6005A組織與力學(xué)性能測(cè)試方法及分析初稿

1、第一章 文獻(xiàn)綜述6005A鋁合金是歐洲開(kāi)發(fā)的Al-Mg-Si系變形鋁合金。這種合金不僅具有中等強(qiáng)度、良好的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和較好的焊接性能，而且具有優(yōu)異的熱擠壓性能，它可以擠壓成各種形狀復(fù)雜的大型薄壁空心、實(shí)心型材。在國(guó)外，6005A鋁合金通常應(yīng)用于交通運(yùn)輸領(lǐng)域。利用先進(jìn)的擠壓技術(shù)，可以將6005A鋁合金鑄錠擠壓成大型薄壁寬幅型材，這種新型材用于制造高速地鐵、高速客車(chē)的車(chē)體，大大減輕了車(chē)輛的重量，提高了車(chē)輛的運(yùn)行速度，獲得了綜合的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，6005A合金在我國(guó)應(yīng)用較少，隨著我國(guó)高速、輕型鋁合金列車(chē)和地鐵列車(chē)以及輕型客貨汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)，為其配套生產(chǎn)大型車(chē)輛型材的西南鋁加工80

2、擠壓生產(chǎn)線的改造、遼源鋁材廠75MN擠壓生產(chǎn)線和山東叢林集團(tuán)100MN擠壓生產(chǎn)線的建設(shè)完工，作為車(chē)輛壁板用材的6005A鋁合金在我國(guó)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.1 6005A鋁合金的性質(zhì)變形鋁合金變形鋁合金通常是指可以經(jīng)過(guò)不同的變形方式生產(chǎn)出半成品的鋁合金。根據(jù)合金的熱處理特性，變形鋁合金可分為可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金和不可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金?？蔁崽幚韽?qiáng)化變形鋁合金又包括Al-Cu-Mg、Al-Zn-Mg、Al Mg-Si以及Al-Li系合金。其中，Al Mg-Si系合金具有強(qiáng)度、韌性、耐蝕性、可焊性和擠壓工藝性能的良好組合，該系合金在T6狀態(tài)下（峰值時(shí)效）的抗拉強(qiáng)度處于200-600兆帕之

3、間很寬的范圍之內(nèi)。與Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg系合金相比較而言，其強(qiáng)度較低，但是有很好的擠壓性能，可以降低成本。而且，Al-Cu-Mg系和Al-Zn-Mg系合金應(yīng)用于運(yùn)輸領(lǐng)域，特別是建筑、結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，各有其缺陷。因此，當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的情況下，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的Al Mg-Si系合金廣泛應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域。 Al Mg-Si1. Al-Mg-Si三元系平衡狀態(tài)圖Al-Mg-Si三元系富鋁角狀態(tài)圖見(jiàn)圖1-1，該系存在一個(gè)Al-Mg-Si偽二元截面，它把Al-Mg-Si三元系的富鋁角分成兩個(gè)獨(dú)立的三元系：Al-Mg2Si Si和Al-Mg2Si Mg2Al3，其三元共晶溫度分

4、別為559和448。在每一個(gè)三元系中，鋁都形成固溶體（一邊是Si和Mg2Si另一邊是Mg2Si 和Mg）。Mg2Si 在基體（Al）中的最大固溶度為1.85%（1.14%Mg、0.66%Si），其固溶度隨溫度的降低而急劇下降。這種溶解度的變化使合金在人工時(shí)效后有時(shí)效硬化能力。在時(shí)效處理過(guò)程中，主要強(qiáng)化相Mg2Si的沉淀順序?yàn)椋横槧頖P區(qū)（沿100）有序的針狀GP區(qū)針狀亞穩(wěn)相穩(wěn)定的（Mg2Si）。2. Al-Mg-Si系鋁合金中主要的組織與組成相Al-Mg-Si系鋁合金中主要的組織組成物是Mg2Si。如果合金中含有相當(dāng)量的銅與硅，則除了Mg2Si外，還可能形成Cu2Mg8Si6Al5，即至少有一

5、部分Mg2Si被 Cu2Mg8Si6Al5取代，后者也有一定的時(shí)效硬化能力，同時(shí)使合金具有自然時(shí)效能力。在無(wú)Mn、Cr的合金中，F(xiàn)e以FeAl3、FeAl6、FeMg3Si6Al18等形式存在；在含有Mn、Cr的合金中，F(xiàn)e與它們形成復(fù)雜的化合物，Zn溶于固溶體中；Pb、Ti及Sr的量很小，一般不至于形成可見(jiàn)的化合物。3.合金元素對(duì)合金性能的影響Al-Mg-Si系合金中所含合金元素主要有Si、Mg、Mn、Cr、Cu和少量雜質(zhì)元素Fe，各元素在合金中的作用如下：Mg和Si：Mg和Si是6000系合金中的主要合金元素，Mg和Si在合金中形成強(qiáng)化相Mg2Si，對(duì)合金起主要的強(qiáng)化作用。當(dāng)合金中Mg與S

6、i之比不滿足Mg2Si的比值要求1.73時(shí)，合金中就會(huì)有Mg或Si過(guò)剩。Mg含量過(guò)剩，不僅會(huì)降低Mg2Si在固溶體中的溶解度，使合金的時(shí)效強(qiáng)化效果減弱，而且嚴(yán)重影響合金的成型性能；另一方面，Si過(guò)?？墒购辖饛?qiáng)度增加，但降低了合金塑性和耐腐蝕性能，可能會(huì)引起晶間腐蝕。Cr和Ti：合金中加入0.10%-0.30%的Cr可抑制Mg2Si相在晶界的析出，延緩自然時(shí)效過(guò)程，提高人工時(shí)效后的強(qiáng)度。微量的Cr還可提高再結(jié)晶溫度，抑制再結(jié)晶，增加合金人工時(shí)效后的的耐蝕性。但Cr對(duì)淬火敏感性影響很大，還會(huì)影響制品的表面質(zhì)量。在加Cr的同時(shí)加入少于0.1%的Ti，可以減少鑄錠的柱狀晶組織，改善合金的鍛造性能，并細(xì)

7、化制品的晶粒。Mn：合金中加Mn可以提高再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒。還可以加速板條狀的AlFeSi相向近圓形的AlFeSi相的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)Mg2Si粒子的均勻分布和擠壓變形的均勻性，從而提高合金的強(qiáng)度、韌性、耐蝕性。但合金中的Mn會(huì)提高淬火敏感性，而且過(guò)量的Mn會(huì)形成粗大硬脆的MnAl6相，損害合金的性能。Cu：合金中含有少量的Cu，可使合金產(chǎn)生固溶強(qiáng)化并且增加人工時(shí)效效果，提高合金的強(qiáng)度，但會(huì)降低合金的的耐蝕性。Cu含量愈多，人工時(shí)效狀態(tài)下的晶間腐蝕傾向愈大，添加其他元素如Mn、Cr等，可部分消除這一不利影響。1.1.3 6005A合金的性質(zhì)6005A鋁合金是在6005合金的基礎(chǔ)上發(fā)展

8、起來(lái)的一種中強(qiáng)變形鋁合金，這種合金的主要特點(diǎn)是擠壓性能很好，能在擠壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)在線淬火，耐腐蝕。在國(guó)外，6005A合金主要用作交通運(yùn)輸車(chē)輛所需的薄壁、中空大型鋁合金壁板型材以及其他工業(yè)用結(jié)構(gòu)型材。6005A鋁合金的化學(xué)成分、加工特性、性能及其與同系其他中強(qiáng)鋁合金的比較綜述如下：1.化學(xué)成分及物理性能6005A合金的化學(xué)成分和物理性能見(jiàn)表1-1，它的主要強(qiáng)化相是Mg2Si，合金中Mg、Si含量的比值為0.451.4，小于Mg2Si化合物中Mg與Si的質(zhì)量比：1.73：1，因此合金中含有較多的過(guò)剩Si，一般為0.20.6%，高于6063合金，與6005合金接近，合金中Mg2Si含量為0.71.1%，

