材料科學(xué)與工程專業(yè)

1、.PAGE ：.；PAGE 136資料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)金屬資料工程方向2006、2目 錄實(shí)驗(yàn)一 金相試樣的制備、顯微鏡的構(gòu)造與操作實(shí)驗(yàn)二 鐵碳合金平衡組織的顯微分析實(shí)驗(yàn)三 金屬的塑性變形與再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)四 鋼的端淬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 鋼的淬火工藝實(shí)驗(yàn)六 熱處置后的組織察看實(shí)驗(yàn)七 二組分合金相圖的繪制實(shí)驗(yàn)八 酸堿試樣濃度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)九 光度法測(cè)定鍍鋅鎳合金溶液堿性中鎳離子的含量實(shí)驗(yàn)十 鍍液中鐵錳離子濃度的光度法分析實(shí)驗(yàn)十一 失重法測(cè)定金屬腐蝕速度實(shí)驗(yàn)十二 陽(yáng)極極化曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)十三 極化曲線評(píng)選緩蝕劑實(shí)驗(yàn)十四 臨界孔蝕電位的測(cè)定實(shí)驗(yàn)十五 資料硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)十六 金屬資料沖擊性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)十七 金屬

2、資料疲勞性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)十八 平面應(yīng)變斷裂韌度Kc的測(cè)試實(shí)驗(yàn)十九溶液外表張力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十 靜電粉末涂裝工藝實(shí)驗(yàn)二十一 電泳涂裝工藝實(shí)驗(yàn)二十二 鍍鋅液陰極極化曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十三 堿性鋅酸鹽鍍鋅液陰極電流效率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十四 堿性鋅酸鹽鍍鋅工藝及鍍液分散才干測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十五 光亮鍍鎳赫爾槽實(shí)驗(yàn)及鍍層孔隙率測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十六 遠(yuǎn)近陰極法堿性鋅酸鹽鍍鋅液分散才干的測(cè)定實(shí)驗(yàn)二十七 鋼鐵零件的堿性氧化處置(發(fā)藍(lán))實(shí)驗(yàn)二十八 電位時(shí)間曲線的丈量實(shí)驗(yàn)二十九 PLC根本操作實(shí)驗(yàn)三十 PLC控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)三十一 測(cè)溫儀表的現(xiàn)場(chǎng)成套校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三十二 利用X射線衍射儀進(jìn)展多相物質(zhì)的相分析實(shí)驗(yàn)三十三 透射電子顯微鏡的構(gòu)

3、造、樣品制備及察看實(shí)驗(yàn)三十四 掃描電鏡的制樣及組織察看實(shí)驗(yàn)三十五 電子探針儀構(gòu)造及樣品分析實(shí)驗(yàn)三十六 含鉻廢水中Cr6+的測(cè)定與處置實(shí)驗(yàn)三十七 超聲波儀器探頭的組合性能實(shí)驗(yàn)三十八 X射線檢測(cè)底片察看實(shí)驗(yàn)三十九 外表檢測(cè)技術(shù)磁粉檢測(cè)、浸透檢測(cè)實(shí)驗(yàn)四十 濺射鍍膜(1)金屬膜實(shí)驗(yàn)四十一 濺射鍍膜(2)化合物膜實(shí)驗(yàn)四十二 合金構(gòu)造鋼、工具鋼的熱處置和顯微組織分析實(shí)驗(yàn)四十三 不銹鋼、耐熱鋼的顯微組織分析實(shí)驗(yàn)四十四 鑄鐵、有色金屬顯微組織察看實(shí)驗(yàn)四十五 動(dòng)量傳輸實(shí)驗(yàn)一 金相試樣的制備、顯微鏡的構(gòu)造與操作(綜合性)一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 試樣的取樣、鑲嵌、磨制；2. 浸蝕劑的選取，試樣的浸蝕；3. 試樣制備質(zhì)量檢

4、驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解金相試樣的制備過(guò)程。2初步掌握金相試樣制備、浸蝕的根本方法，同時(shí)熟習(xí)顯微鏡的構(gòu)造與操作。三、實(shí)驗(yàn)條件及要求 設(shè)備：金相切割機(jī)、砂輪機(jī)、鑲嵌機(jī)、預(yù)磨機(jī)、拋光機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、顯微鏡。資料：金相砂紙、拋光粉、拋光布、浸蝕劑、棉球、酒精。試樣：20，45，T8，T12，白口鐵假設(shè)干要求：獨(dú)立制備試樣，試樣無(wú)明顯劃痕、擾亂層等缺陷。四、實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)在科研和實(shí)驗(yàn)中，人們經(jīng)常借助于金相顯微鏡對(duì)金屬資料進(jìn)展顯微分析和檢測(cè)，以控制金屬資料的組織和性能。在進(jìn)展顯微分析前，首先必需制備金相試樣，假設(shè)試樣制備不當(dāng)，就不能看到真實(shí)的組織，也就得不到準(zhǔn)確的結(jié)論。金相試樣制備過(guò)程包括：取樣鑲嵌、磨制、拋光

5、和浸蝕。1.取樣取樣部位的選擇應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)的目的選擇有代表性的區(qū)域。普通進(jìn)展如下幾方面的取樣。原資料及鍛件的取樣：原資料及鍛件的取樣主要應(yīng)根據(jù)所要檢驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)展縱向取樣和橫向取樣。縱向取樣檢驗(yàn)的內(nèi)容包括：非金屬夾雜物的類型、大小、外形；金屬變形后晶粒被拉長(zhǎng)的程度；帶狀組織等。橫向取樣檢驗(yàn)的內(nèi)容包括：檢驗(yàn)資料自外表到中心的組織變化情況；外表缺陷；夾雜物分布；金屬外表滲層與覆蓋層等。事故分析取樣：當(dāng)零件在運(yùn)用或加工過(guò)程中被損壞，應(yīng)在零件損害處取樣然后再在沒(méi)有損壞的地方取樣，以便于對(duì)比分析。取樣的方法：取樣的方法由于資料的性能不一樣，有硬有軟，所以取樣的方法也不一樣。軟資料可用鋸、車、銑、刨等來(lái)截??；

6、對(duì)于硬的資料那么用金相切割機(jī)或線切割機(jī)床截取，切割時(shí)要用水冷卻，以免試樣受熱引起組織變化；對(duì)硬而脆的資料，可用錘擊碎，選取適宜的試樣。試樣的大小以便于拿在手里磨制為宜，通常普通為1215mm圓柱體或121215mm正方體。取樣的數(shù)量應(yīng)根據(jù)工件的大小和檢驗(yàn)的內(nèi)容取2-5個(gè)為宜。鑲嵌：截取好的試樣有的過(guò)于細(xì)小或是薄片、碎片，不宜磨制或要求準(zhǔn)確分析邊緣組織的試樣就需求鑲嵌成一定的外形和大小。常用的鑲嵌方法有機(jī)械鑲嵌、塑料鑲嵌或環(huán)氧樹(shù)脂冷嵌。如圖1-1所示。機(jī)械鑲嵌：用不同的夾具將不同外形的試樣夾持。夾持時(shí)，夾具與試樣之間、試樣和試樣之間應(yīng)放上填片，填片應(yīng)采用硬度相近且電位高的金屬片，以免浸蝕試樣時(shí)填

7、片發(fā)生反響，影響組織顯示。a 機(jī)械鑲嵌法 b 環(huán)氧樹(shù)脂冷嵌 c 塑料鑲嵌法圖 1-1 金相試樣鑲嵌方法試樣墊片環(huán)氧樹(shù)脂試樣金屬套管塑料或電木abc塑料鑲嵌：是在公用鑲嵌機(jī)上進(jìn)展，常用資料是電木粉，電木粉是一種酚醛樹(shù)脂，不透明，有各種不同的顏色。鑲嵌時(shí)在壓模內(nèi)加熱加壓，保溫一定時(shí)間后取出。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成型后即可脫模，不會(huì)發(fā)生變形。缺陷是不適宜淬火件。對(duì)于一些不能加熱和加壓的試樣可采用環(huán)氧樹(shù)脂冷嵌。2.磨光目的是得到一個(gè)平整光滑的外表。磨光分粗磨和細(xì)磨。粗磨：普通資料可用砂輪機(jī)將試樣磨面磨平；軟資料可用銼銼平，磨時(shí)要用水冷卻，以防止試樣受熱改動(dòng)組織。不需求檢查表層組織的試樣要倒角倒邊。細(xì)磨：目

