材料科學(xué)與工程基本技能實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一金屬方向講述

1、材料科學(xué)與工程基本技能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書彭竹琴穆云超趙慧君編中原工學(xué)院材料與化工學(xué)院二00八年十月42實(shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的構(gòu)造、使用和維護(hù)實(shí)驗(yàn)二金相試樣的制備與觀察實(shí)驗(yàn)三金屬材料的硬度實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四金屬熱處理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五金屬的磨損實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六金屬的沖擊實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一金相顯微鏡的構(gòu)造、使用和維護(hù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)原理，熟悉各種零件的性能和功用。2、掌握分辨率的概念及其影響因素。3、學(xué)會(huì)正確操作普通金相顯微鏡。二、金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造及使用（一）金相顯微鏡的基本原理顯微鏡的基本原理如圖 1 1所示的光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、 目鏡及一些輔助光學(xué)零件。 物鏡和目鏡 分別由兩組透鏡組成。對(duì)著物體 AB的

2、一組透鏡組成物鏡 01,對(duì)著眼睛的一組透鏡組成目鏡 02。物 鏡、目鏡都各由復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)組成。圖1顯微鏡光學(xué)原理圖物鏡使物體 AB形成放大的倒立實(shí)像 AB,目鏡再把 A B放大成仍然倒立的虛像A B ,其位置正好在人眼的明視距離處，即距人眼250mm處。我們?cè)陲@微鏡中看到的就是這個(gè)虛像A B。顯微鏡的主要性能有： 顯微鏡的放大倍數(shù)：顯微鏡的放大倍數(shù)可由下式?jīng)Q定：M= M物 X Mw=-L/f 物 X D/f 目M顯微鏡的放大倍數(shù)M目目鏡的放大倍數(shù)M物物鏡的放大倍數(shù)D明視距離250mmf目目鏡的焦距f 物物鏡的焦距L顯微鏡的光學(xué)鏡筒長(zhǎng)度f(wàn)目、f物越短L越長(zhǎng)，則顯微鏡的放大倍數(shù)越高。在使用時(shí)，顯

3、微鏡的放大倍數(shù)就是物鏡和目鏡 的放大倍數(shù)的乘積，有的小型顯微鏡的放大倍數(shù)需要乘一個(gè)鏡筒系數(shù)，因?yàn)樗溺R筒長(zhǎng)度比一般顯 微鏡短。 顯微鏡的鑒別率：顯微鏡的鑒別率是指它能清晰地分辨試樣上兩點(diǎn)間最小距離d的能力。在普通光線下，人眼分辨兩點(diǎn)間的最小距離為0.15 0.30mm即人眼的鑒別率 d為0.15 0.30mm,而顯微鏡當(dāng)其有效倍數(shù)為1400倍時(shí)其鑒別就率d為0.21 X 10-3mm d值越小，鑒別率越高。鑒別率可由下式計(jì)標(biāo)出來(lái)：d=入 /2A入一一入射光線的波長(zhǎng)A物鏡的數(shù)值孔徑顯微鏡的鑒別率取決于使用光線的波長(zhǎng)和物鏡的數(shù)值孔徑，與目鏡沒(méi)有關(guān)系。光源的波長(zhǎng)可通過(guò)濾色片來(lái)選擇。蘭光的波長(zhǎng)（入=0

4、.44卩）比黃綠光（入=0.55卩）短。所以鑒別率較黃綠光大 25% 當(dāng)光源的波長(zhǎng)一定時(shí)，則可通過(guò)變化A來(lái)調(diào)節(jié)顯微鏡的鑒別率。 景深：即垂直鑒別率，反映顯微鏡對(duì)于高低不同的物體能清晰成像的能力。景深=1/（7Msin 0 ）+ 入 /（2nsin 0 ）M 放大倍數(shù)0 孔徑角入一一波長(zhǎng) n 折射率放大倍數(shù)或數(shù)值孔徑越大，景深越小。在進(jìn)行斷口分析時(shí)，若景深太小，則對(duì)斷口上凹凸不平 的浮雕難以同時(shí)有清晰的圖像。 物鏡的數(shù)值孔徑：數(shù)值孔徑表示物鏡的集光能力。A=nsin $A物鏡的數(shù)值孔徑n 物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率$ 物鏡孔徑角的一半（如圖2）n越大或物鏡孔徑角越大，則數(shù)值孔徑越大。由于$總是小

