實驗二、金相顯微鏡的使用與金相組織的觀察實驗指導(dǎo)書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗二 金相顯微鏡的使用與金相組織的觀察一、 實驗?zāi)康?、 熟悉金相顯微鏡的基本原理及使用方法。2、 觀察和分析碳綱和白口鑄鐵在平衡狀態(tài)下的顯微組織。3、 識別淬火組織特征，并分析其性能特點，掌握平衡組織和非平衡組織的形成條件和組織性能特點。二、 實驗概述（一）金相顯微鏡的構(gòu)造雙目棱鏡組 棱鏡消雜光欄輔助物鏡片（2）視場光欄孔徑光欄反光鏡物鏡組輔助物鏡片（1）半透反光鏡聚光鏡組（2）濾色片聚光鏡組（1）燈泡目鏡組圖21 LDW2004XB型金相顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的種類和型式很多，最常見的有臺式、立式和臥式三大類。光學(xué)顯微鏡通常由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三大部

2、分組成，有的顯微鏡還附有攝影裝置。現(xiàn)以LDW2004XB型臺式光學(xué)顯微鏡為例加以說明。LDW2004XB型光學(xué)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖21所示。由燈泡發(fā)出一束光線，經(jīng)過聚光鏡組（1）及反光鏡的反射將光線聚集在孔徑光欄上，然后經(jīng)過聚光鏡組（2），將光線會聚在物鏡后焦面上。最后光線通過物鏡，用平行光照明樣品，使其表面得到充分均勻的照明。從物體表面散射出來的成像光線，復(fù)經(jīng)物鏡、輔助物鏡片（1）、半透反光鏡、輔助物鏡片（2）、棱鏡與雙目棱鏡組，造成一個物體的放大實像。目鏡將此像再次放大。顯微鏡里觀察到的就是通過物鏡和目鏡兩次放大所得圖像。LDW2004XB型光學(xué)顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)如圖22所示?，F(xiàn)分別介紹各部

3、件的功能與作用。照明系統(tǒng) 在底座內(nèi)裝有一低壓鹵鎢燈泡，由變壓器提供6伏的使用電壓，燈泡前有聚光鏡，孔徑光欄及反光鏡等安裝在底座上，視場光欄及另一聚光鏡安裝在支架上。通過一系列透鏡作用及配合組成了照明系統(tǒng)，使試樣表面獲得充分、均勻的照明。載物臺（樣品臺） 位于顯微鏡的最上部，用于放置金相樣品，縱向手輪和橫向手輪可使載物臺在水平面上作一定范圍內(nèi)的十字定向移動?？讖焦鈾诤鸵晥龉鈾?通過這兩個孔徑可變的光欄的調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)最后映像的質(zhì)量。調(diào)整孔徑光欄能夠控制入射光束的粗細，以保證物像達到清晰的程度。視場光欄的作用是控制視場范圍，使目鏡中視場明亮而無陰影。物鏡轉(zhuǎn)換器 呈球面形，上面有三個螺釘，可安裝不同

4、放大倍數(shù)的物鏡，旋動轉(zhuǎn)換器可使物鏡鏡頭進入光路，并與不同的目鏡搭配使用，可獲得各種放大倍數(shù)。目鏡筒 目鏡筒呈45傾斜安裝在附有棱鏡的半球形座上，還可將目鏡轉(zhuǎn)向90呈水平狀態(tài)配合照相裝置進行金相射影。789101112123456圖22 LDW2004XB 型金相顯微鏡的結(jié)構(gòu) 1載物臺 2雙目鏡 3調(diào)節(jié)螺釘4視場光欄圈 5孔徑光欄圈 6底座 7物鏡 8縱動手輪 9橫動手輪10粗調(diào)焦手輪 11微調(diào)焦手輪 12偏心螺釘表2-1列出LDW2004XB型光學(xué)顯微鏡物鏡和目鏡不同情況下放大倍數(shù)。表21 LDW2004XB型光學(xué)顯微鏡的放大倍數(shù)光學(xué)系統(tǒng) 目鏡 放大倍數(shù)物鏡10×12.5×

