1、材料科學(xué)基礎(chǔ)B(金屬學(xué)與熱處理)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與實(shí)驗(yàn)報(bào)告（材成專業(yè)）寧向梅 李 謙 編河南科技大學(xué)工程材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心目錄實(shí)驗(yàn)一 金相顯微樣品的制備及金相顯微鏡的使用1實(shí)驗(yàn)二 金屬結(jié)晶過程及鑄錠組織觀察11實(shí)驗(yàn)三 鐵碳合金的平衡組織觀察14實(shí)驗(yàn)四 金屬的塑性變形與再結(jié)晶17實(shí)驗(yàn)五 碳鋼的熱處理操作及其組織觀察20實(shí)驗(yàn)六 合金鋼組織及鋼熱加工后顯微缺陷的觀察25實(shí)驗(yàn)七 鑄鐵與有色金屬顯微組織觀察29附錄 硬度計(jì)的使用33實(shí)驗(yàn)報(bào)告 39實(shí)驗(yàn)一 金相顯微鏡的構(gòu)造及使用40實(shí)驗(yàn)二 金相試樣的制備41實(shí)驗(yàn)三 金屬結(jié)晶過程及鑄錠組織觀察42實(shí)驗(yàn)四 鐵碳合金平衡組織觀察43實(shí)驗(yàn)五 金屬的塑性變形與再結(jié)晶45實(shí)驗(yàn)

2、六 碳鋼的熱處理操作、組織觀察及硬度測定47實(shí)驗(yàn)七 合金鋼組織及鋼在熱加工后顯微缺陷觀察49實(shí)驗(yàn)八 鑄鐵與有色金屬顯微組織觀察51實(shí)驗(yàn)一 金相顯微樣品的制備及金相顯微鏡的使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握金相顯微樣品的制備過程和基本方法。2、了解金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造，初步掌握顯微鏡的正確使用。3、初步掌握測定金屬材料晶粒度的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、每個(gè)人制備45鋼的金相顯微樣品塊。2、初步熟悉金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造和正確的使用方法，用不同放大倍數(shù)觀察所制備的45鋼的顯微組織。3、用比較法測定工業(yè)純鐵的晶粒度。三、概述 運(yùn)用金相顯微鏡觀察制備好了的金相試樣的組織或缺陷，這種方法稱金相顯微分析方法。

3、它可以觀察、研究金屬材料或另件中細(xì)小的用粗視分析方法不能觀察到的組織及缺陷。進(jìn)行顯微分析的主要工具是金相顯微鏡。作為金相顯微分析用的光學(xué)顯微鏡其放大倍數(shù)為幾十倍到2000倍，分辨率為2500Å左右。若要觀察研究更微小的微觀缺陷，則要應(yīng)用透射電鏡、掃描電鏡及X光射線技術(shù)等分析方法來進(jìn)行。 (一)金相顯微樣品的制備 1、取樣 取樣部位及磨面(觀察面)的選擇：根據(jù)被檢驗(yàn)金屬材料或另件的特點(diǎn)、加工工藝及研究目的進(jìn)行選擇。如： 研究另件破裂原因時(shí)，應(yīng)在破裂部位取樣，再在離破裂處較遠(yuǎn)的部位取樣，以作比較。 研究鑄造合金時(shí)，由于組織不均勻，從鑄件表層到中心必須分別截取幾個(gè)樣品。 研究軋材時(shí)，如研究

4、材料表層的缺陷、非金屬夾雜物的分布，應(yīng)在垂直軋制方向上截取橫向試樣；如研究夾雜物的形狀、類型、材料的形變程度、晶粒拉長的程度、帶狀組織等，應(yīng)在平行于軋制方向上截取縱向試樣。 研究熱處理后的另件時(shí)，因組織較均勻，可任選斷面試樣。若研究氧化、脫碳、表面處理(如滲碳)的情況，則應(yīng)在橫斷面上觀察。 試樣的截取方法：截取時(shí)應(yīng)保證不使試樣觀察面的金相組織發(fā)生變化；軟材料可用鋸、車、刨等方法截?。挥膊牧峡捎盟渖拜喦衅瑱C(jī)、電火花切割等方法截??；硬而脆的材料(如白口鑄鐵)，也可用錘擊法獲取。 試樣尺寸：以具體情況而定。一般可取高為1015mm，方形試樣邊長為1525m，園柱形試樣直徑為1525mm。對于觀察表

5、層組織的試樣，可采用斜面截取的方法，以擴(kuò)大表層觀察范圍。如(圖l1)圖11 斜面截切2、鑲樣一般試樣不需要鑲樣。但試樣尺寸過于細(xì)小，形狀特殊如絲材、薄片、細(xì)管等制備樣品時(shí)非常困難，必須把它鑲嵌起來。鑲嵌的方法有低熔點(diǎn)合金鑲嵌法、熱壓鑲嵌法的機(jī)械鑲嵌法等。熱壓鑲嵌法有專門的鑲樣機(jī)，將試樣放于電木粉或塑料粒中加熱到180左右進(jìn)行熱壓。由于熱壓鑲嵌時(shí)要加一定的溫度和壓力，這就會(huì)使馬氏體回火和軟金屬產(chǎn)生塑性變形等，為避免這種情況，可改用機(jī)械鑲嵌法，即用夾具夾持試樣。 3、磨制 磨制可分為粗磨和細(xì)磨兩步。 粗磨：對于軟材料可用銼刀銼平，一般材料都用砂輪機(jī)磨平。磨砂輪時(shí)應(yīng)利用砂輪側(cè)面，以保證試樣磨平，試樣

6、要不斷用水冷卻，以防溫度升高造成內(nèi)部發(fā)生變化。最后倒角，以防細(xì)磨時(shí)劃破砂紙。但對需要觀察脫碳、滲碳等表面情況的試樣不能倒角，有時(shí)還要采用電鍍敷蓋來防止這些試樣邊緣倒角。 細(xì)磨：細(xì)磨的方法有手工磨光和機(jī)械磨光。 ·手工磨光是用手拿持試樣直接在金相砂紙上進(jìn)行。金相砂紙按粗細(xì)分為01號(hào)、02號(hào)、03號(hào)、04號(hào)、05號(hào)幾種，細(xì)磨時(shí)依次從01號(hào)磨到05號(hào)，一般鋼鐵試樣磨到04號(hào)砂紙，軟材料如鋁、鎂等合金可磨到05號(hào)砂紙。磨時(shí)必須注意： A 使磨面與砂紙完全接觸，以保證試樣磨面平整不產(chǎn)生弧度；B 每更換一道砂紙，應(yīng)將試樣轉(zhuǎn)90°再磨，使磨制方向與上一道磨痕方向垂直，以便觀察前一道磨痕是

