金相分析及热处理综合实验指导书一、实验目的及要求本实验为综合性实验，要求学生在老师指导下独立完成，包括：原材料检测（金相组织、硬度）→ 热处理（去应力火）→ 终检（金相组织、硬度）的全过程并得出相关实验结果1．熟悉金相分析基本方法（金相试样的制备、观察、金相显微镜的使用） ；2．熟悉钢的热处理工艺及操作（退火工艺、热处理炉的使用） ；3．熟练掌握洛氏硬度仪的操作，了解工业生产中常用硬度检测方法二、实验设备及材料1．设备金相显微镜、热处理炉及控温仪表、洛氏硬度计、砂轮机、预磨机、抛光机、吹风机2．试样材料20、45、T10(任选一种) 3．消耗材料Cr203 抛光液、4％硝酸酒精溶液、棉花、水砂纸、金相砂纸、抛光布、水三、实验步骤及方法两人一个试样，做完该试样实验的全过程金相试样的制备过程主要步骤有：1．取样（已完成 45 号钢 φ20×25）试样通常选取圆柱体或正方体试样可用手锯（软质）或薄片砂轮/切割机床（硬质）等切取或锤击成块（脆性） 应注意试样的温度条件，必要时用水冷却，以避免正式试样因过热而改变其组织2．镶嵌（不需要）对不规则的材料，如果试样太小，直接用手磨制困难，可将其镶嵌在低熔点合金或塑料中。
因此本实验金相试样制备过程的步骤如下：试样制备 显微观察 测试硬度 退火处理3．磨制（1）粗磨用砂轮或锉刀将已截取试样去除飞边、毛刺、尖角等，将试样待观察面制成平面，可先在粗砂轮上磨平，候磨痕均匀一致后，即移至细砂轮上续磨，磨时须用水冷却试样，使金属的组织不因受热而发生变化粗磨 （2）细磨经砂轮磨好、洗净、吹干后的试样，随即依次在由粗到细的各号砂纸上磨制方法：①将砂纸放在玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，并使磨面朝下，均匀用力（轻微压力）沿直线向前推行，返回时试样要离开砂纸，如此反复，直至磨面上的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致时为止注意磨制以“单程单向”方式重复进行②从粗砂纸换到细砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除干净，并使试样的磨制方向调转 90°，与旧磨痕成垂直方向4．抛光目的是去除细磨时留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光本实验采用机械抛光先在抛光机上进行粗抛光（抛光织物为细绒布、抛光液为 W2.5 金刚石抛光膏） ，然后进行精抛光（抛光织物为锦丝绒，抛光液为 W1.5 金刚石抛光膏） 抛光到试样上的磨痕完全除去而表面像镜面时为止，即粗糙度为 Ra0.04 以下。
抛光时应在抛光盘上不断滴注抛光液，抛光液采用 Cr2O3 细粉末在水中的悬浮液5．浸蚀（浸蚀剂为 3-5％硝酸酒精溶液 ）目的是使试样磨面的显微组织显露出来，便于观察分析方法：化学浸蚀法将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面时间要适当，一般磨面发暗时就可停止，如浸蚀不足可重复浸蚀；如浸蚀过度，则需重新抛光后，再来一次 6．冲洗吹干浸蚀后的表面先用清水冲洗，再用酒精冲洗用吹风机吹干试样或用棉球擦干后即可进行观察7．显微观察（-200 金相显微镜）要求画出观察到的组织示意图，标明材料牌号、放大倍率、浸蚀剂及所观察到的组织组成物的名称8．硬度测试HR-150A 洛氏硬度计或 HRD-150 电动洛氏硬度计或 TH320 全洛氏硬度计要求记录测试的数据，每个试样在不同部位（可在同一圆周上）测三个点，取其平均值9．热处理SX 系列或 SG 系列或 RJM 系列热处理炉同种牌号试样放同一热处理炉进行热处理，并依据铁碳相图上的临界温度确定好热处理温度及保温时间退火时，试样用钳子夹好，出炉、入水迅速，并不断在水中搅动，以保证热处理质量取放试样时炉子要断电热处理后的试样用砂纸磨去两端氧化皮重复第 3~11 步操作。
