璃部分和试样磨面。若镜头上落有灰尘，会影响显微镜的清晰度与分辨率。此时，应先用洗耳球吹去灰尘和砂粒，再用镜头纸或毛刷轻轻擦拭，以免直接擦试时划花镜头玻璃，影响使用效果。 （3）切勿将显微镜的灯泡（6~8V）插头直接插在220V的电源插座上，应当插在变压器上，否则会立即烧坏灯泡。观察结束后应及时关闭电源。 （4）在旋转粗调（或微调）手轮时动作要慢，碰到某种阻碍时应立即停止操作，报告指导教师查找原因，不得用力强行转动，否则会损坏机件。 3.金相显微镜仪器维护 为了使仪器在正常使用条件下，保持它的有效性能，除了必须使用恰当外，还必须注意加强维护保养，现就维护保养问题提出下列几点要求（仅供参考）。 （1）仪器应贮放在空气流通和较干燥的地方，避免过冷过热和接触腐蚀性气体，不能与化学用品（干燥剂除外）同时贮放于同一地方。使用后宜用罩子遮盖并抹擦干净。不用时,要及时移走试样（玻片），用擦镜纸擦拭镜头，并将镜头转成八字式，同时下降镜筒固定，以免物镜镜头与集光器上的透镜相击而受损。再将显微镜装放入木箱内，放置在干燥、通风处。在可能条件下，最好每隔一定的时间，选择天气好的日子，将仪器和附件从木箱中取出，一起在室内宽敞、干燥、空气流通的地方，作两、三小时的室内晾曝。在高温天气作业完毕后，应注意贮放地点的温度，如温差悬殊，用毕后即收藏会在仪器上面产生湿气，容易使仪器发潮损坏。 （2）使用后应给目镜斜管盖上防尘盖子，如没有防尘盖子亦应套上目镜，以免灰尘落入斜管内，影响镜座光具的清洁。 （3）不宜随便拆卸和揩抹光学系统内部的半反射镜。除此之外，在透镜或玻璃表面不慎接触油污尘垢，可用细洁亚麻布或洁净脱脂棉花，沾少许二甲苯拭除（但不能用酒精，以免浸入透镜内层影响质量），由镜头中心向外旋转擦拭，并用擦镜纸或软绸布轻轻拭净,否则易于脱胶，或模糊而影响检测效果。如只是沾上灰尘，可用橡皮小吹风球把灰尘吹掉（不可用口吹），或用软毛笔或用细木棒卷上棉花，轻轻擦除之。镜头表面镀有一层兰透光膜，不要误作污物擦拭，禁止用金属工具来代替棉签进行擦拭。 （4）使用油浸系物镜后，必须立即采用上述方法把油垢除去，抹擦干净，抹时千万小心，特别注意不能按压镜面，否则容易使透镜脱离镜座。 （5）仪器长期使用后，粗动滑板部分及载物台滑动部分可能出现油脂不足或干涸现象，此时应及时添加润滑油脂。粗（微）动机构宜用流动性油脂，载物台滑动部分宜用有适当粘度的（但注意不能含有酸性）油脂。
金相试样的制备 一、实验目的 （1）了解金相显微试样制备原理，熟悉金相显微试样的制备过程。 （2）初步掌握金相显微试样的制备方法。 二、实验原理 金相试样制备 金相试样制备过程一般包括：取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步骤。 1.取样 从需要检测的金属材料和零件上截取试样称为"取样"。取样的部位和磨面的选择必须根据分析要求而定。截取方法有多种，对于软材料可以用锯、车、刨等方法；对于硬材料可以用砂轮切片机或线切割机等切割的方法，对于硬而脆的材料可以用锤击的方法。无论用哪种方法都应注意，尽量避免和减轻因塑性变形或受热引起的组织失真现象。试样的尺寸并无统一规定，从便于握持和磨制角度考虑，一般直径或边长为15~20mm，高为12~18mm比较适宜。对那些尺寸过小、形状不规则和需要保护边缘的试样，可以采取镶嵌或机械夹持的办法。 金相试样的镶嵌，是利用热塑性塑料(如聚氯乙烯)，热凝性塑料(如胶木粉)以及冷凝性塑料(如环氧树脂+固化剂)作为填料进行的。前两种属于热镶填料，热镶必须在专用设备一镶嵌机上进行。第三种属于冷镶填料，冷镶方法不需要专用设备，只将适宜尺寸(约φl5~20mm)
的钢管、塑料管或纸壳管放在平滑的塑料(或玻璃)板上，试样置于管内待磨面朝下倒入填料，放置一段时间凝固硬化即可。 2.粗磨 粗磨的目的主要有以下三点： 1)修整有些试样，例如用锤击法敲下来的试样，形状很不规则，必须经过粗磨，修整为规则形状的试样； 2)磨平无论用什么方法取样，切口往往不十分平滑，为了将观察面磨平，同时去掉切割时产生的变形层，必须进行粗磨； 3)倒角在不影响观察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。 黑色金属材料的粗磨在砂轮机上进行，具体操作方法是将试样牢牢地捏住，用砂轮的侧面磨制。在试样与砂轮接触的一瞬间，尽量使磨面与砂轮面平行，用力不可过大。由于磨削力的作用往往出现试样磨面的上半部分磨削量偏大，故需人为地进行调整，尽量加大试样下半部分的压力，以求整个磨面均匀受力。另外在磨制过程中，试样必须沿砂轮的径向往复缓慢移动，防止砂轮表面形成凹沟。必须指出的是，磨削过程会使试样表面温度骤然升高，只有不断地将试样浸水冷却，才能防止组织发生变化。 砂轮机转速比较快，一般2850r/min，工作者不应站在砂轮的正前方，以防被飞出物击伤。操作时严禁戴手套，以免手被卷入砂轮机。 3.细磨 粗磨后的试样，磨面上仍有较粗较深的磨痕，为了消除这些磨痕必须进行细磨。细磨，可分为手工磨和机械磨两种。 （1）手工磨 手工磨是将砂纸铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样在砂纸上作单向推磨。金相砂纸由粗到细分许多种，其规格可参考表2-1。 表2-1 常用金相砂纸的规格
