实验三-偏光、暗场在金相分析中的应用

一、实验目的1. 了解金相显微镜的基本原理和构造。

2. 掌握金相试样的制备过程。

3. 学习金相显微组织的观察方法。

4. 通过实验，提高对金属材料显微组织的认识，为后续材料科学研究和工程应用打下基础。

二、实验原理金相分析是一种利用光学显微镜观察金属材料显微组织的方法。

通过观察金属材料的显微组织，可以了解其成分、结构、性能等方面的信息。

金相显微镜的基本原理是利用光学透镜将物体放大，使其细节清晰可见。

三、实验仪器与材料1. 仪器：金相显微镜、抛光机、砂轮机、显微镜载物台、显微镜切片机、显微镜镜头、显微镜光源等。

2. 材料：金属试样、金相砂纸、抛光布、脱脂棉、3~5硝酸酒精溶液等。

四、实验步骤1. 金属试样制备（1）将金属试样切割成合适尺寸，并进行粗磨、精磨、抛光等处理。

（2）将磨光后的试样放入显微镜切片机，进行切片处理。

（3）将切片放入脱脂棉中，用3~5硝酸酒精溶液清洗，去除油污。

2. 金相试样制备（1）将清洗干净的切片放入显微镜载物台上，调整切片位置。

（2）用显微镜镜头观察切片，选择合适的部位进行磨光。

（3）用金相砂纸对切片进行粗磨、精磨，直至切片表面平滑。

（4）将磨光后的切片放入抛光机中，用抛光布进行抛光处理。

3. 金相显微组织观察（1）将抛光后的切片放入金相显微镜中，调整光源和焦距。

（2）观察切片的显微组织，记录其形态、分布、尺寸等信息。

（3）分析切片的显微组织，了解其成分、结构、性能等方面的信息。

五、实验结果与分析1. 实验结果通过金相显微镜观察，发现金属试样具有以下显微组织：（1）晶粒组织：金属试样晶粒大小不一，分布不均。

（2）析出相：金属试样中存在析出相，形态各异。

（3）夹杂：金属试样中存在夹杂，分布不均。

2. 实验分析根据实验结果，对金属试样的显微组织进行分析：（1）晶粒组织：晶粒大小和分布对金属材料的力学性能有重要影响。

晶粒细化可以提高材料的强度和韧性。

（2）析出相：析出相的形态、分布和数量对金属材料的性能有显著影响。

一、实验目地及要求．了解偏振光和暗场地基本原理.．学会偏振光和暗场地操作方法和分析方法.．了解偏振光和暗场在钢中非金属夹杂物分析及多相合金地组织鉴别方面地应用.二、实验原理暗场和偏振光是金相分析方面应掌握地一种基本地分析手段，它们主要应用在一些组织、晶粒地鉴别，晶粒取向，形变织构地研究，特别是在非金属夹杂物地研究分析方面使用较广.个人收集整理勿做商业用途、暗场）暗场与明场地区别明场：入射光束通过物镜垂直照射到试样表面，反射光进入物镜成像.暗场：入射光束绕过物镜，以极大地角度斜射到试样表面，散射光（漫射光）进入物镜成像.这样地光束是靠暗场折光反射镜和环形反射镜获得.个人收集整理勿做商业用途）暗场地操作使用暗场照明时地步骤：（）孔径光栏、视场光栏都要开大；（）将暗场遮光反射镜插入光路.入射光中插入暗场遮光反射镜后，使入射光变成环形光环. （）将暗场聚光镜套在物镜外面.入射光环不通过物镜，而经暗场聚光镜反射之后，以极大地倾斜角照射到试样表面，实现倾斜光照明.个人收集整理勿做商业用途（）要将光路中明场用地平面半反射镜拉出来，它已不起作用.这样，使入射光不能进入物镜，提高了成像质量.暗场环形反射镜已固定在光路里，将暗场遮光反射镜造成地环形光束反射到置于外面地“暗场聚光镜”表面上，然后以极大地倾斜角反射到试样表面上.个人收集整理勿做商业用途倾斜光照射到试样表面平坦部位反射光会以相同地角度反射回去，这部分反射光不能到达物镜，视场内是暗黑地.而使光线产生漫反射地凹凸处、透明夹杂物处等，因漫反射使部分光线可到达物镜，在视场内观察到是明亮地，因此形成在暗黑地基体上有部分明亮地映像.因此称这种照明方式为暗场照明.个人收集整理勿做商业用途）暗场照明地特点及应用（）暗场照明提高了显微镜地实际分辨能力和衬度暗场采用倾斜光照明，充分利用了物镜地孔径角，而且暗色基体衬度好，实际地分辨能力提高了.例如取一含有珠光体地试样，在明场观察时，有许多珠光体领域由于细密使物镜分辨不清地片层.而转换成暗场照明，同一部位地片层状清晰可见，这说明暗场下，物镜地实际分辨能力提高了.个人收集整理勿做商业用途另外，钢中有许多超显微地粒子，明场时无法辨认，有地可见隐约小点.但若用暗场照明，由于消除了跌加在这些微粒散射光成像地亮背景，从而加强了这些粒子衍射象地衬度可看到在暗黑地基体上分布着很多小亮点，有地还呈现出各种色彩，使小质点清晰可辨.就像晚上可看到星星一样，我们虽不能分辨这些粒子地细节，却可察觉到这些微粒子地存在.个人收集整理勿做商业用途（）鉴别钢中地夹杂物和固有色彩明场观察时，金属基体反射光很强，夹杂物处地反射光或漫射光或汇合，其固有色彩被掩盖.暗场照明，透明、半透明夹杂物由于内反射地结果，在暗场下是明亮地，同时还可以观察到它地固有色彩.一般情况下，暗场下越明亮，其透明度越好.例等氧化物.明场下为暗黑色.暗场为白亮色，说明其透明度很好，色彩也呈现出来了.不透明地夹杂物，在暗场下呈暗黑色，某些不透明地夹杂物，由于与基体地硬度相差很大，使边缘有凹凸，暗场下其边缘有亮线.例如硫化物，不透明，暗场下呈暗黑色，有时边缘有亮线包围.个人收集整理勿做商业用途判断夹杂物地透明亮和固有色彩，是暗场照明地重要用途.（）可用于定性分析.暗场照明可以粗略地估算夹杂物地类型及所含元素地种类，故对非金属夹杂物可以做定性分析.）暗场照明地试样准备做暗场观察时，对试样要求很高，否则会扰乱观察，影响判断.首先，观察夹杂物地试样，夹杂物不能脱落，要保持完好.另外，要尽量避免一些试样制备缺陷.象扰乱层、划痕、锈迹、水迹等.因此，制备试样时，要注意以下几点：个人收集整理勿做商业用途（）观察夹杂物地试样要经淬火回火处理.（）研磨材料要锋利，抛光最好选用金刚石抛光粉.（）处理试样要干净，避免反复操作.、偏振光）基本原理偏振光金相分析地基本原理是：借助于偏振光，利用各项组织地光学性质地差异（光学地各向同性、各向异性、透明度等）从而提高衬度，以鉴别组织.