7、否被消除。C 更換砂紙時(shí)，應(yīng)把試樣、工作臺(tái)和手洗擦干凈，以免把粗砂粒帶到下一道細(xì)砂紙上去。D 磨制軟材料時(shí)，可在砂紙上涂上一層潤滑劑，如機(jī)油、汽油、肥皂水等，以免砂粒嵌入軟金屬內(nèi)。由于手工磨制速度慢、效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，故現(xiàn)在多采用機(jī)械磨光的方法。機(jī)械磨光在預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行。預(yù)磨機(jī)由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)或兩個(gè)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤分蠟盤和砂紙盤兩種，蠟盤就是把混有金剛砂的熔化石蠟澆的轉(zhuǎn)盤上，待凝固車平后裝在預(yù)磨機(jī)上就可使用?？梢宰龀刹煌旨?xì)的金剛砂的蠟盤，蠟盤磨制的速度快、效率高，在生產(chǎn)檢驗(yàn)中大量應(yīng)用。砂紙盤是把水砂紙剪成園形，然后用水玻璃粘在預(yù)磨機(jī)轉(zhuǎn)盤上使用。水砂紙按粗細(xì)有200號(hào)、300號(hào)、400號(hào)、5

8、00號(hào)、600號(hào)、700號(hào)、800號(hào)、900號(hào)。一般用200號(hào)、400號(hào)、600號(hào)、800號(hào)水砂紙依次磨制即可。用蠟盤和砂紙盤磨制時(shí)，要不斷加水冷卻，樣品必須掌住，以防飛出傷人。4、拋光拋光的目的是去除試樣磨面上經(jīng)細(xì)磨后的細(xì)致磨痕，使磨面呈光亮無磨痕的鏡面。拋光方法有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光等。 機(jī)械拋光： 機(jī)械拋光可分為粗拋和細(xì)拋兩個(gè)步驟，均在拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光機(jī)由個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)個(gè)或兩個(gè)拋光盤，轉(zhuǎn)速為200600轉(zhuǎn)/分。粗拋時(shí)轉(zhuǎn)速要高些，精拋或拋軟材料時(shí)轉(zhuǎn)速要低些。所用拋光材料有拋光布和拋光粉，拋光布蒙在拋光盤上，不同的要求應(yīng)適當(dāng)選用不同的拋光布。粗拋時(shí)常用帆布、粗呢等，精拋時(shí)常用繞布、細(xì)

9、呢、絲綢等。拋光粉也稱拋光磨料。常用的拋光粉有以下幾種： 氧化鋁：白色細(xì)顆粒，用于粗拋或精拋。 氧化鉻：綠色，顆粒極細(xì)，用于精拋，硬度很高，常用來拋光淬火后的合金鋼等試樣，除氧化鉻粉外，目前常使用塊狀的氧化鉻拋光膏。 氧化鎂：白色，顆粒極細(xì)，用于精拋。由于它本身硬度較低，適合有色金屬磨面的拋光。 金剛砂：又稱碳化硅，具有較高的硬度，常用于粗拋或做成蠟盤用。 金剛鉆粉：具有極高的硬度和良好的磨削作用，拋光軟、硬材料都有良好的效果。可用于拋光硬質(zhì)合金等極硬的材料，價(jià)格貴，應(yīng)用較少。 拋光時(shí)注意事項(xiàng)： A 除拋光膏外，拋光粉都要配成拋光液使用。粗拋用拋光粉的粒度為500600號(hào)(篩目)，精拋用的拋光

10、粉要求選得更細(xì)。 B 拋光時(shí)應(yīng)使試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，壓力不宜過大，并應(yīng)使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動(dòng)。 C 拋光過程中要不斷注入適量拋光液。若拋光布上拋光液太多，會(huì)使鋼中夾雜物及鑄鐵中的石墨脫落，拋光面質(zhì)量也不好；若太少，將使拋光面變成晦暗而有黑斑。 D 拋光后期，應(yīng)使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以防止鋼中夾雜物產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。 E 為盡量減少拋光面表層金屬變形的可能性，整個(gè)拋光時(shí)間不宜過長，磨痕全部消除出現(xiàn)鏡面后，拋光可停止，試樣用水沖洗或用酒精洗干凈后就要轉(zhuǎn)入浸蝕或直接在顯微鏡下觀察。 電解拋光：由于機(jī)械拋光時(shí)在試樣磨面上將發(fā)生“金屬流動(dòng)”，產(chǎn)生表面金屬變形層（稱拜

11、爾培層），影響金相組織顯示的真實(shí)性。在光學(xué)顯微鏡下尚能顯示出材料接近真實(shí)的組織，但在特殊精細(xì)的研究中將感到不足，如電子顯微鏡組織研究與電子衍射結(jié)構(gòu)的研究。 近來電解拋光得到廣泛使用。由于電解拋光純系電化溶解作用，無機(jī)械力的影響，不致引起表層金屬變形或流動(dòng)。所以電解拋光的金相試樣能顯示材料的真實(shí)組織。因此硬度低，單相合金，極易加工變形的合金，象奧氏體不銹鋼、高錳鋼等材料以采用此法為宜。電觸拋光速度很快，試樣對預(yù)先磨光操作要求也比較低，效率高。 但電解拋光對于材料化學(xué)成分的不均勻性、顯微偏析特別敏感，在金屬基體與非金屬夾雜物處常被劇烈地浸蝕，所以電觸拋光現(xiàn)在還不適用于偏析顯著的金屬材料（鑄造偏析、

12、軋制偏析）、鑄鐵及作夾雜物檢驗(yàn)的金相試樣， 把試樣放人電解液中，接通試樣(陽極)與陰極間的電源，在一定條件下，可以使試樣磨面產(chǎn)生選擇性的溶解，逐漸使磨面變到光滑平整。 電解拋光有專用的電解拋光儀，使用時(shí)可按儀器使用說明進(jìn)行。 化學(xué)拋光是靠化學(xué)試劑的溶解作用，得到光亮的拋光表面，操作簡便，成本低廉。拋光時(shí)將試樣浸在合適的拋光液中，進(jìn)行適當(dāng)攪動(dòng)即可?；蛴妹藁ㄕ慈』瘜W(xué)拋光液，在試樣磨面上來回擦動(dòng)即可?；瘜W(xué)拋光兼有化學(xué)浸蝕的作用，能顯示金相組織，因此試樣經(jīng)化學(xué)拋光后可直接在顯微鏡下觀察?；瘜W(xué)拋光對試樣磨面原來光潔度要求不很高，它只能做到試樣表面光滑的、起伏的波形。但在較低放大倍數(shù)下并不妨礙金相組織的觀

13、察。5、金相組織的顯示： 除觀察試樣中某些非金屬夾雜物及鑄鐵中的石墨等外，金相試樣磨面經(jīng)拋光后，一般還要用化學(xué)、物理等方法進(jìn)行組織顯示才能觀察。 化學(xué)侵蝕 利用化學(xué)浸蝕劑，通過化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織。 純金屬及單相合金的浸蝕系一個(gè)化學(xué)溶解的過程。由于晶界上原子排列的規(guī)律性差，具有較高的自由能，所以晶界處較易侵蝕而呈溝壑。若浸蝕較淺，則在顯微鏡下可顯示出純金屬或固溶體的多面體晶粒。(圖12)若浸蝕較深，則在顯微鏡下可顯示出明暗不一的晶粒，這是由于各晶粒位向不同，溶解速度不同，侵蝕后的顯微平面與原磨面的角度不同，在垂直線照射下，反射光線方向不同，顯示出明暗不一。圖12 純金屬及單相合金化學(xué)