9、接近常規(guī)成分的6063合金和6005合金，低于6061合金。合金中的Mn和Cr有促進(jìn)晶內(nèi)金屬間化合物形成的作用，這種化合物能提高材料的沖擊強(qiáng)度。合金中添加適量的Mn和Cr還能減少過(guò)剩Si對(duì)塑性的不利影響，提高合金的耐蝕性，6005A合金中Mn和Cr含量略高于6005和6063合金，接近6061合金。合金中添加適量的Cu能提高時(shí)效強(qiáng)化能力，但降低塑性和抗蝕性，6005A合金中Cu含量接近6061合金，高于6005和6063合金。合金中的Fe過(guò)高會(huì)降低耐蝕性和加工性。表1-1 6005A合金的物理性能（T5）2.擠壓性能6005A合金能夠擠壓出薄壁空心型材，其擠壓變形抗力在6061合金和6063合

10、金之間，幾種合金的擠壓速度見(jiàn)表，由表1-2可見(jiàn)，6005A合金可采用的擠壓速度略低于6063合金，但高于6061等合金，證明6005A合金具有良好的擠壓性能。表1-2 幾種鋁合金的擠壓速度 mmin3.淬火敏感性淬火敏感性與合金中Mg2Si含量成正比，合金中過(guò)剩Si、Mn、Cr含量增加，其淬火冷卻速度也要提高。6005A合金的Mg2Si含量與6063合金的相近，低于6061合金的，其過(guò)剩Si較多。幾種合金在抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值的90%的時(shí)間溫度性能曲線見(jiàn)圖。由圖1-2可見(jiàn)，6005A合金的淬火敏感性遠(yuǎn)低于6061合金，略高于6063合金。因此，該合金可在擠壓時(shí)進(jìn)行在線水霧淬火或強(qiáng)制風(fēng)冷淬火。60

11、05A合金的淬火溫度為525535，合金淬火時(shí)從454204的冷卻速度應(yīng)要高于180/min，可在擠壓機(jī)列上進(jìn)行水霧冷卻淬火或強(qiáng)制風(fēng)冷淬火。圖1-2 最大硬化90%的時(shí)間-溫度-性能曲線4.機(jī)械性能6005A與幾種中強(qiáng)鋁合金不同狀態(tài)下的機(jī)械性能見(jiàn)表。由表1-3可見(jiàn)，合金的沖擊強(qiáng)度高于6063和6005合金，低于6061合金。表1-3：幾種典型合金不同狀態(tài)下的機(jī)械性能機(jī)械性能5.焊接性能6005A合金可以用鎢極惰性氣體保護(hù)焊（TIG）和金屬焊條惰性氣體保護(hù)焊（MIG）進(jìn)行焊接，焊條可以使用4043和5356或與之配套的專(zhuān)用焊條。6.耐腐蝕性能與同系其他合金一樣，6005A也易受輕微點(diǎn)腐蝕和一般晶

12、間腐蝕，但腐蝕坑不會(huì)發(fā)展很大。一般情況下不需要防腐蝕處理，且其對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感。綜上所述6005A鋁合金具有中等強(qiáng)度、良好的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和較好的焊接性能，其變形抗力略高于6063鋁合金，具有優(yōu)異的熱擠壓性能，它可以擠壓成各種形狀復(fù)雜的大型薄壁空心、實(shí)心型材。6005A鋁合金的淬火敏感性遠(yuǎn)低于6061合金，略高于6063合金，因此該合金可在擠壓時(shí)進(jìn)行在線水霧淬火或強(qiáng)制風(fēng)冷淬火。1.2 6005A鋁合金的發(fā)展及應(yīng)用 鋁材的技術(shù)特性 對(duì)于現(xiàn)代鐵道車(chē)輛，特別是高速客車(chē)和雙層客車(chē)來(lái)說(shuō)，其現(xiàn)行材料應(yīng)符合下列要求：盡量減輕自重，能承受標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸、壓縮、彎曲、垂直載荷以及意外的沖擊、碰撞的作用力，

13、抗振、耐火和耐電弧，耐磨，耐腐蝕，便于制造和維修，價(jià)格適宜。綜合起來(lái)分析，鋁合金是一種有發(fā)展前途、最為理想的高速與雙層客車(chē)用材，其技術(shù)特性簡(jiǎn)略分析如下。（1） 大大減輕自重從而增加了運(yùn)載量，同時(shí)，也可大大減少運(yùn)行阻力。國(guó)外鋁制車(chē)輛減重情況見(jiàn)表1-4。表1-4 國(guó)外車(chē)輛使用鋁材減重情況國(guó)別車(chē)輛名稱(chēng)結(jié)構(gòu)件重量（公斤）減重百分比鋼鋁%意大利米蘭地鐵車(chē)輛6700300055日本東京地鐵車(chē)輛9540410056瑞士鐵道客車(chē)93503950法國(guó)鐵道市郊車(chē)9400610035德國(guó)地鐵車(chē)輛9500467051（2） 便于制造和維修。（3） 有較好的力學(xué)性能和抗振性能。（4） 較好的耐蝕性和優(yōu)良的表面處理能力。

14、（5） 散熱性好。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，早在1896年，法國(guó)國(guó)鐵就將鋁合金材料用于鐵道車(chē)輛的窗框上。大約在65年之后，1962年，日本采用從德國(guó)引進(jìn)的鋁加工新技術(shù)制造出首臺(tái)全鋁結(jié)構(gòu)車(chē)山陽(yáng)地鐵。1977年，隨著大斷面薄壁帶筋空心、實(shí)心鋁型材技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使鋁合金在設(shè)計(jì)制造時(shí)獲得了極大的優(yōu)越性，鋁制車(chē)輛迅速發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，鋁制車(chē)輛成為國(guó)外高速列車(chē)發(fā)展的主要方向。根據(jù)文獻(xiàn)，在30個(gè)國(guó)家的地鐵車(chē)輛調(diào)查中有23個(gè)以鋁合金為發(fā)展方向.2 國(guó)外鋁合金車(chē)體材料國(guó)外高速列車(chē)用鋁合金主要為5xxx系、6xxx系。日本主要用5005、5052、5083、6061、6063、6N01、7N01、7003等合金。法國(guó)

15、主要用5754（板材）、6005A（型材），其中6005A用的最多。德國(guó)ICE高速列車(chē)板材用AlMgSi4.5Mn（相當(dāng)于5083），型材用AlMgSi0.7（相當(dāng)于6005A）。前蘇聯(lián)主要用1915合金。從高速列車(chē)用材的趨勢(shì)看，在大型擠壓鋁型材的發(fā)展過(guò)程中，用材情況在變化。第一階段，7N01、5083合金占主導(dǎo)地位。但是，5083的擠壓性能極差，7N01的焊接性能不太好。第二階段，由于大型薄壁寬幅帶筋型材在車(chē)輛中使用比例增加，擠壓性能好的AlMgSi系材料不斷增加，尤其是6005A合金（6N01）。這一點(diǎn)，可從日本200系、3050系車(chē)輛所用材質(zhì)的比較可以看出（表1-5）。表1-5 不同車(chē)輛

