下载文档原格式
材料科学基础实验指导书适用专业：材料物理总学时：32学时目录实验一铁磁性材料居里温度的测定 (3)实验二材料导热系数的测定 (7)实验三润湿角（接触角）的测定 (10)实验四四探针法测量半导体电阻率 (14)实验五示波器法测定铁磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线 (19)实验六拉伸实验 (26)实验七铸铁显微组织的观察 (32)实验八碳钢金相试样的制备、组织观察及力学性能的测定 (39)实验一铁磁性材料居里温度的测定铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以T C表示，测量T C不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术以及家用电器的设计都具有重要的意义。
[实验目的]1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习用JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；3. 测定5个低温温敏磁环的居里温度。
[实验装置]JLD-Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）。
[实验原理]1.基本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m3，称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取相各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。
当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了，铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
外磁场方向图1 图2铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性与温度有关，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
《材料科学基础》实验指导书（01、02级使用）材料学院·中心实验室光学技术实验室2003/9/23目录⒈《材料科学基础》实验简介 (2)（Brief Introduction of Experiments of Fundamentals of Materials Science）⒉实验一位错蚀坑的观察 (4)（Observation of Etchpits of Dislocation）⒊实验二非均匀形核的观察与应用 (10)（Observation and Application of Heterogeneous Nucleation）⒋实验三二元合金的显微组织 (12)（Microstructures of Binary Alloys）⒌实验四铁碳合金平衡组织观察 (15)（Observation of Equilibrium Microstructures of Fe-Carbon Alloys）⒍实验五三元合金的显微组织 (23)（Microstructure of Ternary Alloys）⒎实验六金属的塑性变形与再结晶 (27)（Plastic Deformation and Recrystallization of Metals）⒏实验七固态相变 (33)（Phase Transformation of Solids）⒐实验八晶体结晶过程观察及凝固条件对铸锭组织的影响 (39)（Observation of the crystallization process of crystalloid and the impact of solidification conditions on ingot structure）⒑《材料科学基础》实验常用仪器设备使用介绍 (43)（Introductions of Instruments of Experiments of Fundamentals of Materials Science）实验六 金属的塑性变形与再结晶（Plastic Deformation and Recrystallization of Metals ）实验学时：2 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的1． 观察显微镜下变形孪晶与退火孪晶的特征；2． 了解金属经冷加工变形后显微组织及机械性能的变化；3． 讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