8、的是消除粗磨留下的劃痕，為下一步的拋光作預(yù)備，細(xì)磨又分為手工巧磨和機(jī)械細(xì)磨。手工巧磨：選用不同粒度的金相砂紙180、240、400、600、800，由粗到細(xì)進(jìn)展磨制。磨時(shí)將砂紙放在玻璃板上，手持試樣一方向向前推磨，切不可來(lái)回磨制，用力均勻，不宜過(guò)重。每換一號(hào)砂紙時(shí)，試樣磨面需轉(zhuǎn)90，與舊劃痕垂直，以此類推，直到舊劃痕消逝為止。試樣細(xì)磨終了后，用水將試樣沖洗干凈待拋。機(jī)械細(xì)磨：是在公用的機(jī)械予磨機(jī)上進(jìn)展。將不同號(hào)的水砂紙剪成圓形，置于予磨機(jī)圓盤(pán)上，并不斷注入水，就可進(jìn)展磨光，其方法與手工巧磨一樣，即磨好一號(hào)砂紙后，再換另一號(hào)砂紙，試樣同樣轉(zhuǎn)90，直到800號(hào)為止。3.拋光目的是去除試樣磨面上經(jīng)細(xì)

9、磨留下的細(xì)微劃痕，使試樣磨面成為光亮無(wú)痕的鏡面。拋光有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光。最常用的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在金相拋光機(jī)上進(jìn)展。拋光時(shí)，試樣磨面應(yīng)均勻的輕壓在拋光盤(pán)上。并將試樣由中心至邊緣挪動(dòng)。并做細(xì)微挪動(dòng)。在拋光過(guò)程中要以量少次數(shù)多和由中心向外擴(kuò)展的原那么不斷參與拋光微粉乳液，拋光應(yīng)堅(jiān)持適當(dāng)?shù)臐穸?，由于太濕降低磨削力，使試樣中的硬質(zhì)相呈現(xiàn)浮雕。濕度太小，由于摩擦生熱會(huì)使試樣生溫，使試樣產(chǎn)生晦暗景象，其適宜的拋光濕度是以提起試樣后磨面上的水膜在35秒鐘內(nèi)蒸發(fā)完為準(zhǔn)。拋光壓力不宜太大，時(shí)間不宜太長(zhǎng)，否那么會(huì)添加磨面的擾亂層。粗拋光可選用帆布、海軍呢做拋光織物，精拋光可選用絲絨、天鵝絨、絲綢做

10、拋光織物。拋光前期拋光液的濃度應(yīng)大些，后期運(yùn)用較稀的，最后用清水拋，直至試樣成為光亮無(wú)痕的鏡面，即停頓拋光。用清水沖洗干凈后即可進(jìn)展浸蝕。 常用的拋光微粉見(jiàn)表1-14.金相試樣的顯示拋光后的金相試樣置于金相顯微鏡下察看僅能看到鑄鐵中的石墨、非金屬夾雜物。金相組織只需顯示后才干看到，金相組織顯示的方法有化學(xué)浸蝕法，電解浸蝕法，物理浸蝕法。常用的是化學(xué)浸蝕法?；瘜W(xué)浸蝕法就是利用化學(xué)試劑對(duì)試樣外表進(jìn)展溶解或電化學(xué)作用來(lái)顯示金屬的組織。純金屬及單相合金的浸蝕是一個(gè)化學(xué)溶解過(guò)程，由于晶界原子陳列較亂，不穩(wěn)定，在晶界上的原子具有較高的自在能，晶界處就容易浸蝕而下凹，顯微鏡的光線在凹處就產(chǎn)生漫反射回不到目鏡

11、中，晶界呈現(xiàn)黑色，見(jiàn)圖 1-2a。二相合金的浸蝕與純金屬截然不同，它主要是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程。由于不同的相具有不同的電位，當(dāng)試樣浸蝕時(shí)，就構(gòu)成許多微小的部分電池，具有較高負(fù)電位的一相為陽(yáng)極被迅速溶解，而逐漸凹洼，具有較高正電位的一相為陰極，不被浸蝕，堅(jiān)持原有的平面，兩相構(gòu)成的電位差越大，浸蝕速度越快，在光線的照射下，兩個(gè)相就構(gòu)成了不同的顏色，凹洼的部分呈黑色，凸出的一相發(fā)亮呈白色，見(jiàn)圖1-2b。表1-1 常用的拋光微粉材 料莫 氏 硬 度特 點(diǎn)適 用 范 圍氧化鋁AL2O39白色。氧化鋁微粒平均尺寸0.3m，外形呈多角形。氧化鋁粒度為0.1m，外形呈薄片狀，壓碎后更為細(xì)小通用拋光粉。用于粗拋光和精

12、拋光氧化鎂MgO5.56白色。粒度極細(xì)而均勻，外形銳利呈八面體適用于鋁鎂及其合金和鋼中非金屬夾雜物的拋光氧化鉻Cr2O38綠色。具有較高硬度，比氧化鋁拋光才干差適用于淬火后的合金鋼、高速鋼以及鈦合金拋光氧化鐵Fe2O36紅色。顆粒圓細(xì)無(wú)尖角，變形層厚適用于拋光較軟金屬及合金金剛石粉膏10顆粒鋒利、鋒利，磨削作用極佳，壽命長(zhǎng)，變形層小適用于各種資料的粗、精拋光，是理想的磨料浸蝕平面晶界被浸蝕aba 鐵素體 b 珠光體圖1-2 單相合金和雙相合金浸蝕表示圖鐵素體(陽(yáng)極)滲碳體(陰極)序號(hào)浸蝕劑稱號(hào)成分適用范圍運(yùn)用要點(diǎn)1硝酸酒精溶液硝酸 15ml酒精 100ml碳鋼及低合金鋼的組織顯示硝酸含量按資料

13、選擇，浸蝕數(shù)秒鐘2苦味酸酒精溶液苦味酸 210g酒精 100ml對(duì)鋼鐵資料的細(xì)密組織顯示較明晰浸蝕時(shí)間自數(shù)秒鐘至數(shù)分鐘3苦味酸鹽酸酒精溶液苦味酸 15g鹽酸 5ml酒精 100ml顯示淬火及淬火回火后鋼的晶粒和組織浸蝕時(shí)間較上例為快些，約數(shù)秒鐘至一分鐘4苛性鈉苦味酸水溶液苛性鈉 25g苦味酸 2g水 100g鋼中的滲碳體染成暗黑色加熱煮沸浸蝕530min5氯化鐵鹽酸水溶液氯化鐵 5g鹽酸 50g水 100g 顯示不銹鋼、奧氏體高鎳鋼、銅及銅合金組織浸蝕至顯現(xiàn)組織6王水甘油溶液硝酸 10ml鹽酸 2030ml甘油 30ml顯示奧氏體鎳鉻合金等組織先用鹽酸與甘油充分混合，然后加入硝酸，試樣浸蝕前先

14、用熱水預(yù)熱7氨水雙氧水溶液氨水飽和 50ml 3%雙氧水溶液 50ml顯示銅及銅合金組織配好后，馬上運(yùn)用、用棉花蘸擦8氯化銅氨水溶液氯化銅 8g氨水飽和100ml顯示銅及銅合金組織浸蝕3050s9混合酸氫氟酸濃 1ml鹽酸 1.5ml硝酸 2.5ml水 95ml 顯示硬鋁組織浸蝕1020s或用棉花蘸擦10氫氟酸水溶液氫氟酸濃0.5ml水 99.5ml顯示普通鋁合金組織用棉花擦拭11苛性鈉水溶液苛性鈉 1g水 90ml顯示鋁及鋁合金組織浸蝕數(shù)秒鐘表1-2 常用的化學(xué)浸蝕劑5. 化學(xué)操作本卷須知 (1) 試樣進(jìn)展化學(xué)浸蝕時(shí)應(yīng)在公用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)展，對(duì)有毒的試劑應(yīng)在抽風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)展。(2) 試樣浸蝕前應(yīng)清

