金屬學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。材料與冶金學(xué)院《材料專題實(shí)驗(yàn)Ⅰ》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書衛(wèi)廣智馬瑞張忠全編寫適用專業(yè)材料科學(xué)與工程:材料物理冶金工程材料實(shí)驗(yàn)中心目錄1、實(shí)驗(yàn)一:金相顯微鏡結(jié)構(gòu)與使用??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42、實(shí)驗(yàn)二:金相試樣的制備?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????175、實(shí)驗(yàn)五:碳鋼及鑄鐵平衡組織的觀察與分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????376、實(shí)驗(yàn)六:金相顯微攝影??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43

實(shí)驗(yàn)一:金相顯微鏡結(jié)構(gòu)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型:驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)要求:必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一)了解金相顯微鏡的構(gòu)造;(二)掌握金相顯微鏡的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)觀察直立式與倒立式兩種金相顯微鏡的構(gòu)造與光路;(二)操作顯微鏡、比較熟練地掌握聚焦方法,了解孔徑光闌。視場光闌和濾光片的作用;(三)熟悉物鏡,目鏡上的標(biāo)志并合理選配物鏡和目鏡;(四)分別在明場照明和暗插照明下觀察同一試樣,分析組織特征及成因;(五)借助物鏡測微器確定目鏡測微器的洛位三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段(一)金相顯微鏡的構(gòu)造光學(xué)金相顯微鏡的構(gòu)造一般包括放大系統(tǒng)、光路系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三部分,其中放大系統(tǒng)是顯微鏡的關(guān)鍵部分。1、放大系統(tǒng)(1)顯微鏡的放大成象原理顯微鏡放大基本原理如圖1-1所示。圖1-1顯微鏡放大成象原理示意圖由圖可見,顯微鏡的放大作用由物鏡和目鏡共同完成。物體AB位于物鏡的焦點(diǎn)F1以外,經(jīng)物鏡放大而成為倒立的實(shí)象A1B1,這一實(shí)象恰巧落在目鏡的焦點(diǎn)F2以內(nèi),最后由目鏡再次放大為一虛象A2B2,人們在觀察組織時(shí)所見的象,就是經(jīng)物鏡、目鏡兩次放大,在距人眼約250mm明視距離處形成的虛象。由圖1-1可知:物鏡的放大倍數(shù)目鏡的放大倍數(shù)將兩式相乘說明顯微鏡的總放大倍數(shù)M等于物鏡放大鏡放大和目鏡放大倍數(shù)的乘積。當(dāng)前普通光學(xué)金相顯微鏡最高有效放大倍數(shù)為1600～倍。另外,參照圖1-1,如果忽略AB與F1,A1B1與F2間距,依相似三角形定理可求出:式中,△為光學(xué)鏡筒長度:f物為物鏡焦距。固光學(xué)鏡筒長度為定值,可見,物鏡放大倍數(shù)越高,物鏡的焦距越短,物鏡離物體越近。(2)透鏡象差透鏡在成象過程中,由于受到本身物理?xiàng)l件的限制,會(huì)使映象變形和模糊不清。這種象的缺陷稱為象差．在金相顯微鏡的物鏡．目鏡以及光路系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造中,雖將象差盡量減少到很小的范圍,但依然存在．象差有多種,其中對成象質(zhì)量影響最大的是球面象差、色象差相象域彎曲三種。1)球面象差由于透鏡表面為球面,其中心與邊緣厚度不同,因而來自一點(diǎn)的單色光經(jīng)過透鏡折射后,靠近中心部分的光線偏折角度小,在離透鏡較遠(yuǎn)的位置聚圖1-2球面相差示意圖焦;而靠近邊緣處的光線偏折角度大,在圖1-2球面相差示意圖離透鏡較近的位置聚焦．因而必然形成沿光軸分布的一系列的象,使成象模糊不清,這種現(xiàn)象稱為球面象差。如圖1-2所示。球面象差主要靠用凸透鏡所組成的透鏡組來減小。另外,經(jīng)過加光欄的辦法,縮小透鏡成象范圍,也能夠減小球面象差的影響。2)色象差色象差與光波波長有著密切關(guān)系。當(dāng)白色光中不同波長的光線經(jīng)過透鏡時(shí),因其折射角度不同而引起象差。波長愈短,折射率愈大,其焦點(diǎn)愈近;波長愈長,折射率愈?。畡t焦點(diǎn)愈遠(yuǎn),因而不同波圖1-3色差示意圖長的光線,不能同時(shí)在一點(diǎn)聚焦,致使映象模圖1-3色差示意圖糊?；蛟谝晥鲞吘壣弦姷讲噬h(huán)帶,這種現(xiàn)象稱為色象差。如圖1-3所示。色象差同樣能夠靠透鏡組織來減小影響。在光路中加上濾光片,使白色光變成單色光也能有效地減小色象差。3)象域彎曲垂直于光軸的平面,經(jīng)過透鏡所形成的象．不是平面而是凹形的彎曲象圖1-4象域彎曲示意圖面,這種現(xiàn)象叫象域彎曲。如圖l-4所示。圖1-4象域彎曲示意圖象域彎曲是由于各種象差綜合作用的結(jié)果。一般物鏡都或多或少地存在著象域彎曲,只有校正極佳的物鏡才能達(dá)到趨近平坦的象域。(3)物鏡顯微鏡觀察所見到的象是經(jīng)物鏡和目鏡兩次放大后所得到的虛象,其中目鏡僅起到將物鏡放大的實(shí)象再放大的作用。因此,顯微鏡的成象質(zhì)量如何,關(guān)鍵在物鏡。1)釣鏡的種類按象差校正分類,常見物鏡的種類如表1-1所示。其中消色差物鏡結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉,象差已基本上于以校正,故普通小型金相顯徽鏡多采用這種物鏡。