5、干燥系統(tǒng)10× （NA=0.25） (工作距離7.32mm)100×125×干燥系統(tǒng)40× （NA=0.65） (工作距離0.66mm)400×500×油浸系統(tǒng)100× （NA=1.25） (工作距離0.37mm)1000×1250×（二）光學(xué)顯微鏡的使用方法及注意事項1、光學(xué)顯微鏡的使用方法光學(xué)顯微鏡是一種精密的光學(xué)儀器，必須細心謹慎使用。初次操作顯微鏡之前，應(yīng)首先熟悉其構(gòu)造特點及主要部件的相互位置和作用，然后按照顯微鏡的使用規(guī)程進行操作。在使用LDW2004XB型光學(xué)顯微鏡時，應(yīng)按下列步驟進行：（1）

6、根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡和目鏡筒內(nèi)，并使轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)至固定位置（由定位器定位）。（2）轉(zhuǎn)動載物臺，使物鏡位于載物臺中心孔的中央，然后把金相試樣的觀察面朝下倒置在載物臺上。（3）將顯微鏡的電源插頭插在變壓器上，通過低壓（68v）變壓器接通電源。（4）轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使載物臺漸漸上升以調(diào)節(jié)焦距，當(dāng)視場亮度增強時再改用微調(diào)手輪進行調(diào)節(jié)，直至物象調(diào)整到最清晰程度為止。（5）適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光欄和視場光欄，以獲得最佳質(zhì)量的物象。（6）如果使用油浸系物鏡，則可再物鏡的前透鏡上滴一點松柏油，也可以將松柏油直接滴再試樣的表面上。油鏡頭用完后應(yīng)立即用棉花沾取二甲苯溶液擦凈，再用鏡頭紙擦干。2、光學(xué)

7、顯微鏡注意事項在使用光學(xué)顯微鏡時，應(yīng)注意以下事項：（1）金相試樣要干凈，不得殘留有酒精和浸蝕液，以免腐蝕顯微鏡的鏡頭，更不能用手指去觸摸鏡頭。若鏡頭中落有灰塵時，可以用鏡頭紙擦拭。（2）操作時必須特別細心，不得有粗暴和劇烈的動作，光學(xué)系統(tǒng)不允許自行拆卸。（3）在更換物鏡或調(diào)焦時，要防止物鏡受碰撞損壞。（4）在旋轉(zhuǎn)粗調(diào)或微調(diào)手輪時，動作要緩慢，當(dāng)碰到某種障礙時應(yīng)立即停下來，進行檢查，不得用力強行轉(zhuǎn)動，否則將會損壞機件。（三）鐵碳合金的平衡組織鐵碳合金的平衡組織是指鐵碳合金在極為緩慢的冷卻條件下（比如退火狀態(tài)）所得到的組織?？梢愿鶕?jù)FeFe3C相圖來分析其在平衡狀態(tài)下的顯微組織。鐵碳合金主要包括碳

8、鋼和白口鑄鐵，其室溫組成相由鐵素體和滲碳體這兩個基本相所組成。由于含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件及分布狀況均有所不同，因而呈現(xiàn)不同的組織形態(tài)。不同成分的鐵碳合金在室溫下的顯微組織見表2-2。表22 各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織類 型含碳量（%）顯微組織浸蝕劑工業(yè)純鐵<0.02鐵素體4%硝酸酒精溶液碳鋼亞共析鋼0.020.77鐵素體+珠光體4%硝酸酒精溶液共析鋼0.77珠光體4%硝酸酒精溶液過共析鋼0.772.11珠光體+二次滲碳體苦味酸鈉溶液，滲碳體變黑或呈棕紅色白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.114.3珠光體+二次滲碳體+萊氏體4%硝酸酒精溶液共晶白口鐵4.3萊 氏 體4%硝

