XB-1型金相显微镜的结构如图16所示。由灯泡发出一束光线，经聚光镜组及反光镜 被汇聚在孔径光阑上，然后经过聚光镜，再度将光线聚集在物镜的后焦面上，最后经过物镜， 使试样表面得到充分均匀的照明。从试样反射回来的光线复经物镜、辅助透镜、半反射镜以 及棱镜，形成一个物体的倒立放大实像。该像再经场透镜和目透镜组成的目镜放大，即可得 到所观察的试样表面的放大图像。 XJB-1型金相显微镜各部件的功能及使用简单介绍如下。 (1)图明系绞。在底座内转右作为光源的低压(6~8V,15W)打泡，由变压器路压供 电，靠调节次级电压 6 一8V)来政变灯光的亮度。聚光镜、反光镜及孔径光 圆形底座上，视场光闲网及另一聚光镜安在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表 面获得充分、均匀的照明。 (2)调焦装置。在传动箱⑤的两侧有粗动和微动调焦手轮（©和⑦），转动粗调焦手轮 可使支承载物台的弯臂做上下移动。微调焦手轮转动时仅使弯臂上下缓慢移动。 3 12 )四 a)结构图 光学系统图 图1.6XB-1型金相显微镜 (③)载物台。载物台①用于放置金相试样，它与下面托盘之间用导架连接，移动结构采 用粘性油膜连接，在手的推动下，可使载物台微水平移动，以改变试样的观察部位。 (4)孔径光阑和视场光阑。孔径光阑0装在照明反射镜座上面，刻有0一5分刻线上，它 表示孔径大小的毫米数，视场光阑)装在物镜支架下面，可以旋转滚花套圈来调节视场光阑 大小。在套圈上方有两个滚花螺钉，用来调节视场光阑中心，通过调节孔径和视场光闲的大 小，可以提高后映像的质量。 (⑤)物镜转换器和物镜。物镜转换器④呈球面形，上面有三个螺孔，物镜②装在螺孔中 旋转转换器可使物镜镜头进入光路，并与不同的目镜匹配成各种放大倍数。 (6)目镜管和目镜。目镜管⑩呈45°倾斜式安装在附有棱镜的半球形座上
6 XJB-1 型金相显微镜的结构如图 1.6 所示。由灯泡发出一束光线，经聚光镜组及反光镜 被汇聚在孔径光阑上，然后经过聚光镜，再度将光线聚集在物镜的后焦面上，最后经过物镜， 使试样表面得到充分均匀的照明。从试样反射回来的光线复经物镜、辅助透镜、半反射镜以 及棱镜，形成一个物体的倒立放大实像。该像再经场透镜和目透镜组成的目镜放大，即可得 到所观察的试样表面的放大图像。 XJB-1 型金相显微镜各部件的功能及使用简单介绍如下。 (1) 照明系统。在底座内装有作为光源的低压（6～8V，15W）灯泡，由变压器降压供 电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。聚光镜、反光镜及孔径光阑⒁等均装在 圆形底座上，视场光阑⒀及另一聚光镜安在支架上，它们组成显微镜的照明系统，使试样表 面获得充分、均匀的照明。 (2) 调焦装置。在传动箱⑤的两侧有粗动和微动调焦手轮（⑥和⑦），转动粗调焦手轮 可使支承载物台的弯臂做上下移动。微调焦手轮转动时仅使弯臂上下缓慢移动。 (a) 结构图 (b) 光学系统图 图 1.6 XJB-1 型金相显微镜 (3) 载物台。载物台①用于放置金相试样，它与下面托盘之间用导架连接，移动结构采 用粘性油膜连接，在手的推动下，可使载物台做水平移动，以改变试样的观察部位。 (4) 孔径光阑和视场光阑。孔径光阑⒁装在照明反射镜座上面，刻有0～5分刻线上，它 表示孔径大小的毫米数，视场光阑⒀装在物镜支架下面，可以旋转滚花套圈来调节视场光阑 大小。在套圈上方有两个滚花螺钉，用来调节视场光阑中心，通过调节孔径和视场光阑的大 小，可以提高后映像的质量。 (5) 物镜转换器和物镜。物镜转换器④呈球面形，上面有三个螺孔，物镜②装在螺孔中， 旋转转换器可使物镜镜头进入光路，并与不同的目镜匹配成各种放大倍数。 (6) 目镜管和目镜。目镜管⑩呈 45º倾斜式安装在附有棱镜的半球形座上
3、显徽镜操作和注意事项 金相显微镜是贵重的精密光学仪器，在使用中必须十分爱护，自觉遵守操作程序。 a.显微镜的操作规程 ()选用适当载物台，将试样放在载物台上。 (2)按观察需要，选择物镜和目镜，转动粗调焦手轮，升高载物台，并将物镜和目镜分 别装在物镜转换器及目镜管上。 (3③)将灯泡的导线插头插入5V或6V变压器上（照相时用8V),并把变压器与电源相 接，使灯泡发亮。 (4)转动粗调焦手轮，使载物台下降，待看到组织后，再转动微调焦手轮直至图像清晰 为止。 (⑤)缩小视场光阑，使其中心与目镜视场中心大致重合，然后打开视场光闹，使其边缘 轮廓刚好消失于日镜视场之外。 (6)根据所观察试样的要求，调整孔径光阑的大小。 b.注意事项 (1)不能用手触摸目镜、物镜镜头。 (2)不能用手触摸金相试样的观察面，要保持干净，观察不同部位组织时，可以平推载 物台，不要挪动试样，以免划伤观察表面。 (③)照明灯泡电压一般为6、8V,必须通过降压变压器使用，千万不可将灯泡插头直 接插入220V电源，以免烧毁灯泡。 (4)操作要细心，不得有粗暴和刷烈的动作，调焦距时要慢慢下降载物台()使试样接近 物镜，但不要碰到物镜，以免损伤物镜。 (⑤使用中出现故障和向题，立即报告指导教师处理。 (⑥)使用完毕后，把显微镜恢复到使用前的状态并罩好显微镜，方可离开实验室
