金相分析基础

《金相分析基础》
指导书
材料系热加工教研室
实验一金相试样的制备
一．实验目的
1.初步掌握制备金相试样的常规方法及要点。

2.初步掌握金相试样的制备技术，提高动手能力
二．实验内容
正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相试样。

金相试样的制备分取样、磨制、抛光、组织显示（浸蚀）等几个步骤。

1.取样：取样应根据被检零件的检验目的，选择有代表性的部位。

同时还须考虑切取方法、检验面的选择及样品是否需要装夹或镶嵌。

切取试样时应防止样品过热和变形。

金相样品的尺寸一般以12×10mm为宜。

2.对于细小或形状特殊的试样，如线材、细小管材、薄板、锤击碎
块等。

在磨光时不易握持，用镶嵌方法镶成标准大小的试块，常用的镶嵌法有相机械夹持法和有机材料镶嵌法等。

3.磨制：分粗磨和细磨两步。

粗磨是将切割后的试样在砂轮上磨平，
对不作表层检验或测量的试样磨平后应倒角。

细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。

细磨一般在从粗到细不同粒度的一系列砂纸上进行。

4.抛光：目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光
滑、无痕的镜面。

金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、
化学抛光三类。

机械抛光简便易行，应用较广。

5.组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的
差异，腐蚀后使个组织间、晶界和晶内产生一定的衬度，金属组织得以显示。

