實驗1金相試樣制備與顯微鏡的結(jié)構(gòu)

金相檢驗技術(shù)主講：材料學院—王志剛Email：wzgsdu@126.com電話：138531430162023/2/6金相檢驗在生產(chǎn)中的地位和作用

金相檢驗技術(shù)是一項理論和實踐性很強的工作。機械工業(yè)金相檢驗工作有著非常良好的專業(yè)基礎(chǔ)和規(guī)范性的科學程序，曾為機械工業(yè)的發(fā)展作出了主要的貢獻。近年來，隨著機械工業(yè)也的發(fā)展和信息技術(shù)在機械工業(yè)的廣泛應(yīng)用，新技術(shù)、新材料、新儀器、新理論都不斷對機械工業(yè)金相檢驗工作提出了新要求。2023/2/6本課程的主要學習內(nèi)容

本門課程主要學習鋼的宏觀檢驗技術(shù)，金相檢驗技術(shù)與設(shè)備，結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹鋼和耐熱鋼、鑄鐵、滲層組織、有色金屬的金相檢驗技術(shù)以及掃描電鏡在材料分析中的應(yīng)用技術(shù)等等。2023/2/62023/2/61、標準化的意義：是現(xiàn)代化大生產(chǎn)的必要條件；是實行科學管理和現(xiàn)代化管理的基礎(chǔ)；有利于專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)的鞏固和發(fā)展；有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和發(fā)展產(chǎn)品品種。2、我國標準的分類：國家標準、專業(yè)（部）標準和企業(yè)標準。檢驗標準應(yīng)用3、標準的代號：國家標準GB專業(yè)（部）標準JBYBZB美國標準ANSI英國標準BS法國標準NF日本標準JIS2023/2/64、標準的編號及含義：檢驗標準應(yīng)用2023/2/64、標準的編號及含義：檢驗標準應(yīng)用2023/2/65、注意事項：要弄清標準的適用范圍；要注意標準中金相圖片的放大倍數(shù)要及時采用新的標準檢驗標準應(yīng)用山東建筑大學材料學院第一章金相試樣制備與顯微鏡的構(gòu)造2023/2/6

金相試樣的制備應(yīng)具有代表性和典型性。試樣的截取方向、部位及數(shù)量應(yīng)根據(jù)金屬制造的方法、檢驗的目的、技術(shù)條件或雙方協(xié)議的規(guī)定選取有代表性的部位進行切取。這是金相試樣的取樣原則

（1）金相試樣的選取

①縱向取樣②橫向取樣③缺陷或失效分析取樣④取樣大?、萑臃椒?、金相試樣的制備

2023/2/6（1）金相試樣的選取a、縱向取樣指沿著鋼材的鍛軋方向進行取樣?？蓹z驗內(nèi)容為：非金屬夾雜物的數(shù)量、大小和形狀；晶粒畸變程度；塑性變形程度；變形后的各種組織形貌；

帶狀組織；共晶碳化物等。2023/2/6（1）金相試樣的選取b、橫向取樣指垂直于鋼材鍛軋方向進行取樣?？蓹z驗內(nèi)容為：材料從表層到心部的組織；顯微組織狀態(tài)；晶粒度級別；碳化物網(wǎng)；表層缺陷深度；脫碳層深度；腐蝕層深度；表面化學熱處理及鍍層厚度等。2023/2/6（1）金相試樣的選取c、缺陷或失效分析取樣在缺陷或失效部位取樣，注意防止缺陷或失效部位在磨制時被損傷破壞。d、取樣大小：以便于在手中磨制為宜，通常一般為Ф12×12mm圓柱形或12×12×12mm的正方形。e、取樣方法：手鋸（如灰鐵，有色金屬等）；砂輪切割（如高速鋼，淬火鋼等）；電火花切割（如鈦金屬等）；錘擊法（對于一些硬而脆的材料）等方式。2023/2/6（2）金相試樣的鑲嵌b低熔點合金鑲嵌法：要求合金的熔點必須在100℃以下，低于材料的回火溫度。