16、用鋁合金品種比例特別是近幾年來(lái)，隨著運(yùn)營(yíng)速度的提高，車(chē)輛中使用大斷面薄壁中空型材的增多，日本6N01鋁合金的用量越來(lái)越多。歐洲國(guó)家也有類(lèi)似的情況，如德國(guó)ICE高速列車(chē)車(chē)體的型材主要用AlMgSi0.7（相當(dāng)于6005A），型材的寬度達(dá)700800mm，長(zhǎng)度與車(chē)廂同長(zhǎng)。 國(guó)際國(guó)內(nèi)6005A鋁合金的發(fā)展及應(yīng)用國(guó)外：1972年法國(guó)彼施涅公司注冊(cè)了一種6005A鋁合金，這種合金既具有優(yōu)良的擠壓性能和較好的焊接性能，又具備適中的強(qiáng)度，適用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的材料。1977年，大型薄壁擠壓鋁型材技術(shù)問(wèn)世，促進(jìn)了6005鋁合金在高速列車(chē)上的應(yīng)用，6005A合金開(kāi)始廣泛的用作地鐵、高速列車(chē)用材，主要用作車(chē)頂板、車(chē)

17、門(mén)板、外板（薄壁大型帶筋板材），側(cè)墻地板中間型材，底架構(gòu)件。20世紀(jì)90年代以后，隨著鋁制列車(chē)的迅速發(fā)展，對(duì)車(chē)輛化的要求越來(lái)越高，大型材要求更加薄壁化、中空化，擠壓性能好的6005A成為了高速列車(chē)車(chē)體用材料的主流。其在汽車(chē)車(chē)體、橋體、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、飛機(jī)結(jié)構(gòu)、船舶、工程結(jié)構(gòu)材料等方面的應(yīng)用也見(jiàn)報(bào)道。國(guó)內(nèi)：6005A合金在我國(guó)的應(yīng)用時(shí)間較晚，但是隨著我國(guó)高速、輕型鋁合金列車(chē)和地鐵列車(chē)以及輕型客貨汽車(chē)的研制開(kāi)發(fā)和我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)裝備水平的提高，6005A鋁合金得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前，6005A合金在我國(guó)主要用于生產(chǎn)要求強(qiáng)度高、斷面復(fù)雜的高速列車(chē)、地鐵列車(chē)、輕軌列車(chē)、雙層列車(chē)、豪華大巴等現(xiàn)代交通運(yùn)輸

18、工業(yè)的關(guān)鍵材料，用于大型車(chē)輛的整體外形結(jié)構(gòu)件、重要受力部件和大型裝飾部件。13 本專(zhuān)題研究的目的和意義本專(zhuān)題是本人在中南大學(xué)培訓(xùn)期間在徐國(guó)富、黃繼武教授的指導(dǎo)下和各位同事共同完成的，其目的在于：1、了解認(rèn)識(shí)金相顯微鏡、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、X射線、掃描電鏡、硬度計(jì)等設(shè)備儀器、熟悉鋁合金組織和性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方法，掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)的分析。2、觀察變質(zhì)劑對(duì)6000系鋁合金晶粒尺寸的影響以及6005A合金鑄態(tài)組織在均勻化熱處理前后變化；3、通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)了解6005A合金的擠壓棒在F、O、T4、T5及T6狀態(tài)下的機(jī)械性能；4、比較處理狀態(tài)以及合金元素對(duì)鋁合金組織和性能的影響。第二章 檢測(cè)設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)及操作2

19、.1力學(xué)性能測(cè)試原理與檢測(cè)設(shè)備基本結(jié)構(gòu)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)工作原理及基本結(jié)構(gòu)電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可對(duì)各種材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲等多項(xiàng)性能試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、打印。電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)又驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電腦組成。其拉伸時(shí)的工作原理如下圖2-1所示：負(fù)荷及應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)及其它計(jì)算設(shè)備負(fù)荷傳感器試樣圖2-1 電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)拉伸實(shí)驗(yàn)的工作原理圖1. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于試驗(yàn)機(jī)的橫梁移動(dòng)，其工作原理是由伺服系統(tǒng)控制電機(jī)，電機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)，從而達(dá)到橫梁移動(dòng)的目的。通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變橫梁的移動(dòng)速度。2.

20、測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)包括負(fù)荷值的測(cè)量，變形的測(cè)量，橫梁位移的測(cè)量。負(fù)荷通過(guò)測(cè)力傳感器、放大器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，最常用的測(cè)力傳感器是應(yīng)變片式傳感器。所謂應(yīng)變片式傳感器就是由應(yīng)變片、彈性元件和某些附件（補(bǔ)償元件、防護(hù)罩、接線插座加載件組成），能將某種機(jī)械量變成電量輸出的器件。其原理是外力P引起傳感器內(nèi)應(yīng)變片的變形，導(dǎo)致其橋不平衡，從而引起傳感器輸出電壓的變化，我們通過(guò)測(cè)量輸出電壓的變化可以知道力的大小。但傳感器的輸出信號(hào)都非常微弱，通常只有幾個(gè)mv，若直接對(duì)此信號(hào)進(jìn)行測(cè)量是非常空難的。因此必須通過(guò)放大器將信號(hào)放大，放大后信號(hào)電壓可達(dá)10v，此時(shí)信號(hào)為模擬信號(hào)，這個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)多路開(kāi)關(guān)和A/D轉(zhuǎn)

21、換芯片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。變形測(cè)量通過(guò)引伸計(jì)測(cè)量。該裝置上又兩個(gè)夾頭，經(jīng)過(guò)一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與裝在測(cè)量裝置頂部的光電編碼器連在一起，當(dāng)兩夾頭間的距離發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)兩夾頭間的距離發(fā)生變化時(shí)，帶動(dòng)光電編碼器的軸旋轉(zhuǎn)，光電編碼器就會(huì)有脈沖來(lái)獲得橫梁的位移量。3. 控制系統(tǒng)通過(guò)電腦獲知試驗(yàn)機(jī)的狀態(tài)，設(shè)置各項(xiàng)試驗(yàn)機(jī)參數(shù)及數(shù)據(jù)處理分析、試驗(yàn)結(jié)果打印。4. 電腦用來(lái)采集和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)入試驗(yàn)界面后，電腦會(huì)不斷采集各樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，另外畫(huà)出試驗(yàn)曲線，自動(dòng)求出各試驗(yàn)參數(shù)及輸出報(bào)表。力學(xué)性能檢測(cè)原理.1拉伸試驗(yàn)原理拉伸實(shí)驗(yàn)是用拉力拉伸試樣，一般至拉裂，以測(cè)定材料的彈性模量E，屈服強(qiáng)度s（上屈服強(qiáng)度獲下屈服強(qiáng)度

22、），規(guī)定非比列延伸強(qiáng)度，如p0.2，抗拉強(qiáng)度b，斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。1. 彈性模量E的測(cè)定彈性模量是應(yīng)力低于比列極限時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。實(shí)驗(yàn)時(shí)，從F0到Fn逐級(jí)加載，載荷的每級(jí)增量為 。對(duì)應(yīng)每個(gè)Fi（i=1、2、3）記錄下相應(yīng)的伸長(zhǎng)，與的差值即為變形的增量，它是引起的伸長(zhǎng)量。完成一次加載，將得到Fi和的一組數(shù)據(jù)，用彈性模量平均法求E。n個(gè)Ei的算術(shù)平均值 2、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的測(cè)定據(jù)力延伸曲線測(cè)定p。在力延伸曲線圖上劃一條與曲線的直線部分平行、且在水平方向上與直線段的距離等于規(guī)定非比例延伸率例如0.2%直線，此平行線與曲線的焦點(diǎn)給出了對(duì)應(yīng)于所求規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度的力。用此力除以試樣原始橫

