實驗一金屬材料的顯微鏡分析一、實驗目的：1、了解金相顯微鏡的一般構造和使用方法。2、熟悉顯微鏡的試樣制備方法。二、理論概述：1、金相顯微鏡試樣的制備用金相顯微鏡來研究金屬的顯微組織和缺陷的方法稱為顯微鏡分析，顯微鏡分析能測定金屬的晶粒度大小，顯露金屬的顯微組織特征，測定金屬的鍍層（鍍鋅、鍍銅等）和化學熱處理（滲碳、氮化等）擴散層的深度，鑒定金屬中非金屬夾雜物（氧化物、硫化物等）和各種缺陷。此外，顯微鏡分析還能確定金屬進行熱加工（鍛、軋、鑄、熱處理等）工藝是否正確，判斷金屬的機械性能。在許多情況下，還能找到零件破損的原因。在利用顯微鏡檢驗以上這些情況時，必須先制備金相試樣。由于金屬對一般光線的不透明性，金屬試樣表面既要平整如鏡，又要界限分明，以便在顯微視場中不同程度地反射光源，而顯示出清晰的圖像。顯微鏡試樣的制備過程如下：（1）試樣的截取和磨平金相試樣是用手鋸車床來截切的。若金屬很脆（如白口鐵），可用錘下小快樣品，若合金很硬則用細的人工剛玉（氧化鋁）或金剛砂輪片切截樣品。截下的試樣表面要用砂輪磨平或銼刀挫平。截切及磨平樣品時應用水冷卻，避免樣品的溫度升高而影響合金組織的變化，所以試樣的尺寸最好如圖一所示。但試樣尺寸往往受到被研究的制件尺寸的限制，而不能按標準尺寸截取，例如絲狀件、薄片件及小快破損件等。這時，試樣的尺寸則取決于絲的直徑，薄片的厚度。如果試樣尺寸過于細小，如絲、帶、片、管及形狀極不規則，不能穩定裝在顯微鏡的載物盒上，這是則需要采用鑲嵌的方法---鑲樣，鑲嵌的方法很多，常用的有膠木粉鑲樣、易熔合金鑲樣、塑料鑲樣及機械嵌鑲法等，下圖為機械嵌鑲和低熔點鑲樣法的示意圖。（2）磨光試樣的磨光是將磨平的試樣表面用砂紙磨光，以消除粗大的磨痕，磨光可在磨片機進行（機械磨光），也可用手工磨光，手工磨光是在金相砂紙上進行，金相砂紙按粗細分為01號、02號、03號、04號、05號、06號等6種，磨光時依次從01號磨到06號，但一般鋼鐵試樣磨到04號已經足夠細了。手工磨光的操作方法：先在厚玻璃板上鋪上01號砂紙，用手將試樣需磨表面壓在砂紙上，然后沿與粗磨后磨痕方向垂直方向進行磨削，直到消除前一道磨痕為止。用同樣的方法從粗到細依次換上各重砂紙進行磨制。磨好的試樣表面具有很細的摸痕且呈銀白色。手工磨光操作要領：①壓在試樣上的力要均衡，試樣表面與砂紙完全接觸并向前推動（不要往后拖）。②每換一種號數的砂紙磨制時，磨制方向都應與上一道磨痕方向垂直，并注意勿使前一道磨制的砂粒掉在細砂紙上，磨片和手都要洗凈。（3）拋光拋光的目的在于保持不變形地消除表面遺痕，而獲得無疵的鏡面。拋光法有三種：機械法、電解法和化學機械法。本次實驗采用機械拋光法。機械拋光法是在轉動的圓盤拋光機上進行。圓盤上敷以尼絨拋光布，并用拋光劑潤滑拋光濟為金剛砂、氧化鉻粉等，和水調成懸濁液）。拋光時，將式樣麻面平整地壓在已有的拋光機的圓盤表面上，并隨時轉動試樣和適當添加拋光濟，拋光鐵和鋼時，一盤不超過3分鐘，待麻痕消除，磨面具有光亮的鏡面為止，然后用水沖洗，并繼續以酒精洗滌，再用棉花、濾紙有干或用冷風吹干，對于比較精密的不能擦干，不能擦干或烘干。（4）浸蝕拋光后的試樣，除觀察鋼中的非金屬夾雜物或鑄鐵中的石墨可以不經浸蝕外，一般均應浸蝕才能觀察到顯微組織。例如純鐵試樣經磨平、磨光和拋光后，這是在顯微鏡下只觀察到一個亮的表面，經浸蝕后，由于晶界易浸蝕而凹陷，光線在晶界產生漫射作用，在顯微鏡下呈現暗黑色線條，因而顯示出晶界的形狀，如圖3，圖4所示，晶粒的不同染色或呈現明暗的區別是由于晶粒的方向性或不同的截面上晶粒性質的不同，使我們不但觀察到晶界，而且觀察到各種不同光彩不同亮度的晶粒。浸蝕的方法有浸入擦蝕法，浸入法是把拋光洗滌干凈后的試樣表面直接浸入腐蝕劑中數秒中，擦蝕法是用夾鉗將棉花蘸藥劑后，在試樣表面輕輕擦拭。在一般情況下，試樣表面微微發暗和失去金屬光澤是蝕透的標志。對于不同的金屬和合金，以及研究的目的不同，所用浸蝕劑和浸蝕程度是不同的，這都要根據具體情況而定。通常對鋼鐵試樣采用4%的硝酸酒精溶液浸蝕就可達到一般所需要的目的。2、金相顯微鏡的構造和使用方法金相顯微鏡是用于分析金屬及合金的顯微組織的一種光學儀器，金相顯微鏡按光學行程和機械系統的不同，可分為臺式、立式和臥式三大類。