湖南工学院材料工程基础实验实验指导书材料与化学工程学院2015年10月湖南工学院1实验课要求1、按时到达实验室进行实验，无故不得迟到、早退，违者将扣其实验课的平时成绩。
2、必须按照本人课表安排的时间来实验室进行实验，不得私自调换实验时间。
3、每次实验之前必须认真进行预习，并写好实验预习报告，无预习报告的，不得进行实验。
4、实验时，必须认真记录实验数据，不得抄袭别人的实验数据，并在实验结束后，认真撰写实验报告，在规定时间内统一交到办公室进行批改。
5、本实验课共分四次实验，无故缺席一次实验，实验成绩即为不及格，如确有客观原因不能在规定时间内进行实验的，必须及时告知实验老师，并在其安排的其他时间内补做实验。
6、实验课成绩由平时到课表现，预习及实验报告的成绩共同进行评定，实验课结束之后，仍未提交实验报告的，或者实验报告不全的，实验课成绩将记为不及格。
7、实验室的维护是大家共同的工作，所以，每次实验结束后，必须认真打扫后，方可离开，谢谢大家！2 实验一流体流动阻力的测定实验一、实验目的1、掌握流体流经直管和阀门时的阻力损失和测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2、测定直管摩擦系数λ与雷诺数Re的关系。
3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。
二、实验内容1、测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。
2、测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系曲线和关系式。
3、测定流体流经闸阀时的局部阻力系数ξ。
三、实验原理1、概述本实验装置可以测定对比：DN20粗糙直管、光滑管和阀门等阻力系数。
在实际生产中，许多过程都涉及到流体流动的内部细节，尤其是流体的流动阻力。
流体在流动过程中为克服流动阻力必定要消耗能量。
流体流动阻力产生根本的原因是流体具有粘性，流动时存在着内磨擦，而固定的管壁或其它形状固体壁面，促使流动流体的内部发生相对运动，为流体流动阻力的产生提供了条件，因此液体阻力的大小与流体的物性、流动状况及壁面等因素有关。
材料科学基础(金属)试验指导书材料科学基础(金属)试验指导书一、实验目的1.了解金属组织在金相显微镜下的形貌特征。
2.熟悉金属的脱碳淬火工艺。
3.测定金属的机械性能。
二、实验原理1.金相显微镜金相显微镜是一种用于观察金属和其他材料组织的光学显微镜。
它可以显示材料的显微结构，如组织、晶体结构、纤维结构等。
金相显微镜能够显示各种金属的相以及其对应的晶体结构，因此，可以对金属的组织进行观察和分析。
2.脱碳淬火工艺脱碳淬火也称洁净度高温淬火，是在高温下进行的淬火工艺，目的是通过提高温度来提高钢材的洁净度。
在脱碳淬火过程中，首先将钢材加热到高温，然后将其冷却到室温。
这个过程可以增加钢材的硬度和强度，但也会使其更加脆化，因此脱碳淬火常常与调质工艺组合使用。
3.机械性能材料的机械性能包括：拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率和冲击强度等。
用试验仪器进行拉伸、压缩、弯曲等拉伸强度、屈服强度测试，用冲击试验仪进行冲击试验以获得样品的断裂伸长率和冲击强度。
三、实验设备金相显微镜、脱碳淬火炉、恒温箱、淬火槽、打样机、UNI-WD-10型卡氏硬度计、万能试验机、冲击试验机。
四、实验步骤1.制备金属试样将棒材切割成长度30mm，直径12mm左右的试样，然后在打样机上打磨成30mm×2mm×2mm的块状样品；2.脱碳淬火将制备好的金属试样放入脱碳淬火炉中加热至950℃，保温30min，然后冷却到室温后，样品颜色变为深红色；3.磨光、腐蚀用研磨纸将金属样品磨光，然后用氢氧化钠溶液进行腐蚀处理，腐蚀5~10s，然后清洗干净；4.显微观察将样品放入金相显微镜中观察，观察时应选择透射光源，并调整显微镜的放大倍数，观察组织形貌、晶粒大小和形状、相种类和分布等结构特点。
5.硬度测试用UNI-WD-10型卡氏硬度计对样品进行硬度测试，一块样品测试三次，每次测试量程分别为HRA、HRB、HRC，记录三次测试结果的平均值。
6.拉伸、屈服强度测试用万能试验机对样品进行拉伸、屈服强度测试，测量拉伸强度、屈服强度，为了得到更可靠的数据，应测量3个样品每个样品测试3次。