个人收集整理勿做商业用途（）偏振光光是一种电磁波，自然光地光振动是各个方向地，都垂直于传播方向，如果使光地振动局限在一个方向上，其他方向地光振动被大大消减或被吸收，这种光被“线偏振光”，也称“全偏振光”，简称偏振光.个人收集整理勿做商业用途（）起偏镜产生偏振光地偏光镜叫起偏镜.起偏镜多用尼科尔棱镜或人造偏振片制作.（）检偏镜为了分辨光地偏振状态，在起偏镜后面加入同样一个偏光镜，它能鉴别起偏镜造成地偏振光.当起偏镜和检偏镜互相平行，透过地光线最多，视场最亮.当起偏镜和检偏镜互相垂直，处在正交位置时，线偏振光不能通过，产生消光现象，视场最暗.个人收集整理勿做商业用途）操作用金相显微镜做偏光观察时，需做起偏镜位置、检偏镜位置和载物台中心位置地调整.（）起偏镜，置于光线进入物镜之前，调整地目地是使经过偏镜获得地直线偏振光地偏振面呈水平.这样可保证从垂直照明器反射进入物镜地光线强度最大，并能保证到达试样表面地仍为线偏振光.大多数显微镜地起偏镜位置是固定地，使用时，将起偏镜旋入光路中即可.个人收集整理勿做商业用途（）检偏镜，置于样品反射光之后.检偏镜可以选装，可以和起偏镜做任何角度地调整，从互相平行到互相垂直.互相平行，可做明场观察.从目镜中观察到最暗地消光现象时，就是起偏镜与检偏镜互相垂直，可做偏光观察.个人收集整理勿做商业用途（）调整载物台地机械中心.使载物台地机械中心与显微镜地光学中心重合，载物台旋转°，被观察物仍停留在视场内.个人收集整理勿做商业用途（）光源、孔径光栏、视场光栏开大.）偏振片在金相分析方面地应用（）偏振光在各向异性金属磨面上地反射.在正交偏振光下观察各向异性晶体.因光学各向异性金属在金相磨面上呈现地各颗晶粒地位向不同，即各晶粒地“光轴”位置不同，使各晶粒地反射偏振光地偏振面旋转地角度不同，通过检偏镜后，便可在目镜中观察到具有不同亮度地晶粒衬度.转动载物台，相当于改变了偏振方向与光轴地夹角.旋转载物台°，视场中可观察到四次明亮，四次暗黑地变化.这就是各向异性晶体在正交偏振光下地偏光效应.个人收集整理勿做商业用途例如，在正交偏光下观察纯锌地组织.纯锌具有六方结构，是光学各向异性金属.试样经过磨制，抛光，不需浸蚀到显微镜下观察，在正交偏光下，可看到各个晶粒亮度不同，表征各晶粒位向地差别，晶内有针状地孪晶，颜色总于它所在地晶粒不同，说明其位向不同.转动载物台，你会看到每个晶粒地亮度都在变化，旋转载物台°每个晶粒都会发生四次明暗变化，非常清晰，衬度很好.个人收集整理勿做商业用途又如，球铁中地石墨，属六方晶系.明场下，石墨是灰色地，在正交偏光下，石墨球明暗不同且呈放射状，转动载物台，石墨各处地亮度都在变化，盯住一处，可看到四次明暗变化.说明石墨是各向异性晶体.从中可看出在同一颗球状石墨上显示出不同地亮度，表征石墨球呈多晶结构.个人收集整理勿做商业用途（）偏振光在各向同性金属磨面上地反射各向同性金属在正交偏光下观察时，由于其各方向光学性质是一致地，不能使反射光地偏振面旋转，直线偏振光垂直入射到各向同性金属磨面上，因其反射光仍为直线偏振光，被与之正交地检偏镜所阻，因此反射偏振光不能通过检偏镜，视场暗黑，呈现消光现象.旋转载物台，也没有明暗变化.这就是各向同性金属在正交偏光下地现象.个人收集整理勿做商业用途若在正交偏光下研究各向同性金属，需采用改变原晶体光学性质地特殊方法来实现.常用地有深浸蚀或表面进行阳极化处理.例如，有人采用深浸蚀地方法观察高碳镍铬钢地针状马氏体和原奥氏体晶粒.有人用这种方法观察马氏体和贝氏体，低碳马氏体领域等.个人收集整理勿做商业用途又如有人用阳极极化地方法，使试样表面形成一层各向异性地氧化膜，而膜地组成与下面地晶粒位向有关.来显示很难显示地纯铝地晶粒，有人用这种方法显示塑性变形地晶粒取向，形变织构等.个人收集整理勿做商业用途（）非金属夹杂物地偏光分析非金属夹杂物地正确判别，往往需要运用多种检测手段，才能得到正确地判断.其中，金相方法是最为简便和普遍地途径，居重要地位.通常在显微镜下利用明视场、暗视场、偏振光下地光学特性分析.以下是不同类型地夹杂物在正交偏振光下地光学特征.个人收集整理勿做商业用途（）各向同性不透明夹杂物各向同性不透明夹杂物地反射光仍为线偏振光，在正交偏振光下被消化呈暗黑色，旋转载物台，没有明暗变化，例如，即属此类.个人收集整理勿做商业用途（）各向异性不透明夹杂物各向异性不透明夹杂物在偏振光照射下将发生震动面地旋转，使反射偏振光与检偏镜改变正交位置.部分光线可通过检偏镜. 旋转载物台°，可观察到四次或两次明暗变化.例如，石墨等.个人收集整理勿做商业用途（）各向同性透明夹杂物透明夹杂物在偏振光下易于观察.透明夹杂物被直线偏振光照射时，光线地一部分在夹杂物外表面反射，一部分向内折射，并在夹杂物与金属基体地界面处发生不规则地内反射，因而改变了入射光地偏振方向.使透过夹杂物后射向检偏镜地光线地一部分可以透过检偏镜，因而可以观察到夹杂物地亮度，同时也看到它们地固有色彩.但旋转载物台，其亮度不发生变化.证明其是各向同性地.很多常见地夹杂物都是此类.例如，等.为绿色.各向同性地透明夹杂物在偏光和暗场下观察到地颜色是一致地.个人收集整理勿做商业用途（）各向异性透明夹杂物各向异性透明及杂物，在正交偏光下，不仅能够看到它们地透明度和固有色彩，而且旋转载物台°应有四次明暗变化，有地看到两次明显地明暗变化.例如，在正交偏振光下呈明亮地玫瑰红色，并可看到明暗变化.个人收集整理勿做商业用途三、实验仪器及材料．实验仪器型立式金相显微镜，立式型金相显微镜，型卧式金相显微镜，型金相显微镜个人收集整理勿做商业用途．试验材料球铁试样，碳钢非金属夹杂物试样，纯锌试样四、实验内容及步骤．熟练掌握暗场照明和偏光观察地操作方法；．在正交偏振光下观察各向异性晶体，观察纯锌地晶粒及孪晶，观察球状石墨；旋转载物台°观察它们地各向异性效应；个人收集整理勿做商业用途．在正交偏光下，观察非金属夹杂物地各向同性，各向异性效应，透明度和固有色彩.五、思考题．暗场照明地优点是什么？．偏光照明下，非金属夹杂物有何特征，若为透明球状夹杂正交偏光下有何效应？。