焊缝接头组织的金相观察与分析 一、实验说明 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。 熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。 以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3。深刻领会熔化焊焊接过程特点。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块。施焊前用牛头刨床沿其长度方向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 四、实验方法与步骤 1、在钢板上沿刨槽用F4mm结422焊条一根施焊。焊接电流取140～150A。 2、待钢板冷至室温后，用砂轮切割机截取试样。截取部位如下图所示，切割时须用水冷却。以防止组织发生变化（图中虚线为砂轮切割线，两端30mm长焊缝舍弃不用）。 焊接接头金相试样取样位置示意图 3、依照实验一步骤3所述方法截下的焊缝接头制备成金相试样。注意磨制面应选择与焊缝走向垂直的横截面。 4、在金相显微镜上观察制备好的焊接接头试样。光用低倍镜镜头（放大150倍）观察焊缝区及热影响区全貌，再用高倍镜镜头（450倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征, 并画出草图。 五、实验报告要求 1、明确实验目的。
金相显微摄像 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、实验设备及材料: 实验设备:金相显微镜、砂轮机、抛光机、吹风机、玻璃板、培养皿、镊子。材料:金相试样、砂纸一套(800,1000,1200 )、抛光液(Al2O3)、腐蚀剂(4% 硝酸酒精溶液)、药棉、酒精 三、实验内容及步骤: 实验内容:(1)用机械抛光和化学侵蚀的方法制备金相样品 (2)观察试样的显微组织,并绘制组织图。 试验步骤:(1)金相样品的截取及镶嵌 (2)金相样品磨光 (3)金相样品的抛光 (4)金相样品的化学侵蚀 (5)显微组织的观察与记录
四、简述金相显微镜的放大原理:显微镜的成象放大部分主要由两组透镜组成。靠近观察物体的透镜叫物镜,而靠近眼睛的透镜叫目镜。通过物镜和目镜的两次放大,就能将物体放大到较高的倍数 五、简述金相显微镜的基本构造 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 (一)金相显微镜机械装置 显微镜的机械装置要由镜座、镜臂、载物台、镜简、物镜转换器及调焦装置等。它是支持放大、照明部分的支架、具固定与调解光学镜头,固定和移动标本作用。 二)金相显微镜放大部分 放大部分包括接物镜和接目镜。 (三)金相显微镜照明部分 照明部分包括反光镜、滤光镜、虹彩光圈和聚光镜等 六、金相制样的基本过程包括几个方面?这几个方面各是哪些? 制备显微试样包括取样、磨光、抛光及浸蚀四个步骤 1、取样 取样时应根据被分析材料或零件的特点。选择有代表性的部分。试样最适合的尺寸是直径为12mm,高为10mm的圆柱体或面积为12*12㎜2,高10mm的长方体。根据材料性质不同,可用手锯、用车床切削、用锤子击碎以及用砂轮切割等方法截
金相综合实验报告 实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程 班级: 材料11（1） 指导老师：席生岐高圆 小组组长: 仇程希 小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐 二〇一四年四月三日
一、实验目的 1.了解碳钢热处理工艺操作； 2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值； 3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法； 4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响； 5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。 二、实验内容 1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料； 2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度； 3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像； 4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。三、实验原理 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。 (一)碳钢热处理工艺 1.加热温度 亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。 淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、