15、洗干凈，磨面上不允許有任何贓物以免影響浸蝕效果。根據(jù)資料和檢驗(yàn)要求正確選擇浸蝕劑見(jiàn)表1-2。留意掌握浸蝕時(shí)間，普通是磨面由光亮逐漸失去光澤而變成銀灰色或灰黑色。主要根據(jù)閱歷確定。通常高倍察看時(shí)浸蝕宜淺，低倍察看可深些。試樣浸蝕適度后，應(yīng)立刻用清水沖洗干凈，滴上乙醇吹干，即可進(jìn)展顯微分析。五、實(shí)驗(yàn)步驟每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指點(diǎn)書(shū)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、義務(wù)。仔細(xì)了解所運(yùn)用的儀器型號(hào)，操作方法及本卷須知。按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制備一個(gè)合格的金相試樣。仔細(xì)察看制備的試樣，并畫(huà)出組織表示圖。六、思索題根據(jù)本人的實(shí)際領(lǐng)會(huì)，在制備金相試樣時(shí)應(yīng)留意哪些事項(xiàng)？七、實(shí)驗(yàn)成果評(píng)定方法主要評(píng)分點(diǎn)：原理描畫(huà)、實(shí)驗(yàn)流程、調(diào)試過(guò)程、數(shù)據(jù)

16、記錄、處理問(wèn)題的才干、資料搜集、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)效果等。附件1：為完成上述實(shí)驗(yàn)，方便學(xué)生掌握金相顯微鏡的運(yùn)用，本指點(diǎn)書(shū)給出了有關(guān)顯微鏡的運(yùn)用闡明，如下：金相顯微鏡及運(yùn)用 人們用來(lái)察看金屬內(nèi)部組織構(gòu)造的光學(xué)顯微鏡稱為金相顯微鏡，它是目前研討金屬顯微組織最常用的重要工具。金相顯微鏡是根據(jù)幾何光學(xué)的根本原理，由許多光學(xué)元件按一定的要求組合而成的精細(xì)光學(xué)儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的提高和開(kāi)展，金相顯微鏡在構(gòu)造、性能等方面也在不斷的改良和提高。偏振光、相襯、光的干涉、高低溫等特殊光學(xué)分析技術(shù)在顯微鏡上的運(yùn)用，更加擴(kuò)展了金相顯微鏡的運(yùn)用范圍。一、顯微鏡的根本原理普通正常人看物體時(shí)，明視間隔 為250mm左右，在這個(gè)

17、間隔 正常視力的人可以分辨的兩點(diǎn)最小間隔 約為0.150.3mm，大于或小于這個(gè)間隔 雖然能看見(jiàn)，但不易分辨物體的細(xì)微部分，而且眼睛容易疲勞。金屬顯微組織中的相和各組織組成物之間的間隔 均小于這個(gè)數(shù)值，因此必需利用金相顯微鏡加以放大才干看清。利用單個(gè)凸透鏡可以將物體的實(shí)像放大，利用一組透鏡可以使放大倍數(shù)進(jìn)一步提高，但這些還滿足不了對(duì)金屬顯微組織察看的要求，因此，金相顯微鏡設(shè)計(jì)時(shí)思索用另一透鏡組將第一次放大的像再次進(jìn)展放大，以得到更高放大倍數(shù)的像。根據(jù)這一設(shè)計(jì)，金相顯微鏡中裝有兩組放大透鏡，接近物體的一組透鏡稱為物鏡，接近眼睛進(jìn)展察看的一組透鏡稱為目鏡。圖1 金相顯微鏡的成像原理 金相顯微鏡的成

18、像原理表示圖如圖1所示。 物體AB置于物鏡的一倍焦距(F1) 以外，兩倍焦距之內(nèi)的位置上，經(jīng)過(guò)物鏡后可構(gòu)成一個(gè)倒立、放大的實(shí)像A1B1，當(dāng)實(shí)像A1B1位于目鏡的一倍焦距F2以內(nèi)時(shí)，那么目鏡又使A1B1放大，在目鏡的物方兩倍焦距以外，得到A1B1的正立放大的虛像A2B2。這最后映像A2B2是經(jīng)過(guò)物鏡、目鏡兩次放大后得到的。A2B2又經(jīng)過(guò)眼睛這一光學(xué)系統(tǒng)成像于視網(wǎng)膜上(A3B3)，因此可察看到相對(duì)于物體是倒立的放大圖像。 顯微鏡在設(shè)計(jì)時(shí)，讓目鏡的焦點(diǎn)位置與物鏡放大所成的實(shí)像位置接近，并使最終的倒立虛像在人的明視間隔 處(約250mm)成像，這樣就可以使人的察看效果最為明晰。二、顯微鏡的放大倍數(shù)從顯

19、微鏡的成像原理可知，顯微鏡的放大倍數(shù)該當(dāng)是物鏡的放大倍數(shù)與目鏡放大倍數(shù)的乘積。物體AB經(jīng)物鏡放大后的放大倍數(shù)為： 式中1、1 分別為物鏡的前焦距和后焦距，為顯微鏡的光學(xué)鏡筒長(zhǎng)。物像A1B1經(jīng)目鏡放大后的放大倍數(shù)為： 式中，f2 為目鏡的前焦距；S為人眼的明視間隔 ，普通S=250mm左右。所以顯微鏡的總的放大倍數(shù)該當(dāng)是： 顯微鏡物鏡的放大倍數(shù)可達(dá)100倍，目鏡的放大倍數(shù)可達(dá)25倍，通長(zhǎng)顯微鏡設(shè)計(jì)的最高放大倍數(shù)為16002000倍，但因受物鏡分辨才干的限制，普通可放大10001500倍。放大倍數(shù)用符號(hào)“表示，分別標(biāo)注在物鏡與目鏡的鏡筒金屬外殼上。三、透鏡的像差透鏡在成像過(guò)程中，許多緣由都會(huì)使得構(gòu)

20、成的像與理想像之間存在一定的差別，甚至變形或模糊不清，這種景象稱為光學(xué)系統(tǒng)的像差。像差按產(chǎn)生的緣由和影響成像質(zhì)量的性質(zhì)分為單色像差和色像差。單色像差是單色光成像時(shí)產(chǎn)生的像差，如球差、像散、場(chǎng)曲、慧差和畸變等。色像差是多色光成像時(shí)，由于介質(zhì)折射率隨光的波長(zhǎng)不同而變化所引起的像差，包括軸向色差和垂軸色差兩種。由于像差的存在從不同角度影響了顯微鏡的成像質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)制造中應(yīng)盡量使之減少，但完全削除像差是不能夠的，還需求運(yùn)用者在運(yùn)用過(guò)程中經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)牟僮靼严癫钸M(jìn)一步減小到最小程度。 三、金相顯微鏡的主要性能1鑒別率圖2 物鏡的孔徑角顯微鏡的鑒別率是指顯微鏡視場(chǎng)中可以明晰分辨試樣上相鄰兩點(diǎn)之間最小間隔

21、的才干，它主要決議于顯微鏡物鏡的鑒別率。鑒別率通常用兩個(gè)物點(diǎn)之間能明晰分辨的最小間隔 d的倒數(shù)來(lái)表示，d越小，鑒別率越高。顯微鏡的鑒別率主要取決于入射光的波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑，可用下式表示：式中，為入射光的波長(zhǎng)；NA為數(shù)值孔徑。從公式中可以看出NA越大或越小，鑒別率就越高。數(shù)值孔徑是金相顯微鏡的一個(gè)重要參數(shù)，其大小表征了物鏡的聚光才干，值越大聚光才干越強(qiáng)，從試樣上反射進(jìn)入物鏡的光線越多，從而使顯微鏡的鑒別才干提高。數(shù)值孔徑的數(shù)學(xué)表達(dá)示為式中n為物鏡與試樣間介質(zhì)的折射率，為物鏡的孔徑半角，如圖2所示。從公式中可以看出，添加孔徑角和介質(zhì)的折射率都可使數(shù)值孔徑增大。添加孔徑角的途徑一是添加透鏡的直徑，二是

22、縮短物鏡的焦距。添加透鏡的直徑會(huì)給像差的校正帶來(lái)困難，因此不適用。增大物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率主要是經(jīng)過(guò)選擇不同的介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，空氣的折射率為1，而松柏油的折射率為1.515。因此，以油為介質(zhì)的物鏡有較大的數(shù)值孔徑。 物鏡的數(shù)值孔徑與放大倍數(shù)一同刻在鏡頭的外殼上。2有效放大倍數(shù)有效放大倍數(shù)是保證物鏡充分利用時(shí)所對(duì)應(yīng)的顯微鏡的放大倍數(shù)，推導(dǎo)后的公式為：通長(zhǎng)顯微鏡采用黃綠光，那么=5.510-4mm，有效放大倍數(shù)近似為在運(yùn)用顯微鏡時(shí)，應(yīng)該根據(jù)有效放大倍數(shù)來(lái)選擇物鏡與目鏡的配合。假設(shè)顯微鏡的放大倍數(shù)低于500NA，那么沒(méi)有充分發(fā)揚(yáng)物鏡的分辨才干，由于目鏡放大倍數(shù)缺乏，物鏡可分辨的細(xì)節(jié)不能為人