5、于90o,所以在空氣介質(zhì)（n=1 ）中使用時(shí)，數(shù)值孔徑A一定小于1，這類物鏡稱干系物鏡。 當(dāng)物鏡與試樣之間充滿松柏油介質(zhì)（n=1.52 ）圖2物鏡聚光示意圖時(shí)，A值最高可達(dá)1.4,這就是顯微鏡在高倍觀察時(shí)用的油浸系物鏡（簡(jiǎn)稱油鏡頭），每個(gè)物鏡都有一個(gè)設(shè)計(jì)額定的 A值，刻在物鏡體上。 放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率之間的關(guān)系：顯微鏡的同一放大倍數(shù)可由不同倍數(shù)的物鏡和目鏡來(lái)組合。如45倍的物鏡乘10倍的目鏡或者15倍的物鏡乘30倍的目鏡都是450倍。對(duì)于同一放大倍數(shù)，如何合理選用物鏡和目鏡呢？首先確定物鏡，根據(jù)計(jì)標(biāo)，選用物鏡時(shí)，必須使顯微鏡的放 大倍數(shù)在該物鏡數(shù)值孔徑的500倍到1000倍之間；即：M

6、=500A100A。這個(gè)范圍稱有效放大倍數(shù)范圍。若M 500A則未能充分發(fā)揮物鏡的鑒別率。若M 1000A,則形成“虛偽放大”，細(xì)微部分將分辨不清。待物鏡選定后，再根據(jù)所需放大倍數(shù)選用目鏡。 透鏡形成缺陷：A 球面象差：如圖3所示，當(dāng)來(lái)自A點(diǎn)的單色光（即一定波長(zhǎng)的光線）通過(guò)透鏡后，由于透鏡表面呈球形，光線不能交于一點(diǎn)，則使放大后的像糊糊不清。此現(xiàn)象稱為球面象差。圖3球面象差示意圖降低球面象差的辦法，除了制造物鏡時(shí)采取不同透鏡的組合進(jìn)行必要校正外，在使用顯微鏡時(shí) 也可采取調(diào)節(jié)孔徑光欄，適當(dāng)控制入射光束粗細(xì)，減少透鏡表面面積的辦法把球面象差降低到最低 程度。B 色象差：白色光是由七種單色光組成的。

7、當(dāng)一束來(lái)自A點(diǎn)的白色光通過(guò)透鏡后，由于各單色光的波長(zhǎng)不同，折射率不同，使光線折射后也不能交于一點(diǎn)。紫光折射最強(qiáng)，紅光折射最弱，結(jié) 果也使成像模糊不清。此現(xiàn)象稱為色象差（圖4）。圖4色象差示意圖消除色象差的辦法，一是制造物鏡時(shí)進(jìn)行校正，根據(jù)校正程度，物鏡可分為消色差物鏡和復(fù)消 色差物鏡。消色差物鏡與普通目鏡配合，用于低倍、中倍觀察，復(fù)消色差物鏡與補(bǔ)償目鏡配合用于 高倍觀察。二是使用濾色片得到單色光，常用的黃色或綠色濾色片。（二）金相顯微鏡的構(gòu)造金相顯微鏡的種類和形式很多，最常見(jiàn)的有臺(tái)式、立式和臥式三大類。金相顯微鏡通常由光學(xué) 系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成，有的顯微鏡還附有攝影裝置。現(xiàn)以4

8、X型臺(tái)式金相顯微鏡為例加以說(shuō)明。4X型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖 5所示。由燈泡1發(fā)現(xiàn)的光線經(jīng)過(guò)聚光透鏡組 2及反光鏡8聚 集到孔徑光欄9，再經(jīng)過(guò)聚光鏡 3聚集到物鏡的后焦面，最后通過(guò)物鏡平行照射到試樣7的表面。從試樣反射回來(lái)的光線復(fù)經(jīng)物鏡組6和輔助透鏡5,由半反射鏡 4轉(zhuǎn)向，經(jīng)過(guò)輔助透鏡以及棱鏡造成一個(gè)被觀察物體的倒立的放大實(shí)像，該像再經(jīng)過(guò)目鏡15的放大，就成為在目鏡視場(chǎng)中能看到的放大映像。4X型金相顯微鏡的外形如圖 6所示?，F(xiàn)分別介紹其各部件的功能及使用。工TTift； a鼻光傭齟：3早反咽一亂怪飪住 10jlU&Llitft： IB14 扁U-愜冃比19 v 4K -i熨圭旳光暉那啟1am

