1、金相制備實驗、實驗目的1 掌握金屬顯微試樣的制備及金相顯微組織顯示方法。2 掌握鐵碳合金中的相及組織組成物的本質、形態及分布特征3 掌握利用顯微鏡進行顯微組織分析、觀察的方法。、實驗原理（一）金相試樣的制備方法:拋光劑她光機浸ti刑I膳丄I戴I k I浸燭 好 | I觀專 J ttt水満淀_'_灑糅淸洗圖1-1 金相顯微試樣的制備過程金相顯微試樣的制備過程包括有如下工序：取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等， 下面就各道工序加以簡要說明：1 取樣由于金相組織比較均勻，試樣截取可在任一截面進行，確定好部位后就可把試樣截 下，試樣的尺寸通常采用直徑為1215mm，高度（或邊長）為12 15mm

2、的圓柱 體或方形試樣，如圖1-2所示。試樣的截取方法視材料的性質不同而異，軟的金屬可用手鋸或鋸床切割；對硬而脆 的材料（如白口鑄鐵）則可用錘擊打下；對極硬的材料（如淬火鋼）則可采用砂輪切片 機或電脈沖加工等切割。但是，不論采用哪種方法，在切取過程中均不宜使試樣的溫度 過于升高，以免引起金屬組織的變化，影響分析結果。圖1-2金相試樣的尺寸2 .鑲嵌對于尺寸過于細小的金屬絲、片及管等，用手來磨制，顯然很困難，需要使用試樣夾或利用樣品鑲嵌機把試樣鑲嵌在低熔點合金或塑料 （如膠木粉，聚乙烯聚合樹脂等）3 .磨制試樣的磨制一般分為粗磨與細磨。（1）粗磨 粗磨的目的是為了獲得一個平整的表面，鋼鐵材料試樣的

3、粗磨通常在 砂輪機上進行。但在磨制時應注意：試樣對砂輪的壓力不宜過大，否則會在試樣表面形 成很深的磨痕，從而增加了細磨和拋光的困難；要隨時用水冷卻試樣，以免受熱的影響 而引起組織的變化；試樣邊緣的棱角如沒有保存的必要，可先行磨圓（倒角），以免在 細磨及拋光時撕破砂紙或拋光市，甚至造成試樣從拋光機上飛出傷人。當試樣表面平整 后，粗磨就告完成，然后將試樣用水沖洗擦干。（2）細磨 經粗磨后的試樣表面雖較平整但仍還存在有較深的磨痕。因此，細磨的目的就是消除這些磨痕，以獲得一個更為平整而光滑的磨面，并為下一步拋光做準備。 細磨是在一套粗細程度不同的金相砂紙上由粗到細依次順序進行的。細磨時可將砂紙放在玻璃

4、板上，手指緊握試樣并使磨面朝下，均勻用力向前推行磨制，在更換另一號砂紙時，須將試樣的研磨方向調轉90。即與上一道磨痕方向垂直，直到把上一道砂紙所產生的磨痕全部消除為止。此外，在更換砂紙時還應將試樣、玻璃 板清理干凈，以防粗砂粒帶到下一道細砂紙上產生粗的磨痕。為了加快磨制速度可采用在轉盤上貼有不同型號砂紙的預磨機實現機械磨光。 砂紙平鋪在玻璃板上，一手按住砂紙，另一手握住試樣，使試樣磨面朝下并與 砂紙接觸，在輕微壓力作用下向前推行磨制。 磨制以“單程單向”方式重復進行。 在調換下一號更細的砂紙時，應將試樣上的磨屑和砂粒清除干凈，并使試樣的 磨制方向調轉90 °。4 .拋光細磨后的試樣還

5、需進行最后一道磨制工序一一拋光，其目的是去除細磨時遺留下來的細微磨痕，以獲得光亮無疵的鏡面。試樣的拋光一般可分為：機械拋光、電解拋光和化學拋光。最常用的為機械拋光。試樣的機械拋光是在專用拋光機上進行的， 拋光機的主要結構是由電動機和水平拋光盤 組成，轉速300500轉/分鐘。拋光盤上鋪以細帆布、呢絨、絲綢等，拋光時在拋光 盤上不斷滴注拋光液，拋光液通常采用 AI2O3,MgO或Cr2O3等細粉末（粒度約為0.3 1阿）在水中的懸浮液（每升水中加入 AI2O3 510克）或采用由極細鉆石粉制成的 膏狀拋光劑等。機械拋光就是靠極細的拋光粉末與磨面間產生的相對磨削和滾壓作用來消除磨痕的。操作時將試樣

6、磨面均勻地壓在旋轉的拋光盤上（可先輕后重）并沿盤的邊緣到中心 不斷作徑向往復移動，拋光時間一般約 35分鐘。最終拋光后，試樣表面應看不出任 何磨痕而呈光亮的鏡面。需要指出的是拋光時間不宜過長，壓力也不可過大，否則將會 產生紊亂層而導致組織分析得出錯誤的結論。拋光結束后用水沖洗試樣并用棉花擦干或吹風機吹干，若只需要觀察金屬中的各種夾雜物或鑄鐵中的石墨形狀時，可將試樣直接置于金相顯微鏡下進行觀察。本實驗拋光方法： 將試樣磨面均勻地、平整地壓在旋轉的拋光盤上，壓力不宜過大，并沿盤的邊 緣到中心不斷作徑向往復移動。 拋光時間不宜過長，磨面上磨痕全部消除而呈光亮的鏡面后，即可停止拋光。 拋光后的試樣用水

