金相显微镜的使用与金相组织的观察实验指导书.docx

工程材料与机械制造根底试验指导书北京理工大学珠海学院机械与车辆学院2023.10试验二 金相显微镜的使用与金相组织的观看一、 试验目的1、 生疏金相显微镜的根本原理及使用方法。2、 观看和分析碳纲和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。3、 识别淬火组织特征，并分析其性能特点，把握平衡组织和非平衡组织的形成条件和组织性能特点。二、 试验概述一金相显微镜的构造目镜组物镜组关心物镜片1半透反光镜双目棱镜组聚光镜组2棱镜消杂光栏滤色片聚光镜组1 灯泡关心物镜片2 视场光栏孔径光栏反光镜图 21LDW2004XB 型金相显微镜光学系统光学显微镜的种类和型式很多，最常见的有台式、立式和卧式三大类。光学显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三大局部组成，有的显微镜还附有摄影装置。现以 LDW2004XB 型台式光学显微镜为例加以说明。LDW2004XB 型光学显微镜的光学系统如图 21 所示。由灯泡发出一束光线，经过聚光镜组1及反光镜的反射将光线聚拢在孔径光栏上，然后经过聚光镜组2，将光线会聚在物镜后焦面上。最终光线通过物镜，用平行光照明样品，使其外表得到充分均匀的照明。从物体外表散射出来的成像光线，复经物镜、关心物镜片1、半透反光镜、关心物镜片2、棱镜与双目棱镜组，造成一个物体的放大实像。目镜将此像再次放大。显微镜里观看到的就是通过物镜和目镜两次放大所得图像。LDW2004XB 型光学显微镜的外形构造如图 22 所示。现分别介绍各部件的功能与作用。照明系统在底座内装有一低压卤钨灯泡，由变压器供给 6 伏的使用电压， 灯泡前有聚光镜，孔径光栏及反光镜等安装在底座上，视场光栏及另一聚光镜安装在支架上。通过一系列透镜作用及协作组成了照明系统，使试样外表获得充分、均匀的照明。载物台样品台 位于显微镜的最上部，用于放置金相样品，纵向手轮和横向手轮可使载物台在水平面上作肯定范围内的十字定向移动。孔径光栏和视场光栏通过这两个孔径可变的光栏的调整，可以调整最终映像的质量。调整孔径光栏能够掌握入射光束的粗细，以保证物像到达清楚的程度。视场光栏的作用是掌握视场范围，使目镜中视场光明而无阴影。物镜转换器 呈球面形，上面有三个螺钉，可安装不同放大倍数的物镜，旋动转换器可使物镜镜头进入光路，并与不同的目镜搭配使用，可获得各种放大倍数。目镜筒 目镜筒呈 45倾斜安装在附有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向90呈水平状态协作照相装置进展金相射影。127893451011126图 22LDW2004XB 型金相显微镜的构造1载物台2双目镜3调整螺钉4视场光栏圈5孔径光栏圈6底座7物镜8纵动手轮9横动手轮表 2-1 列出 LDW2004XB 型光学显微镜物镜和目镜不同状况下放大倍数。目镜10×12.5×光学系统放大倍数表 21 LDW2004XB 型光学显微镜的放大倍数物镜枯燥系统10× NA=0.25 (工作距离 7.32mm)100×125×枯燥系统油浸系统40× NA=0.65 (工作距离 0.66mm)100× NA=1.25 (工作距离 0.37mm)400×1000×500×1250×二光学显微镜的使用方法及留意事项1、光学显微镜的使用方法光学显微镜是一种周密的光学仪器，必需细心慎重使用。初次操作显微镜之前，应首先生疏其构造特点及主要部件的相互位置和作用，然后依据显微镜的使用规程进展操作。在使用 LDW2004XB 型光学显微镜时，应按以下步骤进展：（1） 依据放大倍数选用所需的物镜和目镜，分别安装在物镜和目镜筒内， 并使转换器转至固定位置由定位器定位。（2） 转动载物台，使物镜位于载物台中心孔的中心，然后把金相试样的观看面朝下倒置在载物台上。（3） 将显微镜的电源插头插在变压器上，通过低压68v变压器接通电源。（4） 转动粗调手轮，使载物台渐渐上升以调整焦距，当视场亮度增加时再改用微调手轮进展调整，直至物象调整到最清楚程度为止。（5） 适当调整孔径光栏和视场光栏，以获得最正确质量的物象。（6） 假设使用油浸系物镜，则可再物镜的前透镜上滴一点松柏油，也可以将松柏油直接滴再试样的外表上。油镜头用完后应马上用棉花沾取二甲苯溶液擦净，再用镜头纸擦干。2、光学显微镜留意事项在使用光学显微镜时，应留意以下事项：（1） 金相试样要干净，不得残留有酒精和浸蚀液，以免腐蚀显微镜的镜头， 更不能用手指去触摸镜头。假设镜头中落有灰尘时，可以用镜头纸擦拭。（2） 操作时必需特别细心，不得有粗暴和猛烈的动作，光学系统不允许自行拆卸。（3） 在更换物镜或调焦时，要防止物镜受碰撞损坏。（4） 在旋转粗调或微调手轮时，动作要缓慢，当遇到某种障碍时应马上停下来，进展检查，不得用力强行转动，否则将会损坏机件。