另外,按物體表面與物鏡間的介質(zhì)分,有介質(zhì)為空氣的干系物鏡和介質(zhì)為油的油系物鏡兩類。按放大倍數(shù)分,還可分為低倍、中倍和高倍。無論哪種物鏡,都是由多片透鏡組合而成的。表1-1幾種常見物鏡物鏡名稱標(biāo)志對象域中心的校正對視場邊緣的校正色象差環(huán)面象差消色差物鏡無標(biāo)志紅綠兩波區(qū)黃綠兩波區(qū)未校正復(fù)消色差物鏡APO可恥下場見光全波區(qū)綠紫兩波區(qū)未校正平面消色差物鏡PL或Plan紅綠兩波區(qū)黃綠兩波區(qū)未校正圖1-6物鏡象距無窮遠(yuǎn)的顯微鏡圖1-5筒長160mm的顯微鏡圖1-6物鏡象距無窮遠(yuǎn)的顯微鏡圖1-5筒長160mm的顯微鏡2)物鏡上的標(biāo)志按國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,物鏡的放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑,標(biāo)在鏡筒中央清晰位置,并以斜線分開。例如45/0.63、90X/1.30等。表示鏡筒長度的字樣或符號以及有無蓋玻片的符號,標(biāo)在放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑的下方,并用斜線分開。例如:160/－、∞/0等。表示干系或油系的字樣,可標(biāo)在放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑的上方或其它合適位置。3)鏡筒長度圖1-1中光學(xué)鏡筒長度△是指物鏡后焦點(diǎn)F1′與目鏡前焦點(diǎn)F2之間的距離。因?yàn)樵撝蹬c顯微鏡的放大倍數(shù)直接相關(guān),在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)確定。為確保該值的準(zhǔn)確,物鏡、目鏡的焦距以及機(jī)械鏡筒長度都有嚴(yán)格的公差范圍(參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO／TCl72／SC5,N28)。根據(jù)物鏡象距的不同,又將顯微鏡分為兩種,一種為物鏡象距150mm、機(jī)械鏡筒長160mm的顯微鏡,如圖1-5所示。另一種為物鏡象距無窮遠(yuǎn),鏡筒內(nèi)裝有透鏡的顯微鏡,如圖1-6所示。4)蓋玻片蓋玻片是置于欽測物體與物鏡之間的五色透明玻璃薄片。按國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO／TCl72／SC5,N15)規(guī)定蓋玻片分矩形和圓形兩種．矩形(A型)為長22、32、50mm,寬22mm;圓形(B型)為直徑18mm,二者厚均為0.17mm．用不用蓋玻片與物鏡成象位置有關(guān),設(shè)汁時(shí)已經(jīng)考慮,如物鏡上標(biāo)有160／0.17時(shí),說明只能使用0.17mm厚的蓋玻片或者不用;標(biāo)有160／－時(shí)說明用不用均可,標(biāo)有160／0時(shí)說明不用。金相顯微鏡一般不用,用蓋玻片的往往指生物顯微鏡。5)數(shù)值孔徑(numericalaperture以符號N．A．表示)表征物鏡的集光能力,其值大小取決于進(jìn)人物鏡的光線錐所張開的角度,即孔徑角的大小N.A.=nsinθ式中n為試樣與物鏡問介質(zhì)的折射率,空氣介質(zhì)n=1,松柏油介質(zhì)n=1.1515;θ為孔徑角的半角,如圖1-7所示。數(shù)值孔徑N．A．值的大小標(biāo)志著物鏡分辨率的高低,干系物鏡因n=1而sinθ總小于1,故N．A．<1。油系物鏡因n值可高達(dá)1.5以上,故N．A．>1。6)物鏡的分辨率顯微鏡的分辨率主要取決于物鏡。分辨率的概念與放大倍數(shù)(又稱放大率)不同,能夠作這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):用兩個(gè)不同的物鏡在同樣放大倍數(shù)下觀察同一個(gè)細(xì)微組織,能夠得到兩種不同的效果:一個(gè)能夠清楚地分辨出組織中相距很近的兩個(gè)點(diǎn);另一個(gè)只能看到這兩個(gè)點(diǎn)連在一起的模糊輪廓。如圖1-8所示。顯然前一個(gè)物鏡的分辨率高,而后一個(gè)物鏡的分辨率低。因此說,物鏡的分辨率能夠用物鏡所能清晰分辨出的相鄰兩點(diǎn)間最小距離d來表示。d與數(shù)值孔徑的關(guān)系如下:圖1-7孔徑角圖1-7孔徑角b)a)圖1-8物鏡分辨率高低示意圖b)a)圖1-8物鏡分辨率高低示意圖分辨率高b)分辨率低式中λ為入射光的波長;N．A．為物鏡的數(shù)值孔徑(無量綱量)。可見,分辨率與入射光的波長成正比,λ愈短分辨事愈高;與數(shù)值孔徑成反比,物鏡的數(shù)值孔徑愈大分辨率愈高。7)有效放大倍數(shù)能否看清組織的細(xì)節(jié),除與物鏡的分辨率有關(guān)外,還與人跟實(shí)際分辨率有關(guān)。如物鏡分辨率很高,形成清晰的實(shí)象,可是與之配用的目鏡倍數(shù)過低,至使觀察者難以看清。此時(shí)稱”放大不足”,即未能充分發(fā)揮物鏡的分辨率。可是,誤認(rèn)為選用的目鏡倍數(shù)愈高,即總放大倍數(shù)愈大看得愈清晰,這也是不妥當(dāng)?shù)?。?shí)踐證明,超過一定界限,放得愈大映象反而愈模糊,此時(shí)稱”虛偽放大”。物鏡的數(shù)值孔徑?jīng)Q定了顯微鏡的有效放大倍數(shù)。所謂有效放大倍數(shù),是指物鏡分辨清晰的d距離,披人眼也同樣分辨清晰所必須放大的倍數(shù),用M觀察表示。式中,l為人眼的分辨率,在250mm處正常人眼分辨為0.15-0.30mm。若取λ=5500×10-7mm(綠光波長)代入上式,則結(jié)果說明在500~1000N．A．范圍內(nèi)的放大倍數(shù)均稱有效放大倍數(shù)。小于500N．A．時(shí),由于受目鏡放大倍數(shù)不足的限制,未能充分發(fā)揮物鏡的分辨率。大于1000N．A．