14、浸蝕時(shí)各階段的情況 二相合金的浸蝕主要是一個(gè)電化學(xué)腐蝕過程。兩個(gè)組織相是有不同的電位，在浸蝕劑（即電解液）中，形成極多的微小的局部電池。較高負(fù)電位的一相成為陽極，被迅速溶入電解液中，逐漸凹下去，而較高正電位的另一相成為陰極，保持原光滑平面，在顯微鏡下可清楚顯示出兩相。 多相合金的浸蝕，也是一個(gè)電化溶解過程。其方法有： A 選擇浸蝕法，即選用幾種合適的浸蝕劑，依次浸蝕，使各相均被顯示、 B 薄膜浸蝕法，浸蝕劑與磨面各相起化學(xué)反應(yīng)，形成一層厚薄不均勻的氧化膜層(或反應(yīng)產(chǎn)物的沉積)，在白色光的照射下，由于光的干涉現(xiàn)象，使各相出現(xiàn)不同色彩而顯示組織。 各種化學(xué)浸蝕劑可在表13中查到。 腐蝕的步驟是：將

15、已磨光的樣品(樣品磨光后不要用手去摸表面，以免沾上油污)，用水沖除拋光粉，用酒精洗去殘余，然后用棉花球沾取腐蝕劑，在樣品表面涂抹一定時(shí)間，然后用水沖洗干凈，用干凈毛巾沾干表面上的水或用電熱吹風(fēng)機(jī)吹干，即可用于顯微分析。為了長久保存經(jīng)腐蝕后的顯微樣品，需在試樣表面涂上層保護(hù)膜，常用的有指甲油或硝酸纖維漆加香蕉水。 電解浸蝕： 與電解拋光類似，只是工作電壓與工作電流比電解拋光時(shí)要小。由于各相之間和晶粒與晶粒之間的析出電位不一致，在微弱電流的作用下各相的浸蝕深淺不一樣，故顯示出組織。 除以上顯示方法外，還有幾種金相組織特殊顯示法，如熱染、熱蝕、陰極真空顯示法、磁性組織顯示法等等，不一一介紹了。 (二

16、)金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造及使用 1、金相顯微鏡的基本原理 顯微鏡的基本原理如圖13所示的光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡、目鏡及一些輔助光學(xué)零件。物鏡和目鏡分別由兩組透鏡組成。對著物體AB的一組透鏡組成物鏡Ol，對著眼睛的一組透鏡組成目鏡O2。物鏡、目鏡都各由復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)組成。圖13 顯微鏡光學(xué)原理圖 物鏡使物體AB形成放大的倒立實(shí)像A，B，目鏡再把A，B，放大成仍然倒立虛象A”B”，其位置正好在人眼的明視距離處，即距人眼250mm處。我們在顯微鏡目鏡看到的就是這個(gè)虛象A”B”。 顯微鏡的主要性能有： 顯微鏡的放大倍數(shù)：顯微鏡的放大倍數(shù)可由下式?jīng)Q定： MM物×M目 M顯微鏡的放大倍數(shù) M目目鏡

17、的放大倍數(shù) M物物鏡的放大倍數(shù) D明視距離250mm 目鏡的焦距 一物鏡的焦距 顯微鏡的光學(xué)鏡筒長度 、越短或L越長，則顯微鏡的放大倍數(shù)越高。在使用時(shí)，顯微鏡的放大倍數(shù)為物鏡和目鏡的放大倍數(shù)的乘積，有的小型顯微鏡的放大倍數(shù)需要乘一個(gè)鏡筒系數(shù)，因?yàn)樗溺R筒長度比一般顯微鏡短。 顯微鏡的鑒別率：顯微鏡的鑒別率是指它能清晰地分辯試樣上兩點(diǎn)間最小距離d的能力。在普通光線下，人眼能分辨兩點(diǎn)間的最小距離為0.150.30mm，即人眼的鑒別率d為0.150.30mm，而顯微鏡當(dāng)其有效放大倍數(shù)為1400倍時(shí)其鑒別率d為0.21×103mm，d值越小，鑒別率越高。鑒別率可由下式計(jì)算出來： 入射光線的波

18、長A物鏡的數(shù)值孔徑 顯微鏡的鑒別率取決于使用光線的波長和物鏡的數(shù)值孔徑，與目鏡沒有關(guān)系。光源的波長可通過濾色片來選擇。蘭光的波長(=0.44)比黃綠光(=0.55)短，所以鑒別率較黃綠光大25，當(dāng)光源的波長一定時(shí)，則通過變化A來調(diào)節(jié)顯微鏡的鑒別率。景深：即垂直鑒別率，反映顯微鏡對于高低不同的物體能清晰成象的能力。景深 M放大倍數(shù) 一孔徑角 波長 n折射率 放大倍數(shù)或數(shù)值孔徑越大，景深越小，在進(jìn)行斷口分析時(shí)，若景深太小，則對斷口上凹凸不平的浮雕難以同時(shí)有清晰的圖象。 物鏡的數(shù)值孔徑：數(shù)值孑L徑表示物鏡的集光能力。 A=nsinA物鏡的數(shù)值孔徑N物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率物鏡孔徑角的一半(圖l4)

19、n越大或物鏡孔徑角越大，則數(shù)值孔徑越大。由于總是小于90°，所以在空氣介質(zhì)(n1)中使用時(shí)，數(shù)值孔徑A定小于I，這類物鏡稱干系物鏡。當(dāng)物鏡-與試樣之間充滿松柏油介質(zhì)（n1.52）時(shí)，A值最高可達(dá)1.4，這就是顯微鏡在高倍觀察時(shí)用的油浸系物鏡（簡稱油鏡頭）。每個(gè)物鏡都有一個(gè)設(shè)計(jì)額定的A值，刻在物鏡體上。放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率之間的關(guān)系，顯微鏡的同一放大倍數(shù)可由不同倍數(shù)的物鏡和目鏡來組合。如45倍的物鏡乘10倍的目鏡或者15倍的物鏡乘30倍的目鏡都是450倍。對于同一放大倍數(shù)，如何合理選用物鏡和目鏡呢?首先確定物鏡，根據(jù)計(jì)算，選用物鏡時(shí)，必須使顯微鏡的放大倍數(shù)在該物鏡值孔徑的500倍

20、到1000倍之間，即： M=500A1000A 這個(gè)范圍稱有效放大倍數(shù)范圍。若M<500A，則未能充分發(fā)揮物鏡的鑒別率。若M>1000A，則形成“虛偽放大”，細(xì)微部分將分辯不清，待物鏡選定后，再根據(jù)所需放大倍數(shù)選用目鏡。 透鏡形成缺陷 A球面象差，當(dāng)來自A點(diǎn)的單色光(即定波長的光線)通過透鏡后，由于透鏡表面呈球形，光線不能交于一點(diǎn)，則使放大后的象模糊不清。此現(xiàn)象稱為球面象差。 降低球面象差的辦法，除了制造物鏡時(shí)采取不同透鏡的組合進(jìn)行必要的校正外，在使用顯微鏡時(shí)也可采取調(diào)節(jié)孔徑光欄，適當(dāng)控制入射光束粗細(xì)，減少透鏡表面面積的辦法把球面象差降低到最低限度。 B色象差，白色光是由七種單色光