四、实验结果记录材料的牌号：热处理工艺：加热温度 保温时间 冷却方式 热处理前 热处理后硬度值： 硬度值：组织组成： 组织组成：处理状态： 处理状态：示意图：放大倍率： 浸蚀剂： 示意图：放大倍率： 浸蚀剂： 五、实验报告要求1．写出实验目的；2．写出实验过程；3．实验结果记录，示意图上应标明组织组成物名称；4．根据热处理原理，分析热处理前后的组织变化情况，对比热处理前后的硬度值，分析硬度值变化的原因；5．本次实验的体会提示：可围绕“为什么试样经过磨制、抛光、浸蚀后，才能在显微镜下看到其金相组织？” “如何制备高质量的金相试样？”等谈切身感受六、注意事项1．实验前应复习课本中有关内容，认真阅读实验指导书2．在观察显微组织时，可先用低倍全面地观察，找出典型组织，再用高倍放大，局部详细观察移动金相试样时，不得用手指触摸试样表面，以免影响观察3．小组之间进行场地交换（其他小组已经调整好的显微镜不要再动） ，观察试样组织并画出组织示意图画组织示意图的方法如下1）先认识了各组织特征后，再画每个试样中典型区域的显微组织示意图，注意不要把杂质、划痕等画在图上。
2）应画在 30~50 直径的圆内，在图边注明：材料名称、含碳量、腐蚀剂和放大倍数并将组织组成物用细线引出标明3）先在草纸上按要求画出，再画在正式报告上组 织 示 意 图 画 法4．硬度测试时，试样两端要平行，表面应平整，若有油污或氧化皮，可用砂纸打磨；如测试圆柱形试样的侧面，应放在带有“V ”型槽的工作台上操作，以防试样滚动5．加载应细心操作，以免损坏压头，若加载阻力太大，应停止加载，立即报告6．测完硬度值，卸掉载荷后，必须使压头完全离开试样后再取下试样7．金刚石压头系贵重物件，质硬而脆，使用时要小心谨慎，严禁与试样或其它物件碰撞8．本实验加热所用的设备都为电炉，由于炉内电阻丝距离炉膛较近，容易漏电，所以电炉一定要接地在取、放试样时必须先切断电源9．往炉中放、取试样必须使用夹钳，夹钳必须擦干，不得沾有油和水开关要迅速，炉门打开时间不宜过长10．试样在退火液中应不断搅动，以免因冷却不均而出现软点附 1 金相显微分析法利用金相显微镜来研究金属及其合金组织的方法叫做金相显微分析法其步骤是：首先制备所用试样的表面，然后选用合适的浸蚀剂浸蚀试样的表面，并用金相显微镜观察和研究试样表面组织试样表面比较粗糙时，由于对入射光产生漫反射，无法用显微镜观察其内部组织。
因此要对试样表面进行加工——磨光和抛光，从而得到光亮如镜的试样表面这个表面在显组成物 1组成物 2材料名称 ：处理状态：放大倍数 ： 腐蚀剂：金相组织：图 2—1 LDW200—4XB 型金相显微镜光学系统微镜下只能看到白亮的一片而看不到其组织细节，因此必须采用合适的浸蚀剂对试样的表面进行浸蚀，使试样表面有选择性地溶解掉某些部分（如晶界） ，从而呈现微小的凹凸不平——在光学显微镜下显示出试样内组织的形貌、组成物的大小和分布附 2 金相显微镜1.金相显微镜的构造光学显微镜的种类和型式很多，最常见的有台式、立式和卧式三大类光学显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成，有的显微镜还附有摄影装置现以 LDW200—4XB 型台式光学显微镜为例加以说明LDW200—4XB 型光学显微镜的光学系统如图 2—1 所示由灯泡发出一束光线，经过聚光镜组（1）及反光镜的反射将光线聚集在孔径光栏上，然后经过聚光镜组（2） ，将光线会聚在物镜后焦面上最后光线通过物镜，用平行光照明样品，使其表面得到充分均匀的照明从物体表面散射物镜组辅助物镜片（1）半透反光镜聚光镜组（2）滤色片聚光镜组（1）灯泡双目棱镜组棱镜消杂光栏辅助物镜片（2）视场光栏孔径光栏反光镜目镜组出来的成像光线，复经物镜、辅助物镜片（1） 、半透反光镜、辅助物镜片（2） 、棱镜与双目棱镜组，造成一个物体的放大实像。