7 3、显微镜操作和注意事项 金相显微镜是贵重的精密光学仪器，在使用中必须十分爱护，自觉遵守操作程序。 a. 显微镜的操作规程 (1) 选用适当载物台，将试样放在载物台上。 (2) 按观察需要，选择物镜和目镜，转动粗调焦手轮，升高载物台，并将物镜和目镜分 别装在物镜转换器及目镜管上。 (3) 将灯泡的导线插头插入 5V 或 6V 变压器上（照相时用 8V），并把变压器与电源相 接，使灯泡发亮。 (4) 转动粗调焦手轮，使载物台下降，待看到组织后，再转动微调焦手轮直至图像清晰 为止。 (5) 缩小视场光阑，使其中心与目镜视场中心大致重合，然后打开视场光阑，使其边缘 轮廓刚好消失于目镜视场之外。 (6) 根据所观察试样的要求，调整孔径光阑的大小。 b. 注意事项 (1) 不能用手触摸目镜、物镜镜头。 (2) 不能用手触摸金相试样的观察面，要保持干净，观察不同部位组织时，可以平推载 物台，不要挪动试样，以免划伤观察表面。 (3) 照明灯泡电压一般为 6V、8V，必须通过降压变压器使用，千万不可将灯泡插头直 接插入 220V 电源，以免烧毁灯泡。 (4) 操作要细心，不得有粗暴和剧烈的动作，调焦距时要慢慢下降载物台(1)使试样接近 物镜，但不要碰到物镜，以免损伤物镜。 (5) 使用中出现故障和问题，立即报告指导教师处理。 (6) 使用完毕后，把显微镜恢复到使用前的状态并罩好显微镜，方可离开实验室
实验二铁碳合金的平衡组织 一、实验目的 1、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。 2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之 间的相互关系。 二、实验原理 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指 合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态 即接近平衡状态)所得到的组织。我们可根据 Fe-FeC相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如图2.1所示）。 铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属 材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析， 有助于加深对Fe-Fe,C相图的理解 从Fe-FcC相图」 可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体(F)和渗磷 体（©，C)这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出 条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态 各种不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表21。 A 10 aoe 图2.1Fc-Fc:C相图 用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物， (I)铁素体(F) 一-是碳在aFe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良 好塑性，硬度较低。用3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒：亚 共析钢中铁素体呈块状分布：当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠 光体周围。 (2)渗碳体(FeC) 一是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.67% 质硬而脆 耐腐蚀性强，经3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀、 则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照 成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体 中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状：二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的， 往往呈网络状沿奥氏体晶界分布：三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状有 在于铁素体品界处，数量极微，可忽略不计
8 实验二 铁碳合金的平衡组织 一、实验目的 1、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。 2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之 间的相互关系。 二、实验原理 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指 合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。我们可根据 Fe-Fe3C 相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如图 2.1 所示）。 铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属 材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析， 有助于加深对 Fe-Fe3C 相图的理解。 