21、組成的。當(dāng)一束來自A的白色光通過透鏡后，由于各單色光的波長不同，折射率不同，使光線折射也不能交于一點(diǎn)。紫光折射最強(qiáng)，紅光折射最弱，結(jié)果也使成象模糊不清，此現(xiàn)象稱為色象差。 消除色象差的辦法，一是制造物鏡時(shí)進(jìn)行校正，根據(jù)校正程度，物鏡可分為消色差物鏡和復(fù)消色差物鏡。消色差物鏡常與普通目鏡配合，用于低倍、中倍觀察，復(fù)消色差物鏡與補(bǔ)償目鏡配合用于高倍觀察。二是使用濾色片得到單色光，常用的黃色或綠色濾色片。 2、金相顯微鏡的構(gòu)造 金相顯微鏡可分為臺(tái)式、立式和臥式三種類型，各種類型又有許多不同的型號(hào)，雖然它們的型式極多，但基本構(gòu)造大致相同。現(xiàn)以上海光學(xué)儀器廠制造的XJBI型金相顯微鏡為例來介紹顯微鏡的構(gòu)

22、造。 (1)照明系統(tǒng)(圖15) 由燈泡1發(fā)出的一束光線，經(jīng)聚光鏡組2反光鏡7孔徑光闌8聚光鏡組3物鏡6樣品表面，光線經(jīng)樣品表面反射后，經(jīng)物鏡6補(bǔ)助透鏡5半反射鏡4補(bǔ)助透鏡10棱鏡11、12-物鏡13目鏡14，最后進(jìn)入觀察者眼睛內(nèi)。 其中孔徑光欄可以控制入射光束的粗細(xì)。當(dāng)孔徑光欄縮小時(shí)，進(jìn)人物鏡的光束變細(xì)，球面象差降低，成象較清晰。但同時(shí)由于進(jìn)入物鏡的光束變細(xì)，使物鏡的孔徑角縮小，因而實(shí)際使用的數(shù)值孔徑值下降、鑒別率降低。相反當(dāng)光欄張大時(shí)鑒別率提高，但球面象差增加以及鏡筒內(nèi)部反射和內(nèi)弦的增加，將使成象質(zhì)量降低，孔徑光欄在使用時(shí)必須做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以觀察成象清晰時(shí)為適度。注意不要把孔徑光欄作用調(diào)節(jié)視

23、場的亮度使用。圖1-5 顯微鏡照明及光學(xué)系統(tǒng)示意圖 視場光欄用來調(diào)節(jié)觀察視場的大小。適當(dāng)調(diào)節(jié)視場光欄可以減少鏡筒內(nèi)光線反射的炫光，提高成象的襯度，而對物鏡的鑒別率沒有影響。 濾色片：在進(jìn)行金相攝影時(shí)，往往使用濾色片，可以增加金相照片上組織的襯度，得到較短波長的單色片可提高鑒別率。配合消色差物鏡，可有效地消除色象差。（2）光學(xué)系統(tǒng)：主要是物鏡和目鏡。表1-1表1-1物鏡和目鏡物鏡消色差光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)數(shù)值孔徑焦距(mm)工作距離(mm)干燥系統(tǒng)3×0.2519.969.00干燥系統(tǒng)45×0.634.120.50油浸系統(tǒng)100×1.251.930.18目鏡惠更斯放大倍

24、數(shù)焦距(mm)視場直徑(mm)5×502010×251415×16.79.5 物鏡，物鏡有消色差物鏡、平面消色差物鏡、復(fù)消色差物鏡等幾種。物鏡的主要性能包括放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率、景深等。物鏡的類型、族大倍數(shù)(或焦距)，數(shù)值孔徑等通?？淘谖镧R的金屬外殼上，油浸物鏡用“01”、“H1”或“oil”等表示，另在黑圈標(biāo)記。放大倍數(shù)有以8×。45×、100×號(hào)表示。也有以焦距來表示的，如F=8.16，F(xiàn)=2.77等，焦距越短，放大倍數(shù)越高。以焦距表示物鏡與目鏡配合后的放大倍數(shù)可查顯微鏡的附表。 物鏡上刻有45×0.65“”或“0

25、”等符號(hào)。其中45×號(hào)表示放大倍數(shù)，0.65表示數(shù)值孔徑，“”或“0”表示此物鏡是按無限鏡筒長度設(shè)計(jì)的，XJBl型金相顯微鏡備有8×(干系)，45×(干系)及100×(油系)，三個(gè)物鏡。 目鏡，目鏡有普通目鏡、補(bǔ)償目鏡、測微目鏡、照相目鏡等等，目鏡的類型、放大倍數(shù)等刻在目鏡的金屬外殼上。普通目鏡與消色差物鏡配合使用。補(bǔ)償目鏡帶“K"字標(biāo)記，與復(fù)消色差物鏡配合使用。補(bǔ)償目鏡不可與消色差物鏡配合使用。測微目鏡內(nèi)附有細(xì)微標(biāo)尺，可測量金相組織中如晶粒大小、石墨長短、表面脫碳層厚度以及顯微硬度壓痕等等，照相目鏡在進(jìn)行金相攝影時(shí)使用。XTB1型金相顯微鏡備

26、有5×、10×、15×三個(gè)目鏡。 顯微鏡在使用時(shí)可根據(jù)所需要的放大倍數(shù)選擇合適的物鏡和目鏡。(表1-2)有顯微鏡(如蔡司Epinost小型金相顯微鏡)由于其鏡筒長度較一般顯微鏡短些，在計(jì)算放大倍數(shù)時(shí)要乘上一個(gè)系數(shù)，即M=KM物M目，系數(shù)K稱鏡筒系數(shù)，刻在鏡體上。表l一2 放大倍數(shù) 物鏡目鏡8×45×100×5×40×225×500×10×80×450×1000×15×120×675×1500× (3)機(jī)械系統(tǒng) 粗調(diào)焦

27、手輪、細(xì)調(diào)焦手輪：調(diào)節(jié)物鏡與試樣表面距離，以得到最清晰的圖象。 載物臺(tái)，載放樣品，可以用手在水平面各方向上自由移動(dòng)，以便觀察樣品的適當(dāng)部位。 目鏡轉(zhuǎn)換器：可以方便地更換不同倍數(shù)的目鏡，并保證使視場中央?yún)^(qū)域保持在觀察范圍內(nèi)。 底座：為整個(gè)顯微鏡的支撐部件，并可安裝金相攝影裝置。 XJB1型金相顯微鏡備有照相裝置，需要時(shí)可將其裝上進(jìn)行拍攝。 3、金相顯微鏡使用注意事項(xiàng)： 金相顯微鏡是貴重的精密的光學(xué)儀器，在使用時(shí)一定要自覺遵守實(shí)驗(yàn)室的制度和必要的規(guī)定： 初次操作顯微鏡前，應(yīng)首先了解顯微鏡的基本原理、構(gòu)造、各主要附件的作用、位置等，并了解顯微鏡使用注意事項(xiàng)。 金相樣品要干凈，不要?dú)埩粲芯凭徒g劑，