材料课件实验一光学金相 组织观察方法 Jenny was compiled in January 2021
实验一光学金相组织观察方法 目的 1．了解光学金相组织观察方法及步逐； 2．了解光学金相显微镜的结构，熟悉其使用的基本方法； 3．了解光学金相样品的制备过程，体会制过程对观察组织的影响。光学金相显微镜的结构 为观察材料的显微组织，必须借助显微镜，大家可能用过生物显微镜，知道其大致结构有：物镜、目镜、粗调、微调等，生物样品是透明的，可用自然光。 工程材料，如金属材料，是不透明的，成像利用的是反射光，因此在光学金相显微镜中，结构上明显特点是有一套照明设备，现用显微镜的照明设备包括：电源、变压器、灯泡、透镜组——得到平行光，经过孔径光栏、滤色片、视场光栏，再经过物镜照射到试样上。经过试样的反射光进入物镜经过一次放大，再经过目镜的再次放大，我们看到的是经过二次放大的虚像。因为最后看到的像和各人的视力的影响，不同人观察时对显微镜要进行微调。
显微组织成像原理 如图所示，从透镜内垂直照射 到试样上的平行光，将发生反射和 吸收。如果试样是镜面，光线全部 原路返回，最后成像为亮点；如果 试样有不平的沟槽，部分光线反射后不能进入物镜，这样这些地方成像为暗区。有明有暗就构成了表面的图象，就是我们观察到的组织形貌。金相试样的制备方法 取样：从材料或零件上截取准备观察的样品，要求组织要有代表性，大小要适合制样和观察，尺寸过小的还要进行镶嵌。 打平：让观察面宏观为平面，用砂轮、锉刀或其它方法来实现。 磨光：用不同粒度的金相砂纸，从粗到细依次细磨，让其粗糙度不断减小。细磨的方法有干磨和湿磨，可用手工细磨和机械细磨。
工程材料 实验指导书 上海交通大学机械与动力工程学院基础与实验教学中心
目录 实验一铁碳相图平衡组织分析 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验原理 (1) 三、实验设备和材料 (3) 四、实验内容和实验报告 (3) 实验二碳钢热处理后显微组织观察 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验原理 (4) 三、实验设备和材料 (6) 四、实验内容和实验报告 (6)
实验一铁碳相图平衡组织分析 一、实验目的 1、观察和分析铁碳合金的平衡组织； 2、分析铁碳合金显微组织的形成过程。 二、实验原理 图1-1 铁碳平衡相图 铁碳合金是目前应用最广泛的工程材料，铁碳合金的平衡组织是研究铁碳合金的性能及相变机理的基础，其相图如1-1所示。通常将缓冷（退火）后的铁碳合金组织看作为平衡组织，具体分类见表1-1。 表1―1 铁碳合金的分类和组织
1、铁碳合金的平衡组织 铁碳合金在常温下只有两相，即铁素体和渗碳体，由于含碳量的不同，这两个基本相的相对量，形状和分布情况有很大的不同，因此呈现各种不同的组织形态。下面介绍一下各种显微组织的基本特征： （1）铁素体：是碳在α—Fe中的固溶体，碳的浓度是可变的，在727℃时达到最大溶解度，为0.0218%，在常温下，碳的浓度为0.0008%左右，铁素体的硬度很低，塑性好，经4%硝酸酒精浸蚀后呈白亮色。含碳量较低时，铁素体呈块状分布，随含碳量增加，铁素体量减少，在接近共析成分时，铁素体呈网状分布在珠光体周围。 （2）渗碳体：是碳与铁的一种化合物，化学式为Fe3C，含碳量很高，达6.69%，坚硬而脆，抗浸蚀能力很强，经4%硝酸酒精浸蚀后成白亮色。在过共晶白口铸铁中的一次渗碳体是从液态中直接结晶成的，故呈条状分布。在过共析钢和亚共晶白口铸铁中的二次渗碳体是从奥氏体中沿晶界析出的，所以呈网状分布在珠光体的周围。由于渗碳体硬度很高，所以在磨面上是突起的。 铁素体和渗碳体经4%硝酸酒精浸蚀后都呈白亮色，若用苦味酸纳溶液浸蚀，铁素体仍为白色，渗碳体则被染成黑褐色，由此可区别铁素体和渗碳体。 （3）珠光体：是铁素体和渗碳体的两相混合物。 片状珠光体是经一般退火后得到的铁素体和渗碳体的片层交叠组织，经4%硝酸酒精浸蚀后，这种组织在显微镜下由于放大倍数不同而有不同的特征，在600倍以上观察时，可见珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而边界呈黑色；在400倍左右观察时，由于显微镜鉴别率降低，白亮的细条渗碳体被黑色的边界所“吞没”而呈黑色，这时看到的珠光体是宽条白亮色铁素体和细条渗碳体相间；在200倍以下观察时，宽条白亮色的铁素体也难以区分了，这时的珠光体特征是暗黑色，低碳钢中的珠光体量很少，片间距细小，即使在较高倍观察时也是暗黑色的。 2、各组织的机械性能 为了掌握铁碳合金的机械性能，必须控制各种组织的相对量，已知铁素体软而塑性好，渗碳体硬而脆，珠光体是这两相的机械混合物，莱氏体则是渗碳体和珠光体的混合物。铁素体、渗碳体、和珠光体的机械性能如表1-2。
