1、金相實驗的原理和方法一實驗目的：金屬材料的使用通常遵循著“成分一組織一性能”的相互關系。金相即金相學，就是研究金屬或合金內部結構的科學。不僅如此，它還研究當外界條件或內在因素改變時，對金屬或合金內部結構的影響。所謂內在因素主要指金屬或合金的化學成分。所謂外部條件就是指溫度、加工變形、鑄造情況等。二試驗設備：1.金相試樣切割機2,砂輪機3 .鑲嵌機4 .預磨機5 .拋光機6 .腐蝕液7 .金相顯微鏡8 .攝影系統及電腦三試驗原理：金相試驗是將欲檢驗試片表面經研磨拋光（或化學拋光、電化學拋光）至一定的要求光滑后，以特定的腐蝕液于以腐蝕，利用各相或同一相中方向不同對腐蝕程度的不同而能表現出各相之特征

2、，并利用顯微鏡放大倍率觀察判斷之。四試驗方法：1 .試片準備：為使試片能合乎觀察的要求必須以如下之步驟處理之。(1)取樣(SAMPLING):取樣必須考慮其整體或研究的主題的代表性，如材料屬方向性者則應依各方面皆取樣觀察：如品管檢查則可隨機取樣破壞分析可取性質較差的材料來凸顯破壞原因以便觀察。(2)切割(SECTIONING):如材料硬度低則可直接用鋸子予以切割，如硬度較高則可使用砂輪切割，但必須慎選砂輪，且切割時須冷卻以避免因切割過程所產生的熱對材料組織的影響。(3)粗磨(COARSEGRINDING):用砂輪機去除試片的毛邊，并用較粗的砂紙(#80左右)或沙袋機磨平且可除去可能因切割所產生

3、的變態層。鑲嵌(MOUNTING):鑲嵌的目的為使試片握持方便或保持試片邊緣之完整，如不考慮這兩種因素，則此步驟可省略，鑲嵌的方法有兩種，即熱鑲嵌(HotMolding)及冷鑲嵌(ColdMolding)。熱鑲嵌也稱為加壓嵌模(CompressionMolding),方法為將試片表面朝下置于金屬磨中(一般內徑為111/4及11/2等三種)再填以適量之樹脂，如酚樹脂(如電木粉、Bakelite),預熱至6080c后即加壓至4,200PSI左右之壓力，并繼續加熱至130140C,持續加熱數分鐘后，即可移去熱源，并可取出試片，如系使用熱塑性塑料(Thermoplastics測應讓溫度降至50c以下才

4、可取出。冷鑲嵌模法則將試片面朝下粘在膠紙帶上，再將試片置入直徑(35cm),高約34cm之玻璃管或金屬管之內，管壁需涂上一層薄的凡士林，以利脫膜，在將樹脂及硬化劑倒入管內，俟硬化后及可取出。(5)磨制(POLISHING):在預磨機上放置水砂紙，在流動的水流中以粗砂紙粗磨，逐次磨至1,000mesh左右，即完成此步驟磨制時應改變磨的方向，以去除嵌入金屬基地的砂粒。(6)拋光(LAPPING):經以上打磨后的試片必須以清水洗凈附著于表面的砂粒，方可至于拋光機上拋光，否則砂粒將污染拋光用的絨布。拋光用的磨料通常有氧化鋁(Al2O3),氧化銘(Cr2O3和金剛石制劑。由于氧化銘會造成呼吸器官之病變，

5、因此，目前已較少被采用。試片經拋光至鏡面無刮痕則完成此步驟。腐蝕(ETCHING):經拋光后的試片再以清水洗凈，并速予吹干，注意從最后一次拋光后的試片不可以手觸摸，否則會因油脂而污染試片，清水沖刷時可使用棉花輕輕拂試試片表面。腐蝕所需的時間并無一定的標準，通常宜采用試片進入腐蝕液后，不斷的取出觀察其腐蝕程度，一旦鏡面變色為毛玻璃之色調或回火Martensite系列變色為灰黑色，則應立即以清水沖洗之，然后以強熱風吹去試片之水滴和吹干，即可做金相觀察。2 .顯微鏡觀察：金相顯微鏡是利用光之照射在金屬經反射后加以觀察的方法與生物顯微鏡的穿透式不同，其放大倍率為目鏡（EyePiece與物鏡（Objec

6、tive）之乘積，如目鏡的放大倍率為10X,物鏡為50X,則放大倍率為500X,使用顯微鏡時必須先以較小的放大倍率觀察，因其焦距較長，才不致使物鏡較易處碰到試片，找到較小倍率的焦距后，再選擇觀察的較大倍率觀察。3 .金相組織觀察.奧氏體碳與合金元素溶解在丫-Fe中的固溶體，仍保持丫-Fe的面心立方晶格。晶界比較直，呈規則多邊形；淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處。.鐵素體碳與合金元素溶解在a-Fe中的固溶體。亞共析鋼中的慢冷鐵素體呈塊狀，晶界比較圓滑，當碳含量接近共析成分時，鐵素體沿晶粒邊界析出。.滲碳體一碳與鐵的一種化合物。在液態碳鐵合金中，首先單獨結晶的滲碳體（一次滲碳體）為塊狀，角

