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1、金相试样的制备及金相显微镜 使用实验讲解 材料科学与工程学院 张进 一.实验内容 1. 试样的取样、镶嵌、磨制、抛光； 2. 浸蚀剂的选取，试样的浸蚀。 二.实验目的 1了解金相试样的制备过程； 2初步掌握金相试样制备、浸蚀的基本方法。 金相试样的制备 三.实验条件及要求 1. 设备：金相切割机、砂轮机、镶嵌机、预磨机 、抛光机、吹风机、显微镜。 2. 材料：金相砂纸、抛光粉、抛光布、浸蚀剂、 棉球、酒精。 3. 试样：中低碳钢（淬火、退火、调质） 要求：独立制备试样，试样无明显划痕、扰乱层等 缺陷，腐蚀情况适当。 l四. 实验相关知识 l 在科研和实验中，人们经常借助于金相显微镜 对金属材料
2、进行显微分析和检测，以控制金属材料 的组织和性能。在进行显微分析前，首先必须制备 金相试样，若试样制备不当，就不能看到真实的组 织，也就得不到准确的结论。 l金相试样制备过程包括：取样（镶嵌）、磨制、抛 光和浸蚀。 l1、取样部位的选择应根据检验的目的选择有代表性 的区域。一般进行如下几方面的取原材料及锻件的 取样：原材料及锻件的取样主要应根据所要检验的 内容进行纵向取样和横向取样。 l纵向取样检验的内容包括：非金属夹杂物的类型、 大小、形状；金属变形后晶粒被拉长的程度;带状组 织等。 l横向取样检验的内容包括：检验材料自表面到中心 的组织变化情况；表面缺陷；夹杂物分布,金属表面 渗层及覆盖层
3、。 l取样的方法：取样的方法因为材料的性能不一样， 有硬有软，所以取样的方法也不一样。软材料可用 锯、车、铣、刨等来截取；对于硬的材料则用金相 切割机或线切割机床截取，切割时要用水冷却，以 免试样受热引起组织变化；对硬而脆的材料，可用 锤击碎，选取合适的试样。 l试样的大小以便于拿在手里磨制为宜，通常一般为 1215mm 圆柱体121215mm 正方体。 l镶嵌：截取好的试样有的过于细小或是薄片、碎片， 不宜磨制或要求精确分析边缘组织的试样就需要镶嵌 成一定的形状和大小。常用的镶嵌方法有机械镶嵌、 塑料镶嵌或环氧树脂冷嵌。如图1-1 所示。 l机械镶嵌：用不同的夹具将不同外形的试样夹持。夹 持
4、时，夹具与试样之间、试样和试样之间应放上填片 ，填片应采用硬度相近且电位高的金属片，以免浸蚀 试样时填片发生反应，影响组织显示。 l塑料镶嵌：是在专用镶嵌机上进行，常用材料是电木 粉，电木粉是一种酚醛树脂，不透明，有各种不同的 颜色。镶嵌时在压模内加热加压，保温一定时间后取 出。优点是操作简单，成型后即可脱模，不会发生变 形。缺点是不适合淬火件。对于一些不能加热和加压 的试样可采用环氧树脂冷嵌。 l2.磨光 l目的是得到一个平整光滑的表面。磨光可分粗磨和细 磨。 l粗磨：一般材料可用砂轮机将试样磨面磨平；软材料 可用锉锉平，磨时要用水冷却，以防止试样受热改变 组织。不需要检查表层组织的试样要倒
5、角倒边。（目 的主要是修整，磨平，倒角） 细磨：目的是消除粗磨留下的划痕，为下一步的抛光 作准备，细磨又分为手工细磨和机械细磨。 手工细磨：（干磨和湿磨 ）选用不同粒度的金相砂 纸（01、02、03、04、05、06），由粗到细进行磨制 。磨时将砂纸放在玻璃板上，手持试样单方向向前推 磨，切不可来回磨制，用力均匀，不宜过重。每换一 号砂纸时，试样磨面需转90，与旧划痕垂直，以此 类推，直到旧划痕消失为止。试样细磨结束后，用水 将试样冲洗干净待抛。 l机械细磨：是在专用的机械予磨机上进行。将不同 号的水砂纸剪成圆形，置于予磨机圆盘上，并不断 注入水，就可进行磨光，其方法与手工细磨一样， 即磨好一
6、号砂纸后，再换另一号砂纸，试样同样转 90，直到800 号为止。 l3.抛光 l目的是去除试样磨面上经细磨留下的细微划痕，使试 样磨面成为光亮无痕的镜面。 l抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光。 l最常用的是机械抛光。机械抛光在金相抛光机上进行 。抛光时，试样磨面应均匀的轻压在抛光盘上。并将 试样由中心至边缘移动。并做轻微逆抛光盘转动。在 抛光过程中要以量少次数多和由中心向外扩展的原则 不断加入抛光微粉乳液，抛光应保持适当的湿度，因 为太湿降低磨削力，使试样中的硬质相呈现浮雕。 表表1 1常用的抛光微粉常用的抛光微粉 l4.金相试样的显示 l 抛光后的金相试样置于金相显微镜下观察仅能看 到铸铁
