1、金相试样制备及金相试样制备及铁碳合金平衡组织观察铁碳合金平衡组织观察一一、 实验目的实验目的: 初步掌握金相试样的制备方法初步掌握金相试样的制备方法; 初步掌握金相显微镜的使用方法初步掌握金相显微镜的使用方法; 识别铁碳合金识别铁碳合金(碳钢和白口铸铁碳钢和白口铸铁)在平衡状态下的在平衡状态下的显微组织特征；显微组织特征； 分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，理解成分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，理解成分、组织与性能之间的相互关系分、组织与性能之间的相互关系.二二、金相试样制备方法金相试样制备方法取取 样样镶镶 样样腐腐 蚀蚀研研 磨磨抛抛 光光1 取样取样代表性的部位代表性的部位;软金属
2、，手锯或锯床切割；软金属，手锯或锯床切割；硬而脆的材料硬而脆的材料(如白口铸铁如白口铸铁)，锤击；，锤击；极硬材料极硬材料(如淬火钢如淬火钢)，砂轮切片机或线切割；，砂轮切片机或线切割；大工件，氧气切割大工件，氧气切割试样大小试样大小: 直径直径(1215)mm、高度、高度(或边或边长长)1215mm的圆柱体或正方体。的圆柱体或正方体。2 镶样镶样镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、镶样方法很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌相机械夹持电木粉或塑料镶嵌相机械夹持等。等。目前多用电木粉镶嵌。目前多用电木粉镶嵌。XQ-2B镶样机，主要性能参数：试样压制规格镶样机，主要性能参数：试样压制规格 221
3、5mm; 3015mm; 加热器规格加热器规格 650W 220V ；温度调节范围；温度调节范围 100-180 ，数，数显温控；控制电源显温控；控制电源 电压波动不大于电压波动不大于15%,220V,50Hz 金相试样的镶嵌方法金相试样的镶嵌方法a b 机械镶嵌机械镶嵌 c低熔点合金镶嵌低熔点合金镶嵌 d塑料镶嵌塑料镶嵌XQ-2B型型金相试样镶金相试样镶嵌机嵌机3 研磨研磨 粗磨粗磨:砂轮机砂轮机; 软材料，锉刀锉平软材料，锉刀锉平, 压力要适度、均匀。在磨制压力要适度、均匀。在磨制过程中要不断用水冷却试样过程中要不断用水冷却试样; 试样倒角。试样倒角。 细磨细磨: 每换细一级砂纸时，应先将
4、试样清洗干净，以免把粗砂每换细一级砂纸时，应先将试样清洗干净，以免把粗砂粒带到下一级砂纸上去，再将试样的粒带到下一级砂纸上去，再将试样的磨制方向调转磨制方向调转90，即磨制，即磨制方向与上一道磨痕方向垂直。方向与上一道磨痕方向垂直。 试样表面磨痕变化示意图试样表面磨痕变化示意图240 160300 200400 280500 320600 400800 6001000 8001200 10004 抛光抛光目的目的: 去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮镜面镜面; 机械抛光、机械抛光、电解抛光和化学抛光等电解抛光和化学抛光等 过程过程: 抛光机抛光机300
5、500转分，粗抛和精抛两个步骤。粗抛转分，粗抛和精抛两个步骤。粗抛, 转转速高速高; 精抛或抛软材料，转速低。抛光布精抛或抛软材料，转速低。抛光布: 粗抛时常用粗抛时常用帆布帆布或或粗呢粗呢，精抛时常用精抛时常用绒布绒布、细呢细呢或或丝绸丝绸等。抛光时需向抛光盘上不断滴注等。抛光时需向抛光盘上不断滴注抛抛光液光液，以产生，以产生磨削磨削和和润滑作用润滑作用。抛光液通常采用。抛光液通常采用Al2O3；，；，MgO或或Cr2O3等细抛光粉等细抛光粉(粒度约为粒度约为0.31m)在水中的悬浮液在水中的悬浮液(每升水中加每升水中加A12O3 5l0g)。钻石粉膏状抛光剂钻石粉膏状抛光剂。抛光试样的磨面