時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)虛偽放大現(xiàn)象。然而,據(jù)報(bào)導(dǎo),隨著科學(xué)的發(fā)展,光學(xué)零件的設(shè)計(jì)與制造日趨完善與精良,照明方式不斷改進(jìn),有些顯微鏡的有效放大倍數(shù)最大可達(dá)2200N．A．。這說明,上述有效放大倍數(shù)范圍,并非嚴(yán)格界限。了解有效放大倍數(shù)范圍,對考慮物鏡和目鏡的正確選擇十分重要。例如25倍的物鏡,從N．A．=0.4．其有效放大倍數(shù)應(yīng)在500(0.4)~1000(0.4)倍,即200—400倍范圍內(nèi)。因此,應(yīng)選擇8借或16倍的目鏡與該物鏡配合使用。(4)目鏡常見的目鏡按其構(gòu)造可分為五種。負(fù)型日鏡負(fù)型目鏡以福根目鏡為代表,如圖1-9所示。福根目鏡的是由兩片單一的凸透鏡并在中間加一光闌組成。接近眼睛的透鏡稱目透鏡,起放大作用;另一透鏡稱場透鏡,能使映象亮度均勻。中間的光闌能夠遮擋無用光,提高映象清晰度。福根目鏡并未對鏡象差加以校正,故只適于和低倍中倍消色差物鏡配合使用。2)正型目鏡正型目鏡以雷斯登目鏡為代表,如圖1-10所示。雷斯登目鏡也是由兩片凸透鏡組成,所不同的是光闌在場透鏡的外面。這種目鏡有良好a)b) a)b)圖1-9負(fù)型目鏡a)實(shí)體b)剖面圖圖1-9負(fù)型目鏡a)實(shí)體b)剖面圖1－目透鏡2－光闌3－場透鏡的象域彎曲校正,球面象差也比較小,但色象差比福根目鏡嚴(yán)重。另外,在相同放大倍數(shù)下,正到目鏡的觀察視場比負(fù)型目鏡略小。b)a)b)a)圖1-10正型目鏡a)實(shí)體b)剖面圖圖1-10正型目鏡a)實(shí)體b)剖面圖1－目透鏡2－光闌3－場透鏡3)補(bǔ)償目鏡補(bǔ)償目鏡是一種特制的目鏡。結(jié)構(gòu)較上述兩種都復(fù)雜。與復(fù)消色差物鏡配合使用,能夠補(bǔ)償校正殘余色差,得到全面清晰的映象,但不宜與普通消色差物鏡配合使用。4)攝影目鏡攝影目鏡專用于金相攝影,不能用于觀察。由于對透鏡的球面象差、象域彎曲均有良好的校正,與物鏡配合,可在投影屏上形成平坦、清晰的實(shí)象。凡帶有攝影裝置的顯微鏡均配有攝影目鏡。5)測微目鏡測微目鏡是為滿足組織測量的需求面設(shè)制的。內(nèi)裝有目鏡測微器,為看清目鏡中標(biāo)尺刻度,可借助螺旋調(diào)節(jié)裝置移動(dòng)目透鏡的位置。如圖1-11所示。測微目鏡與不同放大倍數(shù)的物鏡配合使用時(shí),測微器的格值是不同的。確定格值,需要借助物鏡測微器(即lmm距離被等分100格的標(biāo)尺)。確定方法如下:首先利用測微目鏡上的螺旋裝置將視場中目鏡測微器的刻度調(diào)至最清晰狀態(tài),然后將物鏡測微22作為試樣,成像于視場中。這樣,視場中可同時(shí)看到兩個(gè)標(biāo)尺,如圖1-12所示。b)a)b)a)圖1-11測微目鏡a)實(shí)體b)剖面圖圖1-11測微目鏡a)實(shí)體b)剖面圖仔細(xì)將物鏡測微器的n個(gè)格與目鏡測微器的m個(gè)括對齊。已知物鏡測微器的1格為0.01mm,則目鏡測微器在此具體情況下格值l為:例如圖1-12中的標(biāo)尺,目鏡測微器(黑格)35格與物鏡測微器(白格)22格剛好對齊,故求出l值,當(dāng)知道被測距離的格數(shù)時(shí),就不難算出被測距離的尺寸了。6)目鏡上的標(biāo)志普通目鏡上只標(biāo)有放大倍數(shù),如7×、10×、12.5×等。補(bǔ)償目鏡上還標(biāo)有一個(gè)”K”字,如K10×、K30×等。2、光路系統(tǒng)小型金相顯微鏡,按光程設(shè)計(jì)可分為直立式和倒立式兩種類型,凡試樣磨面向上,物鏡向下的直立式,而試樣磨面向下,物鏡向上的為倒立式。如圖1-13所示。以倒立式為例,光源發(fā)出的光,經(jīng)過透鏡組投射到反射鏡上,反射鏡將水平走向的光變成垂直南向,自下而上穿過平面玻璃和的鏡,按射到試樣磨面上;反射進(jìn)入物鏡的光又自上而下照到平面玻璃上級,反射后的水平走向光束進(jìn)入棱鏡,經(jīng)過折射、反射后進(jìn)入目鏡。(1)光源金相顯微鏡和生物顯微鏡不同,必須有光源裝置。作為光源的有低壓鎢絲燈泡、氙燈、碳弧燈和鹵素?zé)舻?。?dāng)前,小型金相顯微鏡用得最多的是6-8V、15-30W的低壓鎢絲燈泡。為使發(fā)光點(diǎn)集中,鎢絲制成小圖1-12視場中的兩個(gè)標(biāo)尺螺旋狀。圖1-12視場中的兩個(gè)標(biāo)尺圖1-13金相顯微鏡光程示意圖圖1-13金相顯微鏡光程示意圖a)倒立式b)直立式(2)光源照明方式光源照明方式取決于光路設(shè)計(jì),一般采用臨界照明和科勒照明兩種。所謂臨界照明方式即光源被成象于物平面上,雖然能夠得到最高的亮度,但對光源本身亮度的均勻性要求很高。而科勒照明方式即光源被成象于物鏡的后焦面(大致在物鏡支承面位置),由物鏡射出的是平行光,即能夠使物平面得到充分照明,又減少了光源本身亮度不均勻的影響,因此當(dāng)前應(yīng)用較多。(3)垂直照明器垂直照明器是光學(xué)金相顯微鏡必不可少的裝置,其作用是使光路垂直換向,如圖1-14所示。兩種垂直朋明器各有優(yōu)缺點(diǎn)。用平面玻璃時(shí),由于光線充滿了物b)a)鏡后透鏡使映象清晰,平坦,但光b)a)線損失很大(用透射光時(shí)的反射部分圖1-14垂直照明器a)平面玻璃b)棱鏡圖1-14垂直照明器a)平面玻璃b)棱鏡實(shí)際上只用了大約1／4部分)。改用棱鏡能夠彌補(bǔ)這一缺點(diǎn),但映象質(zhì)量較差,多用于低倍觀察。(4)孔徑光闌孔徑光闌位于靠近光源處,用來調(diào)節(jié)入射光束的粗細(xì),以便改進(jìn)映象質(zhì)量。在進(jìn)行金相觀察和攝影時(shí),孔徑光闌開得過火或過小都會(huì)影響映象的質(zhì)量。過大,會(huì)使球面象差增加,鏡筒內(nèi)反射光和炫光也增加,映象疊映了一層白光,顯著降低映象襯度,組織變得模糊不清。過小,進(jìn)入物鏡的光束太細(xì)減少廠物鏡的孔徑角,使物鏡的鑒別率降低,無法分清微細(xì)組織,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象,導(dǎo)致映象出現(xiàn)浮雕和疊影而不清晰。