9、si： fHSJlO; C- f*勁：牖知也事電功測(cè)魚(yú)乎鮭：7 旳& SWifts 10圖:11-PWW; lE-IKaISK-SUS It乍匚 1G-罔VI 1X-1 d拿相風(fēng)Wttfc幷両結(jié)焉函圖5 4X金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)圖6 4X金相顯微鏡外形結(jié)構(gòu)圖1、物鏡：物鏡是顯微鏡中最主要而且最貴重的部分，為了避免球面像差和色像差一般都用幾組 復(fù)合透鏡組成。物鏡一般常用的有消色差物鏡及復(fù)消色物鏡兩種。消色差物鏡焦總距離范圍較大，可以與普通目鏡配合用于低倍和中倍放大（v500X） o我國(guó)南京生產(chǎn)的顯微鏡，廣州生產(chǎn)的顯微鏡等的物鏡都是消色差物鏡。復(fù)消色物鏡結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但其物象的球面像差缺陷可達(dá)最小

10、值，一般都用于高倍 鏡頭，此類的物鏡一般均與校正的目鏡配合使用。物鏡的放大倍數(shù)可由幾倍到100倍，其數(shù)值在物鏡鏡筒上標(biāo)出如25X、40 X等。2、目鏡：目鏡可分為普通的、校正的和投影的目鏡等。普通目鏡的構(gòu)造簡(jiǎn)單，僅由兩個(gè)凸透鏡 組成。校正目鏡能夠補(bǔ)償復(fù)消色差的殘余色差。投影目鏡僅在照相時(shí)應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)與校正目鏡相似。 目鏡的放大倍數(shù)一般由 5倍到30倍。其倍數(shù)在目鏡上均有標(biāo)記如： 5X, 10X等。3、照明系統(tǒng)：在底座內(nèi)裝有一低壓（68V , 15W）燈泡作為光源，由變壓器降壓供電，靠調(diào)節(jié)次級(jí)電壓（68V）來(lái)改變燈光的亮度。聚光鏡、孔徑光欄及反光鏡等裝置均安裝在圓形底座上， 視場(chǎng)光欄及另一聚光鏡

11、則安在支架上，它們組成顯微鏡的照明系統(tǒng)，使試樣表面獲得充分、均勻的 照明。4、顯微鏡調(diào)焦裝置：在顯微鏡體的兩側(cè)有粗動(dòng)和微動(dòng)調(diào)焦手輪，兩者在同一部位。隨粗調(diào)手輪 6的轉(zhuǎn)動(dòng)，支承載物臺(tái)的彎臂作上下運(yùn)動(dòng)。在粗調(diào)手輪的一側(cè)有制動(dòng)裝置，用以固定調(diào)焦正確后載 物臺(tái)的位置。微調(diào)手輪 5使顯微鏡本體沿著滑軌緩慢移動(dòng)。在右側(cè)手輪上刻有分度格，每一格表示 物鏡座上下微動(dòng) 0.002毫米。與刻度盤同側(cè)的齒輪箱上刻有二條白線，用以指示微動(dòng)升降范圍，當(dāng) 旋到極限位置時(shí)，微動(dòng)手輪就自動(dòng)被限制住，此時(shí)，不能再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而應(yīng)倒轉(zhuǎn)回來(lái)使用。5、載物臺(tái)（樣品臺(tái)）：用于放置金相樣品，載物臺(tái)和下面托盤之間有導(dǎo)架，用手推動(dòng)，可使載 物臺(tái)

12、在水平面上作一定范圍的十字定向移動(dòng)，以改變?cè)嚇拥挠^察部位。6、孔徑光欄和視場(chǎng)光欄：孔徑光欄裝在照明反射鏡座上面，調(diào)節(jié)孔徑光欄能夠控制入射光束的 粗細(xì)，以保證物像達(dá)到清晰的程度。視場(chǎng)光欄設(shè)在物鏡支架下面，其作用是控制視場(chǎng)范圍，使目鏡 中視場(chǎng)明亮而無(wú)陰影。在刻有直紋的套圈上還有兩個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，用來(lái)調(diào)整光欄中心。7、物鏡轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器呈球面形，上有三個(gè)螺孔，可安裝不同放大倍數(shù)的物鏡，旋轉(zhuǎn)換器可使 各物鏡鏡頭進(jìn)入光路，與不同的目鏡搭配使用，可獲得各種放大倍數(shù)。8、 目鏡筒：目鏡筒呈 450傾斜安裝在附有棱鏡的半球形座上，還可將目鏡轉(zhuǎn)向90o呈水平狀態(tài) 以配合照相裝置進(jìn)行金相攝影。表1列出了 4X型金相顯