28、以免腐蝕物鏡的透鏡。不能用手摸透鏡，擦透鏡要用擦鏡頭紙。 照明燈炮電壓，般為6V、8V。必須通過降壓變壓器使用，千萬不可將其直接插入220V電源，以免燒毀燈泡及發(fā)生觸電事故。 操作要細(xì)心，不得有粗暴和劇烈的動(dòng)作。安裝、更換鏡頭及其它附件時(shí)要小心，不得摔在地上或桌上。 調(diào)焦距時(shí)要避免物鏡與樣品接觸。應(yīng)先將載物臺(tái)下降，使樣品盡量靠近物鏡(不能接觸)，然后用眼從目鏡中觀察，先用雙手旋轉(zhuǎn)粗調(diào)焦手輪。使載物臺(tái)慢慢上升，待看到組織后，再調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)焦手輪，直到圖象清晰為止。 使用中出現(xiàn)故障立即報(bào)告老師，不得私自處理。 使用完畢，關(guān)閉電源，把鏡頭與附件放回附件盒，把顯微鏡恢復(fù)成使用前狀態(tài)。認(rèn)真填寫使用登記本，經(jīng)

29、老師檢查無誤后方可離開實(shí)驗(yàn)室。四、方法指導(dǎo)1、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備：45鋼試樣(10×15)每人一塊制備好的純鐵試樣各號(hào)金相砂紙金相試樣預(yù)磨機(jī)拋光機(jī)腐蝕劑，4硝酸酒精棉花球、夾子、電熱吹風(fēng)機(jī)金相顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級(jí)別2、實(shí)驗(yàn)步驟： 用機(jī)械拋光法及一般化學(xué)浸蝕法制備金相顯微樣品。每人領(lǐng)取由實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的45鋼試樣一塊，認(rèn)真聽老師講解金相顯微樣品的制備過程，按照樣品制備程序進(jìn)行操作。要求制備出一塊在金相顯微鏡下觀察無磨痕、組織清晰的45鋼金相樣品。 認(rèn)真聽取老師講解金相顯微鏡的原理、構(gòu)造和使用注意事項(xiàng)，了解顯微鏡各部件的位置、作用，熟悉顯微鏡的操作規(guī)程，正確選用物鏡和目鏡、進(jìn)行光欄調(diào)節(jié)，調(diào)焦等操作

30、。 用金相顯微鏡觀察自己制備的45鋼試樣，畫下組織圖，標(biāo)明材料名稱，熱處理工藝，組織、放大倍數(shù)、腐蝕劑等項(xiàng)。本次實(shí)驗(yàn)所用的45鋼試樣為退火狀態(tài)，組織為珠光體(黑色)+鐵素體(白色)。 用比較法測定由實(shí)驗(yàn)室已制備的工業(yè)純鐵試樣的晶粒度，畫下組織圖，標(biāo)明材料名稱，熱處理工藝，組織、放大倍數(shù)、腐蝕劑，晶粒度等項(xiàng)。純鐵試樣為退火狀態(tài)，組織為鐵素體+三次滲碳體(極少量，可忽略)，腐蝕劑為4硝酸酒精。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、簡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容。 2、簡述金相顯微樣品的制備過程(僅為機(jī)械拋光法及一般化學(xué)浸蝕法) 3、按照實(shí)驗(yàn)步驟中、的要求，畫下45鋼和工業(yè)純鐵的組織圖。 4、回答所列問題。實(shí)驗(yàn)二 金屬結(jié)晶過

31、程及鑄錠組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌、觀察鹽類及金屬的結(jié)晶過程：2、根據(jù)凝固條件分析鑄錠組織。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ·l、觀察氯化銨飽和溶液及銀晶體的結(jié)晶過程。2、觀察分析不同凝固條件所得的純鋁鑄錠的宏觀組織三、概述 結(jié)晶過程包括晶核的形成和長大兩個(gè)過程。其中晶體的長大過程可以觀察，而晶核的大小不能用肉眼觀察到，所以實(shí)驗(yàn)中只能見到正在長大的晶體，而它最后形成一個(gè)晶粒。 晶粒的形狀及大小，根據(jù)冷卻條件及其他因素不同可以是各種各樣的，金屬及鹽類最常見到的晶體形狀是樹枝狀晶體，又稱枝晶。 用生物顯微鏡可以直接觀察透明鹽類(如氯化銨、氯化鈉、硝酸鉛、硝酸銀等)的結(jié)晶過程。 在玻璃片上滴上一滴接近飽和的氯化

32、銨溶液，就可以放在生物顯微鏡下觀察它的結(jié)晶過程。隨著液體的蒸發(fā)，溶液逐漸變濃而達(dá)到飽和，由于液滴邊緣處最薄，因此蒸發(fā)得最快，結(jié)晶過程將從邊緣開始向內(nèi)擴(kuò)展。 結(jié)晶的第一階段是在液滴的最外層形成一圈細(xì)小的等軸晶體，這是由于液滴外層較薄，蒸發(fā)很快，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了大量晶核之故。 結(jié)晶的第二階段是形成較為粗大的柱狀晶體，其成長的方向是伸向液滴的中心，這是由于此時(shí)液滴的蒸發(fā)已比較慢，而且液滴的飽和順序也是由外向里的，最外層的細(xì)小等軸晶只有少數(shù)的位向有利于向中心生長，因此形成了比較粗大的，帶有方向性的柱狀晶。 結(jié)晶的第三階段是在液滴的中心部分形成不同位向的等軸枝晶。這是由于液滴的中心此時(shí)也變得較薄，蒸發(fā)出

33、較快，同時(shí)溶液的補(bǔ)給也不足，因此可以看到明顯的核晶組織。 由以上敘述可以看出，鹽液滴由于蒸發(fā)而進(jìn)行的結(jié)晶過程及所得的結(jié)晶組織與鑄錠的結(jié)晶過程與組織很相似。 金屬是不透時(shí)的，因此一般不能用顯微鏡來觀察液態(tài)金屬的結(jié)晶過程。但是金屬凝固后可以將鑄錠沿縱剖面或橫剖面切開，經(jīng)過磨制和浸蝕后就可以分析它的組織和形成過程。另外，我們也可以利用化學(xué)中的取代現(xiàn)象來觀察金屬晶體的生長過程。例如：在硝酸銀的水溶液中放人一小段細(xì)銅絲，銅將開始溶解，而銀則沉淀出來，其反應(yīng)如下：Cu+2AgN032Ag+Cu(NO3)2又如在硝酸鉛的水溶液中放入一小塊鋅，則鉛將沉淀出來，其反應(yīng)式為：Zn+Pb(NO3)2PbZn（NO3