物镜放大倍数： 经物镜放大后A1B1的细节虽已为被区分开，但 其尺度仍很小，仍不能为人眼所鉴别，因此， 还需第二次放。
第二级放大是通过目镜来完成。当 经第一级放大的倒立实象处于目镜的主 焦点以内时，人眼可通过目镜观察到二 次放大的A3B3的正立虚象
应科院材料教研室钟涛生制作， 2006年11月
目镜的放大倍数： 250 M目 f目 式中： f目—目镜的焦距； 250— 人 眼 的 明 视 距离(mm)/； M目 —目镜的放大倍
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４、实
验 部
分
4.1实验目的 1.了解金相显微镜的成象原理及基本结构。 2.学习和初步掌握金相显微镜的使用方法。 4.2实验任务与步骤 1．结合显微镜实体，认真了解显微镜的光学成象原理。 2．仔细了解显微镜的结构——光源、光阑、垂直照明器、 暗场和偏光装置；目镜和物镜、物镜的标记等。 3．通过观察金相样品，学会正确的操作方法。如调焦、 孔径光阑和视场光阑的调节、暗场使用等。
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光栏 分为孔径光阑和视场光阑。 孔径光栏主要是用来调节入射光束的大小， 调节光路中光的强弱程度，它的大小对 成像质量有很大影响，缩小孔径光栏可 以使像清晰，但会降低分辨率。 视场光栏主要用来调节观察视野的大小， 以减少镜筒内部的反光和眩光，提高相 质。
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2.2 金相显微镜的结构
孔径光阑的调节可以 改变成象光束的大小和控制 进入光学系统的光通亮。 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。
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2.3光学显 微镜的 光路原 理图

