材料科学基础实验指南

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1、实验一 金相显微镜的原理、结构和使用、实验目的1. 了 解 金 相 显 微 镜 的 结 构 原 理 ， 熟 悉 种 种 零 件 的 性 能 和 服 从 。2. 掌 握 辨 别 率 的 看 法 及 其 影 响 因 素 。3. 学会正确操纵金相显微镜。二、实验原理利用金相显微镜视察金相试样的组织或缺陷的要领称为金相显微阐发。它是研究金属质料微观结构最根本的一种实验技能，在金属质料研究领域中占有很重要的职位。在现代金相显微阐发中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜。这里仅对常用 的光学金相显微镜作一般介绍。（一） 显微镜的根本原理、结构及使用1. 显微镜的根本原理最简单的显微镜可以仅由两个透图镜

2、1组.1成成。像图光1学-1原为理相显微镜成像的光学原理示意图。图中AB为被视察的物体，对着被视察物体的透镜O1叫物镜；对着人眼的透镜O2叫目镜。物 镜使物体AB形成放大的倒立实像AB,目镜再将AB放大成仍然倒立的虚像ABO其位置 正幸亏人眼的明视距离（约250m m）处。在显微镜中所视察的就是这个虚像AB。（1）显微镜的放大倍数放大倍数由下式确定：M = M x M物目物目式中：M显微镜总放大倍数;M 物物镜的放大倍数；物M 目目镜的放大倍数；目f 物物镜的焦距；物f 目目镜的焦距；目L显微镜的光学镜筒长度;D一明视距离（250mm）。由上式可知：f物、f目越短或L越长，则显微镜的放大倍数越

3、大。物目（2） 物镜的辨别率 物镜的辨别率是指物镜能清晰辨别试样两点间最小距离的能力。物镜辨别率的数学公式为：d =2 A式中：d物镜的辨别率； 入一入射光源的波长； A物镜的数值孔径，它体现物镜的聚光能力。由公式可知，波长九越短，数值孔径A越大，则辨别能力就越高(d越小)，在显微镜 中就能看到更细微的部分。数值孔径A可由下列公式求出：A =耳 sin 式中：n物镜与物体之间介质的折射率；申一物镜孔径角的一半，即通过物镜边沿的光芒与物镜轴线所成的角度。n越大或物镜孔径角越大，则数值孔径越大，由于 申总是小于90，所以在空气介质 (n=i )中使用时，数值孔径a定小于1,这类物镜称干系物镜。当物

4、镜上面滴有松柏油 介质(n=1.52)时，A值最高可达1.4，这就是显微镜在高倍视察时用的油浸系物镜，每个 物镜都有一个设计额定的A值，刻在物镜体上。(3) 显微镜的有效放大倍数由M=M 目 M物知，显微镜的同一放大倍数可由差别倍数的物镜和目镜来组合。如45倍 的物镜乘以10倍的目镜大概15倍的物镜乘以30倍的目镜都是450倍。对付同一放大倍数，如 何公道选用物镜和目镜呢？应先选物镜，一般原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔 径的5001000倍，即M =500A 1000A这个范畴称为显微镜的有效放大倍数范畴，若MV500A，则未能充实发挥物镜的辨别率，若 M1000A，则形成“虚伪放大”

5、，组织的细微部分将辨别不清。待物镜选定后，再凭据所需的 放大倍数选用目镜。(4) 景深：即垂直辨别率，反应了显微镜对付崎岖差别的物体能清晰成像的能力。景深=+ 入IM sin R 2?ssin R式中：M放大倍数；R半孔径角；入一波长；n介质折射率。由式可知n、R越大，景深越小；物距增加，景深增加。在进行断口阐发时，为得到清 晰的断口凹凸图像，景深不能太小。(5) 透镜的多少缺陷单色光通过透镜后，由于透镜外貌呈球形，光芒不能交于一点，则使放大后的象模糊 不清，此现象称球面象差。多色光通过透镜后，由于折射率差别，使光芒不能交于一点也会造成模糊图像，此现 象称色象差。减小球面象差的步伐：可通过制造

