《金屬學(xué)原理 》-中北大學(xué)材料科學(xué)實驗中心課程

《金屬學(xué)原理》

—中北大學(xué)材料科學(xué)實驗中心課程2008年8月31日葉云1金相實驗

2鐵碳合金平衡組織觀察及分析構(gòu)建實踐教學(xué)新體系金屬學(xué)及熱處理實驗金屬學(xué)及熱處理實驗試驗一光學(xué)顯微鏡的原理、構(gòu)造及使用一、試驗?zāi)康?.了解光學(xué)顯微鏡的原理及構(gòu)造。2.掌握顯微鏡的使用方法。二、實驗概述隨著探索自然與改造自然的科學(xué)事業(yè)的發(fā)展，人們迫切希望得到觀察微觀世界的工具。由于顯微鏡的發(fā)明，可將視覺延伸到肉眼無法看到的微觀組織中去，因此顯微鏡日益成為各個領(lǐng)域的科學(xué)工作者不可缺少的工具之一。在顯微鏡問世以后，人們才具備了對金屬材料深入研究的條件，在放大幾百倍，甚至幾十萬倍的電子顯微鏡下觀察金屬材料內(nèi)部組織，即金相組織，發(fā)現(xiàn)了金屬的宏觀性能與金相組織的密切關(guān)系，使得金相顯微分析法成為最基本、最重要、應(yīng)用最廣泛的研究方法之一。顯微分析可以研究金屬組織與其化學(xué)成分的關(guān)系；確定各種金屬經(jīng)不同的加工與熱處理后的顯微組織；鑒別金屬材料質(zhì)量的優(yōu)劣。光學(xué)顯微鏡的基本原理光學(xué)顯微鏡是由兩個透鏡組成，對著金相試樣的透鏡稱為物鏡，對著眼睛的透鏡稱為物鏡。借助于物鏡與目鏡的兩次放大，就能是物體放大到很高倍數(shù)。其光學(xué)原理如圖XJB-1型光學(xué)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)XJB-1型光學(xué)顯微鏡的外形結(jié)構(gòu)圖1-燈泡；2-聚光透鏡；3-聚光透鏡組；1-載物臺；2-物鏡；3-轉(zhuǎn)換器4-平反射鏡；5-輔助透鏡；6-物鏡組；4-轉(zhuǎn)動軸；5-粗調(diào)調(diào)焦手輪7-反光鏡；8-孔徑光欄；9-視場光欄；6-微調(diào)調(diào)焦手輪；7-電源；8-底盤10-輔助透鏡；11-棱鏡；9-樣品；10-目鏡；11-目鏡筒12-棱鏡；13-場鏡；12-固定螺釘；13-調(diào)節(jié)螺釘；14-目鏡14-視場光欄；15-孔徑光欄在使用XJB—1型光學(xué)顯微鏡時，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：①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（6～8v）變壓器接通電源。④轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪粗調(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(qiáng)時再改用微調(diào)手輪進(jìn)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)量的物象金相顯微試樣的制備一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)金相試樣的制備過程；了解金相顯微組織的顯示方法。金相試樣制備的質(zhì)量好壞，直接影響到組織觀察的結(jié)果。如果樣品制備不符合特定的要求，就有可能由于出現(xiàn)假相而產(chǎn)生錯位的判斷，致使整個分析得不到正確的結(jié)論。因此，學(xué)會制備金相試樣是金屬學(xué)和熱處理工作者的基本功之一，必須熟練掌握。金相試樣的制備方法金相顯微試樣的制備包括：取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等五個步驟。11.取樣取樣是進(jìn)行金相顯微分析中很重要的一個步驟，顯微試樣的選取應(yīng)根據(jù)研究的目的，取其具有代表性的部位。

22.鋃嵌對于尺寸過于細(xì)小，如絲、片、帶、管等形狀不規(guī)則，以及有特殊需要（觀察表層組織）的試樣可以進(jìn)行鋃嵌33.磨制試樣的磨制一般分為粗磨與細(xì)磨。目的是為了獲得平整光潔的表面。為拋光做準(zhǔn)備。44.拋光試樣的拋光是最好一道磨制工序。其目的是取出試樣表面上的磨痕，達(dá)到光亮而無磨痕的鏡面。55、浸蝕化學(xué)浸蝕法的主要原理就是利用浸蝕劑對試樣表面所引起的化學(xué)溶解作用或電化學(xué)作用（即微電池原理）來顯示金屬的組織.