因此孔徑光鬧張開的大小應(yīng)根據(jù)金相組織特征和物鏡放大倍數(shù)隨時(shí)調(diào)整達(dá)到最佳狀態(tài)。(5)濾光片作為金相顯微鏡附件,常備有黃、綠、藍(lán)色濾光片。合理選用濾光片能夠減少物鏡的色象差,提高映象清晰度。因?yàn)楦鞣N物鏡的象差,在綠色波區(qū)均已校正過,綠色又能給人以舒適感,因此最常見的是綠色濾光片。(6)視場光闌視場光鬧的作用與孔徑光闌不同。其大小并不影響物鏡的鑒別率,只改變視場的大小。一般應(yīng)將視場光闌調(diào)至全視場剛剮露出時(shí)。這樣,在觀察到整個(gè)視場的前提下最大限度地減少鏡筒內(nèi)部的反射光和炫光,以提高映象質(zhì)量。(7)映象照明方式金相顯微鏡常見的映象照明方式有兩種,即明場照明和暗場照明。1)明場照明明場照明方式是金相分析中最常見的．光從物鏡內(nèi)射出,垂直或接近垂直地投向物平面。若照到平滑區(qū)域,光線必將被反射進(jìn)入物鏡,形成映象中的白亮區(qū)。若照到凹凸不平區(qū)域,絕大部分光線將產(chǎn)生漫射而不能進(jìn)入物鏡,形成映象中的黑暗區(qū)。圖1-15a所示光路即明場照明方式。2)暗場照明方式在鑒別非金屬夾雜物透明度時(shí),往往要用暗場照明方式。光源發(fā)出的光,經(jīng)過透鏡變成一束平行光．又經(jīng)過環(huán)形遮光板,因中心部分光線被遮擋而成為管狀光束。經(jīng)45℃映象中的黑暗區(qū)。只有照到凹凸不平區(qū)域的光線,反射后才有可能進(jìn)入物鏡,形成映象中的a)b)a)b)圖1-15映象照明方式圖1-15映象照明方式a)明場照明b)暗場照明白亮區(qū)。因此與明場照明方式映象效果相反。圖1-15b所示光路即暗場照明方式。3、機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)主要包括載物臺、粗凋機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)和物鏡轉(zhuǎn)換器(1)載物臺載物臺是用來支承被觀察物體的工作臺,大多數(shù)顯微鏡的載物臺都能在一定范圍內(nèi)平移,以改變被觀察的部位。(2)粗調(diào)機(jī)構(gòu)粗調(diào)機(jī)構(gòu)是在較大行程范圍內(nèi),用來改變物體和物鏡前透鏡間軸向距離的裝置,一般采用齒輪齒條傳動(dòng)裝置。(3)微調(diào)機(jī)構(gòu)微調(diào)機(jī)構(gòu)是在一個(gè)很小的行程范圍內(nèi)(約2mm),凋節(jié)物體和物鏡前透鏡間軸向距圖1-16微調(diào)齒輪傳動(dòng)裝置離的裝置。一般采用微調(diào)齒輪傳動(dòng)裝置如圖1-16所圖1-16微調(diào)齒輪傳動(dòng)裝置示。(4)物鏡轉(zhuǎn)換器物鏡轉(zhuǎn)換器是為了便于更換物鏡而設(shè)置的。轉(zhuǎn)換器上同時(shí)裝幾個(gè)物鏡,可任意將所需物鏡轉(zhuǎn)至并固定在顯微鏡光軸上。(二)使用顯微鏡時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)1、操作者的手必須洗凈擦干,并保持環(huán)境的清潔、干燥;2、用低壓鎢絲燈泡作光源時(shí),接通遼電源必須經(jīng)過變壓器,切不可誤接在220V電源上;3、更換物鏡、目鏡花水月時(shí)要格外小心,嚴(yán)防失手落地;4、調(diào)節(jié)物體和物鏡前透鏡間軸向距離(以下簡稱聚焦)時(shí),必須首先弄清粗調(diào)旋鈕轉(zhuǎn)向與載物臺升降方向的關(guān)系。初學(xué)者應(yīng)該先用粗調(diào)旋鈕將物鏡調(diào)至盡量靠近物體,但絕不可接觸。然后仔細(xì)觀察視場內(nèi)的亮度井同時(shí)用粗調(diào)旋鈕緩慢將物鏡向遠(yuǎn)離物體方向調(diào)節(jié)。待視場內(nèi)忽然變得明亮甚至出現(xiàn)映象時(shí)．換用微調(diào)旋鈕調(diào)至映象最清晰為止。5、用油系物鏡時(shí),滴油最不宜過多,用完后必須立即用二甲苯洗凈、擦干;6、待觀察的試樣必須完全吹于,用氫氟酸浸蝕過的試樣吹于時(shí)間要長些,因氫氟酸對鏡片有嚴(yán)重腐蝕作用。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求 根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是掌握金相顯微鏡結(jié)構(gòu)與使用,學(xué)生為每人一臺金相顯微鏡,要求學(xué)生熟練掌握金相顯微鏡的使用,采用”以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開放模式組織教學(xué)”。五、實(shí)驗(yàn)條件(一)金相顯微鏡構(gòu)造與光路圖;(二)作為教具的可拆顯微鏡1～2臺;(三)練習(xí)操作的金相顯微鏡(至少配備2個(gè)物鏡和2個(gè)目鏡)10～15臺;(四)備有暗場照明裝置的金相顯微鏡2～3臺;(五)配備測微目鏡和物鏡測微器的金相顯微鏡2～3臺;(六)供觀察的金相試樣。六、實(shí)驗(yàn)步驟(一)利用掛圖、教具講解金相顯微鏡的原理、構(gòu)造、使用與維護(hù);(二)在具體了解了某臺顯微鏡構(gòu)造和光路的基礎(chǔ)正重復(fù)練習(xí)聚焦,直到熟練掌握;(三)重復(fù)改變孔徑光闌．視場光闌的大小,加或不加濾光片,觀察同一視場映象的清晰程度;(四)將同一試樣分別放在明場照明和清場照明顯微鏡上進(jìn)行對比觀察,并畫出所觀察的組織圖;(五)借助物鏡測微器確定目鏡測微器的格值,并按要求對組織進(jìn)行實(shí)地測量。七、思考題1、簡述金相顯微鏡的原理、構(gòu)造、使用與維護(hù);2、簡述金相顯微鏡的放大倍數(shù)的計(jì)算方法八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。 