材控专业《金属学及热处理》实验讲义

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目录 绪论 实验课程简介 第一部分实验一 第二部分实验二………………………………………24

目 录 绪论 实验课程简介 ………………………………………1 第一部分 实验一 ………………………………………………2 第二部分 实验二………………………………………………24

绪论 实验课程简介 基本教学内容和学时安排 实验课(&h)由2个分实验组成: 实验一(4h):铁碳合金平衡组织的金相分析 实验二(4h):铸铁、有色金属及合金显微组织分析 二、实验课程性质:必修 三、实验课程学时:8h 四、本实验课的基本理论 本实验课的基本理论来自于《金属学及热处理》、《工程材料及应用》、 《材料科学基础》、《金属材料与热处理》、《金属材料学》等课程。 五、实验课程目的 通过本实验,使学生掌握金属材料制备及微观组织分析的基本方法 和技能,增强对《金属学及热处理》等课程的理论知识的学习和理解, 为本科毕业设计和研究生阶段的学习、提高学生实践能力和培养综合分 析能力和创新意识打下基础。 六、适用学科和专业 适用材料学科:材料科学与工程专业、材料成型与控制专业

1 绪论 实验课程简介 一、 基本教学内容和学时安排 实验课（8h）由 2 个分实验组成： 实验一（4h）： 铁碳合金平衡组织的金相分析 实验二（4h）： 铸铁、有色金属及合金显微组织分析 二、 实验课程性质：必修 三、 实验课程学时： 8h 四、 本实验课的基本理论 本实验课的基本理论来自于《金属学及热处理》、《工程材料及应用》、 《材料科学基础》、《金属材料与热处理》、《金属材料学》等课程。 五、 实验课程目的 通过本实验，使学生掌握金属材料制备及微观组织分析的基本方法 和技能，增强对《金属学及热处理》等课程的理论知识的学习和理解， 为本科毕业设计和研究生阶段的学习、提高学生实践能力和培养综合分 析能力和创新意识打下基础。 六、 适用学科和专业 适用材料学科：材料科学与工程专业、材料成型与控制专业

第一部分实验一:铁碳合金平衡组织的金相分析 第一章金相显微镜的使用和金相试样的制备 实验目的 1.初步掌握金相显微镜的原理及使用方法。 2.掌握金相试样的制备方法 二、实验概述 金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试祥放在金相 显微镜下进行放大和观察,可以研究金属组织与其成分和性能之间的关系,确定各 种金属经不同加工及热处理后的显微组织;鉴别金属材料质量的优劣,如各种非金 属夹杂物在组织中的数量及分布情况,以及金属晶粒度大小等。因此,利用金相显 微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料硏究中的一种基本实验技术。 简单地讲,金相显微镜是利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察的 在生产与科研中,经常需要利用金相显微镜对金属材料的显微组织进行检验和 分析。由于金相显微镜是借助试样表面对光线的反射来呈现显微组织状态的,所以 首先要把样品观察面制成光滑平面,而后通过浸蚀使其不同组织显示出微观的凹凸 不平,从而在显微镜下观察到亮暗不同的显微组织特征。为了得到合格的金相显微 试样,避免因出现假象而导致错误的判断,需要掌握正确的制样方法。 下面分别介绍金相显微镜的基本原理和使用方法,以及金相制样方法。 金相显微镜的原理及使用 1、金相显微镜的光学放大原理 金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的,其基本原理如图1-1所示。光学系 统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体AB的一组透镜叫物 镜O1;对着眼睛的一组透镜叫目镜Oε现代显微镜购物镜和目镜都是由复杂的透镜 系统所组成,放大倍数可提高到1600-2000倍 当被观察物体AB置于物镜前焦点略远处时,物体的反射光线穿过物镜经折射 后,得到一个放大的倒立实像A′B′(称为中间像)。若A′B′处于目镜焦距之内, 体时最适宜的距离是250mm(称为明视距离),因此在显微镜设计上,应让虚像AB 则通过目镜观察到的物像是经目镜再次放大了的虚像A"B”。由于正常人眼观察 正好落在距人眼25mm处,以使观察到的物体影像最清晰