23、截面積（是S0）即得到規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度。3、抗拉強(qiáng)度的測(cè)定對(duì)于呈現(xiàn)明顯屈服現(xiàn)象的材料，從力延伸或力位移曲線讀取過(guò)屈服階段的最大力；對(duì)于呈現(xiàn)無(wú)明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，從記錄的力延伸或力位移曲線圖讀取試驗(yàn)過(guò)程中的最大力，最大力除以試樣原始橫截面積（S0）得到抗拉強(qiáng)度。.2壓縮試驗(yàn)原理壓縮試驗(yàn)用的試樣其橫截面為圓形或矩形，試樣長(zhǎng)度L一般為直徑或邊長(zhǎng)的2.53.5倍。通過(guò)試驗(yàn)繪制力變形曲線，利用圖解法測(cè)定規(guī)定非比例壓縮應(yīng)力pc，抗壓強(qiáng)度bc。.4彎曲試驗(yàn)原理作彎曲試驗(yàn)時(shí)，將圓柱形或矩形試樣放置在一定跨距Lb的支座上，進(jìn)行三點(diǎn)彎曲或四點(diǎn)彎曲加載，通過(guò)記錄彎曲力F和試樣繞度曲線f之間的關(guān)系曲線，確定規(guī)定

24、非比例彎曲應(yīng)力pb，抗拉強(qiáng)度bb。下面簡(jiǎn)要介紹用圖解法測(cè)定規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力pb：1、 根據(jù)力繞度曲線，截取相應(yīng)于規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力的線段oc1. oc按以下公式計(jì)算三點(diǎn)彎曲 四點(diǎn)彎曲 2. 規(guī)定非比例彎曲應(yīng)力用下式計(jì)算：三點(diǎn)彎曲 四點(diǎn)彎曲 拉伸試樣的形狀和尺寸試樣的形狀與尺寸取決于被試驗(yàn)的金屬產(chǎn)品的形狀與尺寸。通常從產(chǎn)品、壓制坯或鑄錠切取樣坯經(jīng)機(jī)加工制成試樣。但具有恒定橫截面的產(chǎn)品（型材、棒材、線材等）和鑄造試樣（鑄鐵和鑄造非鐵合金）可以不經(jīng)機(jī)加工而進(jìn)行試驗(yàn)。試樣的橫截面可以為圓形、矩形、多邊形、環(huán)形，特殊情況下可以為某些其他形狀。試樣原始。試樣原始標(biāo)距與原始橫截面積有關(guān)系者稱(chēng)為比例試樣。國(guó)

25、際上使用的比例系數(shù)k的值為5.65.原始標(biāo)距應(yīng)不小于15mm。當(dāng)試樣橫截面積太小，以致采用比例系數(shù)k為5.65的值不能符合這一最小標(biāo)距要求時(shí)，可以采用較高的值（優(yōu)先采用11.3的值或采用非比例試樣。非比例試樣其原始標(biāo)距（L0）與其原始橫截面積（S0）無(wú)關(guān)。對(duì)于比例試樣，應(yīng)將原始標(biāo)距的計(jì)算值修約至最接近5mm的倍數(shù)，中間數(shù)值向較大一方修約。2.2金相顯微鏡成像原理及基本結(jié)構(gòu)金相顯微鏡的成像原理圖2-2 金相顯微鏡成像原理根據(jù)幾何光學(xué)可知，當(dāng)被觀察的物體AB處于物鏡的一倍焦距與二倍焦距之間時(shí)，物體的反射光通過(guò)物鏡經(jīng)折射后在透鏡的另一側(cè)可以得到一個(gè)放大倒立的實(shí)像A2B2，為充A2B2分發(fā)揮物鏡的能力

26、，一般設(shè)計(jì)時(shí)讓被觀察物體處于很接近于焦點(diǎn)處。同時(shí)，當(dāng)A2B2落到目鏡主焦點(diǎn)以?xún)?nèi)后，人眼通過(guò)透鏡觀察，可以在250mm遠(yuǎn)處看到一個(gè)放大了的正立虛像（250mm為明視距離）。A3B3虛像就是經(jīng)物鏡和目鏡兩次放大后的組合物像傳統(tǒng)金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)金相顯微鏡的種類(lèi)、型號(hào)很多。按功能可分為：教學(xué)型、生產(chǎn)型、科研型；按結(jié)構(gòu)型式分為：臺(tái)式、立式、臥式；按樣品的擺放型式可分為倒置式、正置式。正置式和倒置式顯微鏡在操作上各有其優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于前者，試樣必須用壓平器壓平，使試樣的觀察面垂直于物鏡的光軸；但是采用正置式，操作者更容易將試樣中感興趣的部位放入視場(chǎng)。反之，使用倒置式顯微鏡時(shí)，制備好的試樣可直接放置在載物臺(tái)上而

27、無(wú)須使用壓平器；但是卻不容易將試樣中感興趣的部位放入視場(chǎng)。任何一種金相顯微鏡均主要由照明系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)附件裝置（包括攝像或其它如顯微硬度等裝置）組成。（1） 照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)一般包括光源、照明器、光闌、濾色片等。a.光源：光源應(yīng)具有足夠的發(fā)光強(qiáng)度且要求發(fā)光均勻，發(fā)熱程度要低并易于對(duì)亮度、位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。色溫希望高和光譜連續(xù)性好。光源一般有低壓鎢絲燈、鹵鎢燈、超高壓汞燈和碳弧燈幾種。b照明器金相顯微鏡采用反射光照明，光源位于鏡體側(cè)面與主光軸正交。因此，光線需轉(zhuǎn)向90，這種轉(zhuǎn)變光線的裝置叫做垂直照明器。利用照明器進(jìn)行照明的方式分為以下幾種：平面玻璃反射照明。這種照明方法的特點(diǎn)式光線均勻低直

28、射在試樣的表面，被腐蝕后凹凸處無(wú)陰影產(chǎn)生，得到清晰平坦的圖像。采用這照明方式，能真實(shí)地表示各組成相，但缺乏立體感，見(jiàn)圖2-3。棱鏡反射照明。這種照明是利用三棱鏡作為折光元件，光源經(jīng)棱鏡全反射后，通過(guò)物鏡光束 便斜射到試樣表面。這種照明方式與平面鏡相比光線損失較少，鏡筒內(nèi)的炫光較低，圖像亮度大，襯度好。但這種照明方式棱鏡占去鏡筒將近一半的位置，也就是遮去了物鏡孔徑的一半，從而使物鏡的有效數(shù)值孔徑減小，分辨力會(huì)降低，這種照明方式適合在放大100倍以下使用，見(jiàn)圖2-4。圖2-4棱鏡反射照明原理圖2-3平面玻璃反射照明原理斜照明。光線與鏡體光軸呈一定角度，使照在試樣上的光線式傾斜的。這種著照明方式可以