7、不尖銳，共晶滲碳體呈骨骼狀。過共析鋼冷卻時沿Ac1線析出的碳化物（二次滲碳體）呈網結狀，共析滲碳體呈片狀。碳鐵合金冷卻到Ar1以下時，由鐵素體中析出滲碳體（三次滲碳體），在二次滲碳體上或晶界處呈不連續薄片狀。.珠光體-碳鐵合金中共析反應所形成的鐵素體與滲碳體的機械混合物。珠光體的片間距離取決于奧氏體分解時的過冷度。過冷度越大，所形成的珠光體間距離越小。在a1650C形成的珠光體片層較厚，在金相顯微鏡下放大400倍以上可分辨出平行的寬條鐵素體和細條滲碳體，稱為粗珠光體、片狀珠光體，簡稱珠光體。在650600c形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，只有放大100哈

8、才能分辨的片層，稱為索氏體。在600550c形成的珠光體用金相顯微鏡放大500言，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團狀組織，只有用電子顯微鏡放大10000吾才能分辨的片層稱為屈氏體。.上貝氏體-過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針間。過冷奧氏體在中溫（約350-55OC）的相變產物，其典型形態是一束大致平行位向差為680d鐵素體板條，并在各板條間分布著沿板條長軸方向排列的碳化物短棒或小片；典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對稱軸，由于方位不同，羽毛可對稱或不對稱，鐵素體羽毛可呈針狀、點狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛；中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚；低碳低合金鋼，羽毛很清楚，

9、針粗。轉變時先在晶界處形成上貝氏體，往晶內方向長大，不穿晶。.下貝氏體同上，但滲碳體在鐵素體針內。過冷奧氏體在350cms的轉變產物。其典型形態是雙凸透鏡狀含過飽和碳的鐵素體，并在其內分布著單方向排列的碳化物小薄片；在晶內呈針狀，針葉不交叉，但可交接。與回火馬氏體不同，馬氏體有層次之分，下貝氏體則顏色一致，下貝氏體的碳化物質點比回火馬氏體粗，易受侵蝕變黑，回火馬氏體顏色較淺，不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高，針葉比低碳低合金鋼細。.粒狀貝氏體-大塊狀或條狀的鐵素體內分布著眾多小島的復相組剛形成時織。過冷奧氏體在貝氏體轉變溫度區的最上部的轉變產物是由條狀鐵素體合并而成的塊狀

10、鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中，可能全部保留成為殘余奧氏體；也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物（珠光體或貝氏體）；最可能部分轉變為馬氏體，部分保留下來而形成兩相混合物，稱為m-a組織。.無碳化物貝氏體-板條狀鐵素體單相組成的組織，也稱為鐵素體貝氏體。形成溫度在貝氏體轉變溫度區的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中也有類似上面的轉變。無碳化物貝氏體一般出現在低碳鋼中，在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。.馬氏體一碳在a-Fe中的過飽和固溶體。板條馬氏體：在低、中碳鋼及不銹鋼中形成，由許多相互平行的板條組成一個板條束，一個奧氏體晶粒可轉

11、變成幾個板條束（通常3到5個）。片狀馬氏體（針狀馬氏體）：常見于高、中碳鋼及高銀的鐵銀合金中，針葉中有一條縫線將馬氏體分為兩半，由于方位不同可呈針狀或塊狀，針與針呈120度角排列，高碳馬氏體的針葉晶界清楚，細針狀馬氏體呈布紋狀，稱為隱晶馬氏體。（10） .回火馬氏體-馬氏體分解得到極細的過渡型碳化物與過飽和（含碳較低）的a-相混合組織它由馬氏體在150250c時回火形成。這種組織極易受腐蝕，光學顯微鏡下呈暗黑色針狀組織（保持淬火馬氏體位向），與下貝氏體很相似，只有在高倍電子顯微鏡下才能看到極細小的碳化物質點。（11） .回火屈氏體一碳化物和a-相的混合物它由馬氏體在350500c時中溫回火形成

12、。其組織特征是鐵素體基體內分布著極細小的粒狀碳化物，針狀形態已逐漸消失，但仍隱約可見，碳化物在光學顯微鏡下不能分辨，僅觀察到暗黑的組織，在電鏡下才能清晰分辨兩相，可看出碳化物顆粒已明顯長大。.回火索氏體-以鐵素體為基體，基體上分布著均勻碳化物顆粒。它由馬氏體在500650c時高溫回火形成。其組織特征是由等軸狀鐵素體和細粒狀碳化物構成的復相組織，馬氏體片的痕跡已消失，滲碳體的外形已較清晰，但在光鏡下也難分辨，在電鏡下可看到的滲碳體顆粒較大。(13) .萊氏體-奧氏體與滲碳體的共晶混合物。呈樹枝狀的奧氏體分布在滲碳體的基體上。(14) .粒狀珠光體-由鐵素體和粒狀碳化物組成。它是經球化退火或馬氏體在650Ca1溫度范