34、)2：如果在生物顯微鏡下觀察，則可以看到銀(或鉛)的枝晶的生長過程。需要說明，金屬的結(jié)晶是在液態(tài)金屬冷卻的過程中進(jìn)行的，當(dāng)具有定的過冷度時(shí)，金屬就開始結(jié)晶。而所觀察的氧化銨和金屬銀的沉淀枝晶都是在室溫下進(jìn)行，它們結(jié)晶顯然不是依靠過冷度。氧化銨是依靠水分的蒸發(fā)使溶液過飽和而結(jié)晶銀則是化學(xué)取代反應(yīng)中被取代出來的金屬進(jìn)行沉聚而得到枝晶。雖然有上述差別，但我們可通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)看到晶體成長的共同特點(diǎn)，即以枝晶的形式長大。 純金屬只在鑄錠的表面，特別是縮孔處，可以很清楚地看到枝晶組織，而在鑄錠內(nèi)，只能看到外形不規(guī)則的晶粒。在鑄造狀態(tài)的合金中，由于晶內(nèi)偏析或結(jié)晶順序的不同，在合金的內(nèi)部可以用顯微鏡看到金屬結(jié)晶

35、的枝晶組織。 鑄錠的結(jié)晶過程及其組織與模子的種類和予熱溫度，以及澆鑄溫度，過熱溫度，變質(zhì)處理?xiàng)l件等因素有關(guān)。改變模子的材料也就改變了金屬的冷卻條件，例如金屬模可以比砂模獲得更大的柱狀晶區(qū)。如果將模子予熱，其實(shí)質(zhì)是降低了冷卻速度，予熱溫度越高，等軸晶區(qū)也越大。 改變金屬的澆鑄溫度對結(jié)晶過程也有影響。當(dāng)液態(tài)金屬過熱越多時(shí)，澆鑄后沿鑄錠截面的溫度差也就越大，使其到達(dá)結(jié)晶溫度所要排除的熱量也就越多，因此在足夠的時(shí)間使柱狀晶發(fā)展。 通過加入一定的變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，能夠增加結(jié)晶時(shí)的核心數(shù)。因此在其它條件相同時(shí)，可以得到細(xì)小的晶粒。不同純度的金屬，由于其非自發(fā)核心數(shù)目不同，結(jié)晶后的晶粒粗細(xì)也不同。但是如果

36、液態(tài)金屬過熱程度越大，將使非自發(fā)核心數(shù)目減少，因此得到粗大的柱狀晶粒。四、方法指導(dǎo)(1)實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備1、氯化銨、硝酸銀溶液2、清潔的玻璃板、玻璃棒3、銅絲4、不同鑄造條件(表21) 下純鋁鑄錠的結(jié)晶組織一套。5、生物顯微鏡或幻燈機(jī)(2)實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察氯化銨溶液的結(jié)晶過程 用玻璃棒或毛筆引一小滴已配好的氯化銨水溶液到玻璃片上，用生物顯微鏡或?qū)⒉Ａ旁诨脽魴C(jī)上，對準(zhǔn)焦距進(jìn)行觀察。 注意，液滴不應(yīng)太大，否則蒸發(fā)太慢，不容易結(jié)晶。另外還要注意清潔，不要讓外界物質(zhì)落人液滴而影響結(jié)晶的過程。在使用顯微鏡時(shí)，應(yīng)注意防止液滴流到試樣臺(tái)或顯微鏡的其他部分，尤其不能讓液滴碰到物鏡。 2、將一小滴硝酸銀溶液放

37、在玻璃片上，并將此玻璃片放在生物顯微鏡的試樣臺(tái)上，調(diào)好焦距后，將一小段細(xì)銅絲放在液滴上，隨即觀察銀晶體的生長過程。 3、分析比較下列（表21)條件鑄造后所得的純鋁鑄錠的宏觀組織。表2-1試樣號(hào)12345678澆鑄溫度C780700700850850850850850鑄 型熱砂模冷砂模鐵模砂模熱砂模鐵模鐵模鐵模其它條件拌攪加Ti五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 報(bào)告內(nèi)容與要求見金屬學(xué)及熱處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三 鐵碳合金的平衡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、識(shí)別碳鋼和白口鐵平衡組織的特征；2、牢固建立鐵碳合金中成分、組織和性能之間的變化規(guī)律；3、應(yīng)用杠桿定律估算碳鋼中的含量。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 觀察、分析表31所列碳鋼的白口鐵的組織

38、。然后畫下組織示意圖 表31序號(hào)樣品名稱腐蝕劑顯微組織1工業(yè)純鐵4硝酸酒精F20.20碳鋼4硝酸酒精F+P30.45碳鋼F+P40.80碳鋼P(yáng)(用兩種放大倍數(shù))51.2碳鋼P(yáng)+Fe3Cll6熱苦味酸鈉酒精P+Fe3C(黑色)7未知碳鋼4硝酸酒精P+F8亞共晶白口鐵P+Fe3C+Ld9共晶白口鐵Ld10過共晶白口鐵Fe3C+Ld三、概述 根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖，鐵碳合金隨著含碳量及加熱溫度的變化，可出現(xiàn)十幾種不同的固態(tài)組織，其中，奧氏體、鐵素體、滲碳體、珠光體和萊氏體是最常遇到的基本組織，它們對確定碳鋼和白口鐵平衡狀態(tài)（退火）和近平衡狀態(tài)（正火）的組織和性能具有實(shí)際意義。 1、鐵碳合金的基本組織及特

39、征 奧氏體(A)：碳溶解在r-Fe中的間隙固溶體。它的最大溶碳量為2.11，碳鋼中奧氏體僅能在高溫下(在于723)存在，在高溫金相顯微鏡下可觀察到。而在某些高合金鋼，也稱奧氏體鋼中(如高錳鋼，188不銹鋼)，由于含有大量擴(kuò)大相區(qū)的元素，才能在室溫下觀察到，此外碳鋼在合金鋼的淬火后有時(shí)還保留部分奧氏體至室溫。 碳鋼中的高溫奧氏體組織，在光學(xué)顯微鏡下呈多邊形晶粒，其晶粒內(nèi)部往往出現(xiàn)平行的孿晶帶，由于加熱和冷卻過程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力使奧氏體發(fā)生塑性變形所致， 奧氏體硬度較低，約為HBl70220，塑性好，所以鋼在壓力加工時(shí)，都要加熱到形成奧氏體溫度。 鐵素體(F)：碳溶解在oFe中的間隙固溶體；它的溶

40、碳量隨著溫度的改變而變化，其最大的溶碳量在723為0.02。經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮的多邊形晶粒，黑色網(wǎng)是晶粒邊界。重浸蝕后晶粒呈現(xiàn)明暗不同的顏色，這是由于各晶粒的位向不同，顯示出各晶粒具有不同的耐腐蝕性。亞共析鋼中，隨著含碳量的增加，珠光體量增加而鐵素體量減少，當(dāng)鐵素體量多時(shí)，它呈塊狀分布，而當(dāng)鋼的含碳量接近共析成分時(shí)，F(xiàn)在P的邊界上呈網(wǎng)狀分布。鐵素體硬度低；一般為HB80120，強(qiáng)度也較低。但塑性和韌性都好，所以低碳鋼是適合作為冷沖壓材料。 滲碳體(Fe3C)：是鐵和碳的一種化合物，含碳量為6.67，在鐵碳合金中，當(dāng)碳含量超過其溶解度時(shí)，多余的碳就以Fe3C出現(xiàn)。 滲碳體的抗腐蝕能力