13、微鏡的物鏡和目鏡不同配合情況下的放大倍數(shù)。表1 4X型金相顯微鏡的放大倍數(shù)光學(xué)系統(tǒng)目鏡物鏡5 X5 X干燥系統(tǒng)10X50 X100X干燥系統(tǒng)400 X200 X400 X油浸系統(tǒng)100X500 X1000 X（三）金相顯微鏡的使用方法及注意事項(xiàng)金相顯微鏡是一種精密的光學(xué)儀器，使用時(shí)要求細(xì)心謹(jǐn)慎。在使用顯微鏡工作之前首先應(yīng)熟悉 其構(gòu)造特點(diǎn)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(jìn)行操作。（1）金相顯微鏡的使用規(guī)程：1） 首先將顯微鏡的光源插頭插在變壓器上，通過(guò)低壓（68V）變壓器接通電源。2）根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡座上及目鏡筒內(nèi)，并使轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)至 固定位置（由

14、定位器定位）。3）將試樣放在樣品臺(tái)中心，使觀察面朝下并用彈簧片壓住。4）轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使載物臺(tái)漸漸上升以調(diào)節(jié)焦距，當(dāng)視場(chǎng)亮度增強(qiáng)時(shí)再改用微調(diào)手輪調(diào)節(jié)， 直到物象調(diào)整到最清晰的程度為止。5）適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光欄和視場(chǎng)光欄，以獲得最佳質(zhì)量的物象。6）如果使用油浸系統(tǒng)物鏡，則可在物鏡的前透鏡上滴一點(diǎn)松柏油，也可以將松柏油直接滴在 試樣上。油鏡頭用后立即用棉花沾取二甲苯溶液擦凈，再用擦鏡紙擦干。（2）使用注意事項(xiàng)：1）操作時(shí)必須特別細(xì)心，不能有任何劇烈的動(dòng)作。光學(xué)系統(tǒng)不允許自行拆卸。2）顯微鏡鏡頭的玻璃部分和試樣磨面嚴(yán)禁手指直接接觸，若鏡頭中落有灰塵，可用鏡頭紙或 軟毛刷輕輕擦拭。3） 顯微鏡的燈泡（68

15、V）插頭，切勿直接插在 220V的電源插座上，應(yīng)當(dāng)插在變壓器上，否 則燈泡立即燒壞。觀察結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉電源。4）在旋轉(zhuǎn)粗調(diào)（或微調(diào)）手輪時(shí)動(dòng)作要慢，碰到某種阻礙時(shí)應(yīng)立即停止操作，報(bào)告指導(dǎo)教師查找原因，不得用力強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)，否則會(huì)損壞機(jī)件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、教師結(jié)合實(shí)物講解金相顯微鏡的構(gòu)造使用和維護(hù)。2、選擇不同的放大倍數(shù)，觀察試樣，從中學(xué)調(diào)焦。3、選用不同的物鏡，不同大小的孔徑光欄和視場(chǎng)光欄，對(duì)樣品的同一部位進(jìn)行觀察，分析分辨 率有哪些影響因素。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、簡(jiǎn)述金相顯微鏡各組成部件的作用。3、簡(jiǎn)述金相顯微鏡的使用方法及使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)。4、顯微鏡的放大倍數(shù)是如何決定的？實(shí)驗(yàn)二

16、金相試樣的制備與觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉金相試樣的制備過(guò)程，掌握金相試樣的制備方法。2、了解機(jī)械拋光和化學(xué)浸蝕的基本原理。、概述運(yùn)用金相顯微鏡觀察制備好的金相試樣的組織或缺陷，這種方法稱金相顯微分析方法。它可以 觀察、研究金屬材料或零件中細(xì)小的用粗視分析方法不能觀察到的組織及缺陷，進(jìn)行顯微分析的主 要工具是金相顯微鏡。作為金相顯微鏡分析用的光學(xué)顯微鏡其放大倍數(shù)為幾十倍到2000倍，分辨率為2500埃左右。若要觀察研究更細(xì)小的微觀組織和缺陷，則要應(yīng)用透射電鏡、掃描電鏡及X光射線技術(shù)等分析方法進(jìn)行。（一）金相顯微樣品的制備1、取樣 取樣部位及磨面（觀察面）的選擇：根據(jù)被檢驗(yàn)金屬材料或零件的特點(diǎn)、加工工