構(gòu)建實踐教學(xué)新體系試驗所用設(shè)備及材料⑴金相顯微鏡；⑵砂輪機(jī)；⑶拋光機(jī)；⑷吹風(fēng)機(jī)；⑸試樣；⑹不同型號的砂紙；⑺玻璃板；⑻拋光粉懸浮液；⑼酒精；⑽3～4％硝酸酒精溶液；⑾棉花；⑿竹夾子。試驗內(nèi)容及步驟⑴用砂輪打磨獲得平整磨面；⑵使用金相砂紙按照先粗后細(xì)，依順序進(jìn)行磨制；⑶在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，獲得光亮鏡面；⑷用浸蝕劑浸蝕試樣磨面；⑸顯微鏡觀察。顯微攝影

實驗?zāi)康?.初步了解顯微攝影的操作2.掌握底片沖洗和印相的暗室技術(shù)經(jīng)過顯微分析后，可用現(xiàn)微攝影的方法把需要的典型組織拍攝下來供研究和保存用，將這種經(jīng)過顯微放大的組織拍攝下來的過程稱為顯微攝影。1.用XJP—2P型臥式顯微鏡進(jìn)行底片暴光操作（1）首先在明場觀察，選擇試樣中有代表性的視場；（2）按照倍類表選擇好放大率，照相時轉(zhuǎn)動微調(diào)，使物象調(diào)到最清晰為止。即可取下毛玻璃，插入底片盒進(jìn)行拍照。2.底片的顯影底片經(jīng)過暴光后，感光乳劑膜上有“潛影”，顯微的目的就是使?jié)撚稗D(zhuǎn)變?yōu)榭梢钥匆姷挠诚?。底片放入顯影液中，受光化作用的銀鹽被還原成細(xì)小的黑色銀粒，感受越多的部位銀粒析出越密，映像也越黑，沒有感光的部位無銀粒析出，仍是白色，經(jīng)顯影后底片成為黑白二色的映像。常用的顯微粉D72配方，顯微時間3-5分鐘左右。3.底片的定影底片定影的目的：將沒有感光的銀粒溶解掉，而將受感光后析出的銀粒保留在底片上。普通的定影液為酸性定影液F-5,定影時間應(yīng)在15分鐘以上。4.底片的沖洗與涼干沖洗的目的是將不必要的藥物沖洗掉，否則底片很快就會變質(zhì)、退色。沖洗大約30分鐘，最后在陰涼處涼干，這樣獲得一個完整的負(fù)片。5.印相底片（負(fù)片）涼干后，即可曬印成正片，操作步驟為：（1）在印相機(jī)上將印相紙緊蓋在底片的藥面上進(jìn)行暴光（或?qū)⒌灼惭b在放大機(jī)上投影暴光），暴光時間要根據(jù)光源的亮度即底片的反差來決定。相紙分為放大紙和印相紙。放大紙感光速度快，印相紙感光速度慢。相紙分為1#、2#、3#、4#、5#號，號數(shù)越大，反差越大。一般印資料用3#、4#，印人像用2#。（2）相紙在顯影液（D72）中顯影，顯影時間為2分鐘左右。（3）水洗后在定影中定影，定影時間為15分鐘左右。（4）用流動水沖洗30分鐘以上。（5）在上光機(jī)上進(jìn)行烘干上光。實驗內(nèi)容1.顯微攝影的操作2.底片的沖洗3.正片的曬印實驗方法及步驟1.實驗材料及設(shè)備（1）XJP-6A臥式顯微鏡（2）底片：GB21o全色片（3）印相紙：3#、4#（4）顯影粉D72（5）定影粉F-5（6）印相機(jī)或放大機(jī)、顯影盤、定影盤、底片夾。（7）上光機(jī)。2.實驗步驟（1）攝制負(fù)片：在暗室內(nèi)將底片裝入暗盒。乳劑面向外蓋好，裝入攝影機(jī)上進(jìn)行暴光，暴光后取下底片盒，拿入暗室，取出底片，在全黑的情況下進(jìn)行顯影、定影。最后得到一負(fù)片。（2）曬印正片：在印相機(jī)上進(jìn)行暴光，暴光時間根據(jù)負(fù)片深淺由試印法求得。印相機(jī)內(nèi)裝有工作安全紅燈，它是常亮燈，還有供暴光用的光源燈，暴光時受觸觸點開關(guān)，光源燈即亮暴光，或在放大機(jī)下投影暴光，暴光后的相紙同樣進(jìn)行顯影和定影，沖洗和烘干，最后得到與負(fù)片等大或放大的正片.曬印工作可在紅色安全燈下進(jìn)行。五、實驗報告要求附上正片和負(fù)片各一張，并分析正、負(fù)片中的缺陷，總結(jié)獲得良好正、負(fù)片的經(jīng)驗。鐵碳合金相圖及平衡組織觀察