41、較強(qiáng)，經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色。Fe3C直接從液體中析出，呈粗大條狀分布在萊氏體中，F(xiàn)e3Cll由奧氏體中析出，由于量少而沿奧氏晶界析出，隨后奧氏體變成珠光體，故Fe3Cll呈網(wǎng)狀分布在P的邊界上。 滲碳體的硬度很高，HB達(dá)800，它是一種硬而脆的相，所以強(qiáng)度、塑性都很差。故單純Fe3C或以Fe3C為基體的鐵碳合金沒有實(shí)用價(jià)值，只有在鐵素體基體上配合適量滲碳體才可用。 珠光體（P）：它是鐵素體和滲碳體兩相的機(jī)械混合組織。是由高溫奧氏體冷卻到723發(fā)生共析反應(yīng)所得的F和Fe3C交替形成的層片狀組織。經(jīng)35硝酸酒精浸蝕后，在低的倍數(shù)下觀察，其中鐵素體與滲碳體無法分辯，呈現(xiàn)黑色云狀，在中等倍

42、數(shù)下觀察，片狀珠光體中鐵素體呈白亮色，而滲碳體呈黑色條紋狀這是因?yàn)樵谄瑺钪楣怏w中鐵素體片寬。當(dāng)倍數(shù)很高下，鐵素體和滲碳體片狀形態(tài)都能真實(shí)地反映出來，如圖31，滲碳體和鐵素體都保持成平面，由于前者不易被浸蝕，故凸出于鐵素體之外，但在兩者接界處，由于浸蝕時(shí)電化學(xué)作用較劇烈產(chǎn)生凹陷在直射下光線被散射而呈黑色。片狀珠光體硬度為HBl90230，隨片層間距的變小而硬度升高。萊氏體(Ld)：它是一個(gè)兩相共晶組織。在723以上是奧氏體和滲碳體共晶的機(jī)械混合物。在723時(shí)，萊氏體中奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)，而變成珠光體，所以室溫下所觀察的萊氏體組織是滲碳體+珠光體的機(jī)械混合物，滲碳體中包括共晶Fe3C和Fe3Cll

43、，但由于連在一起而分辨不開，經(jīng)35硝酸酒清浸蝕后，Ld的組織特征是在白亮色Fe3C基體上分布著許多黑色點(diǎn)狀或條狀的P。萊氏體與珠光體不同在于前者在滲碳體的基體上分布著珠光體，后者是在鐵素體基體上分布著滲碳體。 萊氏體硬度很高達(dá)HB700，性脆，它一般存在含碳量大于2.11的白口鐵中，在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也會(huì)出現(xiàn)。 2、鐵素體與滲碳體的區(qū)別 鐵碳合金平衡組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。F和Fe3C經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后均呈白亮色，有時(shí)為了區(qū)別晶界網(wǎng)狀鐵素體和滲碳體，可選用染色劑著色，通常用堿性苦味酸鈉水溶液(2克苦味酸、25克氫氧化鈉、100毫升水)煮沸15分鐘，滲碳體被染成黑色，鐵

44、素體仍為白色。由此可區(qū)別F和Fe3C，這說明同一-組織不同的浸蝕劑浸蝕可顯示不同的特征。 3、亞共析鋼的含碳量估算： 亞共析鋼平衡組織為鐵素體+珠光體。已知珠光體平均含碳量為0.8，如果忽略鐵素體中的含碳量(7230.02C到室溫0.006的變化)。根據(jù)杠桿定律，從顯微鏡下觀察到珠光體面積百分?jǐn)?shù)乘上0.8即為碳鋼的含碳量。如顯微組織中珠光體面積百分?jǐn)?shù)約占75，則該試樣含碳量約為75×0.80.6。四、實(shí)驗(yàn)程序 1、對表31中列舉的一系列樣品進(jìn)行細(xì)致的觀察，研究每一個(gè)樣品的組織特征，并聯(lián)系鐵碳狀態(tài)圖了解其組織形成過程。注意含碳量與金相組織之間的關(guān)系。 2、待認(rèn)識(shí)了各組織之后，抓住特征，

45、描繪每個(gè)樣品顯微組織的示意圖。3、仔細(xì)閱覽碳鋼與白口鐵的金相圖譜。4、選擇一個(gè)亞共析鋼樣品進(jìn)行含碳量的估算。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告報(bào)告內(nèi)容與要求見金屬學(xué)及熱處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)四 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、了解顯微鏡下滑移線，變形與孿晶與退火孿晶特征。 2、了解金屬經(jīng)冷加工變形后顯微組織及機(jī)械性能的變化。 3、討論冷加工變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、觀察純鋁片冷變形滑移線，純鋅的變形孿晶、黃銅的退火孿晶。 2、測量工業(yè)純鐵經(jīng)冷變形(0、20、40、60)后的硬度，觀察其組織。 3、用變形度不同的工業(yè)純鋁片，退火后測定晶粒大小。 三、概述 1、顯微鏡下的滑移線與變形孿晶

46、 當(dāng)金屬以滑移和孿晶兩種方式塑性變形時(shí)，可以在顯微鏡下看到變形結(jié)果。我們之所以能看到滑移線(叫滑移帶更符合實(shí)際)是因?yàn)榫w滑移時(shí)，使試樣的拋光表面上產(chǎn)生高低不一的臺(tái)階所致。滑移線的形狀取決于晶體結(jié)構(gòu)。有直線形的，有波浪形的，有平行的，有相互交叉的，顯示了滑移方式的不同。變形量愈大，滑移線愈多，愈密。 在密排六方結(jié)構(gòu)中，?？煽吹阶冃螌\晶，這是因?yàn)榇祟惤饘俳Y(jié)構(gòu)難以變形。孿晶可以看到是滑移的一種特殊對稱形式，其結(jié)果使晶體的孿生部分相對于晶體的其余部分產(chǎn)生了位向的改變。由于位向不同，孿晶區(qū)與腐蝕劑的作用也不同于其他部分，在顯微鏡下孿晶區(qū)是一條較淺或較深的帶。在不同的金屬中，變形孿晶的形狀也不同，例如在

47、變形鋅中可看到孿晶變形區(qū)域，其特征為竹葉狀，F(xiàn)e則為細(xì)針狀。除變形孿晶外，有些金屬如黃銅在退火時(shí)也常常出現(xiàn)以平行直線為邊界的孿晶帶，這類孿晶稱為退火孿晶。 滑移和孿晶的區(qū)別：制備滑移線試樣時(shí)，是試樣先經(jīng)過表面拋光，然后再經(jīng)過微量塑性變形。如果變形后再把表面拋光，則滑移線就看不出來了。制備孿晶試樣時(shí)，是先經(jīng)過塑性變形，然后再拋光腐蝕?？梢?，對于滑移線不管樣品是否經(jīng)過腐蝕均可看到而孿晶只有在磨光腐蝕后才可看出?；凭€經(jīng)再次磨光即消失，而孿晶在樣品表面磨光腐蝕后仍然保留著?；凭€和磨痕的區(qū)別在于前者是不是會(huì)穿過晶界的。 2、冷變形后金屬的顯微組織與機(jī)械性能 冷加工變形后，晶粒的大小，形狀及分布都會(huì)發(fā)