6、物镜时采取差别透镜组合进行校正；调解孔径光 栏，适当控制入射光束等步伐低落球面象差。减小色象差步伐：可通过物镜进行校正或采取滤色片得到单色光的步伐低落色象差。2. 显微镜的结构图 1-2为差别型式的金相显微镜的根本结构及光学行程。图 1-2 金相显微镜的根本结构及光学行程金相显微镜分为台式、立时及卧式三种类型，种种类型又有许多差别的型号。虽然显微镜的型号许多，但根本结构大抵相同，现以国产4x型金相显微镜为例说明其结构和成像原理。图1-3 X型型金相显微镜的光学系统1灯胆；2聚光透镜组；3聚光镜；4半反射镜； 5帮助透镜； 6物镜组； 7试样； 8反光镜； 9孔径光阑； 10视场光阑； 11帮助

7、透镜； 12、13棱镜； 14物镜目镜魏物台物镜视场进阑孔径光澜犠转换駆眾调和徹调龊纽图 1-4 国产 4XB 倒立式金相显微镜图 1-3 是上海光学仪器厂生产的台式金相显微镜的光学系统图。自灯胆 (1) 发出一束光 芒，经过聚光镜(2)的会聚及反光镜(7)的反射，将光芒均匀地聚集在孔径光栏(8)上，随后经 聚光镜(3)再度将光芒聚焦在物镜(6)的背面，最后光芒通过物镜而使物体外貌得到照明。从 物体反射返来的光芒又通过物镜和补贴透镜 (5)，由半反射镜 (4)反射后，在经过帮助透镜 (10)及棱镜(11)、(12)等一系列光学元件组成一个倒立放大的实像。但这一实像还必须经过 目镜 (13)的再

8、度 放 大，这样视 察者就能从目 镜中看到物 体外貌被放 大的像 。 显微镜各零件的性能见图1-4。三、实验用设备、仪器和质料双目倒置式4XB-II金相显微镜，产业纯铁金相样品四、实验步调1. 每人领取一个实验室制备好的纯铁样品，分别在制定的显微镜上进行视察，从中学会调 焦、选用符合的孔径光阑和视场光阑、确定放大倍数及移动载物台的要领。2. 选用差别的物镜，差别巨细的孔径光阑和视场光阑，对样品的同一部分来进行视察，阐 发影响辨别率的因素，并与实验室内陈列的辨别率与数值孔径、光阑之间干系的照片比 较。3. 描绘视察到的显微组织。 金相显微镜是一种比力精密的仪器，使用时必须严格凭据操纵 注 意 事

9、 项 进 行 ， 具 体 操 纵 步 调 如 下 ：(1) 熟 悉 显 微 镜 的 原 理 和 结 构 ， 了 解 各 零 件 的 性 能 和 服 从 ；(2) 按视察要求，选择适当的目镜和物镜，调治粗调螺丝，将载物台升高，装上目镜，取下目镜 盖 ，装 上目镜 。(3) 将 试 样 放 在 载 物 台 上 ， 抛 光 面 对 着 物 镜 。(4) 接通电源，若光源是 6V 低压钨丝灯胆，要注意电源须经降压变压器再接入灯胆。(5) 按 视 察 要 求 ， 选 用 适 本 地 滤 色 片 。(6) 调治粗调螺丝，使物镜见见与试样靠近，同时在目镜中视察视场由暗到明，直到看到显微组织为止， 再调细调螺

10、丝至看到清晰显微组织为止。注意调治时要迟钝些，切勿使镜 头与试样相碰。(7) 凭据视察到的组织情况，按需要调治孔径光阑和视域光阑到适当位置(使得到组织清 晰 、 衬 度 均 匀 的 图 象 ) 。(8) 移动载物台，对试样各部分组织进行视察，视察结束后切断电源，将金相显微镜复 兴。注：使用显微镜时应注意的事项(1) 操纵者的手必须洗净擦二，并保持情况的清洁、干燥；(2) 用低压钨丝灯光作光源时，接通电源必须通过变压器，切不可误接在 220V 电源 上；(3) 调换物镜，目镜时要分外小心，严防失手落地；(4) 调治物体和物镜前透镜间轴向距离(以下简称聚集)时，必须首先弄清粗调旋钮转 向与载物台升