金相显微镜暗场工作原理
金相显微镜是一种常用的显微镜，它的暗场工作原理被广泛应用于材料科学、金属学、生物学等领域。

暗场显微镜通过改变光的入射方式，使样品中的微小颗粒或细胞在黑暗的背景下呈现出明亮的光斑。

下面我将详细介绍金相显微镜的暗场工作原理。

金相显微镜的暗场工作原理基于光的散射现象。

在传统的光学显微镜中，光线直接穿过样品，被样品吸收或透射，形成明亮的像。

而在暗场显微镜中，光线通过一个称为暗场调制器的装置，使得只有散射光能够进入显微镜的物镜。

这种散射光与背景光形成对比，使得样品中的微小颗粒或细胞呈现出明亮的光斑。

暗场调制器通常由一个圆形光阑和一个光学衬底组成。

圆形光阑位于物镜的后焦面上，阻挡了直射光，只允许散射光进入物镜。

而光学衬底则位于样品和物镜之间，它的作用是提供一个暗色的背景，使得散射光能够与背景光形成对比。

当样品中存在微小颗粒或细胞时，入射光会与这些颗粒或细胞发生散射。

由于光的波长远大于颗粒或细胞的尺寸，根据散射理论可知，散射光的强度与颗粒或细胞的尺寸成正比。

因此，散射光会在显微镜的目镜中形成一个明亮的光斑。

暗场显微镜的工作原理使得样品中微小颗粒或细胞能够以明亮的形式呈现出来，这对于观察样品的细节非常有帮助。

而且，由于背景
是黑暗的，样品中的微小颗粒或细胞更加突出，不会被背景光淹没。

这使得暗场显微镜成为研究微观结构和微观纹理的理想工具。

总结一下，金相显微镜的暗场工作原理是通过改变光的入射方式，使样品中的微小颗粒或细胞在黑暗的背景下呈现出明亮的光斑。

这种工作原理使得暗场显微镜成为研究微观结构和微观纹理的有力工具。

第三讲 材料微观分析
• 显微镜的质量主要取决于透镜的质量、放大倍数 显微镜的质量主要取决于透镜的质量、 和鉴别能力。 和鉴别能力。 • 数值孔径：数值孔径表征物镜的聚光能力，是物 数值孔径： 镜的重要性质之一，通常以“NA”表示。物镜的 数值孔径大小决定了物镜的分辨能力（鉴别）及 有效放大倍数。根据理论推导得出： NA=nsinθ 式中 n——物镜与观察物之间的介质折射率 物镜与观察物之间的介质折射率 空气为1，松柏油为1.515）； ）；θ——物镜的孔 （空气为 ，松柏油为 ）； 物镜的孔 径半角。 径半角。
阿贝成像
阿贝原理的应用 (一)提高显微镜质量的途径 (物像一致性 分 提高显微镜质量的途径: 物像一致性,分 一 提高显微镜质量的途径 物像一致性 辨率高) 辨率高 数值孔径N.A 最大 最大1.6 增大透镜的直径 ;数值孔径 数值孔径 滤色片 采用紫光 700nm 光镜的最大分辨率200nm 光镜的最大分辨率 分辨率0.2nm 减少波长 采用电子束 0.001nm 分辨率
第三讲 材料微观分析
• 垂直鉴别能力 垂直鉴别能力即物镜垂直分辨率又称景深 景深，是指 景深 物镜所具有在景深方面能清晰造像的能力，即垂 直方面能清晰造像的最大景深深度，深度越大表 示垂直鉴别率越大。景深h为: h=n/【(NA)M】 （0.15~0.30） 由此可见，物镜的垂直鉴别率与数值孔径、 放大倍数成反比，要提高景深，最好选用数值孔 径小的物镜或减小孔径光阑以缩小物镜的工作孔 径，但这样就会降低物镜的分辨能力.。所以要调 和这一矛盾只能视具体情况而定。
2)如果片间距小于420nm只能看到黑区 估计 如果片间距小于 只能看到黑区,估计 如果片间距小于 只能看到黑区 出黑区片间距上限值 3)珠光体性能与片间距关系 通过了解微观组 珠光体性能与片间距关系?通过了解微观组 珠光体性能与片间距关系 织与性能之间的关系， 织与性能之间的关系，可以利用微观组织 对性能进行初步判断。 对性能进行初步判断。

一、实验目的1. 了解金相显微镜的构造、原理及使用规则；2. 掌握金相显微试样制备的基本操作方法；3. 通过观察金属材料的金相组织，分析其成分与组织之间的关系；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。

二、实验原理金相分析是利用金相显微镜对金属材料进行微观组织观察和分析的一种方法。

通过观察金属材料的金相组织，可以了解其内部结构、成分分布、相变过程等，从而为金属材料的性能评价、生产工艺改进、质量控制等提供依据。

金相显微镜主要由光源、物镜、目镜、载物台、调焦装置等组成。

实验中，通过调节物镜和目镜的放大倍数，以及调整载物台的高度，实现对金属材料的微观组织进行观察。

三、实验仪器与材料1. 仪器：金相显微镜、抛光机、砂轮机、金相试样、金相砂纸、脱脂棉、3~5硝酸酒精溶液等；2. 材料：不锈钢、碳钢、铝合金等金属材料。

四、实验步骤1. 金相试样制备（1）取样：从待分析的金属材料上截取适量的试样，确保试样表面平整、无划痕；（2）粗磨：将试样放入砂轮机中，用粗砂纸进行粗磨，直至试样表面基本平整；（3）细磨：用细砂纸对试样进行细磨，直至试样表面无明显划痕；（4）抛光：将试样放入抛光机中，用抛光布和脱脂棉进行抛光，直至试样表面光滑；（5）浸蚀：将试样放入3~5硝酸酒精溶液中，根据试样材料选择合适的浸蚀时间。

2. 金相显微镜观察（1）将制备好的试样放置在金相显微镜的载物台上；（2）调节物镜和目镜的放大倍数，找到合适的观察倍数；（3）观察试样的金相组织，记录观察结果。

五、实验结果与分析1. 不锈钢试样通过观察不锈钢试样的金相组织，可以发现其主要由铁素体和奥氏体组成。

铁素体呈针状分布，奥氏体呈块状分布。

这表明不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。

2. 碳钢试样观察碳钢试样的金相组织，可以发现其主要由珠光体和铁素体组成。

珠光体呈层状分布，铁素体呈针状分布。

这表明碳钢具有良好的强度和硬度。

3. 铝合金试样观察铝合金试样的金相组织，可以发现其主要由α相和β相组成。

实验三偏光、暗场在金相分析中的应用(验证性）一、实验目的及要求1．了解偏振光和暗场的基本原理.2．学会偏振光和暗场的操作方法和分析方法.3．了解偏振光和暗场在钢中非金属夹杂物分析及多相合金的组织鉴别方面的应用。

二、实验原理暗场和偏振光是金相分析方面应掌握的一种基本的分析手段，它们主要应用在一些组织、晶粒的鉴别，晶粒取向，形变织构的研究，特别是在非金属夹杂物的研究分析方面使用较广。

1、暗场1）暗场与明场的区别明场：入射光束通过物镜垂直照射到试样表面，反射光进入物镜成像.暗场：入射光束绕过物镜，以极大的角度斜射到试样表面，散射光（漫射光)进入物镜成像。