常用的金相组织显示方法有：（1）化学浸蚀法；（2）电解浸蚀法；（3）金相组织特殊显示法。

其中化学显示法最为常用。

三．实验设备及材料
设备：切割机、砂轮机、金相砂纸一套，玻璃板一块、金相试样抛光机、腐蚀用的试剂、抛光悬浮液、酒精、脱脂棉、夹子、吹风机。

材料：不同热处理后的45钢、20钢、T8钢、T12钢之中的任意两块。

四．实验步骤
1.教师讲解试样制备的一般过程，并作教学演示。

、
2.先取样（切割），在进行粗磨，然后把试样分别进行退火、淬火、
回火等热处理。

待试样冷却准备磨制。

3.每位同学领取已预先经砂轮平整的金相样品一只，依次在砂纸上
磨制。

每换一道砂纸时，应将样品磨面洗净，同时旋转90°进行磨制，并观察上道磨痕的去除情况。

4.将细磨好的试样在水中冲洗，而后进行粗抛（Al2O3）和细抛
（Cr2O3）。

粗抛后应用水将样品冲洗后在细抛。

5.将细抛好的试样再用水洗净，酒精冲洗后用电吹风吹干，然后选
择合适的浸蚀剂进行组织显示（如4%硝酸酒精）。

待试样表面呈银灰色后即用水冲洗，然后滴上酒精吹干。

制样过程中的每一步都要检查磨面的质量，发现问题及时修正。

6.在显微镜下观察组织，检查试样表面的抛光质量和组织显示情况，
合格后绘下组织特征，并记下材料名称、热处理工艺、放大倍数和浸蚀剂。

注意：试样切取时、用砂轮机粗磨时要注意安全；不要将湿和热的样品放在显微镜下观察。

五．实验报告要求
根据自己的体会，简述金相样品的制备过程、组织显示方法和注意事项。

实验二金相显微镜的使用
实验日期
一．实验目的
1．了解金相显微镜的成象原理及显微镜的构造。

2．掌握金相显微镜的使用，并用显微镜对金相试样作组织分析。

二．实验内容
金相显微镜是进行金相分析的工具。

由于显微镜构造简单，操作方便，映像直观等优点，时至今日金相分析乃是科学研究和工业生产中重要测试方法之一。

因此，了解显微镜的构造和正确使用显微镜是质量专业学生必须掌握的一种基本技能。

一般金相显微镜都是由以下三部分组成：照明系统，放大系统和机械系统。

照明系统包括：灯泡、聚光透镜、反射镜、孔径光阑、滤光片、视场光阑、平面玻璃等光学元件组成。

照明系统的主要作用是高亮度的光源，使试件测试面得到均匀的照明，以利于放大和组织鉴别。

放大系统包括：物镜、棱镜、目镜等光学元件组成。

放大系统的作用是试样内部的细微组织放大到我们所需要的倍数。

机械系统包括：载物台、粗调机构和微调机构等部件组成。

机械系统的作用是为了聚焦，使人们所观察到的组织清晰。

如上所述，无论照明系统或放大系统都是由一系列光学元件组成，所以光学的基本理论是金相显微镜成象和放大的基础。

三．实验仪器、设备及材料
1.金相显微镜，型号。

2.金相试样若干。

四．实验步骤
1.在教师指导下结合显微镜实物，了解显微镜的原理、构造和使用
规则。

2.每人一台显微镜，熟悉显微镜的使用。

具体操作步骤如下：
1）首先接通电源。

2）根据要求，参照放大倍率表选取物镜及目镜分别装在物镜座上及目镜筒内，在装卸物镜时，必须把载物台升起，以免碰撞透镜。

3）调整载物台使之对准物镜中心。

然后把试样放在载物台上，使磨面对准物镜。

4）调整视场光阑，首先调至最小直径，此时它应处于目镜的中心，然后逐渐放大直至与目镜筒视野大小相同为止。

5）调整孔径光阑，首先关闭孔径光阑，使整个视域均匀变暗，之后逐渐打开孔径光阑，知道物象显现最清晰为止。

6）使用低倍物镜观察时，使用粗调手轮使载物台缓慢下降，使之在目镜视野里观察到物象轮廓后再改用微调手轮，正确调焦至物象呈清晰为止。

3.观察自己制备好的金相样品，把所看到的组织绘在报告纸上。

五．实验报告
1.简述显微镜的构造及成象原理。

2.至少绘出3个金相组织示意图，注明组织、腐蚀剂及放大倍数。

实验三金相显微摄影和暗室技术
实验日期
一．实验目的
1.学习和掌握金相显微镜的照相技术。

2.了解显微镜照相的影响因素和一般暗室技术。

二．实验内容
研究金属的显微组织，除了金相金相观察外，通常还要把某些显微组织用照片的形式保留下来，以便进行更深入的研究和交流科研成果。

这就需要材料科研工作者掌握金相显微摄影这一门技术。

优良的金相实验照片，不但要求鲜明醒目、组织清晰，而且应由深浅浓淡各级层次来显示金相组织和不同的各种组织组成物。

要得到优良的金相照片，必须做好以下几点：
1.金相磨面的制作应仔细，金相试样的制备应符合要求。

2.适当地调节显微镜的光学系统。

3.正确地选用摄影感光材料。

4.摄影时应选用合适的光圈和曝光时间。

5.暗室工作必须按规程进行。

金相显微摄影的一整套技术必须在反复实践中逐步掌握，本实验只是作为一次初步练习。

三．实验仪器、设备及材料
1. 金相显微镜，型号。

2．印相机，型号。

3. 放大机，型号。

4. 金相试样、胶片（胶卷）、印相机、放大纸、显影液、定影液若干。

四．实验步骤
1. 教师结合摄影用大型金相显微镜讲解金相显微摄影的基本知识和
有关注意事项。

2. 每位同学利用实验室已制备好的样品轮流在大型显微镜上金相显
微摄影，记下各自的照相参数。

3．将曝光后的照相底片在暗室进行显影、定影等操作，记录下显影、定影所用的时间。

4. 用实验室准备好的底片在暗室中印相（曝光、显影、定影和水洗
等），记下印相时所用各参数，然后在上光机上将照片上光烘干。

5. 观察和讨论下列底片、照片并与自己所摄底片及所印照片相对照：（1）拍照曝光时间过度；
（2）拍照曝光时间不足；
（3）显影过度；
（4）显影不足；
（5）孔径光阑大小不当；
（6）灯源调节不当；
（7）滤色片选用不当；
（8）印相不当。

五．实验报告要求
简述显微照相过程及各参数对底片和照片质量的影响。

实验四显微硬度的测定
实验日期
一．实验目的
1.掌握常用显微硬度计的工作原理和操作方法。

2.了解影响显微硬度值的主要因素。

二．实验原理
显微硬度实验采用静力压入法，将一个极小的金刚石锥体压头用一个很小的试验力压入金属表面，以单位压痕面积（或投影面积）所承受的试验力作为硬度值的计量指标，即
显微硬度值=F/A(kgf/mm2)
式中，F为试验力（kgf）；A为压痕面积（mm2）。

三．实验仪器，设备及材料
1.显微硬度计，型号。

2.金相试样若干。

四．实验步骤
1.教师讲解显微硬度计的主要构造及操作要领，并作教学演示。

2.每位同学轮流将制备好的试样放置在工作台上，对试样进行加荷、
卸荷。

3.将试样移回显微镜的视场中，用测微目镜测定压痕对角线的长度。

4.从测微目镜读取的数值，是通过物镜放大后的长度，所以压痕对
角线的实际长度为d=N/M。

5.根据压痕对角线的实际长度和试验力大小，用查表法求得显微硬
度值。

五．实验原始记录
六．实验报告要求
分析影响显微硬度值的主要因素。