11、降偏向的干系，初学者应该先用粗调旋钮将物镜调至尽量靠近物体，但绝不 可打仗。(5) 然后仔细视察视场内的亮度并同时用粗调旋钮迟钝将物镜向远离物体偏向调治。待 视场内突然变得明亮甚至出南映象时，换用微调旋钮调至映象最清晰为止。(6) 用油系物镜时，滴油量不宜过多，用完后必须立即用二甲苯冼净，擦干；(7) 待视察的试样必须完全吹干，用氢氟酸浸蚀过的试样吹干时间要长些，因氢氟酸对 镜片有严重腐化作用。五、实验陈诉要求叙述金相显微镜成像原理、光路图、结构和使用注意事项；讨论影响金相显微镜辨别 率的因素。六、思考题1. 选择数值孔径的实际意义是什么？它与有效孔径放大倍数有什么干系？为了得到 1200 倍

12、的放大率，应如何选配金相显微镜的物镜和目镜？2. 阐 发 提 高 显 微 镜 辨 别 率 的 可 能 途 径 。3. 试从透镜成像原理的角度阐发调焦操纵的作用。实验二 金相样品的制备、实验目的1. 开 端 掌 握 制 备 金 相 样 品 的 通 例 要 领 及 要 点2. 了 解 影 响 制 样 质 量 的 因 素 及 金 相 特 征3. 进一步熟悉金相显微镜的操纵和使用。二、实验原理随着科学技能的生长，研究金属质料内部组织的手段也有不绝增加。但是光学金相显 微阐发仍是一种最根本和最常用的要领。光学金相显微阐发的第一步是制备试样，将待视察的试样外貌磨制成灼烁无痕的镜 面，然后经过 浸蚀才华阐发

13、组织形态。如因制备不当，在视察上出现划痕、凹坑、水迹、 变形层或浸蚀过深过浅都市影响正确的阐发。因此制备出高质量的试样对组织阐发是很重 要的。金相试样制备历程一般包罗：取样、粗磨、细磨、抛光和浸蚀五个步调。（一）取样从需要检测的金属质料和零件上截取试样称为“取样”。取样的部位和磨面的选择必须 凭据阐发要求而定。截取要领有多种，对付软质料可以用锯、车、刨等要领；对付硬质料 可以用砂轮切片机或线切割机等切割的要领，对付硬而脆的质料可以用锤击的要领。无论 用哪种要领都应注意，尽量制止和减轻因塑性变形或受热引起的组织失真现象。试样的尺 寸度列统一规定，从便于握持和磨制角度考虑，一般直径或边长为1520

14、m m,高为1218mm 比力适宜，对那些尺寸过小，形状不规矩和需要掩护边沿的试样，可以采取镶嵌 或机器夹持的步伐，如图 2-1 所示。镶嵌驚金料I（a）镶嵌试样（b）环形夹具夹持试样（c）平板夹具夹持试样图 2-1 镶嵌及夹持试样金相试样的镶嵌，是利用热塑塑料（如聚氯乙烯），热固性塑料（如胶木粉）以及冷凝性塑料（如环氧树脂+固化剂）作为填料进行的。前两种属于热镶填料，热镶必须在专用 设备镶嵌机上进行。第三种属于冷镶填料，冷镶要领不需要专用设备，只将适宜尺寸（约1520m m）的钢管、塑料管或纸壳管放在平滑的塑料（或玻璃）板上，试样置于管 内，待磨面朝下倒入填料，安排一段时间凝固硬化即可。（二

15、）粗磨粗磨的目的主要有以下三点：1 ）修整有些试样，例如用锤击法敲下来的试样，形状很不规矩，必须经过粗磨，修整为规矩 形状的试样。2）磨平无论用什么要领取样，切口往往不十分平滑，为发将视察面磨平，同时去掉切割时主 生的变形层，必须进行粗磨。3）倒角在不影响视察目的的前提下，需将试样上的棱角磨掉，以免划破砂纸和抛光织物。玄色金属质料的粗磨在砂轮机上进行，具体操纵要领是将试样牢牢地捏住，用砂轮的 铡面磨制。在试样与砂轮打仗的一瞬间，尽量使磨面与砂轮面平行，用力不可过大。由于 磨削力的作用往往出现试样磨面的上半部分磨削量偏大，故需人为地进行调解，尽量加大 试样下半部分的压力，以求整个磨面均匀受力。另