實(shí)驗(yàn)二:金相試樣的制備實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型:綜合性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)要求:必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战鹣嘣嚇又苽涞幕痉椒ǘ?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)按粗磨→細(xì)磨→機(jī)械拋光→漫蝕的步驟制備金相試祥;(二)對比觀察浸蝕前,浸蝕后試樣的金相形貌三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,研究金屬材料內(nèi)部組織的手段也在不斷增加,然而光學(xué)金相顯微分析依然是最基本的方法。光學(xué)金相顯微分析的第一步是制備試樣、將恃觀察的試樣表面磨制成光亮無痕的鏡面,然后經(jīng)過浸蝕才能分析組織形態(tài)。如因制備不當(dāng),在觀察面上出現(xiàn)劃痕、凹坑、水跡、變形層或浸蝕過深過淺都會(huì)影響正確的分析。因此制備出高質(zhì)量的試樣對組織分析是很重要的。金相試樣制備過程一般包括:取樣、粗磨、細(xì)磨,拋光和浸蝕五個(gè)步驟。(一)取樣從需要檢測的金屬材料和零件上截取試樣稱為”取樣”。取樣的部位和磨面前選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種,對于軟材料能夠用鋸、車、刨等方法;對于硬材料能夠用砂輪切片機(jī)或線切割機(jī)等切割的方法,對于硬而脆的材料能夠用錘擊的方法,無論用哪種方法都應(yīng)注意,盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸并無統(tǒng)一規(guī)定,從便于握持和磨制角度考慮,一般直徑或邊長為15~20mm,高為12～18mm比較適宜。對那些尺寸過小,形狀不規(guī)則和需要保護(hù)邊緣的試樣,能夠采取鑲嵌或機(jī)械夾持的辦法,如圖2-1所示。圖2-1鑲嵌及夾持試樣a)鑲嵌試樣b)夾持試樣b)圖2-1鑲嵌及夾持試樣a)鑲嵌試樣b)夾持試樣b)a)金相試樣的鑲嵌,是利用熱塑性塑料(如聚氯乙烯),熱凝性塑料(如膠木粉)以及冷凝性塑料(如環(huán)氧樹脂十固化劑)作為填料進(jìn)行時(shí)。前兩種屑于熱鑲填料,熱鑲必須在專用設(shè)備—鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。第三種屬于冷鑲填料,冷鑲方法不需要專用設(shè)備,只將適宜尺寸(約ф5-20mm)的鋼管。塑料管或紙殼管放在平滑的塑料(或玻璃)板上,試樣置于管內(nèi),待磨面朝下倒入填料,放置一段時(shí)間凝固硬化即可。(二)粗磨粗磨的目的主要有以下三點(diǎn):1、修整有些試樣,例如用錘擊法敲下來的試樣,形狀很不規(guī)則,必須經(jīng)過粗磨,修整為規(guī)則形狀的試樣;2、磨平無論用什么方法取樣,切口往往不十分平滑、為了將觀察而磨平,同時(shí)去掉切割時(shí)產(chǎn)生的變形層,必須進(jìn)行粗磨;3、倒角在不影響觀察目的的前提下,需將試樣上的棱角磨掉,以免劃破砂紙和拋光織物。黑色金屬材料的粗磨在砂輪機(jī)上進(jìn)行,具體操作方法是將試樣牢牢地捏住,用砂輪的側(cè)面磨制。在試樣與砂輪接觸的一瞬間,盡量使磨面與砂輪面平行,用力不可過大。由于磨削力的作用往往出現(xiàn)試樣磨面的上半部分磨削量偏大,故需人為地進(jìn)行調(diào)整,盡量加大試樣下半部分的壓力,以求整個(gè)磨面均勻受力。另外在磨制過程中,試樣必須沿砂輪的徑向往復(fù)緩慢移動(dòng),防止砂輪表面形成凹溝。必須指出的是,磨削過程會(huì)使試樣表面溫度驟然升高。只有不斷地將試樣浸水冷卻,才能防止組織發(fā)生變化。砂輪機(jī)轉(zhuǎn)速比較快,一般2850r/min,工作者不應(yīng)站在沙輪的正前方,以防被飛出物擊傷。操作時(shí)嚴(yán)禁戴手套,以免手被卷入砂輪機(jī)。關(guān)于砂輪的選擇,一般是遵照磨硬材料選稍軟些的,磨軟材料選稍硬些的基本原則。用于金相制樣方面的砂輪大部分是:磨料粒度為40號、46號、54號、60號(數(shù)字愈大愈細(xì));材料為白剛玉(代號為GB或WA)、綠碳化硅(代號為TL或GC)、棕剛玉(代號為GZ或A)和黑碳化硅(代號為TH或C)等;硬度為中軟1(代號為ZR1或K)的平砂輪,尺寸多為250×25×32mm(外徑×厚度×孔徑)。有色金屬,如銅、鋁及其合金等,因材質(zhì)很軟,不可用砂輪而要用銼刀進(jìn)行粗磨。以免磨屑填塞砂輪孔隙,且使試樣產(chǎn)生較深的磨痕和嚴(yán)重的塑性變形層。(三)細(xì)磨粗磨后的試樣,磨畫上仍有較粗較深的磨痕,為了消除這些腳痕必須進(jìn)行細(xì)磨。細(xì)磨,可分為手工唐和機(jī)械磨兩種。1、手工磨手工磨是將砂紙鋪在玻璃板上,左手按住砂紙,右手捏住試樣在砂紙上作單向推磨。金相砂紙由粗到細(xì)分許多種,其規(guī)格可參考表2-1。表2-1常見金相砂紙的規(guī)格金相砂紙編號010203040506粒度序號M28M20M14M10M7M5砂粒尺寸/μm28-2020-1414-1010-77-55-3.5用砂輪相磨后的試樣,要依次由01號磨至05號(或06號)．操作時(shí)必須注意:(1)加在試樣上的力要均勻,使整個(gè)磨面都能磨到;(2)在同一張砂紙上磨痕方向要一致,并與前一道砂紙磨痕方向垂直,待前一道砂紙磨痕完全消失時(shí)才能換用下一道砂紙。(3)每次更換砂紙時(shí),必須將試樣、玻璃板清理于凈,以防將粗砂粒帶到細(xì)砂紙上。(4)磨制時(shí)不可用力過大,否則一方面因磨痕過深增加下一道磨制的困難,另一方面因表面變形嚴(yán)重影響組織真實(shí)性．(5)砂紙的砂粒變鈍磨削作用明顯下降時(shí),不宜繼續(xù)使用,否則砂粒在金屬表面產(chǎn)生的滾壓會(huì)增加表面變形。(6)磨制銅、鋁及其合金等軟材料時(shí),用力更要輕,可同時(shí)在砂紙上滴些煤油,以防脫落砂粒嵌入金屬表面。