23、眼所分辨。假設(shè)放大倍數(shù)超越1000NA，稱為慮偽放大，這時(shí)在有效放大倍數(shù)內(nèi)不能分辨的細(xì)節(jié)依然看不清楚。3景深景深反映顯微鏡對(duì)于高低不同的物體能明晰成像的才干，又稱垂直鑒別率，可用如下公式表示：圖3 金相顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)1-物鏡組； 2-輔助物鏡片1； 3-半透反光鏡； 4-聚光透鏡組1； 5-濾色片； 6-聚光透鏡組1； 7-燈泡； 8-目鏡組； 9-半五角棱鏡； 10-棱鏡； 11-消雜光欄； 12-輔助物鏡片2； 13-視場(chǎng)光欄； 14-孔徑光欄； 15-反光鏡由公式可知，選用數(shù)值孔徑小的物鏡可得到較大的景深，但要降低顯微鏡的分辨率，因此，在運(yùn)用中要根據(jù)情況進(jìn)展選擇。景深太小，組織高低的細(xì)微

24、差別就難以呈現(xiàn)明晰的圖像。四、金相顯微鏡的構(gòu)造隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，金相顯微鏡的種類越來(lái)越多，技術(shù)程度越來(lái)越高，但從構(gòu)造方式上主要分為臺(tái)式、立式和臥式三種，從組成上普通都由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三部分組成。金相顯微鏡典型的光學(xué)系統(tǒng)如圖3所示。顯微鏡任務(wù)時(shí)，燈泡作為光源發(fā)出的一束光線，經(jīng)過(guò)聚光透鏡組1和反光鏡被聚集到孔徑光欄上，然后經(jīng)過(guò)聚光鏡組2再聚焦在物鏡的后焦面上，最后光線經(jīng)過(guò)物鏡以平行光束照射到試樣的外表。從試樣外表反射和散射回來(lái)的成像光線 ，又經(jīng)物鏡、輔助物鏡1、半透反光鏡、輔助物鏡片2、棱鏡及半五角棱鏡構(gòu)成一個(gè)放大的實(shí)像，該像再次經(jīng)目鏡放大，就成為在目鏡視場(chǎng)中能看到的放大的映像。顯

25、微鏡的照明系統(tǒng)是利用裝在底座內(nèi)的低壓燈泡作為光源，燈前有聚光鏡組1、反光鏡和孔徑光欄組等組成的部件以及安裝在支架上的視場(chǎng)光欄和另一聚光鏡?？讖焦鈾诤鸵晥?chǎng)光欄的作用主要是用來(lái)改動(dòng)成像光束的孔徑和視場(chǎng)的大小，調(diào)理過(guò)程中，孔徑光欄以調(diào)到成像明晰為準(zhǔn)，視場(chǎng)光欄根據(jù)察看的需求調(diào)到能看到所需視場(chǎng)大小即可。常用的普通顯微鏡的構(gòu)造如圖4所示。其主要機(jī)械構(gòu)造包括以下幾個(gè)部分。載物臺(tái)：載物臺(tái)是放置金相試樣的安裝。為了防止試樣挪動(dòng)還可設(shè)置壓片組，用來(lái)壓緊試樣。載物臺(tái)可以用手動(dòng)方式進(jìn)展挪動(dòng)。察看試樣時(shí)，經(jīng)過(guò)程度方向前后、左右的挪動(dòng)，可以對(duì)察看部位進(jìn)展選擇。圖4 普通顯微鏡構(gòu)造圖1-載物臺(tái)；2-物鏡；3-轉(zhuǎn)換器；4-傳

26、動(dòng)箱；5-微動(dòng)調(diào)焦手輪；6-粗動(dòng)調(diào)焦手輪；7-光源；8-偏心圈；9-樣品；10-目鏡；11-目鏡管；12-固定螺釘；13-調(diào)理螺釘；14-視場(chǎng)光欄；15-孔徑光欄物鏡轉(zhuǎn)換器：物鏡轉(zhuǎn)換器普通呈球面形，其上可同時(shí)安裝三個(gè)不同放大倍數(shù)的物鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器就可使不同放大倍數(shù)的物鏡與目鏡配合，從而獲得需求的放大倍數(shù)。目鏡管：目鏡管用來(lái)放置目鏡，呈45安裝在半球形座上，如要拍攝金相照片時(shí)還可將目鏡管轉(zhuǎn)向程度形狀以配合照相安裝進(jìn)展金相攝影。調(diào)焦機(jī)構(gòu)：察看金相試樣時(shí)，為了獲得明晰的物像，必需對(duì)物鏡與試樣之間的間隔 進(jìn)展調(diào)整，這個(gè)過(guò)程就是調(diào)焦。調(diào)焦是經(jīng)過(guò)操作調(diào)焦手輪使載物臺(tái)上升或下降來(lái)完成的。調(diào)焦機(jī)構(gòu)分為粗動(dòng)調(diào)焦

27、和微動(dòng)調(diào)焦兩部分，分別經(jīng)過(guò)粗動(dòng)調(diào)焦手輪和微動(dòng)調(diào)焦手輪進(jìn)展操作。旋轉(zhuǎn)粗動(dòng)調(diào)焦手輪，載物臺(tái)以較快的速度上升和下降，旋轉(zhuǎn)微動(dòng)手輪，載物臺(tái)緩慢上下挪動(dòng)。由于微動(dòng)調(diào)焦要求較高，因此微動(dòng)手輪上刻有刻度值，以便準(zhǔn)確調(diào)焦。五、金相顯微鏡的運(yùn)用及本卷須知金相顯微鏡屬于精細(xì)的光學(xué)儀器，因此在運(yùn)用時(shí)必需細(xì)心謹(jǐn)慎，運(yùn)用前該當(dāng)熟習(xí)金相顯微鏡的原理和構(gòu)造，運(yùn)用過(guò)程中嚴(yán)厲按照有關(guān)操作規(guī)程進(jìn)展操作。金相顯微鏡的普通操作規(guī)程主要包括：1根據(jù)察看要求選配物鏡和目鏡，并安裝到相應(yīng)位置。2將顯微鏡照明系統(tǒng)的電源插頭插入低壓變壓器插孔中，接通電源。3將金相試樣放在載物臺(tái)中心，如需求固定該當(dāng)用載物臺(tái)上的固定安裝進(jìn)展固定。4進(jìn)展調(diào)焦。調(diào)焦

28、過(guò)程是先經(jīng)過(guò)粗動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)使試樣與物鏡之間到達(dá)一定成像的間隔 (物鏡不能與試樣相接觸)，然后經(jīng)過(guò)微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)進(jìn)一步準(zhǔn)確調(diào)焦，使成像到達(dá)最正確。5根據(jù)所察看試樣的要求，適當(dāng)調(diào)理孔徑光欄和視場(chǎng)光欄，以獲得最好的物像效果。運(yùn)用金相顯微鏡時(shí)的本卷須知主要包括：1相顯微鏡的照明電源用的是低壓燈泡，必需經(jīng)過(guò)降壓變壓器運(yùn)用，千萬(wàn)不可將顯微鏡的照明電源插頭直接插入220V電源插座，以免呵斥事故。 2不能用手擦拭物鏡和目鏡的玻璃部分，如有灰塵可用鏡頭紙或公用毛刷進(jìn)展清理。3不能用手撫摸金相試樣的察看面，也不要隨意的挪動(dòng)試樣，以免劃傷察看面，影響察看效果。4運(yùn)用過(guò)程中必需細(xì)心操作，不能有粗暴和猛烈的動(dòng)作，要防止振動(dòng)

29、。特別是調(diào)焦時(shí)，動(dòng)作一定要慢，如遇妨礙時(shí)該當(dāng)立刻停頓操作，待查明緣由后再進(jìn)展。5不允許隨意裝配顯微鏡部件，特別是光學(xué)系統(tǒng)，以免損壞顯微鏡或影響顯微鏡的運(yùn)用精度。 實(shí)驗(yàn)二 鐵碳合金平衡組織的顯微分析驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟炜磋F碳合金在平衡形狀下的顯微組織特征。掌握鐵碳合金成分，組織性能之間的變化規(guī)律。概述鐵和碳組成的合金稱為鐵碳合金，鐵碳合金的平衡組織，可根據(jù)鐵碳相圖來(lái)分析，由相圖可知一切鐵碳合金在室溫下的組織均由鐵素體和滲碳體二個(gè)相組成，隨著鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加，鐵素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)量不同，分布形狀不同呵斥了組織和性能差別很大。鐵碳合金室溫下根本相和組織組成物的根本特征1.鐵素體F 是碳溶入-Fe