16、外在磨制历程中，试样必须沿砂轮的径 向往复迟钝移动，防备砂轮外貌形成凹沟。必须指出的是，磨削历程会使试样外貌温度骤 然升高，只有不绝地将试样浸水冷却，才华防备组织产生变革。砂轮机转速比力快，一般为2850r/min,事情者不应站在砂轮的正前方，以防被尽出物 击伤。操纵时严禁戴手套，以免手被卷入砂轮机。关于砂轮的选择，一般是遵照磨硬质料选稍软些的，磨软质料选择稍硬些的根本原 则，用于金相制样方面的砂轮大部分是：磨料粒度为40号、 46号、 54号、 60号（数字愈 大愈细）；质料为白刚玉（代号为GB或WA）、绿碳化硅（代号为TL或GC）、棕刚玉（代 号为GZ或A）和黑碳化硅（代号为TH或C）等；

17、硬度为中软1 （代号为ZR1或K）的平 砂轮，尺寸多为250mmX 25mmX 32mm （外径X厚度X孔径）有色金属，如铜、铝及其合金等，因材质很软，不可用砂轮并且要作锉刀进行粗磨， 以免磨悄填塞砂轮孔隙，且使试样产生较深的磨痕和严重的塑性变形层。（三）细磨粗磨后的试样，磨面上仍有较深的磨痕，为了消除这些磨痕必须进行细磨。细磨可分 为手工磨和机器磨两种。1 、手工磨手工磨是将砂纸铺在玻璃板上，左手按住砂纸，右手捏住试样在砂纸上作单向推磨。 金相砂纸由粗到细分许多种，其规格可参考表2-1。表 2-1 常用金相砂纸的规格砂纸序号24030040060080010001200粒度160200280

18、4006008001000编号01 （选一0203040506种）用砂轮粗磨后的试样，要依次由01号磨至05号（或06号）。操纵时必须注意： （1）加在试样上的力要均匀，使整个磨面都能磨到；（ 2）在同一张砂纸上磨痕偏向要一致，并与前一道砂纸磨痕偏向垂直。待前一门路砂 纸磨痕完全消失时才华换用下一门路砂纸。（3）每次调换砂纸时，必须将试样、玻璃板清理洁净，以防将粗砂粒带互细砂纸上。（4）磨制时不可用力过大，不然一方面因磨痕过深增加下一道麻木在制的困难，另一 方面因外貌变形严重影响组织真实性。（5）砂纸的砂粒变钝磨削作用明显下降时，不家继承使用。不然砂粒在金属外貌产生 的滚压会增加外貌变形。（6

19、）磨制铜、铝及其合金等软质料时，用力更要轻，可同时在砂纸上滴些煤油，以防 脱落砂粒嵌入金属外貌。砂纸磨光外貌变形层消除历程如图2-2所示。rQA图 2-2砂纸磨光外貌变形层消除历程示意图（a）严重变形层（b）变形较大层（c）变形微小层（d）无变形原始组织1- 第一步磨光后试样外貌的变形层2- 第二步磨光后试样外貌的变形层3- 第三步磨光后试样外貌的变形层4- 第四步磨光后试样外貌的变形层用金相水砂纸手工磨制时可加水也可以干磨。但是在干磨历程中，脱落的砂粒和金属 磨屑留在砂纸上，随着移动的试样来回转动，砂粒间的相互挤压以及金属屑粘在砂糖漏洞 中，都市使砂纸磨削寿命减短，试样外貌变形层严重，摩擦生