a機械鑲嵌法2023/2/6（2）金相試樣的鑲嵌②澆注鑲嵌法：在室溫下進行鑲嵌的一種方法，常用環(huán)氧樹脂及牙托粉，配方如下：

環(huán)氧樹脂6101100g+乙二胺（凝固劑）8g

牙托粉3份+牙托水1份（重量比）優(yōu)點：不需要加熱，不需要專用機械，與試樣結(jié)合比較牢固，磨制時不易倒角，是一種理想的鑲嵌方法。c樹脂鑲嵌法：利用樹脂來鑲嵌細小的金相試樣，可以將任何形狀的試樣鑲嵌成一定尺寸。分為：①熱壓鑲嵌法：常用的電木粉熱壓鑲嵌，保溫15min；2023/2/6（3）金相試樣的磨制：a、磨平即粗磨注意事項：①磨制時要用水冷卻，以防止試樣受熱而改變組織；②接觸時壓力要均勻，不宜過壓（易產(chǎn)生砂輪破裂和溫度升高組織改變）；③不適用于檢驗表層組織的試樣，如滲氮層、滲碳層組織的檢驗。2023/2/6（3）金相試樣的磨制：b磨光即細磨細磨可分為手工細磨和機械細磨。①手工細磨：依次用100#、200#、400#、600#、800#砂紙磨制，每換一次砂紙時試樣要旋轉(zhuǎn)90度，直到前道劃痕消失；細磨完畢后應(yīng)用水沖洗試樣，滴酒精吹干。②機械細磨：使用預磨機。

注意用水冷卻，避免磨面過熱；因轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速高，磨制時壓力要?。徊辉试S使用已經(jīng)破損的砂紙，否則會影響安全；部分試樣應(yīng)打倒角。2023/2/6（4）拋光

是拋光材料的磨削作用和滾壓作用

要求有較高的硬度，顆粒大小均勻，呈多角尖銳的外形，常用有氧化鉻、氧化鋁、氧化鐵和氧化鎂，以及金剛石研磨膏（效果最好）。①拋光原理易產(chǎn)生擾亂層，不能真實地反映材料的組織。消除方法：保證細磨質(zhì)量；減少拋光時間；拋光與腐蝕交替進行。②拋光材料2023/2/6（4）拋光選用：一般鋼鐵材料選用海軍呢、絲絨、平絨等；有色金屬和不銹鋼的拋光可選用法蘭絨、絲綢等；檢查夾雜物鑄鐵可選用帆布，的確良等。③拋光織物要求：織物的纖維必須柔軟，不能有硬而粗的纖維；織物的纖維必須要兼顧耐磨，不易撕裂。2023/2/6（4）拋光④拋光方法注意事項：拋光液的濃度為5～15%的拋光粉蒸餾水懸浮液；拋光盤的濕度以提起試樣后膜面上的水膜在3～5秒內(nèi)蒸發(fā)為準；拋光壓力不宜過大，時間不宜過長，否則會增加表面的擾亂層。機械拋光2023/2/6（4）拋光電解拋光：采用化學溶解作用使試樣達到拋光的目的。這種方法能能真實地顯示材料的組織，尤其是硬度較低的金屬或單相合金，對于極易加工變形的奧氏體不銹鋼、高錳鋼等采用電解拋光更合適。但不適用于偏析嚴重的金屬材料、鑄鐵以及夾雜物的檢驗。2023/2/6（4）拋光2023/2/6（5）金相試樣的侵蝕金相試樣侵蝕的目的是顯示它的微觀組織。常用方法有化學侵蝕及電解侵蝕法等。原理基本與電解拋光相似。此方法對于某些具有極高化學穩(wěn)定性的合金，如不銹鋼、耐熱鋼、熱電偶材料等，仍極難清晰顯示出它們的組織。要點：磨面侵蝕前必須沖洗潔凈，去除表面油污。侵蝕方法有浸入法和揩拭法?？梅ㄇ治g后磨面易侵蝕不均勻，適合大型工件和大試樣的金相檢驗。

a、化學侵蝕法b、電解侵蝕法2023/2/6（5）金相試樣的侵蝕1）2～5％硝酸酒精溶液硝酸2～5ml+酒精100ml,適用于碳鋼、合金鋼和經(jīng)過熱處理后的組織c、常用的化學侵蝕劑2）4～5％苦味酸酒精溶液苦味酸4～5ml+酒精100ml,適用于碳鋼、合金鋼和經(jīng)過熱處理后的組織，區(qū)別是滲碳體呈黑色。3）氫氟酸水溶液氫氟酸0.5ml+蒸餾水99.5ml，適用于鋁及鋁合金的組織。4）氯化鐵鹽酸酒精水溶液氯化鐵（FeCl3）5g+鹽酸2ml+酒精96ml，適用于銅、鋁、鎂、鎳、鋅等合金。2023/2/62、金相顯微鏡

金相顯微鏡是用于觀察金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的重要光學儀器。現(xiàn)代的金相顯微鏡已發(fā)展到相當完善和先進的程度，已成為金相組織分析最基本、最重要和應(yīng)用最廣泛的研究方法之一。2023/2/6（1）顯微鏡的光學原理圖1-1顯微鏡的光學成像圖解①顯微鏡的放大倍數(shù)