三铁碳合金的平衡组织铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下比方退火状态所得到的组织。可以依据FeFe3C 相图来分析其在平衡状态下的显微组织。铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个根本相所组 成。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现不同的组织形态。不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表2-2。表 22 各种铁碳合金在室温下的显微组织类 型碳钢工业纯铁亚共析钢共析钢含碳量%<0.020.020.770.77显微组织铁素体铁素体+珠光体珠光体过共析钢0.772.11珠光体+二次渗碳体白口铸铁亚共晶白口铁共晶白口铁2.114.34.3珠光体+二次渗碳体+莱氏体过共晶白口铁4.36.69莱 氏 体莱氏体+一次渗碳体浸蚀剂4%硝酸酒精溶液4%硝酸酒精溶液4%硝酸酒精溶液 苦味酸钠溶液，渗碳体变黑或呈棕红色4%硝酸酒精溶液4%硝酸酒精溶液4%硝酸酒精溶液铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种根本组织：铁素体F 铁素体是碳溶解于-Fe 中的间隙固溶体。工业纯铁用 4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现光明的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈白色块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体四周。渗碳体Fe3C 渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为 6.69%，质硬而脆，耐蚀性强，经 4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体任呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区分铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出， 呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶面；三次渗碳体由 铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可无视不计。珠光体(P) 珠光体是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。经 4硝酸酒精浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线，甚至珠光体片层因不能区分而呈黑色。莱氏体(Ld) 莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。其组织特征是在亮白色渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。依据含碳量及组织特点的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。其中钢又可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种，亚共析钢随着含碳量的增加，铁素体的数量渐渐削减而珠光体的数量则相应的增加；铸铁又可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁三种。各类铁碳合金的平衡组织如图2-3 至图 2-9 所示。图2-3工业纯铁 400X 图2-445 钢 400X 图2-5T8 钢 400X 图2-6T12 钢 400X 图2-7 亚共晶白口铸铁 400X 图2-8 共晶白口铸铁 400X 图2-9 过共晶白口铸铁 400X 四铁碳合金的非平衡组织碳钢在不平衡状态即快冷条件下的显微组织不能用铁碳合金相图来分析，应由过冷奥氏体等温转变曲线图C 曲线确定。共析碳钢的C 曲线见图 210 所示。不同冷却条件，过冷奥氏体在不同的温度范围发生不同类型的转变，其转变产物的组织形态各不一样。共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能见表2-3。