从 Fe-Fe3C 相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳 体（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出 条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。 各种不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表 2-1。 图 2.1 Fe-Fe3C 相图 用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。 (1) 铁素体（F）——是碳在α -Fe 中的固溶体。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良 好塑性，硬度较低。用 3～4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚 共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠 光体周围。 (2) 渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为 6.67%，质硬而脆， 耐腐蚀性强，经 3～4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀， 则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照 成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体 中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的， 往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存 在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计
表2-1各种铁碳合金在室温下的显微组织 类型 含碳量（购 显微组织 浸蚀剂 工业纯铁 <0.02 铁素体 4%硝酸酒精溶液 亚共析钢 0.02-0.8 铁素体+珠光体 4%硝酸酒精溶液 共析钢 0.8 珠光体 4%硝酸酒精溶液 过共析钢 0.8-2.06 跌光体+一次渗碳体 4%硝酸酒精溶液 亚共品白口铁 2.064.3 珠光体+二次渗碳体+莱氏价 4%硝酸酒精溶液 共品白口铁 4.3 菜氏体 4%硝酸酒精溶液 过共品白口铁43一667 莱氏体+一次渗碳体 4%硝酸酒精溶液 (3)珠光体(P) 一是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁 素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同的放大 倍数下可以看到不同特征的珠光体组织（如图22所示）。在高倍放大时能清楚地看到珠光 体中片层相间的宽条铁素体和细条渗碳体：当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于 的厚度 这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，当组织较细而放大倍数轼 低时，珠光体的片层就不能分，而呈黑色。 a)500x (b)1500× ⊙A (c)7000X 图22不同放大倍数下的珠光体显微组织
9 表 2-1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 类型 含碳量(%) 显微组织 浸蚀剂 工业纯铁 ＜0.02 铁素体 4%硝酸酒精溶液 碳 钢 亚共析钢 0.02～0.8 铁素体+珠光体 4%硝酸酒精溶液 共析钢 0.8 珠光体 4%硝酸酒精溶液 过共析钢 0.8～2.06 珠光体+二次渗碳体 4%硝酸酒精溶液 白 口 铸 铁 亚共晶白口铁 2.06～4.3 珠光体+二次渗碳体+莱氏体 4%硝酸酒精溶液 共晶白口铁 4.3 莱氏体 4%硝酸酒精溶液 过共晶白口铁 4.3～6.67 莱氏体+一次渗碳体 4%硝酸酒精溶液 (3) 珠光体（P）——是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁 素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同的放大 倍数下可以看到不同特征的珠光体组织（如图 2.2 所示）。在高倍放大时能清楚地看到珠光 体中片层相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于 渗碳体片的厚度，这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，当组织较细而放大倍数较 低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。 (a) 500× (b) 1500× (c) 7000× 图 2.2 不同放大倍数下的珠光体显微组织
