鐵碳合金平衡組織分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告沐風(fēng)教育

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告鐵碳合金平衡組織觀察和分析 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解并熟悉金相顯微鏡的使用方法2通過(guò)觀察和分析，熟悉鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。3. 了解鐵碳合金中的相及組織組成物的本質(zhì)、形態(tài)及分布特征。加深對(duì)鐵碳合金的成分、組織和性能之間關(guān)系的理解。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1 觀察表中所列金相樣品的顯微組織，研究每一個(gè)樣品的組織特征，并聯(lián)系鐵碳相圖分析其組織形成過(guò)程。編 號(hào) 材 料 工 藝 浸 蝕 劑 1 工業(yè)純鐵退 火 4硝酸酒精溶液 2 亞共析鋼（20鋼） 退 火 4硝酸酒精溶液 3 亞共析鋼（45鋼） 退 火 4硝酸酒精溶液 4 共析鋼（t8鋼）退 火 4硝酸酒精溶液 5 亞共晶白口鑄鐵鑄 造 4硝酸

2、酒精溶液 6 過(guò)共晶白口鑄鐵鑄 造 4硝酸酒精溶液 三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1.畫出所觀察樣品的顯微組織示意圖。用箭頭和代表符號(hào)標(biāo)明各組織組成物，并注明試樣編號(hào)、材料名稱、熱處理狀態(tài)、放大倍數(shù)和浸蝕劑。 2.根據(jù)所觀察的組織，說(shuō)明碳含量對(duì)鐵碳含金的組織和性能影響的大致規(guī)律。 四、思考題 滲碳體有哪幾種？它們的形態(tài)有什么差別？ 附錄二 金相試樣的制備金相樣品的制備一般包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下：一、 取樣和鑲嵌取樣部位及觀察面的選擇，必須根據(jù)被分析材料或零件的失效分析特點(diǎn)、加工工藝的性質(zhì)，以及研究目的等等因素來(lái)確定。進(jìn)行失效分析研究時(shí)，應(yīng)在失效部位完整地取樣。對(duì)于軋材，研究非金

3、屬夾雜物的分析和材料表面缺陷時(shí)，應(yīng)垂直于軋制方向（即橫向）取樣；研究夾雜物的類型、形狀、材料變形度、帶狀組織等時(shí)，應(yīng)平行于軋制方面上（即縱向）取樣。對(duì)熱處理后的零件，因?yàn)榻M織較均勻可任意選擇取樣部位和方向；對(duì)于表面處理過(guò)的零件，在表面部位取樣，要能較全面地觀察到整個(gè)表面層的變化。取樣時(shí)要注意方法，要避免因取樣導(dǎo)致觀察面的組織變化。一般軟材料可用鋸、車等方法；硬材料可用水冷砂輪切片機(jī)場(chǎng)割或電火花線切割；硬而脆的材料則可用錘擊；大件可用氧割。等等。試樣大小一般以手拿操作方便即可（如直徑1015mm，高10mm的圓柱體）。若樣品過(guò)?。ㄈ缂?xì)絲、薄片）或形大辯論不規(guī)則，以及有特殊要求9例如要求觀察表面組

4、織），則必須進(jìn)行鑲嵌。鑲嵌方法有：低熔點(diǎn)合金的鑲嵌、電木粉鑲嵌、環(huán)氧樹脂鑲嵌等，此外還可用夾肯來(lái)夾持試樣。二、磨制軟材料粗磨可用銼刀銼平，一般鋼鐵用砂輪機(jī)磨平，打磨時(shí)用水冷，以防溫度升高引起組織變化。細(xì)磨可用手工磨或機(jī)械磨。手工磨是在金相砂紙上研磨。國(guó)產(chǎn)金相砂紙按粗到細(xì)分為01、02、03、04、05等號(hào)。研究磨時(shí)依次用01號(hào)磨至05號(hào)，且每換一號(hào)砂紙時(shí)將試樣轉(zhuǎn)90（即與上道磨痕方向垂直），以便觀察上道磨痕是否被磨去。研究磨軟材料時(shí)，可在砂紙上涂一層潤(rùn)滑劑，如機(jī)測(cè)、汽油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入試樣表面。為了加快研磨速度，可采用在轉(zhuǎn)盤上貼上水砂紙的預(yù)磨機(jī)時(shí)行機(jī)械磨。水砂紙按粗細(xì)有200、3