《材料科学基础》课程实验指导书实验一金属塑性变形与再结晶一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究变形程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。
3．讨论冷加工变形度对再结晶后晶粒大小的影响。
二、概述1．显微镜下的滑移线与变形孪晶金属受力超过弹性极限后，在金属中将产生塑性变形。
金属单晶体变形机理指出，塑性变形的基本方式为：滑移和孪晶两种。
所谓滑移，是晶体在切应力作用下借助于金属薄层沿滑移面相对移动（实质为位错沿滑移面运动）的结果。
滑移后在滑移面两侧的晶体位向保持不变。
把抛光的纯铝试样拉伸，试样表面会有变形台阶出现，一组细小的台阶在显微镜下只能观察到一条黑线，即称为滑移带。
变形后的显微组织是由许多滑移带（平行的黑线）所组成。
在显微镜下能清楚地看到多晶体变形的特点：①各晶粒内滑移带的方向不同（因晶粒方位各不相同）；②各晶粒之间形变程度不均匀，有的晶粒内滑移带多（即变形量大），有的晶粒内滑移带少（即变形量小）；③在同一晶粒内，晶粒中心与晶粒边界变形量也不相同，晶粒中心滑移带密，而边界滑移带稀，并可发现在一些变形量大的晶粒内，滑移沿几个系统进行，经常看见双滑移现象（在面心立方晶格情况下很易发现），即两组平行的黑线在晶粒内部交错起来，将晶粒分成许多小块。
（注：此类样品制备困难，需要先将样品进行抛光，再进行拉伸，拉伸后立即直接在显微镜下观察；若此时再进行样品的磨光、抛光，滑移带将消失，观察不到。
原因是：滑移带是位错滑移现象在金属表面造成的不平整台阶，不是材料内部晶体结构的变化，样品制备过程会造成滑移带的消失。
）另一种变形的方式为孪晶。
不易产生滑移的金属，如六方晶系的镉、镁、铍、锌等，或某些金属当其滑移发生困难的时候，在切应力的作用下将发生的另一形式的变形，即晶体的一部分以一定的晶面（孪晶面或双晶面）为对称面，与晶体的另一部分发生对称移动，这种变形方式称为孪晶或双晶。
孪晶的结果是：孪晶面两侧晶体的位向发生变化，呈镜面对称。
材料科学基础（金属）试 验 指 导 书编者：赵品景勤等教务处2006 年 11月引论一、遵守实验室的规章制度1.实验时应严肃认真，保持安静。
2.爱护仪器，并应严格遵守操作规程。
3.非本实验所用设备及仪器切勿任意动用。
4.实验完毕后，应将设备仪器恢复到原来正常状态。
5.发生损坏、丢失仪器、设备、工具等，根据具体情况，给予批评教育或赔偿处理。
二、做好实验前的准备工作1.预习实验指导书，明确本次实验的目的、方法和步骤。
2.结合课堂有关内容，弄清本次实验的基本原理。
3.对实验所用仪器，实验前要有一定的了解，阅读教材有关仪器的工作原理和使用说明。
4.明确本次实验需要记录的数据项目及数据处理的方法，实验前做好记录表格，并初步估计实验的预期结果。
三、实验要求1.实验前认真听指导老师对本次实验的讲解。
2.清点实验所用的仪器及有关器材，发现问题及时报告。
3.实验时严格按照实验指导书中要求的实验方法与步骤逐步进行实验。
4.对带电的实验装置及仪器，接线后应经老师检查确定无误后，才能开始实验。
5.实验中应注意观察，若发现异常现象（如发烫、冒烟、有味等）应立即切断电源，保持现场，报告指导老师，排除故障后方可继续实验。
6.仔细观察实验现象，随时进行分析，记录下全部所需测量数据，以及所用仪器的型号、精度、量程、最小分度等，还需记录下实验时的环境温度，对原始数据不得随意修改。
7.教学实验是培养学生动手能力的一个重要环节，因此学生在实验小组中虽有一定的分工，但每个学生必须亲自动手，完成所有的实验环节。
8.实验记录需交老师审阅，如不符合要求，应重做。
四、撰写实验报告实验报告是实验的总结，通过实验报告的书写，可以提高学生的分析能力，因此报告必须由每个学生独立完成。
报告要求整洁、清楚，要有分析及讨论，一般实验报告应具有下列基本内容：1. 实验名称、实验日期、室温、实验者及同组者。
2. 实验目的。
3. 实验原理、方法及步骤简述。
4. 实验所用的仪器设备名称、型号、精度、量程等。
实验一碳钢的热处理实验一、实验目的1. 熟悉碳钢的基本热处理（退火、正火、淬火及回火）工艺方法。
2. 了解含碳量、加热温度、冷却速度等因素与碳钢热处理后性能的关系。
3. 分析淬火及回火温度对钢性能的影响。
4. 学会采用不同的热处理工艺，将会得到不同的组织结构，从而使钢的性能发生变化。
二、实验内容和要求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善钢材性能，提高工件使用寿命。
钢的热处理工艺特点是将钢加热到一定的温度，经一定时间的保温，然后以某种速度冷却下来，通过这样的工艺使钢的性能发生改变。
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发生了质的变化。