17、藝及研究目 的進(jìn)行選擇。如：研究零件破裂的原因時(shí)，應(yīng)在破裂部位取樣，再在離破裂處較遠(yuǎn)的部位取樣，以作比較。研究鑄造合金時(shí)，由于組織不均勻，從鑄件表層到中心必須分別截取幾個(gè)樣品。研究軋材時(shí)，如研究材料表層的缺陷、非金屬夾雜物的分布，應(yīng)在垂直軋制方向上截取橫向試 樣；如研究夾雜物的形狀、類型、材料的形變程度、晶粒拉長(zhǎng)的程度、帶狀組織等，應(yīng)在平行于軋 制方向上截取縱向試樣。研究熱處理后的零件時(shí)，因組織較均勻，可任選一斷面試樣。若研究氧化、脫碳、表面處理（如 滲碳）的情況，則應(yīng)在橫斷面上觀察。 試樣的截取方法：截取時(shí)應(yīng)保證不使試樣觀察面的金相組織發(fā)生變化。軟材料可有鋸、車、刨等方法截?。挥膊牧峡捎盟?/p>

18、砂輪切片機(jī)、電火花切割等方法截?。挥捕嗟牟牧希ㄈ绨卓阼T鐵），也可用錘擊法獲取。 試樣尺寸：以具體情況而定。 一般可取高為1015mm,方形試樣邊長(zhǎng)為1525mm，圓柱形試 樣直徑為1525mm。對(duì)于觀察表層組織的試樣，可采用斜面截取的方法，以擴(kuò)大表層面觀察范圍。（如圖1）圖1金相試樣的尺寸2、鑲樣一般試樣不需要鑲樣。但試樣尺寸過(guò)于細(xì)小，形狀特殊如絲材、薄片、細(xì)管等制備樣品時(shí)非常 困難，必須把它鑲嵌起來(lái)。鑲嵌的方法有低熔點(diǎn)合金鑲嵌法、熱壓鑲嵌法和機(jī)械鑲嵌法等。熱壓鑲嵌法有專門的鑲樣機(jī)， 將試樣放于電木粉或塑料粒中加熱到180 C左右進(jìn)行熱壓。由于熱壓鑲嵌時(shí)要加一定的溫度和壓力,這就使馬氏體回火

19、和軟金屬產(chǎn)生塑性變形等，為避免這種情況，可改用機(jī)械鑲嵌法，即用夾具夾持試樣。（如圖2）3gV1JL盎栢復(fù)強(qiáng)旳皿嵌占筋機(jī)喊bBt： M i&ifc總希箍鼻辰g3 ft!MUII圖2金相試樣的鑲嵌方法（a）、（b）機(jī)械鑲嵌 （c）低熔點(diǎn)合金鑲嵌（d）塑料鑲嵌3、磨制磨制可分為粗磨和細(xì)磨兩步。 粗磨：對(duì)于軟材料可用銼刀銼平，一般材料都有砂輪機(jī)磨平。磨砂輪時(shí)應(yīng)利用砂輪側(cè)面，以 保證試樣磨平，試樣要不斷用冷水冷卻，以防溫度升高造成內(nèi)部的組織發(fā)生變化。最后倒角，以防 細(xì)磨時(shí)劃破砂紙。但對(duì)需要觀察脫碳、滲碳等表面層情況的試樣不能倒角，有時(shí)還要采用電鍍敷蓋 來(lái)防止這些試樣邊緣倒角。 細(xì)磨：細(xì)磨的方法有手工磨光

20、和機(jī)械磨光。手工磨光是用手拿持試樣直接在金相砂紙上進(jìn)行。金相砂紙按粗細(xì)分為01號(hào)、02號(hào)、03號(hào)、04號(hào)、05號(hào)幾種，細(xì)磨時(shí)依次從 01號(hào)磨到05號(hào)，一般鋼鐵試樣磨到 04號(hào)砂紙，軟材料如鋁、鎂 等合金可磨到05號(hào)砂紙。磨時(shí)必須注意：A使磨面與砂紙完全接觸，以保證試樣磨面平整不產(chǎn)生弧度。B 每更換一道砂紙，應(yīng)將試樣轉(zhuǎn)90o再磨，使磨制方向與上一道磨痕方向垂直，以便觀察前一道磨痕是否被消除。C 更換砂紙時(shí)，應(yīng)把試樣、工作臺(tái)和手洗擦干凈，以免把粗砂粒帶到下一道細(xì)砂紙上去。D磨制軟材料時(shí)，可在砂紙上涂上一層潤(rùn)滑劑，如機(jī)油、汽油、肥皂水等，以免砂粒嵌入軟金 屬內(nèi)。由于手工磨制速度慢、效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度比