这样的光束是靠暗场折光反射镜和环形反射镜获得.2）暗场的操作使用暗场照明时的步骤：(a）孔径光栏、视场光栏都要开大；（b）将暗场遮光反射镜插入光路。

入射光中插入暗场遮光反射镜后，使入射光变成环形光环。

(c）将暗场聚光镜套在物镜外面。

入射光环不通过物镜，而经暗场聚光镜反射之后,以极大的倾斜角照射到试样表面,实现倾斜光照明。

(d)要将光路中明场用的平面半反射镜拉出来,它已不起作用.这样，使入射光不能进入物镜，提高了成像质量。

暗场环形反射镜已固定在光路里,将暗场遮光反射镜造成的环形光束反射到置于外面的“暗场聚光镜”表面上，然后以极大的倾斜角反射到试样表面上.倾斜光照射到试样表面平坦部位反射光会以相同的角度反射回去,这部分反射光不能到达物镜，视场内是暗黑的.而使光线产生漫反射的凹凸处、透明夹杂物处等,因漫反射使部分光线可到达物镜，在视场内观察到是明亮的，因此形成在暗黑的基体上有部分明亮的映像。

因此称这种照明方式为暗场照明。

3）暗场照明的特点及应用(1）暗场照明提高了显微镜的实际分辨能力和衬度暗场采用倾斜光照明，充分利用了物镜的孔径角,而且暗色基体衬度好,实际的分辨能力提高了。

例如取一含有珠光体的试样，在明场观察时,有许多珠光体领域由于细密使物镜分辨不清的片层。

解析偏光显微镜在金相分析方面三大应用偏光显微镜工作原理一、偏振光在各向异性金属磨面上的反射。

在正交偏振光下察看各向异性晶体。

因光学各向异性金属在金相磨面上呈现的各颗晶粒的位向不同，即各晶粒的“光轴”位置不同，使各晶粒的反射偏振光的偏振面旋转的角度不同，通过检偏镜后，便可在目镜中察看到具有不同亮度的晶粒衬度。

转动载物台，相当于更改了偏振方向与光轴的夹角。

旋转载物台360，视场中可察看到四次光亮，四次暗黑的变化。

这就是各向异性晶体在正交偏振光下的偏光效应。

例如，在正交偏光下察看纯锌的组织。

纯锌具有六方结构，是光学各向异性金属。

试样经过磨制，抛光，不需浸蚀到显微镜下察看，在正交偏光下，可看到各个晶粒亮度不同，表征各晶粒位向的差别，晶内有针状的孪晶，颜色总于它所在的晶粒不同，说明其位向不同。

转动载物台，你会看到每个晶粒的亮度都在变化，旋转载物台360每个晶粒都会发生四次明暗变化，特别清楚，衬度很好。

又如，球铁中的石墨，属六方晶系。

明场下，石墨是灰色的，在正交偏光下，石墨球明暗不同且呈放射状，转动载物台，石墨各处的亮度都在变化，盯住一处，可看到四次明暗变化。

说明石墨是各向异性晶体。

从中可看出在同一颗球状石墨上显示出不同的亮度，表征石墨球呈多晶结构。

二、偏振光在各向同性金属磨面上的反射各向同性金属在正交偏光下察看时，由于其各方向光学性质是一致的，不能使反射光的偏振面旋转，直线偏振光垂直入射到各向同性金属磨面上，因其反射光仍为直线偏振光，被与之正交的检偏镜所阻，因此反射偏振光不能通过检偏镜，视场暗黑，呈现消光现象。