用金相砂紙手工磨制時(shí)是不能加水的,因?yàn)榻鹣嗌凹埶谜辰觿┤苡谒?。可是在于磨過程中,脫落的砂粒和金屬磨屑留在砂紙上,隨著移動(dòng)的試樣來回滾動(dòng),砂粒間的相互擠壓以及金屬屑粘在砂?？p隙中,都會(huì)使砂紙磨削壽命減短,試樣表面變形層嚴(yán)重,磨擦生熱還可能引起組織變化。為克服干磨的弊端,當(dāng)前多采用手工濕磨的方法,所用砂紙是水砂紙,其規(guī)格可參考表2-2。表2-2常見水砂紙的規(guī)格水砂紙序號24030040050060080010001200粒度1602002803204006008001000用水砂紙手工磨制的操作方法和步驟與用金相砂紙磨制完全一樣,只是將水砂紙置于流動(dòng)水下邊沖邊磨。由粗到細(xì)依次更換數(shù)次,最后磨到1000或1200號砂紙,因?yàn)樗鞑粩嗟貙⒚撀渖傲?、磨屑沖掉,故砂紙的磨削壽命較長。實(shí)踐證明試樣磨制的速度快、質(zhì)量高,有效地彌補(bǔ)了干磨的不足。2、機(jī)械磨當(dāng)前普遍使用的機(jī)械磨設(shè)備是預(yù)磨機(jī)．電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)鋪著水砂紙的圓盤轉(zhuǎn)動(dòng),磨制時(shí),將試樣沿盤的徑向來回移動(dòng),用力要均勻,邊磨邊用水沖。水流既起到冷卻試樣的作用,又能夠借助離心力將脫落砂粒、磨屑等不斷地沖到轉(zhuǎn)盤邊緣,機(jī)榷磨的磨削速度比手工磨制快得多,但平整度不夠好、表面變形層也比較嚴(yán)重。因此要求較高的或材質(zhì)較軟的試樣應(yīng)該采用手工磨制。機(jī)械磨所用水砂紙規(guī)格與手工濕磨相同,可參考表2-2。(四)拋光拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上的細(xì)微磨痕,得到光亮無痕的鏡面。拋光的方法有機(jī)械拋光,電解拋光和化學(xué)拋光三種,其中最常見的是機(jī)械拋光。1、機(jī)械拋光機(jī)械拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行,將拋光織物(粗拋常見帆布,精拋常見毛呢)用水浸濕,鋪平、繃緊并固定在拋光盤上。啟動(dòng)開關(guān)使拋光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),將適量的拋光液(氧化鋁、氧化鉛或氧化鐵拋光粉加水的懸浮液)滴酒在盤上即可進(jìn)行拋光、拋光時(shí)應(yīng)注意:(1)試樣沿盤的徑向往返緩慢移動(dòng),同時(shí)逆拋光盤轉(zhuǎn)向自轉(zhuǎn),待拋光快結(jié)束時(shí)作短時(shí)定位輕拋。(2)在拋光過程中,要經(jīng)常滴加適量的拋光液或清水,以保持拋光盤的濕度,如發(fā)現(xiàn)拋光盤過臟或帶有粗大顆粒時(shí),必須將其沖刷干凈后再繼續(xù)使用。(3)拋光時(shí)間應(yīng)盡量縮短,不可過長,為滿足這一要求可分粗拋和精拋兩步進(jìn)行。(4)拋有色金屬(如銅、鋁及其合金等)時(shí),最好在拋光盤上涂少許肥皂或滴加適量的肥皂水。機(jī)械拋光與細(xì)磨本質(zhì)上都是借助磨料尖角銳利的刃部,切去試樣表面隆起的部分。拋光時(shí),拋光織物纖維帶動(dòng)稀疏分布的極磨細(xì)的磨料顆粒產(chǎn)生磨削作用,將試樣拋光。當(dāng)前,人造金剛石研磨膏(最常見的有W0.5W1.0W1.W2．5W3.5五種規(guī)格的落水性研磨膏)代替拋光液,正得到日益廣泛的應(yīng)用。用極少的研磨膏均勻涂在拋光織物上進(jìn)行拋光,拋光速度快、質(zhì)量也好。2、電解拋光電解拋光裝置示意田如圖2-2所示。陰極用不銹鋼板制成,試樣本身為陽極,二者同處于電解拋光液中,接通回路后在試樣表面形成一層高電阻膜,由于試樣表面高低不平,膜的厚薄也不同。試樣表面凸起部分膜薄,電阻小,電流密度大,金屬溶解速度快。相對而言,凹下部分溶解速度慢,這種選擇性溶解結(jié)果。使試樣表面逐漸平整,最后形成光滑干面。圖2-2電解拋光裝置示意圖1－陰極2－試樣陽極3－攪拌器4－溫度計(jì)5－陰極圖2-2電解拋光裝置示意圖1－陰極2－試樣陽極3－攪拌器4－溫度計(jì)5－陰極6－電解槽7－冷卻槽8－電解液9－冷卻液因此它消除了機(jī)械拋光難以避免的疵病,不會(huì)引起試樣表面變形。與機(jī)械拋光比較既省時(shí)間又操作簡便。然而電解拋光也有其局限性,因其對材料化學(xué)成分不均勻的偏析組織以及非金屬夾雜物等比較敏感,會(huì)造成局部強(qiáng)烈浸蝕而形成斑坑．另外鑲嵌在塑料內(nèi)的試樣,因不導(dǎo)電也不適用。放當(dāng)前依然以機(jī)械拋光為主。電解拋光時(shí),先按要求配制好電解拋光液。將待拋試樣劈面浸入拋光液中,按通電源,按規(guī)范調(diào)整到所需電壓、電流,一般只需十幾秒至幾十秒鐘即可取出。取出后立即用流動(dòng)水沖洗干凈,而后吹干即可。如拋光過程中已同時(shí)具有浸蝕作用,可省去拋光后的浸蝕步驟。銅合金、鋁合金,奧氏體不銹鋼及高錳鋼等材料常見電解拋光。3、化學(xué)拋光化學(xué)拋光是依靠化學(xué)試劑對試樣表面凹凸不干區(qū)域的選擇性溶解作用將磨痕去除的一種方法?；瘜W(xué)拋光不需要專用設(shè)備,成本低,操作方便．在拋光的同時(shí)還兼有化學(xué)浸蝕作用,省掉了拋光后的浸蝕步驟。但化學(xué)拋光的試樣平整度略差些．僅適于低、中倍觀察。對于一些軟金屬,如鋅、鉛、錫、銅等。實(shí)踐證明,利用化學(xué)拋光要比機(jī)械拋光和電解拋光效果好。當(dāng)前,其應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大?；瘜W(xué)拋光液,大多數(shù)是由酸或者混合酸(如草酸、磷酸、鉻酸、醋酸、硝酸、硫酸氫氟酸等)過氧化氫及蒸餾水組成?；旌纤嶂饕鸹瘜W(xué)溶解作用,過氧化氫能增進(jìn)金屬表面的活化性,有助于化學(xué)拋光的進(jìn)行,而蒸餾水為稀釋劑。