20、热还可能引起组织变革。为 克服干磨的毛病，目前多采取手工湿磨的要领所用砂纸是水砂纸，其规格可参考表2-1。用水砂纸手工磨制的操纵要领和步调用金相砂纸磨制制完全一样，只是将水砂纸置于 流动水下边冲边磨，由粗到细依次调换数次，最后磨到 1000 或 1200 号砂纸。因为水流不 绝地将脱落砂粒、磨屑冲掉，帮砂纸的磨削寿命较长。实践证明试样磨制的速度快、质量 高，有效地弥补了干磨的不敷。2、机器磨 目前普遍使用的机器磨设备是预磨机。电动机发动铺着水砂纸的圆盘转动，磨制时， 将试样沿盘的径向来回移动，用力要均匀，边磨边用水冲。水流即起到冷却试样的作用， 又可参借助离心力将脱落砂粒、磨屑等不绝冲到转盘边

21、沿。机器磨的磨削速度比手工磨制 快得多，但平整度不敷好，外貌变形层也比力严重。因此要求较高的或材质较软的试样应 该采取手磨制。机器磨所用水砂纸规格与手工湿磨相同，可参考表 2-1。（四）抛光 抛光的目的是去除细磨后遗留在磨面上的细微磨痕，得到灼烁无痕的镜面。抛光的要 领有机器抛光、电解抛光物化学抛光三种，其中最常用的是机器抛光。1、机器抛光 机器抛光在抛光机上进行，将抛光织物（粗抛常用帆布，精抛常用毛呢）用水浸湿、 铺平、绷紧用牢固在抛光盘上。启动开关使抛光盘逆时针转动，将适量的抛光液（氧化 铝、氧化铬或氧化铁抛光粉加水的悬浮液）滴洒在盘上即可进行抛光，抛光时就注意：（1）试样沿盘的径向往返迟

22、钝移动，同时逆抛光盘转向自转，待抛光快结束时作短时定位轻抛。（2）在抛光历程中，要经常滴加适量的抛光液或清水，以保持抛光盘的湿度，如发明 抛光盘过脏或带有粗大颗粒时，必须将其冲刷洁净后再继承使用。（3）抛光时间应尽量缩短，不可过长，为满足这一要求可分粗抛和精抛两步进行。（4）抛有色金属（如铜、铝及其合金等）时，最幸亏抛光盘上涂少许肥皂或滴加适量 的肥皂水。机器抛光与细磨本质上都是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样外貌隆起的部分，抛 光时，抛光织物纤维发动稀疏漫衍的极微细的磨料颗粒产生磨削作用，将试样抛光。目前，人造金刚石研磨膏（最常用的有W0。5、W1。0、W1。5、W2。5和W3。5五 种规格

23、的溶水性研磨膏）取代抛光液，正得到日益遍及的应用，用少少的研磨膏均匀涂在 抛光织物上进行抛光，抛光速度快，质量也好。2、电解抛光电解抛光原理示意图如图 2-3所示，阴极用不锈钢板制盛成，试样自己为阳极，二者同 处于电解抛光液中，接通回路后在试样外貌形成一层高电阻膜。由于度样外貌崎岖不平， 膜的厚薄也差别。试样外貌凸起部分膜薄，电阻小，电流密度大，金属溶解速度快。相劈 面言，凹下部分溶解速度慢，这种选择性溶解结果，使试样外貌逐渐平整，最后形成平滑 平面。薄模图 2-3 电解抛光原理示意图电解抛光系电化学溶解历程，因此它消除了机器抛光难以制止的疵病，不会引起试样 外貌变形。与机器抛光比力即省时间又

24、操纵轻便。然而电解抛光也有其局限性，因其对证 料化学身分不均匀的偏析组织以及非金属混合物等比力敏感，会造成局部强烈浸蚀而形成 斑坑。另外镶嵌在塑料内的试样，因不导电也不适用。故目前仍然以机器抛光为主。铜合金、铝合金、奥氏体不锈钢及高锰钢等质料常用电解抛光。3、化学抛光化学抛光是依靠化学试剂对试样外貌凹凸不平区域的选择性溶解作用将磨痕去除的一 种要领。化学抛光不需要专用设备，本钱低，操纵方便，在抛光的同时还兼有化学浸蚀作 用。省掉了抛光后的浸蚀步调。但化学抛光的试样平整度略差些，仅适于低、中倍视察。对付一些软金属，如锌、铅，锡、铜等。实践证明，利用化学抛光要比机器抛光和电 解抛光效果好。目前，其

