金相实验目的和原理
2012-10-15
bypi
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金相实验目的和原理
1、实验目的：
金属材料的机械性质与其显微组织有密切的关系，而显微组织因热处理不同而有变化。本实验的主要目的在观察经各种热处理的碳钢及铸铁的显微组织，并了解金相试片的准备程序以及金属显微镜的使用方法。
2、实验材料：
1、纯铁
2、碳钢
3、铸铁等
3、实验原理：
1、分解能及开口数：现有两点，若此两点距离太近时，吾人无法将此两点清楚地看成两个点，但此两点的距离超过某一限值时就能清楚地看成两个点。能够将两点分得清楚的各距离之中，zui短距离称为分解能。现有波长（λ）的光，如图三所示，通过具有折射率ｎ的媒质B射入开口角为２α之透境C内，在屏幕（Screen）D上成像，由于回折效果，试料上的某一点之像并不成为同样一点，而扩大成为具有直径ｄ之图形像。ｄ可用下列公式表示：d=0.61×λ/n×sinα；试料上之某两点的距离若小于d时,其像则模糊不清无法分认成两点。由上式可知，要光学显微镜上之所谓的分解能提高，只要使波长变小即可，但是可见光之波长界限为4000Å~8000Å，因此可供使用的λ值zui小无法小于4000Å，故欲再提高分解能则将n．sinα之值增大即可。n．sinα之值称为开口数值(Numerical Aperture)，如图四所示，市面上所卖之物镜开口数大多为定数，以图四为例，其分解能dmin=0.61．4000Å/0.65≒0.4μ,这表示使用此物镜时较0.4μ更小的组织，则无法看清楚。
2、倍率：像的大小与实物大小的比率称为倍率，观察金属的显微组织时，并非一味地扩大其倍率，务必基于观察之需要而选用适当的倍率。下表为各种显微镜的性能比较。
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种类
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分解能
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有效倍率
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能观察之组织
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光学显微镜
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0.2μ
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10~10３
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铸造组织、共析组织、结晶粒及扇区构造
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电子显微镜
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２Å
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103~106
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差排线、Stacking Fault、G-P层
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电界离子显微镜
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1Å
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106
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原子配位、空孔
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4、实验方法：
1、先将试料作成直径约10~20mm，高约20mm以下之适当大小。对于微小或不规则试料须经过镶埋（Mounting）以方便研磨及观察。
粗研磨：必要时先以砂轮研磨其表面，再以砂纸(系依SiC之粗度由粗至细按号依次研磨：200、400、800、1200等)研磨其表面。
2、精研磨：利用Al2O3或Cr2O3(1μ及0.3μ之微粒)等与水混合作为研磨液滴于回转研磨机之转盘上，转盘上装有绒布或其它研磨布，将拟观察之面轻按于转盘研磨布上回转研磨。直到观察之面达到镜面似之光泽为止。
3、腐蚀(Etching)：将磨光之平面浸于化学腐蚀液内数秒至数分不等。试片处理时应知事项有下列三点：
金属之种类及观察之目的不同，所选择之腐蚀液亦不同。
腐蚀液切勿残留在观察面上。
本实验中之腐蚀液系使用Nital(HNO3+酒精)，由于Nital能将肥粒铁(Ferrite)及雪明碳铁(Cementite)的晶界侵蚀而使组织呈现。
4、洗净试片：用水及酒精洗净试片之观察面，然后以热风机吹干该试片平面。
组织检查：依目的之不同选择适当的倍率来观察组织。
5、实验结果之整理：
列表记述各金相试片之材质、热处理条件、腐蚀条件、观察倍率及显微组织。
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试片编号
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材质
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热处理
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腐蚀条件
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倍率
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显微组织
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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[注]腐蚀条件包括腐蚀液种类、浓度及时间等
在各金相照片上注明试片编号，并指出各组织的名称。
6、检讨事项
试说明可见光于金属表面可看出金属组织相之理由。
试简单说明下列各组织之特征：
（1）Pure Iron(纯铁)、（2）Pearlite(波来铁)、（3）Martensite(麻田散铁)、（4）Gray Cast Iron(灰铸铁)、（5）White Cast Iron(白铸铁)
选用40倍物镜，搭配10倍目镜，与选用20倍物镜，搭配20倍目镜，二者所能观察到的组织微细程度是否相同？何故？
欲使用高倍率物镜(40倍以上)观察组织时，必须先以低倍率物镜(20倍以下)对焦后，再切换至高倍率物镜，其理由为何？