温度 C700A1P型600500400B型300200MSM型100MZ-100110102103104105时间秒图 210共析碳钢 C 曲线转变类转变产形成温转变机显微组织特征HRC工艺表 2-3共析钢T8过冷奥氏体在不同温度转变的组织和性能型物度制PA1650粗片状，F、Fe3C 相间分布220退火珠光体S650600集中性细片状，F、Fe3C 相间分布2030正火TB 上600550550350半集中极细片状，F、Fe3C 相间分布羽毛状，短棒状 Fe3C 分布于过饱和 F 条之间30404050等温处理贝氏体B 下350Ms性竹叶状，细片状 Fe3C 分布于过饱和 F 针上5060等温淬火马氏体M 针M 板条MSMf非集中性针状板条状606550淬火1、退火组织碳钢经退火后获得上述的平衡组织，共析钢和过共析钢经球化退火后，获得由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体组织。2、正火组织碳钢经正火后的组织比退火细，一样成分的亚共析钢，正火后珠光体含量比退火后的多。3、淬火组织经淬火或等温淬火后获得不平衡组织。碳钢淬火后的组织为马氏体和剩余奥氏体，低碳钢淬火后组织为板条马氏体和少量的剩余奥氏体，随含碳量的增加， 剩余奥氏体量增多，淬火马氏体是碳在 Fe 中的过饱和固溶体，其形态取决于马氏体中的含碳量，低碳马氏体呈板条状，强而韧，高碳马氏体呈针叶状，硬而脆，而中碳钢淬火后得到板条马氏体和针叶状马氏体的混合组织。4、等温淬火组织碳钢等温淬火后获得贝氏体组织，在贝氏体转变温度范围内，等温温度较高时，获得上贝氏体，呈羽毛状，它由过饱和的铁素体片和分布片间的断续细小的碳化物组成的混合物，塑性、韧性较差，应用较少。而等温温度较低时，获得下贝氏体，呈黑色的针叶状，它是由过饱和的铁素体和其上分布的细小的渗碳体粒子组成的混合物，下贝氏体强而韧，等温淬火的温度依据钢的成分而定。三、试验内容与试验方法1、试验前应复习课本中有关内容，认真阅读试验指导书。2、每一小组同学领取表 24 中所列样品一块及对应的金相图片一张，将样品放在显微镜上观看，留意显微镜的正确使用，分析显微镜下的组织特征。观看试样的组织时，先明确材料成分、处理条件及浸蚀剂等。观看组织前选显微镜放大倍数，其选用原则是先用低倍125X观看，找出典型组织，然后再用中倍500X对这些地区进展认真观看，这样整体和局部观看结合起来，才能对一块金相试样做出全面分析。3、留意金相组织中每个相组成物和组织组成物，如铁素体、渗碳体、珠光体等的形态、数量、大小及分布特征，并联系铁碳相图分析其结晶过程及组织。画出所观看试样的组织示意图。4、小组之间进展场地交换其他小组已经调整好的显微镜不要再动，观看以下组织并画出组织示意图。（1） 亚共析纲 20 钢、45 钢、65 钢中任选一个（2） 过共析钢 T12 退火、球化退火中任选一个（3） 白口铸铁：亚共晶、过共晶中任选一个（4） 淬火马氏体：低碳和高碳马氏体任选一个5、画组织示意图的方法如下。（1） 先生疏了各组织特征后，再画每个试样中典型区域的显微组织示意图， 留意不要把杂质、划痕等画在图上。（2） 应画在 3050 直径的圆内，在图边注明：材料名称、含碳量、腐蚀剂和放大倍数。并将组织组成物用细线引出标明图 2-11。组成物 1组成物 2（3） 先在草纸上按要求画出，再画在正式报告上。材料名称 ： 处理状态： 放大倍数 ： 腐蚀剂：金相组织：四、试验仪器及材料图 2-11 组织示意图画法1、LDW2004XB 型金相显微镜数台。2、金相组织照片一套3、金相样品一套五、试验报告要求1、试验目的。2、扼要表达光学显微镜的使用方法及必需留意的有关事项。3、画出以下组织示意图。（1） 亚共析纲 20 钢、45 钢、65 钢中任选一个（2） 过共析钢 T12 退火、球化退火中任选一个（3） 白口铸铁：亚共晶、过共晶中任选一个（4） 淬火马氏体：低碳和高碳马氏体任选一个表 24 钢和铸铁的平衡组织与非平衡组织样品试序样材料名称处理状号编态号腐蚀剂放大倍数显微组织11工业纯铁退火40%硝酸酒精500XF+Fe C32220 钢退火40%硝酸酒精500XF+P3345 钢退火4%硝酸酒精500XF+ P4465 钢退火4%硝酸酒精500XF+P55T8退火4%硝酸酒精500XP66T12退火4%硝酸酒精500XP+Fe3C78亚共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精500XP+Fe3C89共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精500X910过共晶白口铸铁铸态4%硝酸酒精500XFe3C1013T8280Cº 等温淬火40%硝酸酒精500XB+M+A下111520淬火4%硝酸酒精500XM板1216T8淬火4%硝酸酒精500XMA片131745正火4%硝酸酒精500XF+S141945152245860Cº 淬4%硝酸酒精火860Cº 淬火+高温 4%硝酸酒精500XM500XS16251728T12 40Cr回火球化退火淬火+高温回火4%硝酸酒精4%硝酸酒精500X500X回3P 球F+ FeS回C 球1830G Cr15淬火+低温回火4%硝酸酒精500XM A