25、应用范畴在逐渐扩大。化学抛光液，大多数是由酸大概殽杂酸（如草酸、磷酸、铬酸、醋酸、硝酸、硫酸氢 氟酸等）过氧化氢及蒸馏水组成。殽杂酸主要起化学溶解作用，过氧化氢能增进金属外貌 的活化性，有助于化学抛光的进行，而蒸馏水为稀释剂。（五）浸蚀抛光后的试样在金相显微镜下视察，只能看到灼烁的磨面，如果有划痕、水迹或扔料 中的非金属混合物、石墨以及裂纹等也可以看出来，但是要阐发金相组织还必须进行浸 蚀。浸蚀的要领有多种，最常用的是化学浸蚀法，利用浸蚀剂对试样的化学溶解和电化学 浸蚀作用将组织显露出来。纯金属（或单相均匀固溶体）的浸蚀根本上为化学溶解历程。 位于晶界处的原子和晶粒内部原子相比，自由能较高，稳

26、定性较差，故易受浸蚀形成凹 沟，晶粒内部被浸蚀水平较轻，大要上仍保持原抛光平面。在明场下视察，可以看到一个 个晶粒被晶界（玄色网络）离隔。如浸蚀较深，还可以发明各个晶粒明暗水平差别的现 象，这是因为每个晶粒原子排列的位向差别，浸蚀后，以最密排面为主的外露面与原抛光 面之间倾斜水平差别的缘故。两相合金的浸蚀与单相合金差别，它主要是一个电化学浸蚀历程。在相同的浸蚀条件 下，具有较高负电位的相（微电池阳极）被迅速溶解凹陷下去；具有较高正电位的相（微 电池阴tR）在正常电化学作用下不被浸蚀，保持原有的平滑平面，结果产生了两相之间的 高度差。多相合金的浸蚀，同样也是一个电化学溶解历程，原理与两相合金相同

27、。化学浸蚀的要领虽然很简单，但是只有认真看待才华制备出高质量的试样，将抛光后 的试样用水冲洗同时用脱脂棉擦净磨面，然后吸水纸吸去磨面上过多的水，吹干后用显微 镜查抄磨面上是否有道痕、水迹等。同时证明未经过浸蚀的试样是无法阐发组织的，经查 抄后合格的试样可以放在浸蚀剂中，抛光面朝上，不绝视察外貌颜色的变革。这是浸蚀 法。也可以用沾有浸蚀剂的棉花轻轻擦拭抛光面，视察外貌颜色的变革。此为擦蚀法。待 试样外貌被浸蚀得略显惨淡时马上取出，用流水冲洗后在浸蚀面上滴些酒精，再用滤纸吸去过多的水和 酒精，迅速用吹风机吹干，完成整个制备试样的历程。图2-4 为浸蚀显示 原理示意图。图 2-4 浸蚀显示原理示意图

28、(a)晶界处光芒的散射(b)组织显示-直射光反应为亮色晶粒，散射光反应为晶界关于浸蚀剂的选择可参考有关文献。钢及铸铁等玄色金属最常用的浸蚀剂为 4%硝酸 酒精溶液。浸蚀后的试样在显微镜下视察时，如发明外貌变形层严重影响组织的清晰度时，可采 取重复抛光、浸蚀的步伐去除变形层。三、实验用设备、仪器和质料抛光机、各型号砂纸、抛光磨料、试样、浸蚀剂、吹风等。四、实验步调金相试样的制备包罗取样、磨制、抛光、浸蚀四个步调。制备好的试样应能视察到真 实组织、无磨痕、水迹。1. 取样 取样的部位和磨面应凭据查验目的选取具有代表性的部位。例如，查验外貌脱碳层 的厚度应取横向截面、视察纵裂纹就要取纵向截面。试样的

29、截取要领许多，例如用手锯、 机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样历程中要防备试样受热或变形而引起的组织 变革，破坏了其组织的真实性。为防备受热可在截取历程中用冷却液冷却试样。金相试样 的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：12X10或12X12X10，如果不是 视察外貌组织，可以倒角便于磨制。凭据需要，例如视察外貌渗碳层的厚度，为防备在磨 制历程中产生倒角，应采取镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。我们所用 试样为车削好的10 X 20的45钢试样。2. 磨制 这是最要害的步调，磨制质量的优劣直接决定了试样的优劣。 粗磨 将试样在砂轮上或用粗砂纸之成平面。磨制时使试样受

