金相试样得制备及金相组织观察一、实验目得1、了解金相显微镜得基本原理、构造,初步掌握显微镜得正确使用。

ﻫ2、掌握金相显微试样得制备过程与基本方法。

３、了解浸蚀得基本原理,并熟悉其基本操作４、学习利用金相显微镜进行显微组织观察.通过在显微镜下观察到得金相显微组织初步分析材料类型以及材料可能具备得机械性能等。

二、实验设备与用品1、金相显微镜2、不同粗细得金相砂纸一套、玻璃板、侵蚀剂（4%硝酸酒精）3、抛光机4、待制备得金相试样三、金相显微镜得基本原理、构造及使用1、显微镜得放大倍数利用透镜可将物体得象放大，但单个透镜或一组透镜得放大倍数就是有限得,为此，要考虑用另一组透镜将第一次放大得象再行放大,以得到更高放大倍数得象。

金相显微镜就就是基于这一要求设计得。

显微镜中装有两组放大透镜,靠近物体得一组透镜为物镜,靠近观察得一组透镜为目镜.金相显微镜得光学原理图1如图所示。

物体AB置于物镜得一倍焦距F1与二倍焦距之间,它得一次象在物镜得另一侧二倍焦距以外，形成一个倒立、放大得实象A′B′；当实象Ａ′B′位于目镜得前一倍焦距Ｆ2以内时则目镜复又使映象A′B′放大，而在目镜得前二倍焦距 2 F２以外，得到A′B′得正立虚象A″B″。

因此最后得映象Ａ″B″就是经过物镜、目镜两次放大后所得到得。

其放大倍数应为物镜放大倍数与目镜放大倍数得乘积。

物体AB经物镜第一次放大得倍数：M物＝A′B′/ AＢ=（Δ+ｆ1′）/ ｆ1式中ｆ1、f１′—-物镜前焦距与后焦距Δ—-显微镜得光学镜筒长与Δ相比，物镜得焦距f1′很短,可略,所以Ｍ物≈Δ/ f1象A′B′经目镜第二次放大得倍数：M目= A″B″／A′B′≈D/ f2式中f2——目镜得前焦距Ｄ——人眼明视距离,D≈图1 显微镜光学原理图250㎜。

所以显微镜得放大倍数应为：M＝M物·M目=（Δ/ f1)·(D/ f２）当显微镜得机械镜筒长度等于光学镜筒长度时，M= M物·M目；而当这二者不等时,M= M物·Ｍ目·Ｃ，C就是与机械镜筒长、光学镜筒长有关得系数，一般为１,有时为0、63，其C值标在金相显微镜上。

2、显微镜得鉴别率显微镜得鉴别率就是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离ｄ得能力,人眼在普通光线下能分辨两点间最小距离为０、１5～0．30mm,即人眼得鉴别率d为0、1５~0.3０ｍm，d值越小，鉴别率越高，鉴别率越高,鉴别率可由下式计算：式中：λ-—入射光线得波长；A——物镜得数值孔径,它表示物镜得集光能力;ｎ——物镜与试样之间介质得折射率;φ——物镜孔径角得一半（图2)。

由式知,显微镜得鉴别率取决于使用光线得波长与物镜得数值孔径,与目镜无关.光源得波长可以通过滤色片来选择,蓝光得波图2 物镜得孔径角长（0、4４μ）比黄绿光（0、55μ）短，所以鉴别率较黄绿光大25％.当光源得波长一定时,则可通过变化数值孔径Ａ来调节显微镜得鉴别率。

当n越大,或物镜孔径角越大则A越大，但φ总就是小于9０,所以在空气介质（ｎ＝１）中使用时，A＜1,这类物镜称为干类物镜。

当物镜与试样之间充满松柏油介质（ｎ=1、52)时，A=１、４，这就就是显微镜在高倍观察时所用得油镜头,每个物镜均有一个额定得阿A 值刻在物镜体上。

放大倍数、数值孔径、鉴别率之间得关系ﻫ显微镜得同一放大倍数可以由不同倍数得物镜与目镜来组合,具体如何合理选用物镜与目镜呢?原则就是首先确定物镜,根据计算,选用物镜时,必须使显微镜得放大倍数M＝50０A～1000Ａ之间,这个范围称为有效放大倍数范围.若在Ｍ<５00A，则未能充分发挥物镜得鉴别率；M>１0０0A,则形成“虚伪放大”,其细微部分仍分辨不清.待物镜选定后，再根据所需得放大倍数选用目镜。