采用不同的热处理工艺过程，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。
热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。
正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。
Fe-FeC 相图和C-曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
实际加热时的临界点标注为：Ac1、Ac3、Ac cm实际冷却时的临界点标注为：Ar1、Ar3、Ar cm1、加热温度（1）退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3+（30~50℃）；球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac1+（30~50℃）。
（2）正火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；过共析钢是Ac cm+（30~50℃），也就是加热到单相奥氏体区。
（3）淬火加热温度：对亚共析钢是Ac3+（30~50℃）；对共析钢和过共析钢是Ac1+（30~50℃）。
（4）回火温度：钢淬火后必须要回火。
回火温度决定于最终所要求的组织和性能。
按加热温度，回火可分为低温、中温及高温回火三类。
2、加热时间热处理加热时间与许多因素有关，例如工件的尺寸、形状、使用的加热设备、装炉量、钢的种类；热处理类型、钢材的原始组织、热处理的要求和目的等。
材料科学基础实验指导书目录实验一 材料硬度测定实验二 金属材料冲击性能测定实验三 金属材料疲劳性能测定实验四 平面应变断裂韧度K的测试Ⅰc实验五 超声波仪器探头的组合性能实验六 X射线检测底片观察实验七 表面检测技术—磁粉检测、渗透检测实验八 铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁）金相组织观察与绘制 实验九 铸铁熔炼实验实验十 铸钢的金相组织观察与绘制实验十一 合金结构钢、工具钢的热处理和显微组织分析实验十二 不锈钢、耐热钢的显微组织分析实验十三 铸铁、有色金属显微组织观察实验十四 钢的端淬试验实验十五 钢的淬火工艺实验十六 热处理后的组织观察实验十七 常用钢种的热处理工艺及其硬度与金相分析实验十八 热处理综合实验实验十九 金相试样的制备、显微镜的构造与操作实验二十 铁碳合金平衡组织的显微分析实验二十一 金属的塑性变形与再结晶实验二十二利用X射线衍射仪进行多相物质的相分析实验二十三 扫描电镜的制样及组织观察实验二十四 斜Y型坡口裂纹实验二十五 T型结构焊接变形与火焰矫正综合性实验实验二十六 灰口铸铁焊接工艺实验二十七 材料硬度测定实验二十八 铁碳合金平衡组织的显微分析实验二十九 碳钢的热处理工艺与组织试验实验一 材料硬度测定一、实验内容1、金属布氏硬度实验。
2、金属洛氏硬度实验。
3、金属维氏硬度实验和显微维氏硬度实验。
二、实验目的及要求该实验的目的是使学生熟悉金属布氏、洛氏、维氏硬度计的使用方法，巩固硬度试验方法的理论知识，掌握各种硬度计的结构原理、操作方法及注意事项。
要求学生具有踏实的理论知识，同时也具有严谨、一丝不苟的作风。
三、实验条件及要求（一）实验条件布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计和显维硬度计，读数放大镜，标准硬度块。
推荐试样用材：灰铸铁、硬质合金、经渗氮后的38CrMoAl、经渗碳淬火后的20钢、经调质处理的45钢、淬火低温回火的T12钢、黄铜。
（二）要求制备试样过程中不得使试样因冷、热加工影响试验面原来的硬度。
实验一淬冷法研究相平衡一．实验目的1.从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。
2.掌握静态法研究相平衡的实验方法之一──淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。
3.掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O —SiO2系统相图。
二．基本原理从热力学角度来看，任何物系都有其稳定存在的热力学条件，当外界条件发生变化时，物系的状态也随之发生变化。
这种变化能否发生以及能否达到对应条件下的平衡结构状态，取决于物系的结构调整速率和加热或冷却速率以及保温时间的长短。