現就我們實驗課中所使用到的小型臺式金相顯微鏡為例，簡要地介紹金相顯微鏡的構造。由于金屬不是透明體，因此金相顯微鏡用照明方法的反射法，不同于一般生物顯微鏡（透射法），普通臺式金相顯微鏡的外行結構如圖5所示。金相顯微鏡主要由三部分組成：（注：見圖1、2）（1）機械系統：其作用在于通過轉動粗動手輪和微調手輪以調節焦距，在觀察者眼中造成一清晰的象，另一方面通過移動載物臺，以觀察試樣上不同部位的組織。（2）光學系統：主要由目鏡和物鏡所組成，顯微鏡放大倍數為目鏡和物鏡單獨放大倍數的乘機，物鏡是由許多不同形狀的透鏡所組成，目鏡是由兩個平凸透鏡組成。（3）照明系統：由于金屬不是透明的，為供給試樣照明需要，一般使用垂直照明，其光線行程如圖6所示。金相顯微鏡的使用步驟：（1）首先將降壓器接通電源（220伏）（2）將顯微鏡照明裝置與降壓變壓器接通，使燈泡點亮。（3）將備好的試樣裝在載物臺上，并用壓片壓好。（4）對時轉動粗動手輪2，使物鏡6漸漸與試樣接近（注意不要相碰）。這時從目鏡7觀察，當看到顯微鏡的內圓圈0由暗漸漸變亮時，表示快看到圖象，此時應更為緩慢旋動手輪2，在發現圖像后，若不夠清楚，則需慢慢轉動微動手輪3進行調節。（5）光源亮度不合適，可調節孔徑光標欄來達到要求。（6）顯微鏡用畢后，先切斷電源，然后將插銷自變壓降壓器取下，并把試樣拿下，將一切按原樣整理好。三、實驗器材1、臺式金相顯微鏡2、拋光機3、吹風機（用冷風吹干試樣）4、各種鋼及鑄鐵試樣5、各號金相砂紙及玻璃板6、裝有酒精及浸蝕劑的小玻璃皿7、棉花球、夾子、拋光液等四、實驗方法學生分為兩組，一組制作試樣，一組了解金相顯微鏡的構造原理和使用方法，然后輪換。1、每人領一塊試樣，按前述方式制作，但暫不浸蝕。2、用顯微鏡觀察本人所磨制的未經浸蝕的試樣表面特征，包括夾雜物，缺陷石墨等。3、本人所制的試樣浸蝕后，再進行觀察其顯微鏡組織。4、觀察立式和臥式顯微鏡，重點了解主要結構和使用調整。實驗二鐵碳合金平衡組織的觀察一、實驗目的1、認識鐵碳合金平衡組織的特征。2、了解含碳量對碳鋼組織的影響。二、理論概述Fe-Fe3相圖的的平衡組織是指碳和白口鑄鐵冷卻后的顯微組織，也就是指在一定溫度一定成分和壓力下，合金處于最穩定狀態的組織，要得到這些組織，只有在極緩慢的冷卻條件下才可能，一般將碳鋼經退火后的組織近似地視為平衡組織。從Fe-Fe3C相圖上可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫時人組織都是由鐵素體（F）與滲碳體（Fe3C）這兩個基本相組成，但是由于含碳量的不同，F與Fe3C的數量，釋出條件、形狀、分布和混合情況也不同，因而便顯現出各種不同特征。1、工業純鐵工業純鐵中實際上有微量的碳（＜0.02%）,室溫下其顯微組織為100%的鐵素體單相組織。浸蝕后的純鐵式樣，在顯微鏡下可觀察到呈亮白色的鐵素體晶粒，含碳量稍高時，可觀察到從晶界上析出的三次滲碳體。2、亞共析鋼含碳量=0.0218?0.77%的鐵碳合金，其常溫組織為鐵素和珠光體，在顯微鏡下鐵素體呈白色，珠光體呈黑色（在低放大倍數下觀察時，珠光體的層片組織分辯不出隨著含碳量增加，F量會減少而P量增加。3、共析鋼含碳量=0.77%的鐵碳合金，其室溫組織為100%珠光體，在較大放大倍數下觀察時（比如500X）,可清晰地看出珠光體的層片組織（形若指紋），當放大倍數更高時（比如850X）,可以看到在白亮色的鐵素體基體上分布著白亮的條狀滲碳體。晶體呈黑暗色，在電子顯微鏡下，（2500X）此種形狀的結構看得最清楚。4、過共析鋼含碳量=0.77%~2.11%的鐵碳合金，其室溫組織為珠光體和二次滲碳體，二次滲碳體的特征非常明顯，在顯微鏡下呈白色沿晶界網狀分布，珠光體的鑒別同前。隨著含碳量增加，Fe3C網更粗連接更完整。5、亞共晶白口鑄鐵含碳量2.11~4.3%的鐵碳合金，其室溫組織織比較復雜，由萊氏體、珠光體和二次滲碳體組成，顯微鏡下，大塊暗色為珠光體（呈骨骼狀分布），點狀組織為萊氏體中的珠光體，白亮基體為滲碳體。6、共晶白口鑄鐵含碳量=4.3%的鐵碳合金，其室溫組織全部為斑點狀的萊氏體（在亮白色滲碳體基體上分布著珠光體）。7、過共晶白口鑄鐵含碳量=4.3~6.69%的鐵碳合金，其室溫