30、中的間隙固溶體，晶體構(gòu)造為體心立方晶格，具有良好的塑韌性，但強(qiáng)度硬度低，經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕呈白色多邊形晶粒，在不同成分的碳鋼中其形狀為塊狀和斷續(xù)網(wǎng)狀。2.滲碳體Fe3C 是鐵與碳構(gòu)成的化合物，含碳量為6.69%。晶格為復(fù)雜的八面體構(gòu)造，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蝕后呈白色，用堿性苦味酸鈉熱蝕后呈黑色，用此法可以區(qū)分鐵碳合金中的滲碳體和鐵素體。由鐵碳相圖知，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同，滲碳體有不同的形狀，一次滲碳體是由液態(tài)直接析出的滲碳體，呈白色長(zhǎng)條狀；二次滲碳體是從奧氏體中析出的滲碳體，呈網(wǎng)狀分布，三次滲碳體是從鐵素體中析出的滲碳體，沿晶界呈小片狀，共晶滲碳體在萊氏體中為延續(xù)基體，共析滲碳

31、體是同鐵素體交替構(gòu)成呈交替片狀。3.珠光體P 是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，在平衡形狀下，鐵素體和滲碳體是片層相間的層狀組織。在高倍下察看時(shí)鐵素體和滲碳體都呈白色，滲碳體周圍有圈黑線包圍著，在低倍下當(dāng)物鏡的鑒別才干小于滲碳體厚度的時(shí)候，滲碳體就成為一條黑線。見(jiàn)圖3-1。a15000b400圖2-1 不同放大倍數(shù)下珠光體的顯微組織二鐵碳合金相圖的分析圖 3-2 工業(yè)純鐵顯微組織在鐵碳形狀圖上，根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同，鐵碳合金分為工業(yè)純鐵，碳鋼及白口鑄鐵。1.工業(yè)純鐵 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.0218%的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵。室溫下的組織為單相的鐵素體晶粒。用4%的硝酸酒精浸蝕后，鐵素體呈白色。當(dāng)碳的

32、質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高時(shí)，在少數(shù)鐵素體晶界上析出微量的三次滲碳體小薄片，見(jiàn)圖 3-2。2.碳鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.02182.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金稱為碳鋼，根據(jù)鋼中含碳量的不同，其組織也不同，鋼又分為亞共析鋼，共析鋼，過(guò)共析鋼三種。1亞共析鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.02180.77%范圍內(nèi)，室溫下的組織為鐵素體和珠光體，隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加，先共析鐵素體逐漸減少，珠光體數(shù)量添加。見(jiàn)圖 3-3 。白色有晶界的為鐵素體，黑色層片狀的組織為珠光體。 在顯微鏡下，可根據(jù)珠光體所占面積的百分?jǐn)?shù)估計(jì)出亞共析鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：WcWp%0.77%Wc 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wp 珠光體所占面積的百分?jǐn)?shù)a 用4%硝酸酒精浸蝕 b

33、用堿性苦味酸鈉熱蝕圖 3-4 T12鋼顯微組織20鋼 45鋼 70鋼圖 3-3 亞共析鋼的顯微組織2) 過(guò)共析鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.772.11%范圍的碳鋼為過(guò)共析鋼。室溫下的組織為層片狀珠光體和二次滲碳體，見(jiàn)圖 3-4。 用4%硝酸酒精浸蝕，二次滲碳體呈白色網(wǎng)狀分布在珠光體周圍。用堿性苦味酸鈉溶液熱蝕后，滲碳體呈黑色。圖3-5 亞共晶白口鑄鐵顯微組織3、白口鑄鐵 含碳量在2.116.69%范圍內(nèi)的鐵碳合金為白口鑄鐵。根據(jù)含碳量的不同又分為亞共晶白口鑄鐵，共晶白口鑄鐵，過(guò)共晶白口鑄鐵三類。1亞共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量數(shù)為2.114.3%，室溫組織為珠光體二次滲碳體和低溫萊氏體，見(jiàn)圖 3-5 。黑

34、色樹(shù)枝狀為初生奧氏體轉(zhuǎn)變的珠光體，其周圍白色網(wǎng)狀物為二次滲碳體。其他為萊氏體，萊氏體中的黑色粒狀或短桿狀物為共晶珠光體。2) 共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%。室溫組織為單一的萊氏體，見(jiàn)圖 3-6。圖中黑色的粒狀短桿狀為珠光體，白色基體為滲碳體。圖 3-6共晶白口鑄鐵組織圖 3-7過(guò)共晶白口鑄鐵組織3) 過(guò)共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.36.6%之間。室溫組織為一次滲碳體和萊氏體，見(jiàn)圖 3-7。一次滲碳體呈白色長(zhǎng)條狀，貫穿在萊氏體基體上，其他為共晶萊氏體。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及資料1、金相顯微鏡2、金相試樣，見(jiàn)表3-1四、實(shí)驗(yàn)步驟1、察看表3-1中的各種資料的顯微組織。留意不同成分合金的組織形狀

35、特征。2、繪制不同合金的顯微組織表示圖并注明資料形狀、組織。3、察看未知試樣，根據(jù)亞共析鋼組織的相對(duì)量估算出鋼的大致含碳量。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮?jiǎn)述金相試樣的制備過(guò)程畫(huà)組織表示圖分析未知試樣，利用杠桿定律估算出該鋼的大致含碳量六、思索題1、滲碳體有幾種；它們的形狀有什么不同？2、闡明碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鐵碳合金組織和性能的影響？表 3-1 鐵碳合金典型試樣序號(hào)樣品稱號(hào)形狀浸蝕劑顯微組織1工業(yè)純鐵退火4%硝酸酒精F220鋼退火4%硝酸酒精F+P345鋼退火4%硝酸酒精F+P465鋼退火4%硝酸酒精F+P5T8鋼退火4%硝酸酒精P6T12鋼退火4%硝酸酒精P+Fe3C7T12鋼退火堿性苦味酸鈉P+F

36、e3C8亞共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精P+Fe3C+Ld9共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精Ld10過(guò)共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精Ld+ Fe3C11亞共析鋼未知試樣、鑄態(tài)4%硝酸酒精F+P實(shí)驗(yàn)三 金屬的塑性變形與再結(jié)晶驗(yàn)證性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響。2了解冷變形度對(duì)金屬再結(jié)晶后晶粒大小的影響。圖3-1 05鋼冷塑性變形后組織(200)a)未變形，940正火 b)變形程度40% c)變形程度70% d)變形程度80%二、實(shí)驗(yàn)概述一金屬塑性變形后的組織、性能變化 金屬的重要特性之一就是具有塑性。當(dāng)金屬受的外力切應(yīng)力超越其屈服點(diǎn)s時(shí)，除繼續(xù)發(fā)生彈性變形外，同時(shí)還發(fā)生永久變形，又

37、稱塑性變形。它主要經(jīng)過(guò)滑移和孿生方式進(jìn)展。塑性變形的結(jié)果不僅使金屬的外形、尺寸改動(dòng)，而且使金屬內(nèi)部的組織和性能也發(fā)生變化?，F(xiàn)將這些變化分述于下。1滑移帶 滑移是金屬塑性變形的根本方式。晶體滑移時(shí)沿滑移面、滑移方向產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，在自在外表處產(chǎn)生臺(tái)階，大量滑移臺(tái)階的積累就構(gòu)成了宏觀塑性變形。經(jīng)過(guò)光學(xué)顯微鏡察看已變形的拋光試樣，就能見(jiàn)到許多平行線條，即為滑移帶。2孿晶 孿生通常是晶體難以滑移時(shí)而進(jìn)展的另一種塑性變形方式。孿生變形就是晶體的一部分沿一定晶面和晶向進(jìn)展剪切變形，從而使已變形部分與未變形部分的原子陳列構(gòu)成鏡面對(duì)稱，此稱孿晶。由于晶體兩部分位向不同，受浸蝕程度有異，對(duì)光的反射才干也明顯不同，