7、中的石墨、非金属夹杂物。金相组织只有显 示后才能看到，金相组织显示的方法有化学浸蚀法 ，电解浸蚀法，物理浸蚀法。常用的是化学浸蚀法 。 化学浸蚀法就是利用化学试剂对试样表面进行溶 解或电化学作用来显示金属的组织。纯金属及单相合 金的浸蚀是一个化学溶解过程，因为晶界原子排列较 乱，不稳定，在晶界上的原子具有较高的自由能，晶 界处就容易浸蚀而下凹，来自显微镜的光线在凹处就 产生漫反射回不到目镜中，晶界呈现黑色，见图1-2a 。 两相合金的浸蚀与纯金属截然不同，它主要是 一个电化学过程。因为不同的相具有不同的电位，当 试样浸蚀时，就形成许多微小的局部电池，具有较高 负电位的一相为阳极被迅速溶解，而逐
8、渐凹洼，具有 较高正电位的一相为阴极，不被浸蚀，保持原有的平 面，两相形成的电位差越大，浸蚀速度越快，在光线 的照射下，两个相就形成了不同的颜色，凹洼的部分 呈黑色，凸出的一相发亮呈白色。 常见问题 浸蚀不均匀； 氧化（红锈）； 浸蚀不足或过度。 l5. 化学操作注意事项 l(1) 试样进行化学浸蚀时应在专用的实验台上进行 ，对有毒的试剂应在抽风橱内进行。 l(2) 试样浸蚀前应清洗干净，磨面上不允许有任何 赃物以免影响浸蚀效果。 l(3) 根据材料和检验要求正确选择浸蚀剂见表2。 l(4) 注意掌握浸蚀时间，一般是磨面由光亮逐渐失 去光泽而变成银灰色或灰黑色。主要根据经验确定 。通常高倍观察
9、时浸蚀宜浅，低倍观察可深些。 l(5) 试样浸蚀适度后，应立即用清水冲洗干净，滴 上乙醇吹干，即可进行显微分析。 l6. 思考题 l根据自己的实践体会，在制备金相试样时应注意哪 些事项？ 金相显微镜的使用 显微镜的基本构造 M = M物M目 放大倍数 显微镜二级放大原理 （物镜的）数值孔径和鉴别率 物镜的数值孔径（N.A）表示物镜的聚光能力，增强物镜的聚 光能力可提高物镜的鉴别率。 因sin小于1，所以空气为介质的干系统物镜，N.A1， 目前最高可达0.95；用油作介质，可提高物镜的聚光能力 物镜的鉴别率指物镜所清晰分辨出物体相邻两点的最小距离d ，与数值孔径N.A有如下关系： 数值孔径与有效
10、放大倍数 人眼在250mm处的鉴别率为0.150.30mm，要使物镜可分辨的 最近两点的距离d能为人眼所分辨，则必须将d放大到 0.150.30mm，即：dM=0.150.30mm M称为有效放大倍数，物镜应在这两个放大倍数范围内使用 。 若不足500N.A，未能充分发挥物镜的功能； 若大于1000N.A，只是“虚放大”，因不能分辨更多的细节。 景深度 物镜对高低不平的组织所有的清晰造像能力，称景深度， 即物镜的垂直分辨能力，它与数值孔径、放大倍数成反比。 数值孔径越大，垂直分辨能力越低。 目镜 目镜是用来观察由物镜所成像的放大镜。其作用是使在显微 观察时于明视距离处形成一个清晰放大的虚像；
11、而摄影时，通过投射目镜使在承影屏上得到一个放大的实像 。 显微镜是精密光学仪器，使用时必须了解其基本原理及操 作规程，认真维护、保管，细心使用。 （1）操作时双手及样品干净，不允许把侵蚀未干的试样在 显微镜下观察，以免腐蚀物镜。 （2）调焦时，先转动粗调，使物镜尽量接近试样（目测）， 然后一边从目镜中观察，一边调节粗调螺丝使物镜慢慢 上升直到看到组织，再用微调至清晰为止。 （3）显微镜光学部分严禁用手或手帕等去擦，必须用专用 的驼毛刷或镜头纸轻轻擦试。 （4）使用中若发生故障，应立即报告老师，不得自行拆动。 实 用 金 相 图 谱 库 系 统 http:/124.89.118.230/index.asp http:/117.32.131.187/ 观察试样的显微组织并绘制组织图（50毫米圆形，图下标 注材料名称、热处理规程、总放大倍数、浸蚀剂、样品组织 等项）。 相关参数