淬冷法的主要原理是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样，由于相变来不及进行，冷却后的试样保持了高温下的平衡结构状态。
用显微镜或X-射线物相分析，就可以确定物系相的数目、组成及含量随淬冷温度而改变的关系。
将测试结果记入相图中相应点的位置，就可绘制出相图。
淬冷法是用同一组成的试样在不同温度下进行试验。
将试样装入铂金坩埚中，在淬火炉内保持恒定的温度，当达到平衡后把试样以尽可能快的速度投入低温液体中（水浴，油浴或汞浴），以保持高温时的平衡结构状态，再在室温下用显微镜进行观察。
这是可能出现三种情况：（1）若淬冷样品中全为各向同性的玻璃相，则可以断定物系原来所处的温度（T1）在液相线以上。
（2）若在温度（T2）时，淬冷样品中既有玻璃相又有晶相，则液相线温度就处于T1和T2之间。
（3）若淬冷样品全为晶相，则物系原来所处的温度（T3）在固相线以下。
由于绝大多数硅酸盐熔融物粘度高，结晶慢，系统很难达到平衡。
采用动态方法误差较大，因此，常采用淬冷法来研究高粘度系统的相平衡。
本实验用淬冷法验证Na2O-SiO2系统相图，实验中样品的均匀性对试验结果的准确性影响较大，因此，常常将原料制成玻璃以得到组成均匀的样品。
《材料科学基础》-实验指导书及实验报告###《材料科学基础》实验指导书（材料成型及控制⼯程专业⽤）南昌⼤学教务处印⼆零零六年⼗⽉⽬录⽬录 (2)实验要求 (3)实验⼀⾦相样品的制备与观察 (4)⼀、实验⽬的 (4)⼆、实验内容说明 (4)三、实验步骤 (4)四、实验报告要求 (4)五、思考题 (4)实验⼆浇注和凝固条件对铸锭组织的影响 (7)⼀、实验⽬的 (7)⼆、实验内容说明 (7)三、实验步骤 (7)四、实验报告要求 (7)五、思考题 (7)实验三⼆元合⾦显微组织分析 (9)⼀、实验⽬的 (9)⼆、实验内容说明 (9)三、实验步骤 (9)四、实验报告要求 (9)五、思考题 (9)实验要求1.实验前应仔细阅读预习实验指导书及指定的有关资料，做好课前的⼀切准备。
2.做实验前指导教师进⾏个别的⼝头查问，准备不充分者不准进⾏本次实验。
（准备的重点：详见每次实验之指导书内容要求）3.实验时应严格地遵守仪器操作规程（只能使⽤指定仪器，其它仪器不得擅⾃动⼿）并听从教师的指导。
4.实验时应爱护⼀切仪器设备，节约材料，实验过程中如发现仪器不正常或破损事故，应马上停⽌使⽤，并即时报告⽼师，损坏者酌情赔偿。
5.实验室内应保持清洁、肃静、不准⾼声谈论。
6.实验完毕后应随即切断仪器设备的电源。
7.实验数据应当场记录，不允许事后凭记忆追记。
每⼀实验⼩组在实验完毕后需将实验数据交指导教师审阅，教师签字后把仪器设备擦洗⼲净、桌⾯、地⾯进⾏打扫，然后才可离开实验室。
对教师未签字者需重做。
8.实验报告应认真书写，⼀般应于实验后三天内学习委员收齐交给教师，实验报告应有过程、有情况、有数据、也有分析，不合格者退回重做。
实验⼀⾦相样品的制备与观察⼀、实验⽬的1. 初步掌握制备⾦相样品的常规⽅法及要点。
2. 了解影响制样质量的因素及⾦相特征。
3. 进⼀步熟悉⾦相显微镜的操作和使⽤。
⼆、实验内容说明正确地检验和分析⾦属的显微组织必须具备优良的⾦相样品。
《材料科学基础实验》指导书Experimentation Manual for Fundamentals of Materials Science桂林电子科技大学材料教研室/材料成型教研室相关老师整理2014年3月21日目录实验1 金相显微镜的原理、结构和使用 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验设备和材料 (3)四、实验步骤 (3)五、实验注意事项 (4)六、实验报告要求 (4)实验2 金相显微样品的制备 (5)一、实验目的 (5)二、实验原理 (5)三、实验设备和材料 (9)四、实验步骤 (9)五、实验报告要求 (9)实验3 二元合金显微组织分析 (10)一、实验目的 (10)二、实验内容说明 (10)三、实验步骤 (11)四、实验报告要求 (11)五、思考题 (11)实验4 铸铁金相组织分析 (12)一、实验目的 (12)二、实验内容说明 (12)三、实验步骤 (13)四、实验报告要求 (13)五、思考题 (13)实验5 三元合金显微组织分析 (14)一、实验目的 (14)二、实验内容说明 (14)三、实验步骤 (15)四、实验报告要求 (15)实验6 金属的冷变形、断面组织观察及物性分析 (16)一、实验目的 (16)二、实验内容说明 (16)三、实验步骤 (16)四、实验报告要求 (16)实验1 金相显微镜的原理、结构和使用一、实验目的1.了解金相显微镜的结构原理和主要部件的作用。
2.掌握分辨率的概念及其影响因素。