7、沖洗干凈，然后進行浸蝕。5.浸蝕經拋光后的試樣磨面，如果直接放在顯微鏡下觀察時，所能看到的只是一片光亮， 除某些夾雜物或石墨外，無法辨別出各種組織的組成物及其形態特征。因此，必須使用 浸蝕劑對試樣表面進行“浸蝕”，才能清楚地顯示出顯微組織。最常用的金相組織顯示方法是化學浸蝕法。化學浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑 對試樣表面所引起的化學溶解作用或電化學作用 （即局部電池原理）來顯示金屬的組織 它們的浸蝕方式則取決于組織中組成相的性質和數量。浸蝕方法通常是將試樣磨面浸入浸蝕劑中，也可用棉花沾上浸蝕劑擦拭表面，浸置 時間要適當，一般使試樣磨面發暗時就可停止。如果浸蝕不足，可重復浸蝕，浸蝕完畢后立即用

8、清水沖洗，然后用棉花沾上酒精擦拭磨面并吹干。至此，金相試樣的制備工作全部結束，即可在顯微鏡下進行組織觀察和分析研究。本實驗采用化學浸蝕法，浸蝕操作方法： 將拋光好的試樣磨面用化學浸蝕劑進行一定時間浸蝕； 浸蝕后用酒精清洗浸蝕面，再用吹風機吹干浸蝕面及試樣整體，隨后觀察。浸蝕后試樣磨面就形成了凸凹不平的表面，在顯微鏡下通過光線在磨面上各處的反射情況不同，顯現出各種不同的組織結構特征及形態。即能夠觀察到金屬的顯微組織。（二）金屬顯微組織觀察與分析鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鐵碳材料性能的基礎，所謂平衡狀態的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（退火狀態，即接近平衡狀態）所得到的組織。因此我們可

9、以根據Fe-FesC相圖來分析鐵碳合金在平衡狀態下的顯微組織（圖1-3所示）。/ I f # / Ik/ a I曾"c J(3曲S匚 +圖 1-3 Fe FesC 相圖鐵碳合金的平衡組織主要是指碳鋼和白口鑄鐵組織，其中碳鋼是工業上應用最廣 泛的金屬材料，它們的性能與其顯微組織米切有關。此外，對碳鋼和白口鑄鐵顯微組織 的觀察和分析，有助于加深對 Fe Fe3C相圖的理解。從Fe Fe3C相圖上可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）這兩個基本相組成。但是由于含碳量不同，因而呈現各種不同的組織 形態。用侵蝕劑顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾

10、種基本組織。1 鐵素體（F） C在a-Fe中形成的固溶體。鐵素體為體心立方晶體，具有磁 性及良好望性，硬度較低。用 3-4 %硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現明亮的等軸 晶粒，黑色網是晶界，這是因為晶粒晶界耐腐蝕性不同，而且各晶粒的位向不同呈現不 同的顏色；亞共析鋼中鐵素體呈塊狀分布；當含碳量接近共析成分時，鐵素體則呈斷續 的網狀分布于珠光周圍。2 滲碳體（Fe3C）是鐵與碳形成的一種化合物，其碳含量為6.69%，質硬而脆，耐腐蝕性強，經3-4%硝酸酒精溶液后，滲碳體呈亮白色。按照成分和形成條件 的不同，滲碳體可呈現不同的形態：一次滲碳體（初生相）是直接由液體中橋出的，故 在白口鑄鐵中呈粗大

11、的條片狀；二次滲碳體（次生相）是從奧氏體中析出的，往往呈網狀沿奧氏體晶界分布；三次滲碳體是由鐵素體中析出的，通常是不連續薄片狀存在于鐵 素體晶界處，數量極微，可忽略不計。3 珠光體（P） 是鐵素體和滲碳體的機械混合物。在一般退火處理情況下，是 由鐵素體與滲碳體相互混合交替形成的層片狀組織。經硝酸酒精溶液侵蝕后，在不同放大倍數的顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織。在高倍放大時能清楚地看到珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細條滲碳體；當放大倍數較低時，由于顯微鏡的鑒別能 力小于滲碳體厚度，這時珠光體中的滲碳體就只能看到是一條黑線，當組織較細而放大 倍數較低時，珠光體的片層就不能分辨，而呈黑色。4

12、 .變態萊氏體（L'd ） 是在室溫時珠光體十二次滲碳體十滲碳體所組成的機械混合物。含碳量為4.3 %的共晶白口鑄鐵在1147 °C對形成由奧氏體和滲碳體組成的共 晶體機械合物，稱為萊氏體，其中奧氏體冷卻時析出二次滲碳體，并在723 C以下分解為珠光體，這就是共晶反應，其結果是成為變態萊氏體。變態萊氏體的顯鏡組織特征是 在亮白色的滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點及細條狀的珠光體。二次滲碳體和共晶滲碳體連在一起，從形態上難以區分。三、實驗儀器與設備砂輪機、拋光機、吹風機、金相顯微鏡。四、實驗步驟和方法每名同學領取一塊試樣，按照上述試樣制備過程進行操作，具體步驟如下：1 .用砂輪打磨，獲得