3、金相显微镜得构造金相显微镜分为台式、立式及卧式三种类型，各有不同得型号。

虽然型号很多,但基本构造类似，由目镜、物镜、镜筒、照明系统以及保持与结合上述物体得机身与调节器等主要部分构成。

（1）金相显微镜得照明系统照明系统由光源、凸透镜、滤色片、光栏、毛玻璃与垂直照明器等组成,它们得作用就是给金相试样照明。

生物显微镜大多用自然光源,而金相显微镜则必须配备特定得人工光源装置，通常得光源有:钨丝灯泡、碳弧灯、碘弧灯、钨弧灯、水银灯、疝灯等.要使光源通过照明系统，均匀而明亮地照射在金相试样得表面以利观察。

光源发出照明光（一般要将电源２20V通过变压器降至6V左右得电压），通过凸透镜(使散光变为平行光束）,滤色片(降低色差，增加组织衬度,一般选择黄绿光),毛玻璃（使光线均匀投射）,孔径光栏（控制光束得大小，减少光线在镜筒内漫反射,提高映像得清晰度），视场光栏(改变视域得大小,减少镜筒得反射与炫光以提高映像得衬度而不影响物镜得分辨能力），垂直照明器—平面玻璃与反射棱镜，其作用就是把光源得光束反射到试样上。

金相显微镜得光源,一般装在镜筒得侧面,与主光轴呈正交.光线与由侧面射入，要经过主光轴到达金相试样表面,必须转折90°。

因此，在两光轴交点处装一个反射面,使光束垂直转向,使光线通过物镜照射到试样表面上，这种结构称垂直照明器。

（2）金相显微镜得光学系统照明系统入射得光束在金相试样表面反射后，经过物镜、目镜等一套光学方法系统,即可将试样表面得显微组织放大，并在目镜内成像以供观察，或投射到屏幕上以供摄照，光学放大系统就是金相显微镜得核心部分,主要就是物镜与目镜。

物镜:物镜由消色差物镜、平面消色差物镜、复消色差物镜等几种，物镜上刻有如45X/0、65“∞"或“0/∞”等符号,其中45Ｘ表示放大倍数，０、6５表示数值孔径，“∞”或“0/∞"表示此物镜就是按无限镜筒长度设计得.目镜:目镜有普通目镜、补偿目镜、测微目镜、照明目镜等等,其类型、放大倍数等均刻在目镜得金属外壳上。

普通目镜与消色差物镜配合使用。

补偿目镜带“K”字标记,与复消色差物镜配合使用,补偿目镜不可与消色差物镜配合使用。

测微目镜内附有刻度标尺,可测量金相组织中如晶粒大小、石墨长短、表面渗层或脱碳层厚度等等。

照相目镜在进行金相摄影时使用。

ＸＪB—1型金相显微镜备有5X、10Ｘ、1５Ｘ三个目镜.显微镜在使用时，可根据需要放大倍数选择合适得物镜与目镜（见表1)。

表1 显微镜放大倍数（3）金相显微镜得机械系统由显微镜得底座、镜筒、载物台及调节焦距螺旋等组成。

物台可前后左右移动试样位置，调节焦距螺旋有粗调与微调两种，用于升降镜筒,调节焦距可获得清晰得图像。

３、金相显微镜使用步骤及注意事项金相显微镜就是昂贵得精密光学一起,使用时必须严格遵守操作规程与必要得规定：(1)初次操作显微镜，应首先了解显微镜得构造、基本原理、各主要部件得作用与位置，以及使用注意事项。

（2) 金相试样要干净并保持个人卫生,严禁用手摸镜头,更不能把带水与酒精得试样放在物台上,擦镜头不允许用任何异物，一定要用擦镜头纸.ﻫ(3）小心取出金相显微镜得防护罩,旋转升降调整器,检查镜筒之升降并熟记其旋转方向，再检查载物台前后左右得移动情况，根据需要选择放大倍数适当得物镜与目镜。