实验五 铁碳合金平衡组织的显微观察 一．实验目的 1. 观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2. 掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。 二、 实验器材 1、金相显微镜 2、金相标准试样 四．实验原理 铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征 1.铁素体（F ） 是碳溶入α-Fe 中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。 2.渗碳体（Fe 3C ） 是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。 晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。 3.珠光体（P ） 是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。见图3-1。 五。实验内容及步骤 a （15000×） b （400×） 图2-1 不同放大倍数下珠光体的显微组织
观察以下铁碳合金组织 在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。 1.工业纯铁 碳的质量分数小于 0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。室温下的组织为单相的铁素体晶粒。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图 3-2。 2.碳钢 碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢中含碳量的不同，其组织也不同，钢又分为亚共析钢，共析钢，过共析钢三种。 1）亚共析钢 碳的质量分数在0.0218～0.77%范围内，室温下的组织为铁素体和珠光体，随着碳的质量分数的增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体数量增加。见图 3-3 。白色有晶界的为铁素体，黑色层片状的组织为珠光体。 在显微镜下，可根据珠光体所占面积的百分数估计出亚共析钢的碳的质量分数： Wc ≈Wp%×0.77% Wc –碳的质量分数 Wp –珠光体所占面积的百分数 2) 过共析钢 碳的质量分数在0.77～2.11%范围的碳钢为过共析钢。室温下的组织 为层片状珠光体和二次渗碳体，见图 3-4。 用4%硝酸酒精浸蚀，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸钠溶液热蚀后，渗碳体呈黑色。 图 3-2 工业纯铁显微组织 a 用4%硝酸酒精浸蚀 b 用碱性苦味酸钠热蚀 图 3-4 T12钢显微组织 20钢 45钢 70钢 图 3-3 亚共析钢的显微组织
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库球墨铸铁铸件生产技术课程金相显微镜的构造 及使用 主讲：贺生明 榆林职业技术学院
金相显微镜的构造及使用 一、概述 众所周知，放大镜是最简单的一种光学仪器，它实际上是一块会聚透镜（凸透镜），利用它就可以将物体放大。但金相显微镜不象放大镜那样由单个透镜组成，而是由两组透镜组成。靠近所观察试样的透镜叫做物镜，而靠近眼睛的透镜叫做目镜。借助物镜与目镜的两次放大，就能将物体放大到很高倍数（1~1000倍）。图1所示为在显微镜中得到放大物象的光学原理图。 图1金相显微镜光学原理图 ×M目金相显微镜总的放大倍数应为物镜与目镜放大倍数的乘积，即：M 总=M物放大倍数用符号“X”表示，例如物镜放大倍数为25Х，目镜放大倍数为10Х，则显微镜的放大倍数为25×10=250Х。显微镜的主要放大倍数通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100Х，目镜的放大倍数可达25Х。放大倍数均分别标注在物镜与目镜上。 在使用显微镜观察试样时，应根据其组织的粗细情况，选择适当的放大倍数。以细节部分观察得清晰为准。 显微镜的鉴别能力（鉴别率）：显微镜的鉴别能力是显微镜也是物镜最重要的特性，它是指显微镜对于试样上最细微部分所能获得清晰映象的能力。物镜的数值孔径，表示物镜的聚光能力，物镜的数值孔径越大，表明物镜的鉴别能力也就是显微镜的鉴别能力越高。物镜的数值孔径与放大倍数一起刻在镜头外壳上，例如镜头上刻有25/0.50，这个0.50即表示物镜的数值孔径。 显微镜质量的好坏，主要取决于：放大倍数、透镜的质量、显微镜的鉴别能力。