29、提高顯微鏡的分辨能力，并使試樣凸起部分產(chǎn)生陰影，從而增強(qiáng)了圖像的襯度和立體感。斜射照明可通脫孔徑光闌的平面位移而得到。暗場(chǎng)照明。來(lái)自光源的平行光束，被環(huán)形光闌所阻，而形成環(huán)形光束，經(jīng)過(guò)平面玻璃轉(zhuǎn)向，再經(jīng)過(guò)外圍的拋物面反射鏡，以大的傾斜角投射到試樣表面，這時(shí)試樣上的平坦的部分所反射的光將不會(huì)進(jìn)入物鏡而呈暗色，對(duì)于凹陷部分卻能將光線反射進(jìn)入物鏡。這一照明方式的特點(diǎn)：使有效數(shù)值孔徑增加，提高襯度，特別是能觀察非金屬夾雜的透明度及真實(shí)色彩。 (2) 光學(xué)系統(tǒng)以下將試驗(yàn)中常用的國(guó)產(chǎn)倒置式與正置式金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)作簡(jiǎn)要介紹。a. 倒置式金相顯微鏡（以國(guó)產(chǎn)4型為例）圖2-5 4X 型光學(xué)系統(tǒng)圖1. 燈泡

30、2. 聚光鏡組(一) 3. 聚光鏡組(二) 4. 半反射鏡5. 補(bǔ)助透鏡(一) 6. 物鏡組7. 反光鏡8. 孔徑光闌9. 視場(chǎng)光闌10. 補(bǔ)助透鏡(二) 11. 棱鏡(一) 12. 棱鏡(二) 13. 場(chǎng)鏡14. 接目鏡4X型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖 2-5所示。由燈泡發(fā)出的一束光線，經(jīng)過(guò)透鏡組、反光鏡匯聚于孔徑光闌，隨后經(jīng)過(guò)聚光鏡，在將光線聚焦在物鏡后焦面，最后光線投射到試樣上。從試樣磨面反射回來(lái)的光線復(fù)經(jīng)物鏡、輔助透鏡、半反射鏡及棱鏡造成一個(gè)放大倒立的實(shí)像，由目鏡再次放大在明視距離處形成虛像。bXJZ1正置金相顯微鏡XJZ1正置金相顯微鏡光學(xué)原理如圖 所示。光源（1）經(jīng)聚光鏡前組（2），

31、濾色片（3）后在孔徑光闌處成像。聚光鏡（5）及（8）將孔徑光闌成像在物鏡的后焦面附近，經(jīng)物鏡后，以近似平行光線均勻照明物面。視場(chǎng)光闌（6）被聚光鏡（8），半透反射鏡（9），輔助物鏡（12），物鏡成像在物平面處。由物面衍射成像光線被物鏡接收，經(jīng)輔助物鏡（12）和（15）及轉(zhuǎn)向棱鏡(17)將物體成一放大實(shí)像在目鏡的前焦面處，以便于人眼通過(guò)物鏡進(jìn)行觀察。在需要使用偏光的場(chǎng)合，將起偏器（7）推入光路，檢偏器（16）插入光路并轉(zhuǎn)動(dòng)方位，就可進(jìn)行偏光檢查。如將反光鏡（19）推入光路，換下聚光鏡（8），此時(shí)經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌后的平行光束被錐形反射鏡及暗場(chǎng)反射鏡（13）分成一環(huán)形光束，拋物面聚光鏡（10）式光束匯聚

32、照明物面。照面光線不再進(jìn)入物鏡，只有衍射光線進(jìn)入物鏡成像，因而可實(shí)現(xiàn)暗場(chǎng)照相。c光闌光闌分為孔徑光闌和視場(chǎng)光闌孔徑光闌的調(diào)節(jié)可以改變成像光束的大小和控制進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的光通量?？s小孔徑光闌，孔徑角變小，這時(shí)光束只通過(guò)物鏡的中心部分，利于消除物鏡的單色相差，圖像清晰，提高相的襯度。但孔徑角小，會(huì)降低物鏡的分辨能力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，孔徑光闌為最大值的三分之二時(shí)效果最好。視場(chǎng)光闌的大小對(duì)顯微鏡的分辨能力沒(méi)有影響，適當(dāng)縮小可減少鏡筒內(nèi)的雜散光，增加圖像的襯度。d.濾色片濾色片的作用式吸收光源發(fā)出的白色光中的波長(zhǎng)不和需要的光線，只讓一定波長(zhǎng)的光線通過(guò)。顯微鏡使用濾色片的目的如下： 增加黑白金相照片上組織的襯度有

33、助于鑒別經(jīng)彩色著色后的顯微組織細(xì)節(jié)利用黃、綠濾色片與消色差物鏡配合使用，可消除殘余色差。使用藍(lán)濾色片，有與其波長(zhǎng)較短，可以提高物鏡的鑒別能力在長(zhǎng)時(shí)間顯微分析觀察時(shí)，使用黃濾色片，可保護(hù)觀察者眼睛，并有利于提高視敏度。 現(xiàn)代金相顯微鏡的特點(diǎn)近年來(lái)金相顯微鏡的改進(jìn)主要有以下幾點(diǎn)：1普遍采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)物鏡按照無(wú)限遠(yuǎn)象距進(jìn)行設(shè)計(jì)而不是象常規(guī)物鏡那樣按照有限象距進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種光學(xué)系統(tǒng)稱(chēng)為無(wú)限遠(yuǎn)色差和象差校正的光學(xué)系統(tǒng)或簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)。使用這種光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)入射光從試樣表面反射再次進(jìn)入物鏡后，并不收斂而是保持為平行光束，直到通過(guò)鏡筒透鏡后才收斂并形成中間象，即一次放大實(shí)象，然后才供目鏡再次放大。無(wú)

34、限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是顯微鏡中的各種光學(xué)附件（如暗視場(chǎng)光束分離器、偏振光分離器、用于DIC（微差干涉襯度）的Wollaston棱鏡、檢偏振鏡，以及其它附加濾色鏡等）都可以放置在物鏡凸緣與鏡簡(jiǎn)透鏡之間平行光束的空間，由于成象光束沒(méi)有受到上述光學(xué)附件的干擾，物象的質(zhì)量不會(huì)受到損害，從而簡(jiǎn)化了物鏡設(shè)計(jì)中色差和象差的校正。此外，在無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)中，鏡筒長(zhǎng)度系數(shù)保持為一，無(wú)論物鏡與目鏡之間的距離有多遠(yuǎn)，也不需要一個(gè)固定的中轉(zhuǎn)透鏡系統(tǒng)。目前，德國(guó)的CarlZeiss公司和Leica公司、日本的Nikon公司和Olympus公司生產(chǎn)的金相顯微鏡均已先后采用無(wú)限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2.同焦面性設(shè)計(jì)在新型顯微鏡中，更

35、換物鏡及目鏡后不須重新調(diào)焦，一般只需略微調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，就可以使物象準(zhǔn)確聚焦。為此，物鏡和目鏡的光學(xué)機(jī)械尺寸應(yīng)滿足同焦面性的要求，即：所有物鏡的共軛距離（即從試樣表面到物鏡初次放大實(shí)象象面之間的距離）相等：所有物鏡初次放大實(shí)象到目鏡鏡筒口的距離不變；所有目鏡的焦面與物鏡初次放大實(shí)象的象面重合。同焦面性并不是物鏡或目鏡的一個(gè)固有特性，而是在新型顯微鏡的設(shè)計(jì)中為了便于使用者的操作而采取的一種措施。3.平場(chǎng)消色差物鏡現(xiàn)今新型顯微鏡已經(jīng)普遍使用平場(chǎng)消色差物鏡，甚至還可以配置更高級(jí)的平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡。老式物鏡初次放大實(shí)象的直徑只有18mm20mm，而平場(chǎng)消色差物鏡則規(guī)定高度校正的初次放大平面象的直徑為28