3.学会正确操作4XB Ⅱ型金相显微镜。
二、实验原理利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析。
它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术，在金属材料研究领域中占有很重要的地位。
下面对常用的光学金相显微镜作一般介绍。
1.显微镜的基本原理最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成。
图1-1为显微镜成像的光学原理示意图。
图中AB 为被观察的物体，对着被观察物体的透镜O 1叫物镜；对着人眼的透镜O 2叫目镜。
材料科学基础实验指导书张学萍沈 阳 理 工 大 学二O O 七 年 九 月前言本书是根据《材料科学基础》课程的有关内容为提高实验教学质量、加强实验教学环节而编写的。
在内容上基本符合教学大纲的要求。
本实验指导书内容侧重于金相实验技术基本操作方法和金相显微组织的观察，使学生在金相实验基本技能方面得到初步训练并有利于巩固和深化课堂学到的知识，而铁碳合金组织观察及显微照相技术综合实验不仅能使学生建立起完整的知识体系，还能有效地提高学生的整体思维能力和总结概括能力。
本实验指导书使用于：金属材料专业目录实验一金相试样制备 (4)实验二铁碳合金组织观察及显微照相技术综合实验 (14)实验一金相试样制备一、实验目的1掌握金相显微试样的制备过程和基本方法，并观察、认识其金相显微组织；2初步学会用比较法测定工业纯铁的晶粒度。
二、实验仪器及材料1仪器：台式金相显微镜、予磨机、抛光机、吹风机等。
2材料；45钢待磨试样(Ø12×15)每人一块；各号金相砂纸(或水磨砂纸)一套；腐蚀剂；4％硝酸酒精；制备好的工业纯铁试样，棉球、镊子等。
三、实验内容在利用金相显微镜观察、分析和研究金属材料的金相显微组织时，需要在该材料的典型部位截取样块，然后通过一系列的制备过程，制成符合要求的金相显微试样。
即在金相显微镜下可以观察到很清晰的金相显微组织，其整个过程即为试样制备。
磨片的方法与步骤如下：1．取样①取样的部位及磨面的选择根据被检验金属材料或零件的特点，加工工艺及研究目的进行选择，如：研究另件破裂的原因时，应在破裂部位取样，再在离破裂处较远的部位取样，以做比较。
研究铸造合金时，由于组织不均匀，从铸件表层到中心必须分别截取几个样品。
研究轧材时，如研究材料表层的缺陷、非金属夹杂物的分布等。
应在垂直于轧制方向上截取横向试样．如研究夹杂物的形状、类形，材料的的形变程度、晶粒拉长的程度、带状组织等，应在平行于轧制方向上截取纵向试样。
材料科学基础实验指导书上海工程技术大学材料工程学院中心实验室2003.1目录实验一(1)金相显微镜的构造及使用———2(2)金相试样的制备———————10实验二铁碳合金平衡组织观察————-—17实验一（1）金相显微镜的构造及使用一、实验目的1.了解金相显微镜的光学原理和构造。
2.初步掌握金相显微镜的使用方法及利用显微镜进行显微组织分析二、概述利用金相显微镜来观察金属及合金的内部组织及缺陷，是材料研究方法中最基本的实验技术。
它在金相研究领域中占有很重要的地位，利用金相显微镜在专门制备的试样上放大 100～1000 倍来观察金属及合金的组织与缺陷的方法称为金属的显微分析法。
显微分析方法可以大致了解金属及合金的组织与化学成份的关系；可以确定各类金属经不同的加工与热处理后的显微组织的变化与性能的关系；可鉴别金属材料中存在的缺陷，如各种非金属夹杂物——氧化物，硫化物等在组织中的数量及分布情况，晶粒度大小、裂纹的走向、各种表面组织以及焊接组织的情况等。
在进行显微分析时，使用的主要仪器是金相显微镜。
金相显微镜主要是利用光线的反射将不透明物体（如金属，岩石，塑料等）放大后进行观察研究的。
在讨论金相显微镜的构造和应用之前，需要先简要地介绍一些有关显微镜的基本理论。
三、显微镜理论的基础知识图1—1放大镜的光学原理图众所周知，放大AB—物体A’B’物象f—焦距镜是最简单的一种光学仪器，它实际上就是一块凸透镜，利用它就可以将物体放大,其成像光学原理如图 1—1所示。
当物体 ( AB ) 放在透镜与其焦点 ( F ) 之间，则经过透镜的光线就会分散开来，从放大镜后面观察，可以看到一个放大了的正虚象 ( A’ B’)，此像的长度与物体长度的比值（即A’B’/AB）就是放大镜的放大率（放大倍数）。
显微镜不是像放大镜那样由单个透镜组成，而是由两个（实际上是两组）透镜所组成的。
对着所观察物体的透镜叫做物镜，而对着眼睛的透镜叫做目镜。
借助物镜与目镜的两次放大，就能使物体放大到很高的倍数。
图1—2 所示是在显微镜中得到放大物象的光学原理图。