一、實驗?zāi)康?.識別和研究鐵碳合金（碳鋼和白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下顯微組織。2.分析含碳量對鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系如圖所示，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫的組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）這兩個基本相所組成。只是因含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件因以及布情況各有所不同，因而呈不同的組織形態(tài).鐵素體（F）是碳在α—Fe中的固溶體。鐵素體為體心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度較低(HB60-90)。用3-4%硝酸酒精溶液侵蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)多邊形晶粒；亞共析鋼中，鐵素體呈塊狀分布；當(dāng)含碳量接近于共析成分時，鐵素體呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。滲碳體（Fe3C）是鐵于碳形成的一種化合物，其含碳量為6.69%，硬度為HB750-820。當(dāng)用3-4%硝酸酒精溶液侵蝕后，滲碳體呈亮白色，若用苦味酸納溶液侵蝕，則滲碳體呈黑色而鐵素體仍為亮白色。珠光體（P）是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。侵蝕觀察到兩種不同的組織形態(tài)：（1）片狀珠光體它是由鐵素體與滲碳體交替形成的層片狀組織。硬度HB190-230。經(jīng)硝酸酒精溶液侵蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下，可以看到具有不同特征的層片狀組織。在高倍放大時，能清楚看到朱光體重平行相間的款條鐵素體和細(xì)條滲碳體。當(dāng)放大倍數(shù)較低時，由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度，這時就只能看到一條黑線。當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)更低時，朱光體片層就不能分辨，而呈黑色。（2）球狀珠光體球狀珠光體組織的特征是在亮白色的鐵素體基體上，均勻分布著白色的滲碳體顆粒，其邊界呈暗黑色。硬度HB160-190。萊氏體(Ld)室溫時是珠光體，二次滲碳體和共晶滲碳體所組成的機(jī)械混合物。它是由含碳量為4.3%的液態(tài)共晶白口鑄鐵在1147C共晶反應(yīng)所形成的共晶體（奧氏體和共晶滲碳體），其中奧氏體在繼續(xù)冷卻時析出二次滲碳體，當(dāng)冷卻到727C是奧氏體分解為珠光體。因此萊氏體的顯微組織特征是在亮白色的滲碳體基底上相間的分布著暗黑色斑點級細(xì)條狀的珠光體。①亞共析鋼亞共析鋼的含碳量在0.02-0.77%范圍內(nèi)，組織由鐵素體和珠光體所組成。②共析鋼含碳量為0.77%的碳鋼稱為共析鋼。由單一珠光體組成。③過共析鋼含碳量超過0.77%的碳鋼稱為過共析鋼，它在室溫下的組織有珠光體和二次滲碳體組成。亞共晶白口鑄鐵含碳量﹤4.3%的白口鑄鐵稱為亞共晶白口鑄鐵。共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%，它在室溫下的組織由單一的共晶萊氏體組成。經(jīng)侵蝕后，在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細(xì)條及斑點狀，共晶滲碳體呈亮白色。過共晶白口鑄鐵含碳量﹥4.3%的白口鑄鐵稱為過共晶白口鑄鐵，在室溫時的組織有一側(cè)滲碳體和萊氏體組成。用硝酸酒精溶液侵蝕后，在顯微鏡下可觀察到暗色斑點狀的萊氏體基體上分布著亮白色的粗大條片狀的一次滲碳體。實驗內(nèi)容及步驟（1）驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)內(nèi)容和閱讀實驗指導(dǎo)書，為實驗做好理論方面的準(zhǔn)備；（2）在顯微鏡下觀察和分析表3-2鐵碳合金標(biāo)準(zhǔn)試樣的平衡組織，識別鋼和鑄鐵組織形態(tài)的特征，根據(jù)Fe-Fe3C相圖分析各合金的形成過程；建立成分、組織