36、mm，即象場(chǎng)面積增大了一倍，并使象場(chǎng)彎曲得到了很好的校正。4.高倍干物鏡為了便于觀察高倍顯微組織，現(xiàn)今顯微鏡一般均備有高倍干物鏡。盡管干物鏡的分辨率明顯低于油浸物鏡（100油浸物鏡的NA值一般可達(dá)1.40），但由于簡(jiǎn)化了操作并使試樣免于被油污染，現(xiàn)今已獲得更為廣泛的使用。近年來(lái)，德國(guó)公司生產(chǎn)的系列顯微鏡甚至還配置有更高倍數(shù)（250）的干物鏡，盡管其N(xiāo)A值只有0.90，但是用它來(lái)進(jìn)行觀察或拍照，已經(jīng)很容易使其放大倍數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)上使用的數(shù)值（1100NA），這進(jìn)一步證實(shí)了以上第1.3小節(jié)介紹的觀點(diǎn)是正確的。5廣視場(chǎng)目鏡廣視場(chǎng)目鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是場(chǎng)光闌顯著增大，一般為22mm26.5mm（老式目鏡的場(chǎng)光

37、闌直徑只有16mm），充分利用了平場(chǎng)物鏡擴(kuò)大了的象場(chǎng)面積。此外，有的顯微鏡還配置有高眼點(diǎn)目鏡，使眼睛有缺陷（如散光）的人可以戴著眼鏡進(jìn)行觀察，物象的質(zhì)量可以免受眼睛缺陷的影響。由于平場(chǎng)消色差物鏡和廣視場(chǎng)目鏡的推廣使用，使顯微組織觀察的視域擴(kuò)大了許多，這也相應(yīng)提高了對(duì)顯微鏡載物臺(tái)加工精度和試樣制備質(zhì)量的要求。6長(zhǎng)工作距離物鏡有些顯微鏡生產(chǎn)廠商還推出一些工作距離較長(zhǎng)的物鏡，這是為了適應(yīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)或特殊需要（例如高溫臺(tái)）而設(shè)計(jì)的。通常情況下，物鏡的放大倍數(shù)越高，工作距離（即物象聚焦時(shí)，物鏡接物透鏡與試樣之間的距離）越短，為了避免物鏡因工作中不慎觸及試樣或受熱而損壞，于是就設(shè)計(jì)了這種特殊物鏡。例如可以看

38、出，長(zhǎng)工作距離物鏡的數(shù)值孔徑即分辨率有所下降，不過(guò)成像質(zhì)量仍然不錯(cuò)。7多功能緊湊設(shè)計(jì)在人們的印象中，只有大型臥式顯微鏡才是功能齊全的高級(jí)設(shè)備。但是，現(xiàn)今生產(chǎn)的顯微鏡（包括高級(jí)研究型）基本上都采用緊湊的臺(tái)式設(shè)計(jì)并使用先進(jìn)的平場(chǎng)消色差物鏡或平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡以及廣視場(chǎng)目鏡。有的顯微鏡還配有電動(dòng)控制的物鏡回轉(zhuǎn)頭，只需按下按鈕，所需的物鏡就會(huì)自動(dòng)旋入光程，孔徑光闌和視場(chǎng)光闌的大小也能隨著物鏡的更換自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。照明方式則有明視場(chǎng)、暗視場(chǎng)、偏振光、微差干涉襯度（DIC）等四種最常用的照明方式，而且照明方式的變換也極為簡(jiǎn)便。此外，觀察到的物象也是正置而不是反置，使物象的移動(dòng)方向與載物臺(tái)的移動(dòng)方向一致，大大便

39、利了操作。8.顯微照相和圖象分析走進(jìn)了數(shù)字化時(shí)代顯微鏡的內(nèi)置照相裝置或外置照相附件既可以使用35mm膠卷，也可以使用大尺寸膠片或一次成象感光器材，不過(guò)35mm膠卷更為經(jīng)濟(jì)和便捷，從而獲得更加廣泛的使用。近年來(lái)，數(shù)字成象系統(tǒng)也逐漸用于顯微照相，它可以很容易地將數(shù)字化的圖象儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)，也可以隨時(shí)將其打印成照片或通過(guò)電子郵件傳遞，免除了暗室操作。有了圖象分析軟件，還可以將數(shù)字化圖象經(jīng)過(guò)圖象處理后，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定量分析，如晶粒度測(cè)定、鍍層或涂層厚度測(cè)定、孔隙度測(cè)定等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和軟件的完善，圖象分析也會(huì)越來(lái)越方便、迅速、精確。利用圖象處理軟件，還可以將多個(gè)相鄰視場(chǎng)的數(shù)字化圖象拼接成一

40、整幅視場(chǎng)寬廣的清晰圖象，而且?guī)缀蹩床怀鼋涌p的痕跡，對(duì)于一個(gè)高水平的操作系統(tǒng)，這一操作可以在數(shù)秒鐘內(nèi)完成。224金相試樣制備技術(shù)對(duì)金相試樣制備的要求，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)獲得無(wú)磨痕的光亮表面，而現(xiàn)代觀點(diǎn)則強(qiáng)調(diào)試樣表面變形損傷層的有效去除，只有這樣，才能在顯微鏡下觀察到試樣的真實(shí)組織。其次，還要注意提高試樣制備效率和降低成本。傳統(tǒng)的金相試樣制備步驟有切割、鑲嵌、磨成平面、磨光、拋光等項(xiàng)，前兩項(xiàng)屬于試樣制備的準(zhǔn)備步驟，后三項(xiàng)屬于試樣制備的主要步驟。表2-1 為多數(shù)金屬材料金相試樣的傳統(tǒng)制備方案。表2-1 多數(shù)金屬材料金相試樣的傳統(tǒng)制備方案可以看出，試樣的制備工序多達(dá)9道，而且還是使用半自動(dòng)制樣設(shè)備，并不包

41、括更換工序時(shí)的輔助操作時(shí)間。如果完全采用手工操作，總的制備時(shí)間還要長(zhǎng)得多。同時(shí)，盡管碳化硅（SiC）砂紙已經(jīng)成功地使用了多年，但是它的使用壽命相當(dāng)短，特別是當(dāng)使用半自動(dòng)制樣設(shè)備時(shí)，一張砂紙只能使用lmin2min，甚至不足以完成裝在一個(gè)夾持器上的多個(gè)試樣的一道工序，從而給試樣制備帶來(lái)不便。為提高工作效率，降低試樣的制備成本，近20年來(lái)，研制出了多種在試樣制備不同階段使用的新型制備表面，例如：某公司生產(chǎn)的ULTRA-PREP型金剛石磨光盤(pán)這種磨光盤(pán)的特點(diǎn)是，磨料（包括粘接劑）呈規(guī)則的不連續(xù)的規(guī)則點(diǎn)狀陣列涂鍍?cè)诒P(pán)的基底上，以減小表面張力，提高材料去除速率。金屬粘接的金剛石磨料尺寸為125m6m；樹(shù)

42、脂粘接的金剛石磨料尺寸為30m3m。根據(jù)試樣硬度的不同，可以使用金屬粘接的45m磨料或樹(shù)脂粘接的30m磨料的盤(pán)完成磨成平面工序。不銹鋼絲編織物制成的制備表面，例如某公司生產(chǎn)的ULTRA-PLAN磨光織物使用的磨料為較粗的水基金剛石懸浮液。將磨料噴灑在織物上時(shí)，磨料顆粒會(huì)嵌入不銹鋼編織物上，這種織物只能用于硬材料。某公司生產(chǎn)的BUEHLERHERCULESH型及S型磨光片基底為不銹鋼片，上面粘接含有金屬填料和孔隙的環(huán)氧樹(shù)脂襯墊，其直徑約為12mm(見(jiàn)圖2-6)；襯墊只占據(jù)制備表面的一部分，使表面張力得到控制并獲得適度的材料去除速率， 圖2-6BUEHLERHERCULESH型及S型磨光片同時(shí)也能