(五)浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察,只能看到光亮的磨面,如果有劃痕、水跡或材料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也能夠看出來,可是要分析金相組織還必須進(jìn)行浸蝕。浸蝕的方法有多種,最常的是化學(xué)浸蝕法,利用浸蝕劑對試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸蝕作用將組織顯露出來。圖2-3純金屬(單相均勻固溶體)的侵蝕)圖2-3純金屬(單相均勻固溶體)的侵蝕)a)b)侵蝕正常c)d)侵蝕過渡e)侵蝕效果與組織觀察示意圖純金屬(或單相均勻固溶體)的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過程。位于晶界限處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比,自由能較高,穩(wěn)定性較差,故易受浸蝕形成凹溝。晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕,大致上仍保持原拋光平面。在明場下觀察,能夠看到一個(gè)個(gè)晶粒被晶界(黑色網(wǎng)絡(luò))隔開。如圖2-3b所示。如浸蝕較深,還能夠發(fā)現(xiàn)各個(gè)晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象,如圖2-3d所示。這是因?yàn)槊總€(gè)晶粒原子排列的位向不同,浸蝕后,以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。兩相合金的浸蝕與單相合金不同,它主要是一個(gè)電化學(xué)浸蝕過程．在相同的浸蝕條件下,具有較高負(fù)電位的相(微電池陽極)被迅速溶解凹陷下去;具有較高正電位的相(微電池陰極)在正常電化學(xué)作用下不被浸蝕,保持原有的光滑平面,結(jié)果產(chǎn)生了兩相之間的高度差。以共析碳鋼層狀珠光體浸蝕為例,層狀珠光體是鐵素體與滲碳體相間隔的層狀組織。在浸蝕過程中,因鐵索體具有較高的負(fù)電位而鎖溶解,滲碳體固具有較高的正電位而被保護(hù),另外在兩相交界處鐵素體一側(cè)因被嚴(yán)重浸蝕形成凹溝。這樣在顯微鏡下能夠看到滲碳體周圍有一黑圈,顯示出兩相的存在。如圖2-4所示。圖2-4層狀珠光體的侵蝕圖2-4層狀珠光體的侵蝕a)侵蝕效果與組織觀察示意圖b)珠光體組織500×多相合金的浸蝕,同樣也是一個(gè)電化學(xué)溶解過程,原現(xiàn)與兩相合金相同．但多相合金的組成相比較復(fù)雜,用一種浸蝕劑來顯示多種相是難以作到的,只有采用選擇浸蝕法及薄膜浸蝕法等專門方法才行?；瘜W(xué)浸蝕的方法雖然很簡單,可是只有認(rèn)真對待才能制備出高質(zhì)量的試樣。將拋光后的試樣用水沖洗同時(shí)用脫脂棉擦凈磨面,然后用濾紙吸去磨畫上過多的水、吹干后用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時(shí)證明未經(jīng)過浸蝕的試樣是無法分析組織的,經(jīng)檢查后合格的試樣能夠放在漫蝕劑中,拋光面朝上,不斷觀察表面顏色的變化,這是浸蝕法。也能夠用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面,觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時(shí)即刻取出,用流動(dòng)水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精,再用濾紙吸去過多的水和酒精,迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干,完成整個(gè)制備試樣的過程．鋼及鑄鐵等黑色金屑最常見的浸蝕劑為硝酸酒精溶液(硝酸的體積分?jǐn)?shù)φHNO3=4%,習(xí)慣寫為4％硝酸酒精溶液)。浸蝕后的試樣在顯微鏡下觀察時(shí),如發(fā)現(xiàn)表面變形嚴(yán)重影響組織的清晰度時(shí),可采取后復(fù)拋光、浸蝕的辦法去除變形層。如圖2-5所示。圖2-5亞共析鋼退火組織200圖2-5亞共析鋼退火組織200×a)重復(fù)拋光、侵蝕前b)重復(fù)拋光侵蝕后四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求實(shí)驗(yàn)教師為每位學(xué)生準(zhǔn)備金相砂紙一套及玻璃板一塊,實(shí)驗(yàn)教師現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生完成試樣的打磨、拋光、漫蝕及組織觀察等,學(xué)生必須完成符合基本要求的金相試樣并經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師檢驗(yàn)合格此試驗(yàn)才算完成。五、實(shí)驗(yàn)條件待磨試樣、砂輪機(jī)、金相砂紙及玻璃板、拋光機(jī)、拋光液、吹風(fēng)機(jī)、金相顯微鏡、漫蝕劑、酒精、夾子、脫脂棉、吸水紙。六、實(shí)驗(yàn)步驟(一)磨樣領(lǐng)取待磨試樣,用砂輪機(jī)粗憋,用金相砂紙細(xì)磨,進(jìn)行機(jī)械拋光;(二)浸蝕前觀察對拋光后洗凈,吹干的試樣進(jìn)行浸蝕前的檢查;(三)浸蝕將拋光合格的試樣置于浸燭劑中浸蝕;(四)觀察金相組織對浸蝕后的試樣進(jìn)行觀察,聯(lián)系化學(xué)浸蝕原理對紐織形態(tài)進(jìn)行分。如浸蝕程度過淺,可重新浸蝕;若過深,待重新拋光后才能浸蝕;若變形層嚴(yán)重,重復(fù)拋光—浸蝕1—2次后再觀察組織清晰度的變化。七、思考題1、請簡單敘述金相試樣制備的全過程;2、談?wù)剬υ搶?shí)驗(yàn)個(gè)人的體會(huì)。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式及所要求的內(nèi)容完成。