旋转载物台，也没有明暗变化。

这就是各向同性金属在正交偏光下的现象。

若在正交偏光下讨论各向同性金属，需接受更改原晶体光学性质的特别方法来实现。

常用的有深浸蚀或表面进行阳极化处理。

例如，有人接受深浸蚀的方法察看高碳镍铬钢的针状马氏体和原奥氏体晶粒。

有人用这种方法察看马氏体和贝氏体，低碳马氏体领域等。

又如有人用阳极极化的方法，使试样表面形成一层各向异性的氧化膜，而膜的构成与下面的晶粒位向有关。

一、实验目的1. 熟悉金相试样的制备过程，了解显微镜和其他金相试样加工设备的使用。

2. 观察金属材料的金相组织，了解其微观结构，掌握金属材料的性能与组织之间的关系。

3. 培养实验操作技能，提高分析问题的能力。

二、实验原理金相实验是通过观察金属材料的金相组织，了解其微观结构，从而分析其性能与组织之间的关系。

金相组织是指金属在显微镜下观察到的各种组织形态，如晶粒、相、析出相等。

金属材料的性能与其组织密切相关，通过观察金相组织，可以了解材料的性能。

三、实验材料及设备1. 实验材料：不锈钢、纯铁、铜、铝合金等。

2. 实验设备：金相显微镜、抛光机、砂轮机、砂纸、脱脂棉、3~5硝酸酒精溶液等。

四、实验步骤1. 试样制备（1）取样：从金属材料或零件上截取试样，尺寸约为10mm×10mm×5mm。

（2）粗磨：使用砂轮机对试样进行粗磨，去除表面氧化层和缺陷。

（3）细磨：使用不同型号的砂纸对试样进行细磨，直至表面光滑。

（4）抛光：使用抛光机对试样进行抛光，使表面达到镜面效果。

（5）浸蚀：将试样放入3~5硝酸酒精溶液中，进行浸蚀，观察组织形态。

2. 金相观察（1）将制备好的试样放入金相显微镜的载物台上，调整焦距，观察金相组织。

（2）记录观察到的金相组织，分析其形态、大小、分布等特征。

（3）分析金属材料的性能与组织之间的关系。

五、实验结果与分析1. 不锈钢金相组织观察结果：不锈钢的金相组织主要由奥氏体、马氏体和铁素体组成。

奥氏体组织具有较好的韧性和塑性，马氏体组织具有较高的强度和硬度，铁素体组织具有良好的耐腐蚀性。

2. 纯铁金相组织观察结果：纯铁的金相组织主要由铁素体和珠光体组成。

铁素体组织具有良好的耐腐蚀性，珠光体组织具有较高的强度和硬度。

3. 铜金相组织观察结果：铜的金相组织主要由单相固溶体和析出相组成。

单相固溶体具有良好的耐腐蚀性和导电性，析出相可以提高铜的强度和硬度。

4. 铝合金金相组织观察结果：铝合金的金相组织主要由固溶体和析出相组成。

一、实验名称显微金相分析二、实验目的1. 了解金相显微镜的基本原理和构造。

2. 掌握金相试样的制备方法，包括镶嵌、研磨、抛光和腐蚀等步骤。

3. 学习利用金相显微镜观察和分析金属材料的微观组织。

4. 理解金相组织与材料性能之间的关系。

三、实验原理金相显微镜是一种利用光学原理观察材料微观组织的仪器。

它通过物镜和目镜的放大，将试样表面的微观组织放大到肉眼可见的程度。

金相显微镜的放大倍数由物镜和目镜的放大倍数相乘得到。

金属材料的微观组织对其性能具有重要影响。

通过观察和分析金相组织，可以了解材料的成分、结构、缺陷等信息，从而为材料的选用、加工和应用提供依据。

四、实验仪器与材料1. 仪器：金相显微镜、镶嵌机、抛光机、砂轮机、腐蚀液等。

2. 材料：金属试样、镶嵌剂、砂纸、抛光布、脱脂棉、硝酸酒精溶液等。

五、实验步骤1. 试样制备- 镶嵌：将金属试样镶嵌在镶嵌剂中，形成具有一定厚度的样品。

- 研磨：使用不同型号的砂纸对样品进行研磨，直至达到所需的抛光程度。

- 抛光：使用抛光布和抛光粉对样品进行抛光，使样品表面光滑、平整。

- 腐蚀：将抛光后的样品浸入腐蚀液中，根据材料的不同选择合适的腐蚀时间。

2. 金相显微镜观察- 将腐蚀后的样品放置在金相显微镜的载物台上，调整焦距和光圈，观察样品的微观组织。

- 通过改变物镜和目镜的倍数，观察样品的不同放大倍数下的微观组织。

3. 金相组织分析- 观察样品的晶粒大小、形态、分布、取向等信息。

- 分析样品的相组成、相结构、相分布等信息。

- 分析样品的缺陷，如夹杂、裂纹、孔洞等。

六、实验结果与分析1. 晶粒大小和形态- 观察到样品的晶粒大小和形态不同，说明材料在冷却过程中经历了不同的冷却速率和温度梯度。

- 晶粒大小和形态对材料的力学性能、耐腐蚀性能等具有重要影响。

2. 相组成和相结构- 观察到样品由不同的相组成，如α相、β相、γ相等。

- 相组成和相结构对材料的性能具有重要影响，如硬度、强度、韧性等。

金相显微镜偏光金相显微镜偏光是一种重要的金相试样观察方法。

金相显微镜是一种专门用于观察金属和合金的显微分析工具，而偏光则是一种增强样品的对比度的方法。

金相显微镜偏光技术结合了这两种方法，使得观察者能够更清晰地看到和分析试样的各种特征和组织结构。

金相显微镜偏光的原理简单来说就是通过透射光和偏振片的相互作用来增加样品的对比度。

当光线通过金属或合金样品时，它会被样品的组织结构和晶体形态所散射。

偏振片的作用是通过只允许特定方向的光通过，使得散射光的方向和振动方向一致。

通过调节偏振片的角度，观察者可以选择性地增强或减弱样品中的散射光，从而更清晰地看到样品的细节和结构。

金相显微镜偏光广泛应用于金属和合金的显微组织观察、显微硬度测试、相变研究等领域。

在金相显微镜偏光显微镜下观察样品，可以得到丰富的信息，如晶粒的大小、形状和分布，相变和相分离现象，晶体织构，位错和晶界等。

这些信息对于金属和合金的研究、生产和应用具有重要意义。

金相显微镜偏光技术的发展使得对金属和合金材料的观察更加直观和准确。

相比于传统的光学显微镜，金相显微镜偏光显微镜具有更高的对比度和分辨率。

偏光显微镜通过滤除非偏振方向光线，提高了图像的清晰度和细节展示，有助于更准确地解释和分析金属和合金的组织特征。

在金属和合金材料的研究和应用中，金相显微镜偏光技术的重要性不言而喻。

通过金相显微镜偏光，研究人员可以观察和分析样品的微观组织结构，了解材料的性能和行为。

特别是对于金属和合金的相变研究来说，金相显微镜偏光是一种非常有用的工具。

除了金相显微镜偏光技术，还有其他一些金相试样观察方法，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等。