21、較大，故現(xiàn)在多采用機(jī)械磨光的方法。機(jī)械磨光在 預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行。預(yù)磨機(jī)由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤分蠟盤和砂紙盤兩種。蠟盤就是把 混有金剛砂的熔化石蠟澆在轉(zhuǎn)盤上，待凝固車平后裝在預(yù)磨機(jī)上就可使用?？梢宰龀刹煌旨?xì)的金 剛砂的蠟盤，蠟盤磨的速度快、效率高，在生產(chǎn)檢驗(yàn)中大量應(yīng)用。砂紙盤是把水砂紙剪成圓形，然 后用水玻璃粘在預(yù)磨機(jī)轉(zhuǎn)盤上使用。水砂紙按粗細(xì)有200號(hào)、300號(hào)、400號(hào)、500號(hào)、600號(hào)、700號(hào)、800號(hào)、900號(hào)等。一般用 200號(hào)、400號(hào)、600號(hào)、800號(hào)水砂紙依次磨制即可。用蠟盤和砂 紙盤磨制時(shí)，要不斷加水冷卻，樣品必須拿住，以防飛出傷人。4、拋光拋光的目的是去除試樣

22、磨面上經(jīng)細(xì)磨后的細(xì)微磨痕，使磨面呈光亮而無(wú)磨痕的鏡面。拋光方法有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光等。 機(jī)械拋光：機(jī)械拋光可分為粗拋和細(xì)拋兩個(gè)步驟，均在拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光機(jī)由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)或兩 個(gè)拋光盤，轉(zhuǎn)速為 200600轉(zhuǎn)/分。粗拋時(shí)轉(zhuǎn)速要高些，精拋或拋軟材料時(shí)轉(zhuǎn)速要低此。所用拋光 材料有拋光布和拋光粉。拋光布蒙在拋盤上，不同的要求應(yīng)適當(dāng)選用不同的拋光布。粗拋時(shí)常用帆 布、粗呢等，精拋時(shí)常用帆布、細(xì)呢、絲綢等。拋光粉也稱拋光磨料。常用的拋光粉有以下幾種：氧化鋁：白色細(xì)顆粒，用于粗拋或精拋。氧化鉻：綠色，顆粒極細(xì)，用于粗拋，硬度很高，常用來(lái)拋光淬火后的合金鋼等試樣，除氧化 鉻粉外，目前常使用塊

23、狀的氧化鉻拋光膏。氧化鎂：白色，顆粒極細(xì)，用于精拋。由于它本身硬度較低，適合有色金屬磨面的拋光。金剛砂：又稱碳化硅，具有較高的硬度，常用于粗拋或做成蠟盤用。金剛鉆粉：具有極高的硬度和良好的磨削作用，拋光軟、硬材料都有良好的效果。可用于拋光 硬質(zhì)合金等極硬的材料，價(jià)格貴，應(yīng)用較少。拋光時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)：A、 除拋光膏外，拋光粉都要配成拋光液用。粗拋光用拋光粉的粒度為500600號(hào)（篩目），精 拋用的拋光粉要求選得更細(xì)。B、拋光時(shí)應(yīng)使試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，壓力不宜過(guò)大，并應(yīng)使試樣沿拋光盤的半 徑方向從心到邊緣來(lái)回移動(dòng)。C、拋光過(guò)程中要不斷注入適量拋光液。若拋光布上的拋光液太多，會(huì)使鋼中夾雜

24、物及鑄鐵中的 石墨脫落，拋光面質(zhì)量也不好；若太少，將使拋光面變到暗而有黑斑。D、拋光后期，應(yīng)使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止鋼中夾雜物產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。E、 為盡量減少拋光表層金屬變形的可能性，整個(gè)拋光時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)， 磨痕全部消除出現(xiàn)鏡面后， 拋光即可停止，試樣用水沖洗或用酒精清洗干凈后就可轉(zhuǎn)入浸蝕或直接在顯微鏡下觀察。 電解拋光：由于機(jī)械拋光時(shí)在試樣磨面上將發(fā)生“金屬流動(dòng)”，產(chǎn)生表層金屬變形層（稱拜爾培層），影響金相組織顯示的真實(shí)性。在光學(xué)顯微鏡下尚能顯示出材料接近真實(shí)的組織，但在特殊精細(xì)的研究中 將感到不足，如電子顯微鏡組織與電子衍射結(jié)構(gòu)的研究。近年來(lái)電解拋光得到廣泛的使用。由于電解拋光純系