二、金相显微镜的构造 金相显微镜最常见的有台式、立式和卧式三大类。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。现以4XI型台式金相显微镜为例加以说明。 光学系统：由光源、反光镜、物镜组、目镜及多组聚光镜组组成。图2是金相显微镜光路图。 图2金相显微镜光路图 照明系统：由安装在底座上的低压灯泡、聚光镜、反光镜、孔径光栏和安装在支架上的视场光栏和另一聚光镜组成。 机械系统：由载物台（试样台）、物镜转换器（安装多个物镜）、目镜筒（接目镜）、粗调和微调手轮、视场光栏（调节视域大小）和孔径光栏（调节进光 量）组成。图3为金相显微镜构造 图3金相显微镜构造
实验一 金属材料显微分析的基本方法 一、实验目的： 了解金相显微镜的构造、原理及使用规则； 掌握金相显微试样制备的基本操作方法。 通过观察，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织； 了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征； 分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。 二、实验概述： 金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法金相显微分析法：利用金相显微镜在专门制备的试样上观察 材料的组织和缺陷的方法。 1.金相显微镜的构造、原理及使用； 2.金相显微试样的制备方法。 为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到 金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。 金相试样的制备过程主要步骤有： 本实验金相试样制备过程的步骤如下: 3.观察碳钢和白口铸铁的平衡组织 分析各种相组分和组织组成物的特征 碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢 白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体 区分：铁素体与渗碳体、各种渗碳体
磨制方法 ●砂纸平铺在玻璃板上，一手按住砂纸，另一手握住试样，使 试样磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下向前推行磨制。 方式重复进行。
显微组织。 右图为单相组织和 双 相组织的显微组织图 实验概述： 三、实验设备及材料 ?金相分析实验使用的主要仪器设备有： 光学金相显微镜、抛光机、电吹风机等。 ?实验材料有： 低碳钢试样，工业纯铁、20钢、T8钢、亚共晶白口铸铁等显微组织样品，金相砂纸，抛光粉，硝酸酒精溶液（含4%HNO3），酒精，脱脂棉等。 实验一金属的显微分析法 实验内容及步骤 ?实验前必须仔细阅读实验讲义的有关内容； ?听取实验指导教师讲解金相显微镜的构造、使用方法等内容，熟悉金相显微镜的构造及其操作规程； ?由实验指导教师讲解金相试样制备的基本操作过程，学生每人一块试样，进行试样制备全过程的操作，直至制成合格的金相试样； ?在金相显微镜下观察所制备试样的显微组织特征，并用摄像机拍照存盘。
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料 显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思 考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。 转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC) 珠光体型相 变珠光体 (P) >650 在400～500X金相显微镜下可以观察到 铁索体和渗碳体的片层状组织 ～20 (HBl80～200)索氏体 (S) 600～650 在800一]000X以上的显微镜下才能分 清片层状特征，在低倍下片层模糊不清 25～35 屈氏体 (T) 550～600 用光学显微镜观察时呈黑色团状组织， 只有在电子显徽镜(5000～15000X)下 才能看出片层状 35—40 贝氏体型相 变上贝氏体 (B上) 350～550 在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特 征 40—48 下贝氏体 (BT) 230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58