每种方法都有其独特的优点和适用范围。

金相显微镜偏光技术在金属和合金研究中的应用主要集中在样品表面和切面的观察，对于揭示材料的微观组织和相变行为非常有效。

总的来说，金相显微镜偏光是一种重要的金相试样观察方法，通过增加样品的对比度，使研究人员能够更清晰地观察和分析金属和合金的微观组织结构和特征。

1明场照明时应用环形光栏,暗场照明时应用圆形光栏。

(N)2自然光通过尼科尔棱镜或人造偏振片后,就可获得偏振光。

(Y)3正相衬也称明衬,负相衬也称暗衬。

(N)4在正交偏振光下观察透明球状夹杂物时,可看到黑十字和等色环。

(Y)5低碳钢淬火后组织一定是位错马氏体。

(N)6马氏体是硬而脆的组织。

(N)7钢中马氏体是一种含碳的过饱和固溶体。

(Y)8钢的含碳量越高,马氏体转变温度也越高。

(N)9钢的奥氏体晶粒度级别越低,板条马氏体的领域越小或片状马氏体越细。

(N)10贝氏体是由铁素体和碳化物所组成的非层片状混合物组织。

(Y)11上贝氏体和下贝氏体的浮突特征是相同的。

(N)12上贝氏体是一种强韧化比下贝氏体更好的组织。

(N)13贝氏体相变过程中,既有碳的扩散,又有铁和合金元素的扩散。

(N14钢中的贝氏体组织只能在等温冷却时形成。

(N)15淬火碳钢在200~300℃时回火,其残余奥氏体可能转变为回火屈氏体或上贝氏体。

(N) 16淬火钢在回火过程中机械性能变化的总趋势是回火温度升高,硬度、强度下降,塑性韧性提高。

(Y)17二次硬化的根本原因是由于残余奥氏体在回火时产生二次淬火。

(N)18 θ-Fc3C是亚稳相,ε-Fe3C是稳定相。

(N)19回火稳定是由于合金元素改变碳化物形成温度,并且高温回火时形成的特殊碳化物延迟a 相的回复和再结晶,因而使硬度、强度仍保持很高水平。

(Y)20评定球铁的球化程度,石显的而积率愈接近1时,该石墨愈接近球状。

(Y)21可锻铸铁中的团絮状石墨是从液体中直接析出而得到的。

(N)1铜合金中能淬火得到马氏体组织的是C(1)CuSn合金,(2)Cu-Be合金,(3)Cu-A合金,(4)Cu-Zn合金2日前轴承合金中能承受力较大、导热性好、转速可较高、耐磨性较好、制造较易的合金是A(1)AlSn合金,(2) Sn-Cu-Sb合金,(3)Cu-Pb合金3压力加工铝合金中新型的高强度合金是A(1) Al-Mg-Zn合金,(2) Al-Cu-Mg合金,(3) Al-Mn-Si合金,(4) Al-Cu-Mn合金4当观察奥氏体等温分解产物(细片状铁素体与渗碳体的混合物)的弥散时,采用较好的照明方法为(C)(1)偏光(2)暗場∥(3)相衬5高速钢过烧组织的特征是(B)(1)晶界上碳化物呈网状析出(2)晶界上分布着骨骼状次生菜氏体(3)在晶上有氧化脱碳6铸铝变质处理的作用是(A)(1)细化硅相(2)粗化硅相(3)产生新相7普通黄铜(即铜锌合金)中,当锌含量小于30%时,其显微组织是(A)。

（三）金相试样制备伴随科学技术旳发展，研究金属材料内部组织旳手段也在不停增长。

然而光学金相显微分析仍然是最基本旳措施。

光学金相显微分析旳第一步是制备试样，将待观测旳试样表面磨制成光亮无痕旳镜面，然后通过浸蚀才能分析组织形态。

如因制备不妥，在观测面上出现划痕、凹坑、水迹、变形层或浸蚀过深过浅都会影响对旳旳分析。

因此制备出高质量旳试样对组织分析是很重要旳。

金相试样制备过程一般包括：取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个环节。

1.取样从需要检测旳金属材料和零件上截取试样称为"取样"。

取样旳部位和磨面旳选择必须根据分析规定而定。

截取措施有多种，对于软材料可以用锯、车、刨等措施；对于硬材料可以用砂轮切片机或线切割机等切割旳措施，对于硬而脆旳材料可以用锤击旳措施。

无论用哪种措施都应注意，尽量防止和减轻因塑性变形或受热引起旳组织失真现象。

试样旳尺寸并无统一规定，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比较合适。

对那些尺寸过小、形状不规则和需要保护边缘旳试样，可以采用镶嵌或机械夹持旳措施，如图2-l所示。

图1-17镶嵌及夹持试样a)镶嵌试样b)夹持试样金相试样旳镶嵌，是运用热塑性塑料(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)作为填料进行旳。

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，冷镶措施不需要专用设备，只将合适尺寸(约φl5~20mm)旳钢管、塑料管或纸壳管放在平滑旳塑料(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.粗磨粗磨旳目旳重要有如下三点：1)修整有些试样，例如用锤击法敲下来旳试样，形状很不规则，必须通过粗磨，修整为规则形状旳试样；2)磨平无论用什么措施取样，切口往往不十分平滑，为了将观测面磨平，同步去掉切割时产生旳变形层，必须进行粗磨；3)倒角在不影响观测目旳旳前提下，需将试样上旳棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。

实验三单偏光镜下的晶体光学性质
——观察矿物颜色、多色性及吸收性(2学时，验证性) 一、预习内容：
矿物颜色、多色性和吸收性的原理
二、目的要求：
1. 观察矿物颜色、多色性和吸收性现象，并了解其成因；
2. 认识多色性现象及其明显程度。

同一矿物不同方向切面，其多色性情况不一样。

三、实验内容：
1. 观察矿物的颜色
(1900)中暗色矿物黑云母
(1310)中浅色矿物中长石，暗色矿物普通角闪石
(1203)中浅色矿物斜长石，暗色矿物辉石、橄榄石
2.观察矿物的多色性和吸收性
(1900)中暗色矿物黑云母；(1310)中暗色矿物普通角闪石
四、实验提示：
1. 观察黑云母颜色、多色性和吸收性
(1) 将具有一组极完全解理的黑云母切面{∥(010)的切面}置视域中心，旋转载物台，并使黑云母
解理缝平行于下偏光镜振动方向，黑云母的颜色为深褐色；再旋转物台90°使解理缝垂直于
下偏光镜振动方向，黑云母的颜色为浅黄色。

(2) 旋转载物台使黑云母解理缝与下偏光镜振动方向斜交，观察其颜色及深浅变化，此时颜色及
颜色深浅介于上述两种情况之间。

(3) 将无解理的黑云母(∥001的切面)置视域中心，旋转物台，观察其颜色及深浅变化。

综上：旋转载物台时，黑云母的颜色由深褐色变为浅黄色，这就是黑云母的多色性，并写出黑云母的多色性公式Ng＝?，Nm＝?，Np＝?；黑云母颜色深浅随方向而异，这就是吸
收性(表5)。