48、生改變。晶粒沿外力方向被拉長(或縮短)，當(dāng)變形很大時(shí)晶界已不明顯，這時(shí)已分不出一顆顆的晶粒，看到的只是纖維狀組織。 在變形過程中，由于滑移面的轉(zhuǎn)動(dòng)及晶粒的破碎、晶格彎扭造成臨界切應(yīng)力的提高，均使繼續(xù)變形發(fā)生困難，即產(chǎn)生了所謂加工硬化現(xiàn)象，故隨著變形度的增加，金屬的強(qiáng)度均增高。3、冷加工變形后金屬在加熱時(shí)的變化金屬經(jīng)變形后其組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因而在隨后加熱過程中，進(jìn)行回復(fù)，再結(jié)晶及晶粒長大三個(gè)過程，冉結(jié)晶退火后金屬被軟化，即加工硬化被消除，再結(jié)晶后金屬的機(jī)械性能取決于晶粒大小，而晶粒大小則受予先冷變形和再結(jié)晶退火溫度所控制。 變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響，特別顯著。當(dāng)金屬的變形度越大時(shí)，再結(jié)

49、晶后的晶粒越小。金屬有一個(gè)能進(jìn)行再結(jié)晶的最小變形度，此時(shí)可得到最大的晶粒。這個(gè)變形度叫臨界變形度(鋁約為2)。低于這個(gè)變形度，金屬不會(huì)發(fā)生再結(jié)晶。 當(dāng)變形度一定時(shí)，加熱溫度越高，再結(jié)晶進(jìn)行得越快，再結(jié)晶后形成的新晶粒也越大。 四、方法指導(dǎo) 1、實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備 拋光的純鋁片觀察其滑移線。 常溫下變形度為10的鋅試樣觀察變形孿晶。 變形度為40的。黃銅經(jīng)750退火30分鐘觀察退火孿晶。 變形度為9、20、60的工業(yè)純鐵試樣一套，研究冷加工變形后性能的變化(測定硬度)。 尺寸為140×12×0.5mm鋁片五根，研究變形度對再結(jié)晶后晶粒大小的影響。金相顯微鏡手動(dòng)拉伸機(jī)加熱爐布氏硬度

50、計(jì) 2、實(shí)驗(yàn)程序和步驟 實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀附錄四，預(yù)習(xí)布氏硬度計(jì)的原理、構(gòu)造、操作。 (1)把經(jīng)拋光的純鋁片，裝在手動(dòng)拉伸機(jī)上并置于顯微鏡下，當(dāng)緩慢進(jìn)行拉伸時(shí)就可以從顯微鏡內(nèi)看到，逐漸出現(xiàn)一些變形痕跡滑移線；繼續(xù)拉伸時(shí)，滑移線的數(shù)量和寬度不斷增加，由于滑移線一般不能越過晶界，因而晶界被逐漸顯露出來。 (2)觀察鋅的變形孿晶，黃銅退火孿晶的特征。 (3)測定工業(yè)純鐵冷變形(0、20、40、60)試樣的硬度，并觀察其組織。 (4)測定變形度不同的純鋁片經(jīng)退火后晶粒大小，建立“變形度與再結(jié)晶晶粒大小”曲線； 五人一小組，一人一根純鋁片。 用軟鉛筆在試片中部劃出l00mm長度的計(jì)算距離。 試片二端打上編號(hào)

51、，編號(hào)順序見表41。 表41試樣編號(hào)12345要求變形度136912變形后的計(jì)算長度為（mm）101103106109112在拉伸機(jī)上分別將試樣拉到所要求的尺寸。變形后的試樣，全班集中起來，起放人550的馬弗爐內(nèi)加熱，保溫30分鐘，試樣冷卻后(可以水冷)進(jìn)行宏觀腐蝕，以顯示晶粒大小。數(shù)出一平方厘米的晶粒數(shù)（n)，并計(jì)算晶粒大小(a)。用l：1的硝酸鹽酸溶液浸蝕，當(dāng)能清楚地用肉眼看到晶粒時(shí)，即可用水沖洗。從所得a即可作出“變形與再結(jié)晶晶粒大小”關(guān)系曲線。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告報(bào)告內(nèi)容與要求見金屬學(xué)及熱處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)五 碳鋼的熱處理操作及其組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解碳鋼熱處理操作。2、研究淬火溫度、淬火

52、冷卻速度、回火溫度對45和T12鋼的和性能（硬度）的影響。 3、觀察熱處理后鋼的組織。 4、學(xué)會(huì)洛氏硬度計(jì)的使用。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 l、45和T12鋼試樣淬火、回火操作，用洛氏硬度計(jì)測定試樣熱處理前后的硬度。工藝規(guī)范見表51。 2、觀察表52所列樣品的顯微組織。 3、觀看幻燈片或金相圖冊，熟悉鋼熱處理后的典型組織，上貝氏體，下貝氏體、片狀馬氏體、條狀馬氏體、回火馬氏體等的金相特征。 三、概述 1、淬火、回火工藝參數(shù)的確定。 Fe-Fe3C狀態(tài)圖和C-曲線是制定碳鋼熱處理工藝的重要依據(jù)。熱處理工藝參數(shù)主要包括加熱溫度，保溫時(shí)間和冷卻速度。 (1)加熱溫度的確定： 淬火加熱溫度決定鋼的臨界點(diǎn)，亞共析

53、鋼，適宜的淬火溫度為Ac33050，淬火后的組織為均勻而細(xì)小的馬氏體。如果加熱溫度不足(<Ac3)，淬火組織中仍保留部分原始組織的鐵素體，造成淬火硬度不足。 過共析鋼，適宜的淬火溫度為Acl以上3050，淬火后的組織為馬氏體二次滲碳體(分布在馬氏體基體內(nèi)呈顆粒狀)。二次滲碳體的顆粒存在，會(huì)明顯增高鋼的耐磨性。而且加熱溫度較Acm為低，這樣可以保證馬氏體針葉較細(xì)，從而減低脆性。 回火溫度，均在Ac1以下，其具體溫度根據(jù)最終要求的性能(通常根據(jù)硬度要求)而定。 (1)加熱、保溫時(shí)間的確定： · 加熱、保溫的目的是為了使零件內(nèi)外達(dá)到所要求的加熱溫度，完成應(yīng)有的組織轉(zhuǎn)變。加熱、保溫時(shí)間主要決定于零件的尺寸、形狀、鋼的成分、原始組織狀態(tài)，加熱介質(zhì)、零件的裝爐方式和裝爐量以及加熱溫度等。本實(shí)驗(yàn)用園形薄片試樣，在馬福電爐中加熱，加熱溫度在800900之間，按直徑每毫米保溫一分鐘計(jì)算。 回火加熱保溫時(shí)間，應(yīng)與回火溫度結(jié)合起來考慮，般來說，低溫回火時(shí)，由于所得組織并不是穩(wěn)定的，內(nèi)應(yīng)力消除也不充分，為了使組織和內(nèi)應(yīng)力穩(wěn)定，從而使零件在使用過程中性能與尺寸穩(wěn)定，所以回火時(shí)間要長些，不少于1.52小時(shí)。高溫