38、故在顯微鏡下能看到形變孿晶。3纖維組織 金屬在變形前內(nèi)部組織為等軸晶粒，隨著變形量的添加，晶粒逐漸沿變形方向伸長(zhǎng)，并最后被顯著地拉成纖維狀。這種組織稱之冷加工纖維組織。05鋼不同變形度下的顯微組織如圖3-1所示。4加工硬化 由于金屬冷塑性變形，亞構(gòu)造進(jìn)一步細(xì)化，位錯(cuò)密度增大，導(dǎo)致其強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性下降，該景象即稱加工硬化。二塑性變形后的回復(fù)與再結(jié)晶 金屬經(jīng)冷塑性變形后，在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定形狀，必有力求恢復(fù)到穩(wěn)定形狀的趨勢(shì)。但在室溫下，由于原子的動(dòng)能缺乏，恢復(fù)過(guò)程不易進(jìn)展，加熱會(huì)提高原子的活動(dòng)才干，也就促進(jìn)了這一恢復(fù)過(guò)程的進(jìn)展。加熱溫度由低到高，其變化過(guò)程大致分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒

39、長(zhǎng)大三個(gè)階段，當(dāng)然這三個(gè)階段并非截然分開(kāi)。圖3-2a即為經(jīng)70變形度的05鋼，625退火后，發(fā)生了不完全再結(jié)晶，圖3-2b為670C退火后，再結(jié)晶已完成。由圖3-3可知，在回復(fù)階段，顯微組織不變，僅是內(nèi)應(yīng)力獲得很大松弛，所示其性能幾乎不變。但經(jīng)再結(jié)晶后，顯微組織已恢復(fù)到變形前的等軸晶，故各種性能也都復(fù)原，即加工硬化完全消除。圖3-2 05鋼再結(jié)晶過(guò)程的顯微組織(200)a) 625再結(jié)晶 b) 670再結(jié)晶三再結(jié)晶后晶粒大小與變形量的關(guān)系圖3-4 金屬再結(jié)晶后的晶粒度與預(yù)變形度的關(guān)系曲線圖3-3 變形金屬在加熱過(guò)程中組織和性能變化表示圖冷變形金屬再結(jié)晶后晶粒大小除與加熱溫度、保溫時(shí)間有關(guān)外，還

40、與金屬的預(yù)先變形量有關(guān)。圖3-4表示金屬再結(jié)晶后的晶粒度與預(yù)變形度間的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)變形度很小時(shí)，金屬不發(fā)生再結(jié)晶。這是由于晶內(nèi)儲(chǔ)存的畸變能很小，缺乏以進(jìn)展再結(jié)晶而堅(jiān)持原來(lái)形狀圖3-5a，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一變形度時(shí)，再結(jié)晶后的晶粒特別粗大圖3-5b，該變形度稱之臨界變形度。普通金屬的臨界變形度在210范圍內(nèi)。以后，隨著變形度的添加，再結(jié)晶后的晶粒度逐漸變細(xì)，圖3-5ch。圖3-5 純Al再結(jié)晶后晶粒大小與變形度的關(guān)系變形度：a) 1%; b)2.5%; c)4%; d)6%; e)8%; f) 10%; g) 12%; h) 16%三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試樣1金相顯微鏡。2布氏硬度計(jì)。3鋁片拉伸機(jī)附丈量工

41、具。4實(shí)驗(yàn)用箱式電阻爐。5顯微試樣一套見(jiàn)表3-1。表3-1 供察看的顯微試樣序號(hào)資料處置形狀浸蝕劑察看和測(cè)試內(nèi)容要求1低碳鋼拋光后加壓變形未浸蝕滑移帶畫(huà)下滑移帶表示圖2純Zn稍加塑性變形HCl+HNO3+甘油形變孿晶畫(huà)形變孿晶表示圖2純Cu變形度：0, 30%, 50%, 80%3%FeCl3溶于10%HCl水溶液中察看不同變形度下晶粒形狀并測(cè)出其硬度HBS作出硬度與變形度的關(guān)系曲線4純Al不同變形度經(jīng)550C退火30min15%HF+45%HCl+15%HNO3+25%H2O察看晶粒大小作晶粒度與變形度的關(guān)系曲線四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1察看上述各試樣，并根據(jù)要求，畫(huà)出組織表示圖及關(guān)系曲線。2一組

42、鋁片試樣的制備方法如下：1在試樣上200mm20mm0.31.2mm純Al 劃出100mm的刻度線，如圖6所示，并編號(hào)。2將鋁片置于拉伸機(jī)上，拉至指定的變形度。試樣拉伸后長(zhǎng)度計(jì)算式為： L=1001本實(shí)驗(yàn)=1、2.5、4、6、8、10、12、163將一組8根試樣搜集在一同放入加熱爐中進(jìn)展550C10、保溫30min的再結(jié)晶退火。4將退火后的試樣用混合酸浸蝕顯示晶粒。由于浸蝕時(shí)放出熱量，須將浸蝕劑容器放在冷水中冷卻，浸蝕后用清水沖洗。5晶粒大小的測(cè)定方法：變形度8的鋁片，可計(jì)算500mm2面積內(nèi)的晶粒數(shù)，變形度8的鋁片，那么可計(jì)算100mm2內(nèi)的晶粒數(shù)，再換算成平均每一晶粒所占面積mm2晶粒。注

43、：假設(shè)時(shí)間有限，該組鋁片變形試樣亦可由實(shí)驗(yàn)室事先制備好。實(shí)驗(yàn)四 鋼的端淬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 加深對(duì)淬透性概念的了解及其對(duì)制定熱處置工藝的實(shí)踐意義。2. 了解鋼的淬透性的測(cè)定方法。3. 學(xué)會(huì)運(yùn)用鋼的淬透性曲線圖來(lái)確定鋼在各種淬火介質(zhì)中的臨界淬火直徑。 二、實(shí)驗(yàn)概述鋼經(jīng)奧氏體化后在某種介質(zhì)中淬火時(shí), 冷卻速度由表及里逐漸減慢。當(dāng)在某一深度其冷卻速度小于臨界冷卻速度時(shí), 使得不到全部馬氏體組織。由此往里, 得到馬氏體+托氏體、托氏體、索氏體組織。鋼的淬透性表示在規(guī)定條件下, 決議鋼材淬硬深度和硬度分布的特性, 它是鋼材本身的屬性。鋼的淬透性可用淬硬有效深度來(lái)表示。國(guó)家規(guī)范規(guī)定: 從外表到半馬

44、氏體區(qū)(50%馬氏體+50%托氏體)的層深表示淬硬層深度。對(duì)碳鋼和低、中合金鋼, 選擇這種規(guī)范是由于此方法易于根據(jù)淬火鋼的顯微組織或硬度變化來(lái)確定。半馬氏體區(qū)也恰好是鋼材從明顯的脆性斷裂轉(zhuǎn)化為塑性斷裂的分界區(qū), 其斷口有明顯分界限, 以此特征也可簡(jiǎn)便地確定鋼的淬透性。半馬氏體區(qū)的硬度與鋼的含碳量有關(guān), 如圖1所示。鋼的淬透性好壞取決于鋼的臨界淬火冷卻速V臨，V臨越小, 淬透性越好。而V臨又取決于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性, 凡添加過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性 (使C曲線右移)的要素, 均添加鋼的淬透性。其主要要素有: 奧氏體的化學(xué)成分、晶粒大小、成分均勻性以及第二相質(zhì)點(diǎn)等。淬透性是設(shè)計(jì)零件時(shí)合理選用鋼材及消費(fèi)中正

45、確地制定熱處置工藝的重要根據(jù)之一。我國(guó)國(guó)標(biāo)GB225- 88末端洋火法是測(cè)定構(gòu)造鋼淬透性最常用的方法之一。 j末端淬火法如圖2所示, 將一個(gè)圓柱形規(guī)范試祥在正常淬火溫度加熱、保溫, 然后從爐子中取出置于末端淬火設(shè)備上, 對(duì)其末端進(jìn)展噴水冷卻。 因試樣末端冷速最快, 得馬氏體組織, 離末端越遠(yuǎn), 冷卻越慢, 所得組織為馬氏體、馬氏體+托氏體原始組織。冷畢沿試樣長(zhǎng)度從末端開(kāi)場(chǎng)逐一測(cè)定硬度, 并測(cè)定半馬氏體區(qū)硬度點(diǎn)(半馬氏體區(qū)硬度點(diǎn)可從圖l中查得)至淬火端的間隔 , 即為鋼的淬硬層深度, 以此來(lái)衡量鋼的淬透性高低。通常以Jd 表示鋼的淬透性, 式中d表示半馬氏體區(qū)到末端的間隔 (mm), 表示該處測(cè)