6、应。抛光试样的磨面应均匀均匀、平平正正地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心到边缘作地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心到边缘作往复往复移动移动。压力不宜过大，抛光时间也不宜过长，一般约。压力不宜过大，抛光时间也不宜过长，一般约35分钟分钟。将。将试祥用水冲洗干净，然后进行腐蚀试祥用水冲洗干净，然后进行腐蚀, 吹干待用。吹干待用。一般浸蚀到试样磨面一般浸蚀到试样磨面稍发暗稍发暗时即可。如果浸时即可。如果浸蚀过重，应重新抛光，蚀过重，应重新抛光，再行浸蚀。浸蚀后立即再行浸蚀。浸蚀后立即用用清水冲洗清水冲洗，必要时再，必要时再用酒精清洗。最后用用酒精清洗。最后用吸吸水纸吸干，或用吹风
7、机水纸吸干，或用吹风机吹干吹干。5 腐蚀腐蚀目的目的: : 用浸蚀剂进行用浸蚀剂进行“浸蚀浸蚀”，显示其显微组织。最常用的浸蚀方法，显示其显微组织。最常用的浸蚀方法是是化学腐蚀化学腐蚀。纯金属或单相金属。纯金属或单相金属, , 化学溶解化学溶解过程。过程。晶界晶界处由于原子排列处由于原子排列混乱，且混乱，且能量较高能量较高，所以易受浸蚀而呈现，所以易受浸蚀而呈现凹沟凹沟。在垂直光线照射下，各。在垂直光线照射下，各部位反射进入物镜的光线不同，从而显示出部位反射进入物镜的光线不同，从而显示出晶界及明暗晶界及明暗不同的晶粒不同的晶粒。两。两相或两相以上合金相或两相以上合金的浸蚀则是一个的浸蚀则是一个
8、电化学腐蚀电化学腐蚀过程。许多过程。许多“微电池微电池”，具有具有负电位负电位的一相成为阳极，被迅速溶解而的一相成为阳极，被迅速溶解而凹下凹下；阴极，保持原来的光；阴极，保持原来的光滑平面。滑平面。三、金相显微镜的原理及使用三、金相显微镜的原理及使用金相显傲镜的光学放大原理示意图金相显傲镜的光学放大原理示意图1、金相显微镜的光学放大原原理、金相显微镜的光学放大原原理 2金相显微镜的主要性能金相显微镜的主要性能 放大倍数放大倍数分辨率分辨率球面象差、色象差和象域弯曲球面象差、色象差和象域弯曲三种三种 1一载物台，一载物台，2一物镜，一物镜，3一转换器，一转换器，4一传动一传动箱，箱，5一一微动调
9、焦手轮微动调焦手轮，6一一粗动调焦手轮粗动调焦手轮，7一电源。一电源。8一偏心圆，一偏心圆，9一样品，一样品，10一目镜；一目镜；11一目镜管，一目镜管，12一固定螺钉，一固定螺钉，13调节螺钉，调节螺钉，14一视场光拦，一视场光拦，15一孔径光拦一孔径光拦 a. 将显微镜的光源插头接在低压将显微镜的光源插头接在低压(68V)变压器上，接通变压器上，接通电源电源;b. 根据放大倍数，选用所需的物镜和目镑，分别安装在物镜座根据放大倍数，选用所需的物镜和目镑，分别安装在物镜座上和目镜简内。旋动物镜转换器，使物镜进入光路井定位上和目镜简内。旋动物镜转换器，使物镜进入光路井定位(可感觉到定位器定位可感
10、觉到定位器定位);c. 将试样放在样品台中心，使观察面朗下并用弹簧片压住将试样放在样品台中心，使观察面朗下并用弹簧片压住;d. 转动转动粗调手轮粗调手轮先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能先使镜筒上升，同时用眼观察，使物镜尽可能接近试祥表面接近试祥表面(但不得与之相碰但不得与之相碰)，然后反向转动粗调手轮，然后反向转动粗调手轮，使镜筒渐渐下降以调节焦距。当视场亮度增强时，再改用使镜筒渐渐下降以调节焦距。当视场亮度增强时，再改用微微调手轮调手轮调节，直到物象调节，直到物象最清晰最清晰为止为止;e. 适当调节适当调节孔径光栏和视场光栏孔径光栏和视场光栏心获得最佳质量的物象心获得最佳质量的物象;