5、00、400、500、600、700、800、900號(hào)等。用水砂紙盤磨樣時(shí)，應(yīng)不斷加水冷卻。同樣，每換一號(hào)砂紙時(shí)試樣用水沖洗干凈，也調(diào)換90方向。三、拋光為了使磨面成為鏡面，細(xì)磨后的試樣還需進(jìn)行拋光。拋光有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光等方法，其中使用最廣的是機(jī)械拋光。機(jī)械拋光在專用拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光盤上裝不同材料的拋光布（粗拋時(shí)常用帆而或粗呢，精拋時(shí)沿拋光盤上不斷滴注拋光液（水或，的懸浮液）或在拋光盤上涂極細(xì)的金剛石研磨膏。試樣磨面應(yīng)均勻地、平正地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上。待試樣表面磨痕全部消失且呈光亮的鏡面時(shí)，拋光過(guò)程就告結(jié)束。電解拋光是將試樣放入電解槽中，作為陽(yáng)極，用不銹鋼板或鉛板作陰極，通以直

6、流電流，使試樣表面凸起的磨痕被溶解而拋光?；瘜W(xué)拋光是依靠化學(xué)溶液對(duì)試樣表面的電化學(xué)溶解而獲得拋光表面的方法。四、浸蝕除觀察試樣中的某些非金屬夾雜物或鑄鐵中的石墨形態(tài)等情況外，金相樣品在拋光后還需進(jìn)行浸蝕處理。拋光后的試樣只有通過(guò)浸蝕后才使顯策組織顯現(xiàn)出來(lái)，如圖3所示。金相顯微鏡光源的光線照到試樣表面，由于有的組織或是昌界易腐蝕而呈現(xiàn)凹凸不平，表面與入射光線垂直的組織將大部分把光線反射回圖3 金相顯微組織成像原理圖去，在顯微鏡視場(chǎng)中呈白亮狀；而有些組織由于表面不垂直于入射光線，而使許多光線散射掉，只有很少的光線反射回去，在顯微鏡視場(chǎng)中呈灰暗狀。由此明暗不同產(chǎn)生襯度而形成圖象。金屬材料的常用化學(xué)浸

7、蝕劑見(jiàn)表9（見(jiàn)下頁(yè)）。浸蝕時(shí)，可鈄試樣磨面浸入腐蝕劑中，也可用棉花沾浸蝕劑擦拭表面。浸蝕的深淺根據(jù)組織的特點(diǎn)和觀察時(shí)的放大倍數(shù)來(lái)確定。高倍觀察浸蝕要輕一些。一般待試樣表面顏色稍發(fā)暗時(shí)間即可。浸蝕后用水沖洗，再用灑精清洗，最后用吹用機(jī)吹干或用吸水紙、棉花等吸干。 表9 常用的金相試劑序號(hào)試劑名稱成分適用范圍注意事項(xiàng)1硝酸酒精溶液硝酸hno3酒精15毫升100毫升碳鋼及低合金鋼的組織顯示硝酸含量按材料選擇，浸蝕數(shù)秒鐘2苦味酸酒精溶液苦味酸酒精210克100毫升對(duì)鋼鐵材料的細(xì)密組織顯示較清晰浸蝕時(shí)間為數(shù)秒鐘至數(shù)分鐘3苦味酸鹽酸酒精溶液苦味酸鹽酸hcl酒精15克5毫升100毫升顯示淬火及淬火回火后鋼的

8、晶粒和組織浸蝕時(shí)間較上例約快數(shù)秒鐘至一分鐘4苛性鈉苦味酸水溶液苛性鈉苦味酸水h2o25克2克100毫升鋼中的滲碳體染成暗黑色加熱煮沸浸蝕530分鐘5氯化鐵鹽酸水溶液氯化鐵fecl3鹽酸水5克50毫升100毫升顯示不銹鋼，奧氏體高鎳鋼，銅及銅合金組織，顯示奧氏體不銹鋼的軟化組織浸蝕至顯現(xiàn)組織6王水甘油溶液硝酸鹽酸甘油10毫升2030毫升30毫升顯示奧氏體鎳鉻合金等組織先將鹽酸與甘油充分混合，然后加入硝酸，試樣浸蝕前先行用勢(shì)火預(yù)熱7高錳酸鉀苛性鈉高錳酸鉀苛性鈉4克4克顯示高合金鋼中碳化物、s相等煮沸使用，浸蝕110分鐘8氨水雙氧水溶液氨水（飽和）h2o2（3%）水溶液50毫升50毫升顯示銅及銅合金