9、酸酒精溶液過共晶白口鐵4.36.69萊氏體+一次滲碳體4%硝酸酒精溶液鐵碳合金在金相顯微鏡下具有下面四種基本組織：鐵素體（F） 鐵素體是碳溶解于-Fe中的間隙固溶體。工業(yè)純鐵用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮的等軸晶粒；亞共析鋼中鐵素體呈白色塊狀分布；當(dāng)含碳量接近共析成分時，鐵素體則呈現(xiàn)斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。滲碳體（Fe3C） 滲碳體是鐵與碳形成的金屬間化合物，其含碳量為6.69%，質(zhì)硬而脆，耐蝕性強，經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕后，滲碳體任呈亮白色，而鐵素體浸蝕后呈灰白色，由此可區(qū)別鐵素體和滲碳體。滲碳體可以呈現(xiàn)不同的形態(tài)：一次滲碳體直接由液體中結(jié)晶出，呈粗大的片狀；二次滲碳體由奧氏體

10、中析出，常呈網(wǎng)狀分布于奧氏體的晶面；三次滲碳體由鐵素體中析出，呈不連續(xù)片狀分布于鐵素體晶界處，數(shù)量極微，可忽略不計。珠光體(P) 珠光體是鐵素體和滲碳體呈層片狀交替排列的機械混合物。經(jīng)4硝酸酒精浸蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下可以看到具有不同特征的珠光體組織。當(dāng)放大倍數(shù)較低時，珠光體中的滲碳體看到的只是一條黑線，甚至珠光體片層因不能分辨而呈黑色。萊氏體(Ld) 萊氏體在室溫時是珠光體和滲碳體所組成的機械混合物。其組織特征是在亮白色滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點及細條狀珠光體。根據(jù)含碳量及組織特點的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵三大類。其中鋼又可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼三種，亞

11、共析鋼隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)的增加；鑄鐵又可分為亞共晶白口鐵、共晶白口鐵和過共晶白口鐵三種。各類鐵碳合金的平衡組織如圖2-3至圖2-9所示。 圖2-3 工業(yè)純鐵（400X） 圖2-4 45鋼（400X） 圖2-5 T8鋼（400X） 圖2-6 T12鋼（400X） 圖2-7 亞共晶白口鑄鐵（400X） 圖2-8共晶白口鑄鐵（400X） 圖2-9過共晶白口鑄鐵（400X）（四）鐵碳合金的非平衡組織碳鋼在不平衡狀態(tài)即快冷條件下的顯微組織不能用鐵碳合金相圖來分析，應(yīng)由過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖C曲線確定。共析碳鋼的C曲線見圖210所示。不同冷卻條件，過冷奧氏體在不同

12、的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。共析碳鋼過冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織特征及性能見表2-3。溫度C700600500400300200100-100A1 1 10 102 103 104 105 時間（秒）圖210 共析碳鋼C曲線P型B型M型 MSMZ 表2-3 共析鋼（T8）過冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織和性能轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度轉(zhuǎn)變機制顯微組織特征HRC工藝珠光體PA1650擴散性粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布220退火S650600細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布2030正火T600550極細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布3040等溫處理貝氏體B上550350半擴散

13、性羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間4050B下350Ms竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上5060等溫淬火馬氏體M針MSMf非擴散性針狀6065淬火M板條板條狀501、退火組織碳鋼經(jīng)退火后獲得上述的平衡組織，共析鋼和過共析鋼經(jīng)球化退火后，獲得由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體組織。2、正火組織碳鋼經(jīng)正火后的組織比退火細，相同成分的亞共析鋼，正火后珠光體含量比退火后的多。3、淬火組織經(jīng)淬火或等溫淬火后獲得不平衡組織。碳鋼淬火后的組織為馬氏體和殘余奧氏體，低碳鋼淬火后組織為板條馬氏體和少量的殘余奧氏體，隨含碳量的增加，殘余奧氏體量增多，淬火馬氏體是碳在Fe中的過飽和固溶體，其形態(tài)