43、夠有效地清除磨屑并使變形損傷減小到最低程度。金剛石磨料懸浮液是在磨光時(shí)噴灑而不是事先埋置在襯墊內(nèi)，為了獲得較高的材料去除速率，最好使用多晶金剛石懸浮液，因?yàn)槎嗑Ы饎偸チ系念w粒具有更多細(xì)小的尖銳棱角。H型磨光片適于制備比較硬的（20HRC）鋼和非鐵材料，熱噴涂涂層，陶瓷材料；而S型磨光片則適于制備比較軟的（20HRC）鋼和非鐵材料，盡管它也可以用來(lái)制備較硬的材料，但損耗率較高。這種磨光片的使用壽命很長(zhǎng)，如果使用可以裝6塊試樣的試樣夾持器，那么一張磨光片大約可以制備750塊試樣，如果細(xì)心使用，甚至可以制備上千塊試樣。某公司生產(chǎn)的TRIDENT型磨光織物這是一種無(wú)絨毛的合成編制物，使用15m1m金

44、剛石磨料，可用于鐵基和非鐵基合金，以及電子元件，它可以使試樣獲得最大的平整度。圖 2-7為T(mén)RIDENT型磨光織物的表面形貌（掃描電子顯微鏡拍攝）。圖 2-7 TRIDENT型磨光織物的表面形貌表2-2和表2-3分別給出鋼試樣的三工序和四工序制備方案，可以看出，除了磨成平面工序仍舊使用傳統(tǒng)的碳化硅砂紙外，其余工序均使用新型制備表面和新型磨料。近年來(lái)，即使像磨料的配送這種輔助性操作也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不僅可以最大限度地避免消耗品的浪費(fèi)，而且也能最大限度地保證試樣制備結(jié)果的一致性，提高了試樣制備的科學(xué)性。表2-2 鋼試樣的三工序制備方案階段制備表面磨料及粒度載荷速度（r/min）方向時(shí)間（min）磨

45、成平面碳化硅砂紙120，水冷27240-300，相向直至平面磨光Buehlertlercules H磨光片3m Metaldi Supreme多晶金剛石懸浮液27120-150，相向5拋光Microcloth拋光織物0.5m Masterprep氧化鋁懸浮液27120-150，相向5表2-2 鋼試樣的四工序制備方案225半自動(dòng)磨光/拋光機(jī)為了提高試樣制備質(zhì)量的重現(xiàn)性和工作效率，半自動(dòng)制樣設(shè)備廣為使用是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)報(bào)道，20多年前，80以上的德國(guó)金相實(shí)驗(yàn)室采用手工方法制備試樣，而現(xiàn)在則只剩下不到3的實(shí)驗(yàn)室仍在使用手工方法制備試樣。近年來(lái)生產(chǎn)的半自動(dòng)磨光/拋光機(jī)具有以下特點(diǎn)：轉(zhuǎn)盤(pán)既可以沿順時(shí)

46、針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，也可以沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。由于普遍使用高效率和比較昂貴的金剛石磨料，轉(zhuǎn)盤(pán)的最高轉(zhuǎn)速由以前的每分鐘1000余轉(zhuǎn)降低到不超過(guò)每分鐘600轉(zhuǎn)，有些則可以在30r/min600r/min之間連續(xù)變化，經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速在200r/min左右；不同制備表面通過(guò)磁性片與轉(zhuǎn)盤(pán)表面貼緊，使制備表面的更換便捷，一臺(tái)磨光/拋光機(jī)可以完成從磨光到拋光全部工序；磨光/拋光機(jī)的動(dòng)力頭和試樣夾持器以固定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并對(duì)試樣施加可以調(diào)節(jié)的力，使試樣在一定壓力下與轉(zhuǎn)盤(pán)上的制備表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；動(dòng)力頭對(duì)試樣施加壓力的方式有以下兩種：i）單獨(dú)加載磨光或拋光前，先將固定在動(dòng)力頭上的試樣夾持器降下并貼近轉(zhuǎn)盤(pán)，再將試樣放入

47、夾持器的試樣孔內(nèi)，試樣與試樣孔之間為松配合，因此試樣一般均需要經(jīng)過(guò)鑲嵌，并與試樣孔的尺寸相配合。動(dòng)力頭內(nèi)的加載桿放下時(shí)正好對(duì)準(zhǔn)每一塊試樣的中心，這時(shí)就可以開(kāi)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行磨光或拋光。單獨(dú)加載方式的優(yōu)點(diǎn)是每次可以制備一塊、兩塊或多塊試樣，增加了操作的靈活性；如果試樣的原始表面粗糙度不高，就不需要進(jìn)行磨成平面工序。單獨(dú)加載方式的缺點(diǎn)是試樣的平整性不如中心加載方式；更換工序時(shí)，試樣連同夾持器必須逐個(gè)取出進(jìn)行清洗；此外，試樣一般均需要經(jīng)過(guò)鑲嵌。ii）中心加載每一塊試樣均固定在試樣夾持器上，因此動(dòng)力頭可以通過(guò)固定在動(dòng)力頭上的夾持器芯軸對(duì)每一塊試樣施加均勻的壓力；為了保持試樣夾持器運(yùn)轉(zhuǎn)的平衡，至少應(yīng)均勻分布放

48、置三塊試樣。中心加載方式的優(yōu)點(diǎn)是試樣的平整性最好；更換工序時(shí)，試樣可以留在夾持器上與夾持器同時(shí)進(jìn)行原位清洗；對(duì)于形狀不規(guī)則的試樣或大試樣，可以不經(jīng)鑲嵌直接固定在夾持器上進(jìn)行制備。中心加載方式的缺點(diǎn)是至少應(yīng)放置三塊試樣，并且要有一個(gè)磨成平面工序，以保證所有試樣在進(jìn)行磨光前都處于同一平面。a 單獨(dú)加載方式b 中心加載方式226顯微組織的顯示經(jīng)過(guò)拋光的試樣放在明視場(chǎng)照明的顯微鏡下觀察時(shí)，除極少數(shù)情況外（例如鋼中非金屬夾雜物、鑄鐵中的石墨、粉末冶金試樣中的孔隙等），看到的只是光亮的一片，沒(méi)有任何組織細(xì)節(jié)。多數(shù)情況下，試樣必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母g，才能將其組織顯示出來(lái)。盡管試樣的腐蝕方法有很多種，例如化學(xué)腐蝕

49、、熱染色腐蝕、化學(xué)染色腐蝕、電解腐蝕、濺射腐蝕等，但是化學(xué)腐蝕仍然是最常使用的腐蝕方法。金屬材料試樣的常用腐蝕劑和腐蝕方法可以從許多參考手冊(cè)中查到，本文不予深入探討，這里要向讀者推薦的是利用顯微鏡的不同照明方式顯示拋光試樣的組織細(xì)節(jié)的方法。前面曾指出，現(xiàn)今顯微鏡的照明方式，除了最常用的明視場(chǎng)照明外，還有暗視場(chǎng)、偏振光、微差干涉襯度（DIC）三種照明方式。暗視場(chǎng)照明具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）較高的分辨率試樣中的的透明顆粒在明視場(chǎng)下無(wú)法分辨，但是在暗視場(chǎng)下卻成為自發(fā)光的，甚至尺寸小到0.006m（6nm）的顆粒都能分辨出。（2）較高的物象反差在顯微鏡的照明系統(tǒng)中，物鏡不再作為聚光鏡，使眩光減少。（3）可