30、力均匀，压力不要太大。 精磨 粗磨好的试样用清水冲干后，依次用01、02、03、04号金相砂纸把磨面磨光。磨 制时应把砂纸放在玻璃板或平整的桌面上，左手按住砂纸，右手握住试样，用力均匀、平 稳，沿一个偏向重复进行，直到旧的磨痕被去掉，不要来回磨制。注意：在变更更细一号 砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除洁净，并转动90角，使新、旧磨痕垂直。3. 抛光 抛光的目的是去除磨面上细的磨痕和变形层，以得到平滑的镜面。机器抛光是在抛 光机上进行的。在抛光盘上牢固一层织物，如毛织物、丝织物或人造纤维织物等。抛光盘 以200-600转/分的速度旋转，将抛光磨料（Al2O3或其他）加在上面即可进行抛光。注意

31、抛光时用力要均匀，不要太大，以免试样飞出。抛光后先用清水冲洗再用无水酒精清洗， 然后用吹风吹干。4. 浸蚀 采取化学浸蚀法，碳钢及低合金钢一般采取 4%的硝酸酒精溶液浸蚀 15-20 秒中左 右即可。浸蚀后用清水冲洗洁净再用无水酒精冲洗，然后吹干。五、实验陈诉要求1. 凭据自己的体会， 简述金相样品的制备历程、 组织显示要领和注意事项。2. 讨论视察试样时所用显微镜的参数。六、思考题1. 金相试样的制备的步调及应注意的问题。2. 如果视察到许多平行的条纹而金相组织不清晰，为什么？实验三金属的塑性变形和再结晶一、实验目的1. 了解塑性变形对金属组织的影响。2. 了解金属经过冷塑性变形后显微组织及

32、机器性能的变革3. 掌握变形度与加热温度对再结晶后晶粒巨细的影响。4. 掌握洛氏硬度计的使用。二、实验原理1、冷加工对金属组织和力学性能的影响 金属质料产生冷变形后，不但外形产生变革，内部组织也产生变革，随着变形量的增 加，原来的等轴晶粒将沿受拉偏向逐渐伸长。当变形量大到一定水平时，各个晶粒难以辨 别出现出一片纤维状的条纹，称为纤维组织，如图3-1所示。C图 3-1 产业纯铁经差别水平变形后的组织a)20 b)40 c)60 d)70如果对冷变形金属进行薄膜透射电镜阐发就会发明位错漫衍是不均匀的，有的地方位错密度很高并缠结在一起；有的地方位错密度很低。当变形量较大时，还会发明典范的胞 状亚结构

33、特征。高密度位错会合在胞壁上，胞内的位锗密度比胞壁低得多。变形量越大， 胞状亚结构的尺寸越细小。金属的塑性变形所造成的内部组织变革一定导致某些性能的改变。大量实践证明，金 属质料经冷变形后，强度、硬度显著提高，而塑性下降，即产生加工硬化。造成加工硬化 的原因主要是位错密度增加，并相互交截产生不易移动的位错节点；位错缠结在一起或形 成胞状亚结构都对位错运动有阻碍作用。2、冷变形金属在加热时组织和性能的变革冷变形金属在热力学上是处于一种不稳定的状态，有力求规复到稳定状态的趋势。加 热会提高原子的运动能力，促进由不稳定状态规复到稳定状态历程的进行，加热温度由低 到高，其变革历程人为分为复兴、再结晶和