實(shí)驗(yàn)五:碳鋼及鑄鐵平衡組織的觀察與分析實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型:綜合性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)要求:必修一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?一)熟練運(yùn)用鐵碳合金相圖,提高分析鐵碳合金平衡凝固過程及組織變化的能力。(二)掌握碳鋼和白口鑄鐵的顯微組織特征。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段鐵碳合金相圖是研究碳鋼組織、確定其熱加工工藝的重要依據(jù)。按組織標(biāo)注的鐵碳相圖見圖4-1。鐵碳合金在室溫的平衡組織均由鐵素體(F)及滲碳體(Fe3C)兩相按不同數(shù)量、大小,形態(tài)和分布所組成。高溫下還有奧氏體(A)及δ固溶體相。利用圖4-1分析鐵碳合金的組織時(shí),需了解相圖中各相的本質(zhì)及其形成過程,明確圖中各線的意義,三條水平線上的反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的本質(zhì)和形態(tài),并能作出不同合金的冷卻曲線,從而得知其凝固過程中組織的變化及最后的室溫組織。根據(jù)含碳量不同,鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼及白口鑄鐵三大類?，F(xiàn)分別說明其組織形成過程及特征。圖4-1鐵碳相圖圖4-1鐵碳相圖(一)工業(yè)純鐵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.0218%的鐵碳水化合物合金稱為工業(yè)純鐵。見圖4-2。當(dāng)其冷到碳在α-Fe中的固溶度線PQ以下時(shí),將沿鐵素體晶界析出少量三次滲碳體,鐵素體的硬度高達(dá)80HB左右,而滲碳體的硬度高達(dá)800HB,因工業(yè)純鐵中的滲碳體量很少、故硬度、強(qiáng)度不高而塑膠性、圖4-2工業(yè)純鐵的顯微組織100×圖4-2工業(yè)純鐵的顯微組織100×(二)鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC在(0.0218~2.11)%之間的鐵碳合金稱為碳鋼。根據(jù)合金在相圖中的位置可分為亞共析、共析和過共析鋼。1、共析鋼WC＝0.77%,在727℃以上的組織為奧氏體,冷至727將鐵素體與滲碳體的溫合物稱珠光體(P)。室溫下珠聯(lián)璧合光體中滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為12%。慢冷所得珠光體呈片狀。圖8-4光學(xué)顯微鏡下的珠光體組織400×圖8-4光學(xué)顯微鏡下的珠光體組織400×圖8-3珠光體的電鏡組織采用電子顯微鏡倍放大能看出Fe3C薄層的厚度,見圖4-3,圖中窄條為Fe3C,寬條為F基體,兩者有明顯的分界線。在普通光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí),只能看到Fe3C成條條細(xì)黑線分布在鐵素體上,見圖4-4。位向相同的一組鐵素體加滲碳體片層,稱一個(gè)共析領(lǐng)域。當(dāng)放大倍數(shù)低,珠光體組織細(xì)密或浸蝕過深時(shí),珠光體中的片層難以分辨,呈一片暗色區(qū)域。2、亞共析鋼成分為0.0218%<WC<0.77%,組織為鐵素體加珠光體。在顯微鏡下鐵素體呈亮色,珠光體為暗色。鐵素體的形態(tài)隨合所含碳量即鐵素體量的多少而變,如WC＝0.2%時(shí),其組織的基體等軸的鐵素體晶粒,少量暗色珠光體分布在鐵素體晶料邊界或三叉界上呈不規(guī)則島狀。當(dāng)含碳量增加,組織中珠光體的量增多,至WC＝0.4%,珠光體與鐵素體的量名占一半;WC>0.5%珠光體成為鋼的基體,鐵素體呈連續(xù)或斷續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀圍繞著珠光體分布。這是由于先共析鐵素體是沿原奧氏體邊界優(yōu)先析出,至一定量后,剩余奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。不同含碳量的亞共析鋼的顯微組織見圖4-5。圖4-5亞共析鋼的顯微組織500圖4-5亞共析鋼的顯微組織500×a)20鋼b)40鋼c)60鋼3、過共析鋼成分為0.77%<WC<2.11%,但實(shí)用鋼的最大含碳量只到1.3%,因碳量再高,二次滲碳體量增多,使鋼的性能變脆。過共析鋼的組織由珠光體及二次滲碳體所組成,二次滲碳體呈網(wǎng)狀。碳量愈高,滲碳體網(wǎng)愈多、愈完整。與先共析鐵素體網(wǎng)很容易區(qū)別,若經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后,兩者雖均為亮色,但二次滲碳體網(wǎng)要細(xì)得多;若用堿性苦味酸鈉溶液浸蝕后,滲碳體變成暗色,鐵素體仍為亮色。經(jīng)不同方法浸蝕后的T12鋼組織見圖4-6a、b。圖4-6T12鋼的顯微組織500圖4-6T12鋼的顯微組織500×a)4％硝酸酒精侵蝕b)苦味酸鈉溶液熱蝕(三)白口鑄鐵1、共晶白口鐵(WC＝4.3%)此合金由液態(tài)冷卻到1148℃時(shí),全部發(fā)生共晶反應(yīng):L(4.3%→A(2.11%C)+Fe3C,所得產(chǎn)物稱萊氏體(Ld),呈豹皮狀,其中奧氏體呈短捧或小條狀分布在滲碳體基體上。在以后繼續(xù)冷卻的過程中,只有奧氏體原地發(fā)生轉(zhuǎn)變,先析出二次滲碳體,所在727℃形成珠光體。沿臭氏體邊界析出的二次滲碳體,常與共晶滲碳體連成一片,不易分辨。室溫共晶體是由奧氏體轉(zhuǎn)變來的二次滲碳體。珠光體及原共晶滲碳體所組成,稱變態(tài)萊氏體(Ld′)。所謂變態(tài)的實(shí)質(zhì)是指共晶內(nèi)部組成物改變,并非形貌改觀,在顯微鏡下觀察變態(tài)萊氏體仍呈豹皮狀,見圖4圖4-7白口鑄鐵的顯微組織圖4-7白口鑄鐵的顯微組織a)共晶400×b)亞共晶200×c)過共晶125×2、亞共晶白口鐵