50、以根據(jù)透明夾雜物的固有色彩進(jìn)行鑒定，例如鋼中的二氧化硅（SiO2）在明視場(chǎng)下呈暗黑色，但是在暗視場(chǎng)下則呈亮黃色。（4）在明視場(chǎng)下，經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕的試樣，晶界為暗黑色，但是在暗視場(chǎng)下則為亮白色，更有利于用比較法進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)。在過(guò)去，偏振光曾用于鋼中夾雜物鑒定，但目前已經(jīng)被更先進(jìn)的電子探針和能譜分析技術(shù)所取代。偏振光對(duì)于顯示光各向異性材料的組織很有效，但是對(duì)于光各向同性材料，例如鋼，偏振光就不起作用。通常偏振光都是在正交狀態(tài)下使用，但是對(duì)于光各向同性材料，在稍稍偏離正交狀態(tài)的偏振光下，往往可以顯示出一些組織細(xì)節(jié)，至少可以提高物象的反差，因此值得一試。有一些多相組織試樣，不容易找到能產(chǎn)生良好反差的腐

51、蝕劑，例如鋼的球化退火試樣，常用的硝酸酒精溶液或苦味酸酒精溶液腐蝕劑都只能將顆粒狀滲碳體與鐵素體基體之間的界面顯示出，由于滲碳體與鐵素體對(duì)于光的反射能力接近，這兩個(gè)相在顯微鏡下均呈亮白色，物象缺乏反差。但是滲碳體與鐵素體之間的硬度差異較大，正常拋光后試樣的表面會(huì)有微小的浮凸，也就是硬的滲碳體相略微突起。不過(guò)在明視場(chǎng)照明條件下，入射光自試樣表面的滲碳體相和鐵素體相反射后產(chǎn)生的光程差不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度差，即物象仍缺乏反差。在顯微鏡的光程中加入相襯附件或微差干涉襯度（DIC）附件，就可以將自試樣表面反射的、具有光程差的光線轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)度差的光線，從而使物象的反差有了顯著的提高。由于在DIC照明條件下，物象

52、能夠產(chǎn)生良好反差的光程差范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相襯照明條件下的最佳光程差范圍，因此現(xiàn)代金相顯微鏡幾乎都配置有DIC附件，而相襯附件則只見(jiàn)諸于20年30年以前的老產(chǎn)品中。金相顯微鏡的DIC附件中，除了偏振光附件（起偏振片和檢偏振片）外，還有一只Wollaston棱鏡。使用時(shí)，將起偏振片和檢偏振片調(diào)整到正交狀態(tài)，然后調(diào)節(jié)Wollaston棱鏡直至物象反差最佳、并有一定三維立體感和所需色彩的位置。由于暗視場(chǎng)、偏振光、DIC照明條件的獲得和調(diào)整簡(jiǎn)便易行，而且試樣表面是未經(jīng)腐蝕的拋光表面，如果能將試樣的組織細(xì)節(jié)顯示出來(lái)，其效果一般要優(yōu)于經(jīng)過(guò)腐蝕然后在明視場(chǎng)下觀察的試樣。因此，對(duì)于沒(méi)有行之有效、比較成熟的腐蝕劑的

53、試樣，可以先嘗試在以上幾種照明條件下，是否能將試樣的組織細(xì)節(jié)顯示出來(lái)。但是也應(yīng)注意到，在以上幾種照明條件下，對(duì)試樣制備質(zhì)量的要求要比通常在明視場(chǎng)下觀察經(jīng)過(guò)腐蝕的試樣高得多，任何細(xì)小的劃痕、瑕疵、脫落等制備缺陷都會(huì)暴露無(wú)遺。23掃描電子顯微鏡工作原理、構(gòu)造及設(shè)備掃描電子顯微鏡工作原理電子槍的熱陰極（或場(chǎng)發(fā)射陰極）發(fā)出的電子受陽(yáng)極電壓（1-50kV），加熱并形成筆尖狀電子束，其最小直徑為10-50m量級(jí)（場(chǎng)發(fā)射槍中為100-1000埃），經(jīng)過(guò)二個(gè)或三個(gè)（電）磁透鏡的作用，在樣品表面匯聚成一個(gè)直徑可小至10-100埃的細(xì)束，也稱(chēng)電子探針。在末透鏡上部的掃描線圈作用下，細(xì)電子束在樣品表面作光柵狀掃描，

54、即從左上方向右上方掃， 掃完一行再掃其下相鄰的第二行，直到掃完一幅 （或幀），如此反復(fù)運(yùn)動(dòng)。在掃描過(guò)程中，樣品在電子束的轟擊下產(chǎn)生背散射電子、二次電子、吸收電子、透射電子、特征X射線、俄歇電子等各種物理信號(hào)，這些信號(hào)被裝在樣品室內(nèi)的各種探頭收集，再并通過(guò)圖像顯示系統(tǒng)在顯示器上按強(qiáng)度描繪出來(lái)。掃描電子顯微鏡構(gòu)造與主要功能掃描電子顯微鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)(鏡筒)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等部分組成。1. 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng)由電子搶、電磁聚光鏡、光欄、樣品室等部件組成。其主要作用就是獲得掃描電子束，作為使樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)的激發(fā)源。a. 電子槍電子槍是掃

55、描電子顯微鏡的電子源。常用的為熱電子發(fā)射電子搶和場(chǎng)發(fā)射電子槍?zhuān)渲泻笳哂钟袩彡帢O和冷陰極兩種。b. 電磁透鏡掃描電子顯微鏡中的個(gè)各電磁透鏡都作聚光鏡用，他們的主要功能是把電子槍的束斑逐級(jí)聚焦縮小，使原來(lái)直徑約有50m的束斑縮小成一個(gè)只有數(shù)個(gè)納悶的細(xì)小斑點(diǎn)。要達(dá)到這個(gè)目的一般幾個(gè)透鏡來(lái)完成。掃描電子顯微鏡一般都有三個(gè)聚光鏡，前兩個(gè)聚光鏡是強(qiáng)磁透鏡，可把電子束光斑縮小，第三個(gè)透鏡使弱磁透鏡，具有較長(zhǎng)的焦距。c.樣品室樣品室內(nèi)除放置樣品外，還安置信號(hào)探測(cè)器。各種不同信號(hào)的收集和相應(yīng)檢測(cè)器的安放位置有很大的關(guān)系，如果安置不當(dāng)，則有可能收不到信號(hào)或收到的信號(hào)很弱，從而影響分析精度。樣品臺(tái)本身是一個(gè)復(fù)雜而精密的組件，他應(yīng)能夾持一定尺寸的樣品，并能使樣品作平移、傾斜和轉(zhuǎn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，以利于對(duì)樣品的每一特定位置進(jìn)行各種分析。2. 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用是使電子束產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)，包括用于形成光柵狀掃描的掃描系統(tǒng)，以及使樣品上的電子束間斷性消隱或截?cái)嗟钠D(zhuǎn)系統(tǒng)。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)可以采用橫向靜電場(chǎng)，也可采用橫向磁場(chǎng)。3. 信號(hào)檢測(cè)放大和圖像顯示記錄系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)放大系統(tǒng)的作用是收集(探測(cè))樣品在入射電子束作用下產(chǎn)生的各種物理信號(hào)，并進(jìn)行放大。不同的物理信號(hào)，要用不同類(lèi)型的收集系統(tǒng)。 二次電子、背散射電子和透射電子的信號(hào)都可采用閃爍計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，它由閃爍體、光導(dǎo)管、光電倍增管組成。信