11、f. 如果使用油浸系物镜，可在物镜的前透镜上滴一些松柏油，如果使用油浸系物镜，可在物镜的前透镜上滴一些松柏油，也可以将松柏油直接滴在试样上；油镜头用后，应立即用棉也可以将松柏油直接滴在试样上；油镜头用后，应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦净再用擦镜纸擦干。花沾取二甲苯溶液擦净再用擦镜纸擦干。3 、金相显微镜的使用方法及注意事项、金相显微镜的使用方法及注意事项 注意事项注意事项:a) 操作应细心，不能有粗暴和剧烈动作。操作应细心，不能有粗暴和剧烈动作。严禁自行拆卸显微镜严禁自行拆卸显微镜部件部件。b) 显微镜的镜头和试样表面不能用手显微镜的镜头和试样表面不能用手直接触摸直接触摸。若镜头中落入。若镜头中
12、落入灰尘，可用灰尘，可用镜头纸或软毛刷镜头纸或软毛刷轻轻擦试。轻轻擦试。c) 显微镜的照明灯泡必须接在显微镜的照明灯泡必须接在68V变压器上，切勿直接插入变压器上，切勿直接插入220V电源，以免烧毁灯泡。电源，以免烧毁灯泡。d) 旋转粗调和微调手轮时，动作要旋转粗调和微调手轮时，动作要慢慢，碰到故障应立即报告，碰到故障应立即报告，不能强行用力转动，以免损坏机件。不能强行用力转动，以免损坏机件。四、铁碳相图四、铁碳相图500 4硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 2000500, 4硝酸酒精溶液硝酸酒精溶液 几种基本组织几种基本组织(1)铁素体铁素体(F) 是碳在是碳在-Fe中的固溶体中的固溶体。铁素体为
13、体心立方晶格，具。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下有磁性及良好的塑性，硬度较低。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现呈现明亮色明亮色的多边形晶粒；亚共析钢中，铁素体呈块状分布；的多边形晶粒；亚共析钢中，铁素体呈块状分布； (2)渗碳体渗碳体(Fe3C) 是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6.69。当用当用34硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色亮白色，若用苦昧酸纳溶，若用苦昧酸纳溶液浸蚀，则渗碳体呈液浸蚀，则渗碳体呈黑色黑色而铁素体仍为白色而铁素体仍为白色;(3)珠光体珠光体(
14、P) 是铁素体和渗碳体的机械混合物，其组织是共析转变是铁素体和渗碳体的机械混合物，其组织是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体与渗碳体的含量比为的产物。由杠杆定律可以求得铁素体与渗碳体的含量比为8:1。因此，。因此，铁素体厚，渗碳体薄；铁素体厚，渗碳体薄；(4)莱氏体莱氏体(Ld) 室温时是室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的所组成的机械混合物。它是由含碳量为机械混合物。它是由含碳量为4.3的液态共晶白口铸铁在的液态共晶白口铸铁在l148共晶共晶反应所形成的共晶体反应所形成的共晶体(奥氏体和共晶渗碳体奥氏体和共晶渗碳体)，其中奥氏体在继续冷却时，其中
15、奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在析出二次渗碳体，在727以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点或细条状的暗黑色斑点或细条状的珠光体珠光体。各类组织组成物的机械性能各类组织组成物的机械性能五、实验内容五、实验内容1. 按按取样取样镶样镶样粗磨粗磨细磨细磨机械抛光机械抛光腐蚀腐蚀的步骤制备金相试样；的步骤制备金相试样；2.观察显微镜的构造与光路；观察显微镜的构造与光路；3.操作显微镜，操作显微镜，熟练地掌握聚焦方法熟练地掌握聚焦方法；4.合理选配物镜和目镜，分别在