46、得的硬度值 (HRC值), 例如 J35-15 表示距浮火端面為 15mm 處的硬度值為35HRC。根據(jù)末端淬火法所測(cè)得的某種鋼的半馬氏體區(qū)至淬火端的間隔 , 利用淬透性曲線圖 (圖5), 并根據(jù)零件的外形及冷卻介質(zhì), 可求出淬火實(shí)踐臨界直徑。其方法如下, 見(jiàn)圖3。從淬透性曲線圖上方找到該工件半馬氏體區(qū)至末端的間隔 為x mm。自該點(diǎn)向下引垂線和理想冷卻的洋透性曲線相交得點(diǎn)1, 從點(diǎn)1向左引程度線與所用冷卻介質(zhì)相符的淬透性曲線相交得點(diǎn)2, 再由點(diǎn)2向下引垂線與該工件外形相符的標(biāo)尺相交得點(diǎn)3, 讀出點(diǎn)3處的值, 就是該工件的實(shí)踐臨界直徑。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及資料1. 箱式電阻爐2. 末端淬火設(shè)備。3.

47、 洛氏硬度汁。4. 砂輪機(jī)。5. 鋼直尺、游標(biāo)卡尺。40鋼、 40Cr的規(guī)范端淬試樣假設(shè)干套, 如圖4所示。 四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 每組領(lǐng)取試樣一套。2. 將試樣裝爐加熱 ,40 鋼為840860 ; 40Cr 為 850870。 到溫后保溫30min。加熱時(shí)要防止試祥末端發(fā)生氧化、脫碳。 假設(shè)在無(wú)維護(hù)氣氛爐內(nèi)加熱, 試樣應(yīng)放在維護(hù)管內(nèi), 維護(hù)管內(nèi)應(yīng)放石墨粉或鑄鐵屑, 并用耐火泥封口。3. 調(diào)整端淬設(shè)備 調(diào)理水閥, 使水柱由噴水口向上, 噴水柱自在高度為655min。4. 試樣經(jīng)保溫后, 從爐內(nèi)取出, 迅速置于末端淬火設(shè)備支座上, 進(jìn)展末端噴水冷卻 (試樣自爐內(nèi)取出至水淳應(yīng)不超越5s), 噴

48、水1015min后取下, 將整個(gè)試樣全部冷卻。5. 將冷卻后的試樣相對(duì)180的兩側(cè)外表沿長(zhǎng)度方向磨去。0.40.5mm (在磨時(shí)不應(yīng)發(fā)生回火景象) 。然后自末端起, 每隔1.5mm丈量一次硬度, 當(dāng)硬度值下降平穩(wěn)時(shí), 每隔 3mm 測(cè)一次, 直到硬度無(wú)變化時(shí)為止。6. 將測(cè)得的硬度數(shù)據(jù)作好記錄。實(shí)驗(yàn)五 鋼的淬火工藝綜合性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟習(xí)加熱溫度、淬火介質(zhì)對(duì)鋼的組織性能的影響。2. 經(jīng)過(guò)對(duì)馬氏體、貝氏體等顯微組織的察看, 熟習(xí)其組織形狀特征, 提高對(duì)鋼淬火組織的鑒別才干。二、實(shí)驗(yàn)概述(一) 淬火加熱溫度對(duì)碳鋼組織和性能的影響淬火加熱溫度根據(jù)鋼材成分選定, 原那么上為表1所列。即亞共析碳鋼采

49、用完全淬火, 獲得細(xì)小均勻的單相奧氏體組織, 然后淬火獲得馬氏體組 織。假設(shè)在Ac1Ac3之間加熱, 那么淬火后的組織中保管未溶入奧氏體中的鐵素體, 普通稱之欠 熱； 假設(shè)加熱溫度過(guò)高, 那么將引起奧氏體晶粒粗大, 淬火后得粗大馬氏體, 顯微裂紋增多, 導(dǎo) 努力學(xué)性能下降, 這種情況稱過(guò)熱。過(guò)共析碳鋼應(yīng)采用不完全淬火。此時(shí)鋼的組織由奧氏體及滲碳體組成, 淬火后, 對(duì)經(jīng)過(guò)球化退火的鋼, 此時(shí)滲碳體顆粒均勻地分布在馬氏體基體上, 獲得高硬度及高耐磨性。假設(shè)采 用完全淬火加熱到Acm以上, 由于奧氏體內(nèi)含碳量添加, 淬火后獲得粗大的馬氏體和較多的剩余奧氏體, 顯微裂紋明顯增多, 故脆性添加, 強(qiáng)度、

50、硬度反而下降。(二) 淬火介質(zhì)對(duì)鋼組織和性能的影響加熱奧氏體化后的鋼, 淬火冷卻是獲得所需組織保證產(chǎn)質(zhì)量量的一個(gè)關(guān)鍵要素。淬火介質(zhì)的合理選用, 在淬火工藝中具有重要的作用。水是最常用的冷卻介質(zhì), 冷卻才干較強(qiáng), 本錢極低, 普通用作碳鋼及低淬透性鋼的淬火 劑, 但水溫要嚴(yán)厲控制, 否那么冷卻才干明顯下降。假設(shè)在水中參與適量的鹽(如NaCl 10%) 或 堿(如NaOH 10%), 那么冷卻才干可成倍添加, 利于消除軟點(diǎn), 并使硬度均勻。油的冷卻才干 較低, 它主要取決于油的粘度, 與水比較, 對(duì)溫度敏感性較低, 普通運(yùn)用溫度范圍為2080 。油適用于作為洋透性較好的合金鋼的洋火介質(zhì)。(三) 淬

51、火顯微組織的察看馬氏體組織鋼將火后的馬氏體組織形狀可分為板條馬氏體和片狀馬氏體。(1) 板條馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下, 其主要形狀特征是呈一束束平行陳列的細(xì)條狀組織, 稱之馬氏體群或馬氏體“領(lǐng)域。 在每個(gè)奧氏體晶粒中, 可以有好幾個(gè)不同取向的馬氏體群, 見(jiàn)圖1。(2) 片狀馬氏體：在光學(xué)顯微鏡下, 其主要形狀特征為互成一定角度的針狀或竹葉狀組織 , 如圖2所示。假設(shè)金相磨面恰好與馬氏體片平行相切, 還可以看到片狀形狀。鋼的馬氏體形狀與馬氏體構(gòu)成溫度Ms的位置及過(guò)冷奧氏體中碳及合金元素含量有關(guān)。 其中碳是劇烈降低Ms點(diǎn)的元素, 因此碳對(duì)鋼中馬氏體的形狀起著決議性的影響。普通當(dāng)奧氏體含碳量大于 1%

52、 時(shí), 淬火后幾乎完全是片狀馬氏體, 小于0.2%時(shí), 淬火后幾乎全是板條馬氏體。 介于兩者之間的為二種馬氏體的混合組織。圖3為45鋼的淬火顯微組織, 即混合馬氏體。在實(shí)踐消費(fèi)中, 鋼經(jīng)正常淬火后, 往往因馬氏體的組織非常細(xì)小而不易分辨, 特別是一 些高碳鋼或高合金鋼, 獲得的馬氏體在高倍光學(xué)顯微鏡下察看也看不出其形狀特征, 即所謂 隱針馬氏體, 如圖22-3所示。普通圖譜中, 鋼中的馬氏體形狀均為經(jīng)過(guò)熱淬火、粗化后的組 織。它可較好地顯示出馬氏體的典型形狀。貝氏體組織 貝氏體有多種組織形狀, 主要有呈羽毛狀的上貝氏體及黑色片狀的下貝氏體。(1) 上貝氏體：成束平行陳列的含稍許過(guò)飽和碳的鐵素體

53、板條間界上, 分布著沿板條長(zhǎng)輸方向陳列的碳化物短棒或小片, 其典型組織具有羽毛狀特征。如圖4所示。(2) 下貝氏體：其典型組織形狀是片狀的、含過(guò)飽和碳的鐵素體, 并在其內(nèi)分布著一方向陳列的碳化物小薄片。光鏡下的組織形狀如圖18-2所示, 即互成一定角度的黑色片狀物。需闡明的是, 上下貝氏體中沉淀的碳化物, 只需在電鏡下察看方可分辨清楚。延續(xù)冷卻時(shí)鋼的混合組織在實(shí)踐消費(fèi)中, 過(guò)冷奧氏體通常是在延續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變的, 即轉(zhuǎn)變?cè)谝粋€(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)展。因此得到的 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物往往不是單一的組織, 而為數(shù)種組織的混合組織。(l) 在某些過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線呈單C型的鋼中(如碳素鋼), 當(dāng)冷速略低于臨界淬火速度時(shí),