14、取決于馬氏體中的含碳量，低碳馬氏體呈板條狀，強而韌，高碳馬氏體呈針葉狀，硬而脆，而中碳鋼淬火后得到板條馬氏體和針葉狀馬氏體的混合組織。4、等溫淬火組織碳鋼等溫淬火后獲得貝氏體組織，在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，等溫溫度較高時，獲得上貝氏體，呈羽毛狀，它由過飽和的鐵素體片和分布片間的斷續(xù)細小的碳化物組成的混合物，塑性、韌性較差，應(yīng)用較少。而等溫溫度較低時，獲得下貝氏體，呈黑色的針葉狀，它是由過飽和的鐵素體和其上分布的細小的滲碳體粒子組成的混合物，下貝氏體強而韌，等溫淬火的溫度根據(jù)鋼的成分而定。三、實驗內(nèi)容與實驗方法1、實驗前應(yīng)復(fù)習(xí)課本中有關(guān)內(nèi)容，認真閱讀實驗指導(dǎo)書。2、每一小組同學(xué)領(lǐng)取表24中所列樣品

15、一塊及對應(yīng)的金相圖片一張，將樣品放在顯微鏡上觀察，注意顯微鏡的正確使用，分析顯微鏡下的組織特征。觀察試樣的組織時，先明確材料成分、處理條件及浸蝕劑等。觀察組織前選顯微鏡放大倍數(shù)，其選用原則是先用低倍（125X）觀察，找出典型組織，然后再用中倍（500X）對這些地區(qū)進行仔細觀察，這樣整體和局部觀察結(jié)合起來，才能對一塊金相試樣做出全面分析。3、注意金相組織中每個相組成物和組織組成物，如鐵素體、滲碳體、珠光體等的形態(tài)、數(shù)量、大小及分布特征，并聯(lián)系鐵碳相圖分析其結(jié)晶過程及組織。畫出所觀察試樣的組織示意圖。4、小組之間進行場地交換（其他小組已經(jīng)調(diào)整好的顯微鏡不要再動），觀察下列組織并畫出組織示意圖。（1

16、）亞共析綱20鋼、45鋼、65鋼中任選一個（2）過共析鋼T12退火、球化退火中任選一個（3）白口鑄鐵：亞共晶、過共晶中任選一個（4）淬火馬氏體：低碳和高碳馬氏體任選一個5、畫組織示意圖的方法如下。（1）先認識了各組織特征后，再畫每個試樣中典型區(qū)域的顯微組織示意圖，注意不要把雜質(zhì)、劃痕等畫在圖上。（2）應(yīng)畫在3050直徑的圓內(nèi)，在圖邊注明：材料名稱、含碳量、腐蝕劑和放大倍數(shù)。并將組織組成物用細線引出標明（圖2-11）。（3）先在草紙上按要求畫出，再畫在正式報告上。組成物1組成物2材料名稱 ：處理狀態(tài)：放大倍數(shù) ： 腐蝕劑：金相組織：圖2-11組織示意圖畫法四、實驗儀器及材料1、LDW2004XB

17、 型金相顯微鏡數(shù)臺。2、金相組織照片一套3、金相樣品一套五、實驗報告要求1、實驗?zāi)康摹?、扼要敘述光學(xué)顯微鏡的使用方法及必須注意的有關(guān)事項。3、畫出下列組織示意圖。（1）亞共析綱20鋼、45鋼、65鋼中任選一個（2）過共析鋼T12退火、球化退火中任選一個（3）白口鑄鐵：亞共晶、過共晶中任選一個（4）淬火馬氏體：低碳和高碳馬氏體任選一個序號試樣編號材料名稱處理狀態(tài)腐蝕劑放大倍數(shù)顯微組織11工業(yè)純鐵退火40%硝酸酒精500XF+Fe3C2220鋼退火40%硝酸酒精500XF+P3345鋼退火4%硝酸酒精500XF+ P4465鋼退火4%硝酸酒精500XF+P55T8退火4%硝酸酒精500XP66T12退火4%硝酸酒精500XP+Fe3C78亞共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精500XP+Fe3C+Ld89共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精500XLd910過共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精500XFe3C+Ld1013T8280C