16、明场和暗场照明下观察组织特征合理选配物镜和目镜，分别在明场和暗场照明下观察组织特征5.在显微镜下观察和分析铁碳合金的在显微镜下观察和分析铁碳合金的平衡组织平衡组织，识别钢和铸铁组织形识别钢和铸铁组织形态的特征态的特征；建立成分，组织之间相互关系的概念；建立成分，组织之间相互关系的概念;6.绘出绘出所观察的所观察的显微组织示意图显微组织示意图，画时应抓住组织形态的典型特征，画时应抓住组织形态的典型特征;7.根据显微组织近似确定根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量亚共析钢的含碳量;式中：式中：P和和F分别为珠光体和铁素体所占面积分别为珠光体和铁素体所占面积()。六、实验所用设备及材料六、实验所用设
17、备及材料(1) 金相显微镜；金相显微镜；(2) 砂轮机砂轮机;(3) 镶样机镶样机;(4) 预磨机预磨机;(5) 抛光机；抛光机；(6) 吹风机；吹风机；(7) 工业纯铁试样；工业纯铁试样；(8) 不同型号的水砂纸；不同型号的水砂纸；(9) 抛光液；抛光液；(10) 酒精；酒精；(11) 4硝酸酒精浸蚀剂；硝酸酒精浸蚀剂；(12) 棉花；棉花；(13) 竹夹子。竹夹子。七、实验步骤七、实验步骤(1) 每位同学领取一块试样（包括每位同学领取一块试样（包括纯铁纯铁、 30纲、纲、 45钢、钢、T10A钢退火钢退火态态），按照上述制样过程操作，注意掌握每），按照上述制样过程操作，注意掌握每步骤的步骤
18、的要点要点。(2)用砂轮打磨，获得用砂轮打磨，获得平整磨面平整磨面;(3)用预磨机从用预磨机从粗到细磨光粗到细磨光;(4)用抛光机抛光，获得用抛光机抛光，获得光亮镜面光亮镜面;(5)用浸蚀剂用浸蚀剂腐蚀腐蚀试样磨面，而后用显微镜观察组织试样磨面，而后用显微镜观察组织;(6)首先弄懂显微镜最基本的首先弄懂显微镜最基本的光学原理光学原理;(7)明确显微镜的构造和使用方法，学习利用机械系统来明确显微镜的构造和使用方法，学习利用机械系统来调整焦距调整焦距，利，利用照明系统来调节和控制光线等用照明系统来调节和控制光线等;(8)每人实际操作金相显微镜，观察每人实际操作金相显微镜，观察铁碳合金平衡组织铁碳合
19、金平衡组织，抓住组织形态，抓住组织形态的典型特征，并画下显微组织示意图的典型特征，并画下显微组织示意图(注明放大倍数注明放大倍数);(9)根据显微组织近似根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量确定亚共析钢的含碳量：八、实验报告要求八、实验报告要求(1) 实验目的实验目的;(2) 简述金相显微镜的基本原理和主要结构简述金相显微镜的基本原理和主要结构;(3) 扼要记述金相显微镜的使用方法和注意事项扼要记述金相显微镜的使用方法和注意事项;(4) 简述金相组织分析原理及金相显微试样的制备过程简述金相组织分析原理及金相显微试样的制备过程;(5) 在直径为在直径为50mm的圆内画出所观察样品的显微组织示意图的圆内画出所观察样品的显微组织示意图(用箭头用箭头和代表符号标明各组织组成物，并注明样品成分、浸蚀剂，放大倍和代表符号标明各组织组成物，并注明样品成分、浸蚀剂，放大倍数数)。绘制浸蚀后试样显微组织。绘制浸蚀后试样显微组织;(6) 根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响规律规律;(7) 根据杠杆定律估算未知样品的碳含量根据杠杆定律估算未知样品的碳含量;(8) 分析实际制样过程中存在的问题，就分析实际制样过程中存在的问题，就“如何才能制备出高质量试如何才能制备出高质量试样样”谈谈个人体会谈谈个人体会;