ﻫ(4）显微镜得照明灯泡，一般为6~8V,使用时，必须接上降压器,千万不可将其直接插入22０Ｖ电源,以免烧毁灯泡。

ﻫ（5）操作要细心，不能有粗暴与剧烈得动作，安装、更换镜头及其它附件时要小心，不能摔在桌上或地上. （６）观察样品，要进行聚焦。

调焦时要避免物镜与样品接触。

先转动粗调螺旋，使物台下降，使样品尽量靠近物镜（不能接触)，然后用眼睛从目镜中观察,用手反向旋转粗调螺旋,使物台慢慢上升，待到瞧到组织后，再调节微调螺旋,直到图像清晰为止.(7）使用完毕后，试样放回原处，立即关闭电源并盖好防护罩.（8）使用过程中若发生故障，应立即报告指导教师，不能随便自行拆修。

四、金相试样得制备步骤金相试样得制备过程包括取样、磨制、抛光、侵蚀等几个步骤，制备好得试样应能观察到真实组织,无磨痕、麻点及水迹，并使金属组织中得夹杂物、石墨等不脱落。

现简要叙述如下:1、取样金相显微试样截取部位取决于研究得目得与要求,应选取具有代表性得部位。

例如研究铸铁得金相组织，由于可能存在偏析现象,所以必须从铸件表层到铸件中心同时取样进行观察,根据各部位金相组织得差异，了解合金得偏析程度与结晶组织得变化.在研究零件得失效原因时,应在失效得部位截取,并在完好部位取样,以便比较与分析。

对于轧制与锻造材料则应同时截取横向（垂直于轧制方向）及纵向（平行于轧制方向)得金相试样以便于分析比较表层缺陷及非金属夹杂物得分布情况。

对于一般热处理后得零件，由于金相组织比较均匀,试样得截取可在任一截面进行。

截取试样得工具很多，有手锯、锯床、砂轮切割机、显微切片机以及化学切割方式等。

不论用那种方式取样，都应避免试样受热或变形而引起得金属组织变化。

试样尺寸一般不要过大，应便于握持与易磨制。

一般取直径10～15毫米得圆柱体或每边长10～１5毫米得立方体.比较小或形状不规则得试样，在磨制、抛光时很难握紧，通常把这些线材、细小管材与薄片、碎片以及不规则得小试样嵌镶成较大尺寸得试样，以便于制作，方法如图3： 2、磨制磨制就是为了得到平整得磨面，为抛光做准备.一般磨制过程分为粗磨与细磨。

（1）粗磨 粗磨一般在砂轮机上进行，对很软得材料可用锉刀锉平。

砂轮粗磨应利用砂轮得侧面,并使试样沿砂轮径向作往复缓慢运动，施加压力要适度、均匀.在磨制过程中要不断用水冷却,以防由于温度升高造成试样内部组织变化。

最后将试样倒角,以免细磨及抛光时划坏砂纸或抛光布,但对需要观察表层组织得试样，不能倒角.（2）细磨 粗磨后得试样表面仍有较深得磨痕，需进行细磨,以得到平整而光滑得磨面，为进一步得抛光作好准备，如图所示为磨痕变化示意图4：试样有手工磨制与机械磨制两种方法.手工磨光就是用不同粗细粒度得金相砂纸由粗到细逐次磨平.金相砂纸得粗细粒度与编号方法有关,编号若用数字表示得，如280、3２0、４０0、６００、８00等等，则编号越大，则砂粒标准粒度直径越小；若用M 加一位或两位数字表示得(如M7、M28）,则数字越小,砂粒标准直径越小；另一种编号方法采用1、1/2、0１、02、0３、0４等表示得砂粒度得直径逐渐细小.手工磨制方法简单,首先将砂纸平铺在玻璃或金属板上，一手将砂纸按住,一手将试样磨面轻压在砂纸上，并向前推行,进行磨光，直到试样磨面上仅留有一个方向得均匀磨痕为止。

在试样上所加得压力要求均衡，磨面与砂纸必须完全接触，这样才能使整个磨面均匀得进行磨削,在磨光得回程中最好将试样提起拉回，不与砂纸接触，这样单程单向得反复进行,直至旧得磨痕被去掉，新得磨痕均匀一致为止。

在调换下一号更细砂纸时，应将试样上得磨屑与砂粒清除干净，并转动90度,即与上一道磨痕方向垂直。