顯微鏡是運用了光學的反射和折射定律。2023/2/6（1）顯微鏡的光學原理②顯微鏡的分辨率：是指顯微鏡對于要觀察的物體上彼此相近的兩點產(chǎn)生清晰像的能力，可表示為：d：顯微鏡可以區(qū)分的兩點間的距離；λ

：光的波長A：數(shù)值孔徑。從公式可以看出，物鏡的數(shù)值孔徑越大，入射光波波長越短，則顯微鏡的分辨率就越高。

2023/2/6（1）顯微鏡的光學原理③數(shù)值孔徑

通常以N×A表示，表征物鏡的集光能力。η

：介質(zhì)的折射率ψ：孔徑角的一半。介質(zhì)的折射率越大，則物鏡的數(shù)值孔徑越大，即分辨率越高。2023/2/6（2）金相顯微鏡的光學系統(tǒng)①物鏡②目鏡③照明系統(tǒng)⑤濾色片④光欄④光欄2023/2/6（3）常見立式、臥式金相顯微鏡圖1-2Neophot21型臥式金相顯微鏡光路圖1-光源；2-濾色片；3-補償透鏡；4-外接相機；5-照相棱鏡；6-照相目鏡；7-快門；8-承影屏2023/2/6（3）常見立式、臥式金相顯微鏡②XJG-01型、XJG-02型金相顯微鏡③4XC型臺式顯微鏡2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介金屬中非金屬夾雜物照片（500×）a）：暗場照明；b）：明場照明暗場照明2023/2/6鋼基體等離子噴涂鎳鉻涂層：明場+暗場（200×）低溫超導體導線(明、暗視場照明,500X)2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介暗場下的條帶狀組織（500×）暗場照明2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介偏振光顯微鏡球鐵金相組織（表示石墨是一個多晶體）

鋼中鐵硅酸鹽夾雜（黑十字效應(yīng)）2023/2/6球鐵金相組織（表示石墨是一個多晶體）（100×）偏振光照明+靈敏色片2023/2/6羅馬時代熟鐵鐵釘(釘頭下面部分),Beraha磺酰胺酸腐蝕劑腐蝕在偏振光加靈敏色片照明條件下觀察.顯示出不同取向的鐵素體晶粒;鐵素體內(nèi)的變形孿晶—

又稱紐曼(Neumann)帶;以及深棕紅色條狀爐渣(中部垂直向上偏右方向);2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介偏振光顯微鏡純鋅在偏振光下的組織（100×）2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介干涉顯微鏡

圖4-13馬氏體浮凸圖4-14碳化硅晶體的六角形螺旋生長臺階外形，每級高度差為165?2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介干涉顯微鏡

17CrNiMo6鋼中的馬氏體a）：明場像；b）：DIC像2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介相襯顯微鏡T12鋼球化退火組織（明視場照明，相襯照明）2023/2/6（4）新型金相顯微鏡簡介相稱顯微鏡

淬火馬氏體與殘余奧氏體的區(qū)分a）：明場照明；b）：相襯照相2023/2/6純銅的滑移痕跡（500X）（振動拋光后用臺鉗夾緊并稍加壓力，使自由表面產(chǎn)生塑性變形,出現(xiàn)滑移臺階）（4）新型金相顯微鏡簡介相襯顯微鏡2023/2/63、金相攝影（1）試樣制備要求根據(jù)檢驗內(nèi)容及相關(guān)標準要求制備金相試樣。（2）照相通過金相顯微鏡使用數(shù)字顯微鏡軟件獲得材料的金相照片。①要正確調(diào)試顯微鏡，選用適當?shù)姆糯蟊稊?shù)，濾光片和孔徑光欄。②運行桌面上數(shù)字顯微鏡軟件快捷方式“MiE軟件”。③點擊“設(shè)置”按鈕，對所獲得的金相照片的格式、保存位置、物鏡放大倍數(shù)及測定單位等進行設(shè)置。④點擊“預覽”按鈕，對金相試樣則組織進行觀察，調(diào)節(jié)載物臺旋鈕選擇合適的視場。⑤點擊“拍照”按鈕，對所選區(qū)域進行拍照。⑥點擊屏幕左上角“圖像處理”選項卡，對所獲得的金相照片進行圖片處理。山東建筑大學材料學院實驗一金相試樣制備與顯微鏡的構(gòu)造(驗證性)2023/2/6一、實驗?zāi)康募耙?．掌握結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼、鑄鐵、有色金屬等金相試樣的制備。2．了解立式、臥式金相顯微鏡的構(gòu)造。3．掌握金相顯微鏡操作與使用。2023/2/6二、實驗儀器及材料1．實驗儀器XJG-01型立式金相顯微鏡，XJG-02立式型金相顯微鏡，4XC型金相顯微鏡2．試驗材料結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼、鑄鐵、有色金屬試樣2