34、晶粒长大三个阶段。虽然这三个阶段并非是截 然离开的。如图 3-2所示。由图可见，当加热温度低于再结晶温度时，组织形态险些不产生变革。但由于晶内缺 陷（主要是点缺陷）密度减小，电阻和内应力明显下降，当温度到达再结晶温度时，在变 形比力严重的区域（如晶界、形变带，混合物四周等）优先形成再结晶核心，并以畸变能 为驱动力逐渐长大。当被拉长的变形晶粒完全由细小等轴晶粒取代时，再结晶历程结束。 如果进一步提高温度或延长保温时间，晶粒将以界面能淘汰为驱动力不绝归并长大，进入 第三阶段。关于差别阶段质料强度及硬度的变革：复兴阶段强度险些稳定，即将进入再结晶阶段 时才略有下降。在再结晶阶段，强度明显下降，直到再

35、结晶结束强度根本规复到变形前数 值，这说明，再结晶后的金属完全消除了加工硬化现象。变形量 50的纯铜经差别温度下 退火的组织如图3-3所示。图3-2变形金属在加热历程中组织和性能变革示意图二這三暹 Y _*3、再结晶后晶粒巨细与变形量的干系再结晶后晶粒巨细与再结晶加热温度、保温时间、加热速度、变形量以及变形前原始晶粒度等都有干系。为了说明晶粒巨细与变形量的干系，将一组变形量各不相同的铝片放 在同一温度下进行再结晶退火，结果晶粒巨细相差很大。如图3-4所示。当变形量很小时，由于晶内储存的畸变能不敷以进行再结晶而保持变形前状态（图 3- 4a）。当到达某一变形量时，再结晶后的晶粒特别粗大（图3-4

36、b）。这个变形量称为临界变 形度。金属在临界变形度下，只有少数晶粒产生明显变形具备形成再结晶核心的条件，而 其余绝大多数晶粒险些未产生变形不具备形核条件，因此所形成的再结晶核心数目一定很 少，由它们长大而成的晶粒（无畸变区）靠吞并周围晶粒迅速长大，其结果造成晶粒特别 粗大，当变形量凌驾临界变形度时，随着变形量的增加，变形的均匀水平也增加，再结晶 退火后的晶粒也逐渐细化，如图3-4c、d、e所示。这里有须要指出，除特殊需要外，生产中应尽量制止在临界变形度范畴内（铁约为 210%；钢约为510%；铝约为25%；铜及黄铜约为5%）加工，以免形成粗大晶粒 使性能恶化。图 3-3 变形量50%的纯铜经差

37、别温度退火的显微组织变革a) 300C b) 500C c) 600C，加热时间：30min图 3-4 差别变形量对纯铝片再结晶晶粒巨细的影响a)2% b)3% c)6% d)9% e)12% f)15%本实验主要以产业纯铁或低碳钢为东西，阐发其塑性变形和再结晶历程中显微组织的 变革和性能变革。视察经一定冷变形后差别退火温度下产业纯铁或低碳钢的显微组织，测 定硬度指标，别的对差别冷变形度的产业纯铁进行高温退火，测定硬度指标。从而掌握金 属经过冷塑性变形后显微组织及机器性能的变革以及掌握变形度与加热温度对显微组织及 机器性能的变革。三、实验用设备、仪器和质料金相显微镜、洛氏硬度计、差别冷塑变形和

38、差别温度下处理惩罚的纯铁试样一组。四、实验内容1. 视察差别变形率试样的金相组织并绘出组织图。2. 丈量差别变形率试样的洛氏硬度。3. 视察同一变形率试样差别温度下退火的组织并绘出组织图。4. 丈量同一变形率试样差别温度下退火后的洛氏硬度。五、实验步调与要领1. 每个同学从指导老师处领取一个样品，并记录下样品的参数。注意在实验历程中不得和其他同学互换以制止搞混样品。2. 视察样品的显微组织，并对组织的特征做记录，并记录放大倍数。3. 和其他同学互换样品，对其他参数的样品进行显微组织，并对组织的特征做记录， 并记录放大倍数。注意不要将样品搞混，看完后实时归同学。4. 丈量自己样品的洛氏硬度，并记录下来。同时记录同一组同学中其他参数样品的硬 度。五、实验陈诉要求1、实验名称2、实验目的3、实验原理4、实验仪器设备5、实验结果与阐发(1) 整理所测定的种种数据列表。(2) 阐发冷塑性变形对金属组织和性能的影响。(3) 阐发经冷塑性变形金属在加热时组织与性能的变革规律。6、实验心得