54、所得組織可為托氏體+馬氏體十剩余奧氏體混合組織, 如圖5所示。(2) 在某些過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線呈雙C型或貝氏體轉(zhuǎn)變曲線偏左的鋼中, 以某種速度冷卻后, 可得鐵素體+托氏體+上貝氏體+馬氏體的顯微組織, 如圖6所示。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及資料1. 實(shí)驗(yàn)用箱式電阻加熱爐。2. 悴火槽 (冷卻介質(zhì): NaCl 5%10%水溶液)。3. 洛氏硬度計(jì)。4. 金相制樣設(shè)備。5. 金相顯微鏡。6. 試樣資料: 45鋼 10mm12mm;T12鋼 10mm12mm。7. 典型顯微試樣一套, 見(jiàn)表2所列。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 學(xué)生分組輪番仔細(xì)察看表3所列的顯微試樣, 并繪下顯微組織表示圖。2. 將45鋼、 T12鋼退

55、火形狀的試樣分別按以下規(guī)范處置, 然后測(cè)定硬度, 分析顯微組織。3. 試樣加熱時(shí)盡量放在熱電偶熱端附近 , 冷卻時(shí)動(dòng)作迅速 , 以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4. 每小組擔(dān)任一套試樣 , 實(shí)驗(yàn)后各組交流、匯總、分析。實(shí)驗(yàn)六 熱處置后的組織察看驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)七 二組分合金相圖的繪制綜合性一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相圖是多相(兩相及兩相以上)體系處于相平衡態(tài)時(shí)體系的某物理性質(zhì)(最常見(jiàn)是溫度)對(duì)體系的某一自變量(如組成)所做的圖形。由于該圖能反映出相平衡的情況(相的數(shù)目及性質(zhì)等)，故稱為相圖。二元或多元的相圖常以組成為變量，其物理性質(zhì)大多取溫度。由于相圖能反映出多相平衡體系在不同條件(如自變量不同)下相平衡的情況，故在研討多相體

56、系的性質(zhì)和多相體系平衡的演化(例如，冶金工業(yè)中鋼鐵、合金冶煉過(guò)程，化學(xué)工業(yè)中原料分別制備過(guò)程)等問(wèn)題時(shí)都要用到。有關(guān)各種體系和不同類型相圖的解析及闡明在物理化學(xué)課程中占有重要位置。制造相圖有很多方法，統(tǒng)稱為物理化學(xué)分析。而對(duì)凝聚相研討(如固液相，固固相等)，常用的方法是借助相變過(guò)程中溫度變化而獲得的，察看相變熱效應(yīng)的變化情況，以確定體系的相變化關(guān)系，最常用的方法就是熱分析及差熱掃描量熱分析方法。本實(shí)驗(yàn)就是用熱分析法和差示掃描量熱分析法繪制二元合金相圖。1.1熱分析法繪制相圖熱分析法是先將體系加熱熔融成一均勻液相，然后讓體系緩慢冷卻，并每隔一定時(shí)間(例如30 s或1 min)讀一次體系溫度。將所

57、得溫度值對(duì)時(shí)間作圖，可得一曲線，稱為步冷曲線或冷卻曲線。根據(jù)冷卻曲線的外形來(lái)判別系統(tǒng)中能否發(fā)生了相變化。對(duì)假設(shè)干個(gè)組成不同的系統(tǒng)進(jìn)展測(cè)定，繪制步冷曲線，在步冷曲線上找出轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)和程度臺(tái)的溫度，然后在溫度成分坐標(biāo)上確定相應(yīng)成分的轉(zhuǎn)機(jī)溫度和程度臺(tái)的溫度，最后將轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)和恒溫點(diǎn)分別銜接起來(lái)，就得到了相圖。步冷曲線根本類型可分為三種，如圖1所示。一個(gè)系統(tǒng)假設(shè)在步冷過(guò)程中相繼發(fā)生幾個(gè)相變過(guò)程，那么步冷曲線將是一個(gè)很復(fù)雜的外形，對(duì)此曲線要逐段分析，可大致看出都是由幾個(gè)根本類型組合而成的。圖1中，步冷曲線I為單元體系步冷曲線。當(dāng)冷卻過(guò)程中無(wú)相變發(fā)生時(shí)，冷卻速率是比較均勻的(ab段)從點(diǎn)b開(kāi)場(chǎng)有固體析出，這時(shí)放出

58、的凝固潛熱與環(huán)境散熱到達(dá)平衡，此時(shí)f=0，溫度不變。當(dāng)液體全部結(jié)晶完了，溫度才開(kāi)場(chǎng)下降(cd段)。固態(tài)下無(wú)相變，溫度也均勻下降。步冷曲線為二元體系，ab段與上述一樣。當(dāng)?shù)近c(diǎn)b時(shí)，有固相析出，此時(shí)固相與液相組成不同，但在整個(gè)相變過(guò)程中只需一個(gè)固相(固溶體)與液相平衡，自在度f(wàn)l。由于有凝固潛熱放出，故溫度隨時(shí)間變化比較緩慢，當(dāng)?shù)近c(diǎn)c時(shí)，液相消逝，只需一個(gè)固相(固溶體)，假設(shè)無(wú)相變溫度又均勻下降(cd段)。步冷曲線仍為二元體系，ab段與上述一樣，到點(diǎn)b時(shí)，有固相析出，此時(shí)體系失去了一個(gè)自在由度，繼續(xù)冷卻到點(diǎn)c，除了一個(gè)固相還有另一個(gè)固相析出，此時(shí)體系又減少了一個(gè)自在度，fo，冷卻曲線上出現(xiàn)了一個(gè)程

59、度臺(tái)(cd段)。當(dāng)液相消逝后，又添加了一個(gè)自在度，f1，溫度度繼續(xù)下降。假設(shè)無(wú)相變，均勻冷卻(de段)。圖1 步冷曲線對(duì)純真金屬或由純真金屬組成的合金，當(dāng)冷卻非常緩慢、又無(wú)振動(dòng)時(shí)有過(guò)冷景象出現(xiàn)。液體的溫度可下降至比正常凝固點(diǎn)更低的溫度才開(kāi)場(chǎng)凝固，固相析出后又逐漸使溫度上升到正常的凝固點(diǎn)。如圖2中曲線就表示純金屬有過(guò)冷景象時(shí)的步冷曲線、b為過(guò)冷溫度，b為正常相變溫度；而曲線I為無(wú)過(guò)冷景象時(shí)的步冷曲線。圖2 過(guò)冷步冷曲線從相圖的定義可知，用熱分析法測(cè)繪相圖要留意以下問(wèn)題：丈量體系要盡量接近平衡態(tài)，故要求冷卻時(shí)溫度下降不能過(guò)快；如晶形轉(zhuǎn)變時(shí)，相變熱較小，此方法不宜采用；對(duì)樣品的均勻性與純度也要充分思

60、索，一定要防止樣品的氧化和混有雜質(zhì)，否那么會(huì)變成另一多元體系(高溫影響下特別容易出現(xiàn)此類景象)；為了保證樣品均勻冷卻，加熱溫度稍高一些為好；熱電偶放人樣品中的部位與深度要適當(dāng)；丈量?jī)x器的熱容及熱傳導(dǎo)也會(huì)呵斥熱損耗，其對(duì)準(zhǔn)確測(cè)定也有較大影響實(shí)驗(yàn)中必需留意，否那么，會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，使丈量結(jié)果失真。1.2差示掃描量熱分析法繪制相圖差熱掃描量熱分析法是將均勻體系機(jī)械混合均勻或加熱熔融成均一液相后澆注成均一體系以一定的加熱速度緩慢加熱熔點(diǎn)以上某一溫度估算，自動(dòng)記錄加熱過(guò)程中熱流量隨時(shí)間或溫度的變化曲線，稱為差示掃描量熱DSC曲線。當(dāng)體系發(fā)生相變化時(shí)，DSC曲線上出現(xiàn)吸熱峰，根據(jù)DSC曲線上放熱峰的起始