25、電化溶解作用，無(wú)機(jī)械力的影響，不致引 起表層金屬變形或流動(dòng)。所以電解拋光的金相試樣能顯示材料的真實(shí)組織。因此硬度低、單相合金， 極易加工變形的合金，像奧氏體不銹鋼、高錳鋼等材料以采用此法為宜。電解拋光速度很快，試樣 對(duì)預(yù)先磨光操作要求也比較低，效率高。但電解拋光對(duì)于材料化學(xué)的不均勻性、顯微偏析特別敏感，在金屬基體與非金屬夾雜物處常被 劇烈地浸蝕。所以電解拋光現(xiàn)在還不適用于偏析顯著的金屬材料（鑄造偏析、軋制偏析）、鑄鐵及作夾雜物檢驗(yàn)的金相試樣。電解拋光原理如圖 3所示。把試樣放入電解液中，接通試樣邙日極）與陰極間的電源，在一定條件下，可以使試樣磨面產(chǎn) 生選擇性的溶解，逐漸使磨面變到光滑平整。（圖

26、4）電解拋光有專用的電解拋光儀，使用時(shí)可按儀器使用說(shuō)明進(jìn)行。 化學(xué)拋光：化學(xué)拋光是靠化學(xué)試劑的溶解作用，得到光亮的拋光表面，操作簡(jiǎn)便，成本低廉。拋光時(shí)將試 樣浸在合適的拋光夜中，進(jìn)行適當(dāng)攪動(dòng)即可?；蛴妹藁ㄕ慈』瘜W(xué)拋光液，在試樣磨面上來(lái)回擦動(dòng)即 可?；瘜W(xué)拋光兼有化學(xué)浸蝕的作用，能顯示金相組織，因此試樣經(jīng)化學(xué)拋光后可直接在顯微鏡下觀 察?；瘜W(xué)拋光對(duì)試樣磨面原來(lái)光潔度要求不很高，它只能做到試樣表面光滑，不能達(dá)到表面平整的要求，拋光后使磨面呈光滑、起伏的波形，但在較低放大倍數(shù)下并不妨礙金相組織的觀察。- +圖3電解拋光裝置與電解拋光原理1、陽(yáng)極2、陰極3、溫度計(jì)4、攪拌器5、冷卻水6、電解液圖4電解拋

27、光過(guò)程示意圖5、金相組織的顯示：除觀察試樣中某些非金屬夾雜物及鑄鐵中的石墨等外，金相試樣磨面經(jīng)拋光后，一般還要用化 學(xué)、物理等方法進(jìn)行組織顯示才能觀察。利用化學(xué)浸蝕劑，通過(guò)化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織。純金屬及單相合金的浸蝕系一個(gè)化學(xué)溶解的過(guò)程。由于晶界上原子排列的規(guī)律性差，具有較高 的自由能，所以晶界處較易浸蝕而呈溝壑。若浸蝕較淺，則在顯微鏡下可顯示出純金屬或固溶體的 多面體晶粒。（圖5）若浸蝕較深，則在顯微鏡下可顯示出明暗不一的晶粒，這是由于各晶粒位向不 同，溶解速度不同，浸蝕后的顯微平面與原磨面的角度不同，在垂直光線照射下，反射光線方向不 同，顯示出明暗不一的晶粒。圖5純金屬及單相合金

28、化學(xué)浸蝕時(shí)各階段的情況兩相合金的浸蝕主要是一電化學(xué)腐蝕過(guò)程。兩個(gè)組成相具有不同的電位，在浸蝕劑（即電解液）中，形成極多的微小的局部電池。較高負(fù)電位的一相成為陽(yáng)極，被迅速溶入電解液中，逐漸凹下去,6 ）。而較高正電位的另一相成為陰極，保持原光滑平面，在顯微鏡下可清楚顯示出兩相（圖5WI1、Sn-Sb合金2、珠光體組織圖6兩相相合金的浸蝕多相合金的浸蝕，也是一個(gè)電化溶解過(guò)程，其方法有：A、選擇浸蝕法：即選用幾種合適的浸蝕劑，依次浸蝕，使各相均被顯示。B、薄膜浸蝕法：浸蝕劑與磨面各相起化學(xué)反應(yīng)，形成一層厚薄不均勻的氧化膜層（或反應(yīng)產(chǎn)物 的沉積），在白色光的照射下，由于光的干涉現(xiàn)象，使各相出現(xiàn)不同色彩