图1－2 显微镜的光学原理示意图所观察的物体AB 放在物镜之前离焦点F1略远一些的地方，光线由物体上反射穿过物镜经折射后，就得到一个放大了的倒立实象A’B’，并处于目镜焦距F2之内，眼睛通过目镜观察实象A’B’，结果就得到经过两次放大的倒立虚象A”B”，这就是我们在显微镜下研究实物时所观察到的物象。
由于人眼的正常视距( D ) 为250mm，所以在显微镜在设计上让目镜处观察到的倒立虚象在距离眼睛250mm 处成象，这样可以看得最为清晰。
从图1—2 可知，只有物镜对物体起放大作用，而目镜只是放大由物镜所得到的物象。
显微镜的主要性能有：（1）显微镜放大倍数：显微镜的放大倍数M可由下式决定：M总=M物*M目=250－L / F1*F2M物——物镜的放大倍数M目——目镜的放大倍数L——显微镜的镜筒长度D——明视距离250mmF1——物镜的焦距F2——目镜的焦距F1、F2越短或L越长，则显微镜的放大倍数越高。
在使用时，显微镜的放大倍数就是物镜和目镜的放大倍数的乘积。
（2）显微镜的鉴别力和数值孔径之间的关系：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。
在普通光线下，人眼能分辨两点间的最小距离为0.15~0.30mm,即人眼的鉴别率为0.15~0.30mm，而显微镜当其有效放大倍数为1400倍时，其鉴别率d为0.21*10－３mm，d值越小，鉴别率越高。
鉴别率可由下式计算出来：d =2AN.——入射光线的波长N.A——物镜的数值孔径显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长和物镜的数值孔径，与目镜没有关系。
当波长一定时，则数值孔径越大鉴别率越高。
由上式可以看出，当值越小时，鉴别极限d值就越小，即物镜的鉴别能力越高，在显微镜中就能看到更细微的部分。
同样情况，当数值孔径（N.A值）越大时d 值也就越小。
数值孔径大的物镜聚光能力强，能吸收更多的光线，使物象更加清晰。
数值孔径N.A 可用下列公式求得：N.A = ·sin ϕ 式中：——物镜与物体间介质的折射率ϕ——物镜孔径角的一半 从式中可知，当和ϕ值越大时，数值孔径就越大，物镜的鉴别能力也就越高。
为了增加ϕ值（即孔径角）可增大物镜的直径，但物镜直径的增大将会使球面象差和色象差的校正增加困难，故通常采用缩短透镜焦距的办法来解决。
另外也可提高介质的折射率来提高数值孔径值。
若在物镜与试样之间滴入一种折射率较大的介质，如松泊油= 1.52（空气的折射率 =1），从而提高了物镜的鉴别能力。
物镜在设计和使用中指定以空 =30°物镜试样2R 2R 1R 1空气=1.0（a) 干物镜 =1.52油R R 2R 2试样物镜（b) 油物镜图1-3 不同介质对物镜聚光能力的比较 气为介质的称为“干系物镜”（或干物镜），以油为介质的称为“油浸系物镜”（或油物镜）。
从图1—3 说明油物镜具有较高的数值孔径。
(3) 显微镜的有效放大倍数：显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合，如何合理选用物镜和目镜呢？首先应根据物镜的数值孔径来选用物镜，即必须使显微镜总的放大倍数在该物镜数值孔径的500～1000倍之间，即：M=500 N.A ～1000 N.A这个范围称为有效放大倍数。
若M>1000 N.A 则形成虚伪放大，细微部分将分辨不清。
若M<500 N.A 则未能充分发挥物镜的鉴别率。
放大倍数的符号用“×”表示，放大倍数均分别标注在物镜与目镜的镜筒上。
四、金相显微镜的构造和使用1. 金相显微镜的构造金相显微镜的种类和型式很多，最常见的型式可分为台式，立式和1.载物台2.物镜3.半反镜4.物镜转换器5.传动箱6.微调手轮7.粗调手轮8.偏心圈9.目镜 10.目镜管 11.固定螺丝 12.调节螺丝 13.视场光栏 14.孔径光栏 15.试样图1-4 XJB—4X 型金相显微镜构造图卧式金相显微镜三大类，又按样品放置的位置分为倒置式和正置式。
金相显微镜的构造通常由光学系统，照明系统和机械系统三大部分组成，有的显微镜还附设有摄影装置，现以 XJB—4X 型金相显微镜为例加以说明。
XJB—4X 型金相显微镜构造如图 1 — 4 所示。
现分别对其各部件的使用功能介绍如下：照明系统：照明系统是仪器的主要组成部分，在底座内装有一低压（6V～8V,15W）灯泡作为光源，灯泡由变压器降压供电靠次级电压（6～8V）的调节来改变灯光的亮度。
在灯泡前有一聚光镜，孔径光栏 14 及反光镜等装置均安装在圆形底座上。
另外，还有视场光栏 13 及另一聚光镜则安在支架上，通过以上一系列透镜作用和配合就组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。