2 第一部分 实验一：铁碳合金平衡组织的金相分析 第一章 金相显微镜的使用和金相试样的制备 一、实验目的 1. 初步掌握金相显微镜的原理及使用方法。 2. 掌握金相试样的制备方法。 二、实验概述 金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试祥放在金相 显微镜下进行放大和观察，可以研究金属组织与其成分和性能之间的关系，确定各 种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优劣，如各种非金 属夹杂物在组织中的数量及分布情况，以及金属晶粒度大小等。因此，利用金相显 微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究中的一种基本实验技术。 简单地讲，金相显微镜是利用光线的反射将不透明物件放大后进行观察的。 在生产与科研中，经常需要利用金相显微镜对金属材料的显微组织进行检验和 分析。由于金相显微镜是借助试样表面对光线的反射来呈现显微组织状态的，所以 首先要把样品观察面制成光滑平面，而后通过浸蚀使其不同组织显示出微观的凹凸 不平，从而在显微镜下观察到亮暗不同的显微组织特征。为了得到合格的金相显微 试样，避免因出现假象而导致错误的判断，需要掌握正确的制样方法。 下面分别介绍金相显微镜的基本原理和使用方法，以及金相制样方法。 三、金相显微镜的原理及使用 1、 金相显微镜的光学放大原理 金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的，其基本原理如图 1-1 所示。光学系 统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体 AB 的一组透镜叫物 镜 O1；对着眼睛的一组透镜叫目镜 O2。现代显微镜购物镜和目镜都是由复杂的透镜 系统所组成，放大倍数可提高到 1600-2000 倍。 当被观察物体 AB 置于物镜前焦点略远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射 后，得到一个放大的倒立实像 A′B′(称为中间像)。若 A′B′处于目镜焦距之内， 则通过目镜观察到的物像是经目镜再次放大了的虚像 A″B″。由于正常人眼观察物 体时最适宜的距离是250mm(称为明视距离)，因此在显微镜设计上，应让虚像A″B″ 正好落在距人眼 250mm 处，以使观察到的物体影像最清晰

目镜 物镜 图1-1金相显微镜的光学放大原理示意图 2、金相显微镜的主要性能 (1)放大倍数显微镜的放大倍数为物镜放大倍数M物和目镜放大倍数M的 乘积,即: M=M+ XMI=F'TR 式中,f物一物镜的焦距,f目一目镜的焦距;L一显微镜的光学镜筒长度;D 明视距离(250mm)。f物,f越短或L越长,则显微镜的放大倍数越高。有的小型 显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数,因为它的镜筒长度比一般显微镜短些。显 微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数可达100倍,目 镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜筒上,均标注有放大倍数。放大倍数常 用符号“×”表示,如100×,200×等 (2)鉴别率金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距 离d的能力。d值越小,鉴别率越髙。根据光学衍射原理,试样上的某一点通过物镜 成像后,我们看到的并不是一个真正的点像,而是具有一定尺寸的白色团斑,四周 围绕着许多衍射环。当试样上两个相邻点的距离极近时,成像后由于部分重迭而不 能分清为两个点。只有当试样上两点距离达到某一d值时,才能将两点分辨清楚 显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长(入)和物镜的数值孔径(A),而d与目 镜无关,其d值可由下式计算 d 2A 在一般显微镜中,光源的波长可通过加滤色片来改变。例如,蓝光的波长(λ 044μ)比黄绿光(λ=0.55u)短,所以鉴别率较黄绿光高25%。当光源的波长一定时, 可通过改变物镜的数值孔径A来调节显微镜的鉴别率。 (3)物镜的数值孔径物镜的数值孔径表示物镜的聚光能力,如图1-2所示。 数值孔径大的物镜聚光能力强,能吸收更多的光线,使物象更清晰。数值孔径A可 由下式计算: A=n·sinφ

3 图 1-1 金相显微镜的光学放大原理示意图 2、 金相显微镜的主要性能 (1) 放大倍数 显微镜的放大倍数为物镜放大倍数 M 物和目镜放大倍数 M 目的 乘积，即： 式中，f 物一物镜的焦距，f 目一目镜的焦距；L 一显微镜的光学镜筒长度；D 一明视距离(250mm)。f 物，f 目越短或 L 越长，则显微镜的放大倍数越高。有的小型 显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微镜短些。显 微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数可达 100 倍，目 镜的放大倍数可达 25 倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放大倍数。放大倍数常 用符号“×”表示，如 100×，200×等。 (2) 鉴别率 金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距 离 d 的能力。d 值越小，鉴别率越高。根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜 成像后，我们看到的并不是一个真正的点像，而是具有一定尺寸的白色团斑，四周 围绕着许多衍射环。当试样上两个相邻点的距离极近时，成像后由于部分重迭而不 能分清为两个点。只有当试样上两点距离达到某一 d 值时，才能将两点分辨清楚。 显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长(λ)和物镜的数值孔径(A)，而 d 与目 镜无关，其 d 值可由下式计算： 在一般显微镜中，光源的波长可通过加滤色片来改变。例如，蓝光的波长(λ＝ 0.44μ)比黄绿光(λ＝0.55μ)短，所以鉴别率较黄绿光高 25％。当光源的波长一定时， 可通过改变物镜的数值孔径 A 来调节显微镜的鉴别率。 (3) 物镜的数值孔径 物镜的数值孔径表示物镜的聚光能力，如图 1-2 所示。 数值孔径大的物镜聚光能力强，能吸收更多的光线，使物象更清晰。数值孔径 A 可 由下式计算： A＝n·sinφ