29、而顯示組織。腐蝕的步驟是：將已磨光的樣品（樣品磨光后不要用手去摸表面，以免沾上油污），用水沖去拋光粉，用酒精洗去殘余，然后用棉花球沾取腐蝕劑，在樣品表面涂抹一定時(shí)間，然后用水沖洗干凈， 用干凈毛巾沾干表面上的水，或用電熱吹風(fēng)機(jī)吹干，即可用于顯微分析。為了長(zhǎng)久保存經(jīng)腐蝕后的 顯微樣品，需要試樣表面涂上一層保護(hù)膜，常用的有指甲油或硝酸纖維漆加香蕉水。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)同學(xué)應(yīng)熟悉金相樣品的一般制備方法，顯現(xiàn)組織的方法，要求在樣品的磨平、磨光、拋光、化學(xué)浸蝕的過(guò)程中，體會(huì)并掌握其特點(diǎn)，每個(gè)同學(xué)完成下列任務(wù)。1、機(jī)械拋光樣品一塊2、對(duì)自己制備腐蝕過(guò)的樣品進(jìn)行觀察學(xué)生必須了解，對(duì)不同的金屬和合金，制備、腐

30、蝕的方法和試齊惺很多的，這里僅是一般的介 紹，學(xué)生應(yīng)在這方面能夠利用手冊(cè)。四、實(shí)驗(yàn)所需的儀器和材料 顯微鏡，拋光機(jī)，砂輪機(jī)，電吹風(fēng)機(jī)； 碳鋼試樣，20#, 45#, 65#, T8, T13。 砂紙；280, 320, 01, 02, 03, 04, 05。 4%i肖酸酒精溶液。 玻璃板20塊。 酒精、脫脂棉球。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、簡(jiǎn)述金相試樣的制備過(guò)程。六、思考題1 、試樣的選擇要有和 ;組織顯示的基本要求是 2、試樣制備過(guò)程中容易產(chǎn)生哪些假象？有何特征？3、試樣在拋光態(tài)可以檢查些什么？4 、化學(xué)浸蝕的目的是什么？說(shuō)明為什么晶界呈黑色，而晶粒內(nèi)部卻比較均勻明亮?實(shí)驗(yàn)三金屬材料的

31、硬度實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解硬度測(cè)定的基本原理及應(yīng)用范圍。2、了解布氏、洛氏硬度實(shí)驗(yàn)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及操作方法。、概述金屬的硬度可以認(rèn)為是金屬材料表面在接觸應(yīng)力作用下抵抗塑性變形的一種能力。硬度測(cè)量能 夠給出金屬材料軟硬程度的數(shù)量概念。硬度值越高，表明金屬抵抗塑性變形的能力越大，材料產(chǎn)生 塑性變形就越困難。另外硬度與其他機(jī)械性能（如強(qiáng)度指標(biāo)db及塑性指標(biāo)和S）之間有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。所以從某種意義上說(shuō)硬度的大小對(duì)于機(jī)械零件或工具的使用性能及壽命具有決定性意義。測(cè)量硬度的方法很多，在機(jī)械工業(yè)中廣泛采用壓入法來(lái)測(cè)定硬度，壓入法又分為布氏硬度、洛 氏硬度、維氏硬度等。壓入法硬度試驗(yàn)的主要特點(diǎn)是： 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)

32、力狀態(tài)最軟，（即最大切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大正應(yīng)力）因而不論是塑性材料還是脆性材料 均能發(fā)生塑性變形。 金屬的硬度與強(qiáng)度指標(biāo)之間存在如下近似關(guān)系：db=K*HB式中：db 材料的抗拉強(qiáng)度值;HB 布氏硬度值K 系數(shù) 退火狀態(tài)的碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 有色金屬合金K = 0.340.36K = 0.330.35K = 0.330.53 硬度值對(duì)材料的耐磨性、疲勞強(qiáng)度等性能也有一定的參考價(jià)值，通常硬度值高，這些性能也就好。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)圖紙上對(duì)機(jī)械性能的技術(shù)要求，往往只標(biāo)注硬度值，其原因就在于此。 硬度測(cè)量后由于僅在金屬表面局部體積內(nèi)產(chǎn)生很小壓痕，并不損壞零件，因而適合于成品檢驗(yàn)。 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作迅速方便。三、布氏硬度（一）布氏硬度試驗(yàn)的基本原理布氏硬度試驗(yàn)是施加一定大小的載荷 P,將直徑為D的鋼球壓入被測(cè)金屬表面（如圖 1所示） 保持一定時(shí)間，然后卸除載荷，根據(jù)鋼球在金屬表面上所壓出的凹痕面積F凹求出平均應(yīng)力值，以此作為硬度值的計(jì)量指標(biāo)，并用符號(hào) HB表示。其計(jì)算公式如下：HB = P/F 凹（3-1）式中：HB 布氏硬度值；P載荷（Kgf）; （1 Kgf = 9.8N）F凹凹痕面積（mm ）。匣理圖（b） h和H的關(guān)系可知壓痕部分的球面積為:圖1布氏硬度