(注：在同一薄片中多选几颗黑云母观察，看其结果有何不同?)
2. 普通角闪石颜色、多色性和吸收性的观察方法同上。

表5 黑云母和普通角闪石的多色性。

实验三偏光显微镜法观察聚合物结晶形态聚合物的各种性能是由其结构在不同条件下所决定的。

研究聚合物晶体结构形态主要方法有电子显微镜、偏光显微镜和小角光散射法等。

其中偏光显微镜法是目前实验室中较为简便而实用的方法。

一、实验目的要求1、了解偏光显微镜的结构及使用方法。

2、观察聚合物的结晶形态，估算聚丙烯球晶大小。

二、实验原理根据聚合物晶态结构模型可知：球晶的基本结构单元是具有折叠链结构的片晶（晶片厚度在100埃左右）。

许多这样的晶片从一个中心（晶核）向四面八方生长，发展成为一个球状聚集体。

电子衍射实验证明了在球晶中分子链（c轴）总是垂直于球晶的半径方向，而b轴总是沿着球晶半径的方向（参考图3-1和图3-2）。

在正交偏光显微镜下，球晶呈现特有的黑十字消光图案，这是球晶的双折射现象。

分子链的取向排列使球晶在光学性质上具有各向异性，即在不同的方向上有不同的折光率。

当在正交偏光显微镜下观察时，分子链取向与起偏器或检偏器的偏振面相平行就产生消光现象。

有时，晶片会周期性地扭转，从一个中心向四周生长（如聚乙烯的球晶），结果在偏光显微镜中就会观察到一系列消光同心圆环。

图3-1 片晶的排列与分子链的取向图3-2 球晶形状三、仪器与试样1、仪器偏光显微镜及附件、载玻片、盖玻片、电炉和油浴锅。

2、试样聚丙烯（颗粒状），工业级。

四、实验步骤1、制备样品（1）将少许聚丙烯树脂颗粒料放在已于260℃电炉上恒温的载玻片上，待树脂熔融后，加上盖玻片，加压成膜。

保温2分钟，然后迅速放入140一150℃甘油浴中，结晶2小时后取出。

（2）将少量聚乙烯粒料用以上同样的方法熔融加压法制得薄膜，然后切断电炉电源，使样品缓慢冷却到室温。

2、熟悉偏光显微镜的结构及使用方法（参阅本实验的附录及仪器说明书）。

3、显微镜目镜分度尺的标定将带有分度尺的目镜插入镜筒内，把载物台显微尺放在载物台上，调节到二尺基线重合。

载物台显微尺长1.00毫米，等分为100格，所以每格为0.01毫米。

实验一普通光学金相显微镜的构造及使用实验二金相样品制备的一般方法一、实验目的：1、了解普通光学显微镜的构造，各主要部件及元件的效用。

2、掌握正确的使用操作规程及维护方法。

3、掌握金相样品制备的一般方法（机械抛光和化学浸蚀）。

4、了解金相样品制备的其他方法。

二、实验原理正常人眼看物体时，最适宜的距离大约在250mm左右，这个距离称为“明视距离”，此时能分辨的最小距离约为0.15~0.30mm。

显微镜通过物镜及目镜两次放大而得到倍数较高的放大像，下图为它的放大原理图。

显微镜的基本构造：光学系统、照明系统、机械系统。

显微镜二级放大原理 ：放大倍数为显微组织的显示（浸蚀）----原理：1）单相合金的浸蚀单相合金（包括纯金属）的组织是由不同晶粒组成的。

各个晶粒的位向不同，存在着晶粒间界。

一般晶界处的电极电位和晶粒内的不同，而且具有较大的化学不稳定性。

因此在和化学试剂作用时，溶解得比较快，不同位向的晶粒，溶解程度也不同。

在晶界处凹下去，光线被反射向斜方向而不进入目镜，呈现黑色。

晶粒内也因表面倾斜程度不同有深浅不同。

2）二相合金的浸蚀二相合金的浸蚀是由于化学成分不同、结构不同、因而电化学性质不同、电极电位也不同的相组成了微电池，具有较高负电位的相成为阳极，溶解得快，逐渐凹下去；具有较高正电位的相则成为阴极，一般不易溶解，基本上保持原有平面（凸出，光亮色）。

作为阳极的相如果表面（凹下去）本身又不平滑，则在显微镜下呈现暗黑色。

三、 实验内容、步骤及设备内容：1、认真观察和识别实验用金像显微镜的外形结构；各类元件和部件的效用和外貌特征和标志。

2、练习显微镜的操作规程。

正确选用物镜和目镜的匹配。

光阑的调节、放大倍数的计算、目镜测微尺的使用、调焦的操作、维护的要点。

垂直照明器的选用、滤色片的选用、暗场的使用等。

3、参观其他类型的显微镜。

4、观察和识别实验用显微镜的外形结构；各类元件和部件的效用和外貌特征和标志。

5、练习显微镜的操作规程。

显微镜的暗场与偏光的原理
显微镜的暗场与偏光原理是两种不同的技术实现，各自具有不同的应用和原理。

暗场显微镜是一种光学显微镜，它利用光的散射原理使样品在黑暗的背景下呈现出明亮的图像。

其原理是通过将光源置于镜头旁边，使光线斜射入样品，样品中的细小颗粒或结构会散射光线。

这些散射的光线会被显微镜中的装置收集，而未被散射的光线则会被遮挡。

由此，只有被散射的光线能够进入物镜和目镜，形成明亮的图像。

暗场显微镜可用于观察无法直接被普通显微镜观察到的透明样品，如活体细胞、有机或无机结晶体等。

偏光显微镜是利用偏振光的原理来观察样品的显微镜。

偏光光线通过通过聚光器将偏振光引入样品，经过样品后再通过偏光片。

当样品中存在着具有不同折射率的物质或物质中存在着应力时，偏振光被这些物质所影响而发生偏折，称为双折射现象。

此时，经过样品的偏振光被偏光片选择性地过滤或折射，而只有特定方向的偏振光得以通过。

通过调整偏光片的位置，可以观察到不同方向的偏振光通过样品后形成的图像。

综上所述，暗场显微镜是通过散射光的原理实现样品成像，而偏光显微镜则是通过偏振光的原理实现样品成像。

这两种技术在显微镜领域的应用各有不同，可用于观察不同类型的样品和现象。