机械系统：显微镜调焦装置在显微镜主体的两侧有粗调和微调手轮，通过内部齿轮传动，使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。
在后侧手轮上刻有分度格表示物镜座上下微动 0.002毫米/每格。
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，不能再继续旋转而应倒转回来使用。
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，在手的推动下，可引导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。
光学系统：孔径光栏和视场光栏通过这两个孔径可变的光栏之调节，可以提高最后映象的质量。
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，以保证映象达到清晰的程度。
视场光栏则设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中所见视场明亮而无阴影。
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。
物镜转换器呈球面形，上面有三个螺孔，可安装三个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，并与不同的目镜搭配使用，即获得各种放大倍数。
目镜筒呈45º倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向90º呈水平状态以配合照相装置进行金相摄影。
表1—1，列出 XJB—4X型金相显微镜的物镜和目镜不同配合情况下的放大倍数。
表 1—1 XJB—4X型金相显微镜的放大倍数2. 金相显微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，因此使用时要求细心谨慎。
在使用显微镜工作之前首先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程进行操作。
（一）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，并使工作物镜转至垂直向上位置，使之处于样品台中心孔中央。
3）将试样放在样品台中心孔上，使观察面朝下并用弹簧片压住。
4）转动粗调手轮先使镜筒上升，使物镜尽可能接近试样表面（但不得与试样相碰），然后一边转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降，一边在目镜筒中观察，当视场亮度增强时再改用细调手轮调节，直到物象调整到最清晰程度为止。
5）适当调节一孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象。
（二）使用时的注意事项1）操作时必须特别细心，不能有任何粗暴和剧烈的动作，光学系统不允许自行拆卸，也不能用手或餐巾纸去抚摩擦拭光学镜头。
2）显微镜灯泡的（6～8V）插头，切勿直接插220V的电源插座上，一般插在变压器8V上，观察结束要及时关闭电源。
3）在旋转粗调（或细调）手轮时动作要慢，碰到某种阻碍时应立即报告调查原因，不得用力强行转动，否则就会损坏机件。
四、实验方法指导1.实验内容及步骤（1）在本次实验中学生应首先弄懂显微镜最基本的光学原理。
（2）明确金相显微镜的构造和使用方法，要求学会利用机械系统来调整焦距和利用照明系统来调节与控制光线等。
（3）每人通过实际操作金相显微镜，观察金相样品，并画出显微组织示意图。
（画图要求：画一35mm的圆，用铅笔描绘组织示意图）2.实验报告（1）简述提高金相显微镜鉴别率的几种方法。
（2）扼要记述金相显微镜的使用方法及必须注意的有关事项。
（3）画出你所看到的显微组织图（注明放大倍数、材料牌号、组织名称和所使用的腐蚀剂）。
实验一（2）金相试样的制备一、实验目的1. 学习金相试样的制备过程2. 了解金相组织的显示方法二、概述金相显微分析是研究金属和合金组织的主要方法之一，在生产实际中，为了探索金属材料的性能，经常需要进行金相组织的检查和分析。
为了对金相显微组织进行鉴别和研究，需要将所分析之金属材料制备成一定尺寸的试样，并经磨制抛光与腐蚀等工序，最后通过金相显微镜来观察和分析金属的显微组织状态及分布情况。
金相样品制备的质量好坏，直接影响到组织观察的结果，如果样品制备不符合特定的要求，就有可能由于出现假象而产生错误的判断，致使整个分析得不到正确的结论。