目镜将此像再次放大显微镜里观察到的就是通过物镜和目镜两次放大所得图像LDW200—4XB 型光学显微镜的外形结构如图 2—2 所示现分别介绍各部件的功能与作用照明系统 在底座内装有一低压卤钨灯泡，由变压器提供 6 伏的使用电压，灯泡前有聚光镜，孔径光栏及反光镜等安装在底座上，视场光栏及另一聚光镜安装在支架上通过一系列透镜作用及配合组成了照明系统，使试样表面获得充分、均匀的照明载物台（样品台） 位于显微镜的最上部，用于放置金相样品，纵向手轮和横向手轮可使载物台在水平面上作一定范围内的十字定向移动孔径光栏和视场光栏 通过这两个孔径可变的光栏的调节，可以调节最后映像的质量调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度视场光栏的作用是控制视场范围，使目镜中视场明亮而无阴影物镜转换器 呈球面形，上面有三个螺钉，可安装不同放大倍数的物镜，旋动转换器可使物镜镜头进入光路，并与不同的目镜搭配使用，可获得各种放大倍数目镜筒 目镜筒呈 45○ 倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向 90○ 呈水平状态配合照相装置进行金相射影789101112123456表 2-1 列出 LDW200—4XB 型光学显微镜物镜和目镜不同情况下放大倍数。
表 2—1 LDW200—4XB 型光学显微镜的放大倍数光学系统目镜放大倍数物镜10× 12.5×干燥系统 10× （NA=0.25 ） (工作距离 7.32mm) 100× 125×干燥系统 40× （NA=0.65 ） (工作距离 0.66mm) 400× 500×图 2—2 LDW200—4XB 型金相显微镜的结构1—载物台 2—双目镜 3—调节螺钉4—视场光栏圈 5—孔径光栏圈 6—底座7—物镜 8—纵动手轮 9—横动手轮10—粗调焦手轮 11—微调焦手轮 12—偏心螺钉油浸系统 100× （NA=1.25） (工作距离0.37mm)1000× 1250×2.光学显微镜的使用方法光学显微镜是一种精密的光学仪器，必须细心谨慎使用初次操作显微镜之前，应首先熟悉其构造特点及主要部件的相互位置和作用，然后按照显微镜的使用规程进行操作在使用 LDW200—4XB 型光学显微镜时，应按下列步骤进行：（1）根据放大倍数选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜和目镜筒内，并使转换器转至固定位置（由定位器定位） 2）转动载物台，使物镜位于载物台中心孔的中央，然后把金相试样的观察面朝下倒置在载物台上。
3）将显微镜的电源插头插在变压器上，通过低压（6～8v）变压器接通电源4）转动粗调手轮，使载物台渐渐上升以调节焦距，当视场亮度增强时再改用微调手轮进行调节，直至物象调整到最清晰程度为止5）适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得最佳质量的物象6）如果使用油浸系物镜，则可再物镜的前透镜上滴一点松柏油，也可以将松柏油直接滴再试样的表面上油镜头用完后应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净，再用镜头纸擦干3.光学显微镜注意事项在使用光学显微镜时，应注意以下事项：（1）金相试样要干净，不得残留有酒精和浸蚀液，以免腐蚀显微镜的镜头，更不能用手指去触摸镜头若镜头中落有灰尘时，可以用镜头纸擦拭2）操作时必须特别细心，不得有粗暴和剧烈的动作，光学系统不允许自行拆卸3）在更换物镜或调焦时，要防止物镜受碰撞损坏4）在旋转粗调或微调手轮时，动作要缓慢，当碰到某种障碍时应立即停下来，进行检查，不得用力强行转动，否则将会损坏机件附 3 铁碳合金的平衡组织铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下（比如退火状态）所得到的组织可以根据 Fe—Fe3C 相图来分析其在平衡状态下的显微组织铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成。
由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现不同的组织形态不同成分的铁碳合金在。