表2-2各类组织组成物的机械性能 能 硬度 抗拉蛋 断面收缩 断后伸长率 冲击功 (HB) R(MPa) Z(%) A%) Ag(J) 铁素休 6000 120230 6075 40~50 160 渗碳休 750-820 3035 0 片状珠光停 190-230 860-900 10~15 9-12 2432 球状珠光体 160-190 650-750 18-25 18-25 3237 高碳工具钢（过共析钢）经球化退火处理后还可获得球状珠光体组织。 上述各类组织组成物的机械性能见表2-2。 (4)莱氏体(Ld') 在室温时由珠光体及二次渗碳体和渗碳体所组成的机械混合物 含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在147℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体 其中奥 体冷却时析出二次姿碳体，并在723℃以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白 色的渗碳体基体上相间地分布若暗黑色斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连 在一起，从形态上难以区分。莱氏体的金相特征可参看图2.7。 根据组织特点及碳含量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。 1、工业纯铁 纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量<0.02%的铁碳合金通常称为工业纯铁，它 为两相组织，即由铁素体和少最三次渗碳体组成。图23所示为工业纯铁的显微组织，其中 黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基体则是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以 看到不连续的满片状三次渗碳体。 图2.3工业纯铁显微组织200× 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 2、钢 鼠在0%0范用内，其组织由铁专林味花体包 最的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多，两者的相对数量可由杠 杆定律求得。例如：含碳量为0.45%的钢（45钢)珠光体的相对量为 0%)=045100%=566,铁素休的相对量为F(%-08845×100%=449%, 另外，也可通过直接在显微镜下观察珠光体和铁素体各自所占面积的百分数，近似地计 算出钢的碳含量，即碳含量≈P×0.8%,其中P为珠光体所占面积百分数。例如：在显微镜 下观察到有50%的面积为珠光体，50%的面积为铁素体，则此钢的含碳量
10 表 2-2 各类组织组成物的机械性能 硬度 (HB) 抗拉强度 Rm (MPa) 断面收缩率 Z(%) 断后伸长率 A(%) 冲击功 AK(J) 铁素体 60～90 120～230 60～75 40～50 160 渗碳体 750～820 30～35 —— —— ≈0 片状珠光体 190～230 860～900 10～15 9～12 24～32 球状珠光体 160～190 650～750 18～25 18～25 32～37 高碳工具钢（过共析钢）经球化退火处理后还可获得球状珠光体组织。 上述各类组织组成物的机械性能见表 2-2。 (4) 莱氏体（Ld′）——在室温时由珠光体及二次渗碳体和渗碳体所组成的机械混合物。 含碳量为 4.3%的共晶白口铸铁在 1147℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏 体冷却时析出二次渗碳体，并在 723℃以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白 色的渗碳体基体上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连 在一起，从形态上难以区分。莱氏体的金相特征可参看图 2.7。 根据组织特点及碳含量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。 1、工业纯铁 纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量＜0.02%的铁碳合金通常称为工业纯铁，它 为两相组织，即由铁素体和少量三次渗碳体组成。图 2.3 所示为工业纯铁的显微组织，其中 黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基体则是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以 看到不连续的薄片状三次渗碳体。 图 2.3 工业纯铁显微组织 200× 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 2、钢 (1) 亚共析钢 亚共析钢的含碳量在 0.02%～0.8%范围内，其组织由铁素体和珠光体所组成。随着含碳 量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多，两者的相对数量可由杠 杆 定 律 求 得 。 例 如 ： 含 碳 量 为 0.45% 的 钢 （ 45 钢 ） 珠 光 体 的 相 对 量 为 0 45 P(%) 100 56 0 8 . % % . ，铁素体的相对量为 0 8 0 45 F(%)= 100 44 0 8 . . % % . 。 另外，也可通过直接在显微镜下观察珠光体和铁素体各自所占面积的百分数，近似地计 算出钢的碳含量，即碳含量≈P×0.8%，其中 P 为珠光体所占面积百分数。例如：在显微镜 下观察到有 50% 的 面 积 为 珠 光 体 ， 50% 的 面 积 为 铁 素 体 ， 则 此 钢 的 含 碳 量 性 组 能 成 物