9、組織隨用隨配，以保持新鮮，用棉花醮擦9氯化銅氨水溶液氯水（飽和）氨水（飽和）8克100毫升同上浸蝕3060秒10硝酸鐵水溶液硝酸鐵fe(no3)3水10克100毫升顯示銅合金組織用棉花擦拭11混合酸氫氟酸（濃）鹽酸、硝酸2.5毫升1毫升1. 5毫升水95毫升顯示硬鋁組織浸蝕1020秒或用棉花醮擦12氫氟酸水溶液氫氟酸hf（濃）水 5毫升99.5毫升顯示一般鋁合金組織用棉花擦試13苛性鈉水溶液苛性鈉水1克90毫升顯示鋁及合金組織浸蝕數(shù)秒鐘14顯示原始奧氏體晶界 苦味酸3克，20型洗衣粉0.5克（內(nèi)含烷基磺酸鈉），水100毫升2. 鹽酸25毫升，硝酸4毫升，水25毫升2crni330crmnsi3

10、8crmoal40crnimo等原始回火高速鋼原始奧氏體晶界4060 52分鐘浸蝕后輕拋數(shù)秒金相顯微鏡的使用及維護(hù)2.研究金相顯微組織的光學(xué)顯微鏡稱為金相顯微鏡。金相顯微鏡可分為臺(tái)式、立式和臥式三大類，構(gòu)造由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。有的顯微鏡還附有攝影裝置?，F(xiàn)以本室使用的4x型臺(tái)式金相顯微鏡為例加以說(shuō)明。（1）光學(xué)系統(tǒng)4x型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)如圖13所示。由燈泡1發(fā)出的光線經(jīng)聚光透鏡組2及反光鏡8聚集到孔徑欄9，再經(jīng)過(guò)聚光鏡3聚集到物鏡的后焦面，最后通過(guò)物鏡平行照射到試樣7的表面。從試樣反射回來(lái)的光線復(fù)經(jīng)物鏡組6和輔助透鏡5，由半反射鏡4轉(zhuǎn)向，經(jīng)過(guò)輔助透鏡以及棱鏡造成一個(gè)被

11、觀察物體的倒立的放大實(shí)象。該象再經(jīng)過(guò)目鏡15的放大，就成為在目鏡視物中能看到的放大映象。圖13 4x型金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)（2）照明系統(tǒng)在金相顯微鏡的底坐內(nèi)裝有一低壓（68v、15w）燈泡作為光源，由變壓器降壓供電，靠調(diào)節(jié)次級(jí)電壓（68v）來(lái)改變燈光的亮度。聚光鏡，孔徑光欄及反光鏡等裝置均安裝在圓形底座上，視場(chǎng)光欄及另一聚光鏡則安在支架上。它們組成顯微鏡的照明系統(tǒng)，使試樣表面得到充分、均勻的照明見(jiàn)圖14。（3）機(jī)械系統(tǒng) 圖14 4x型金相顯微鏡構(gòu)造顯微鏡調(diào)焦裝置：在顯微鏡體的兩側(cè)有粗動(dòng)和微動(dòng)調(diào)焦手輪，兩者在同一部位。隨粗調(diào)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，支承載物臺(tái)的彎臂作上下。運(yùn)動(dòng)在粗調(diào)手輪的一側(cè)有制動(dòng)裝置，用以

12、固定調(diào)焦正確后載物臺(tái)的位置。微調(diào)手輪使顯微鏡本體沿著滑軌緩慢移動(dòng)。在右側(cè)手輪上刻有分度格，每一格表示物鏡座上下微動(dòng)0.002mm。與刻度盤同側(cè)的齒輪箱上刻有二條白線，用以指示微動(dòng)升降范圍，當(dāng)旋到極限位置時(shí)，微動(dòng)手輪就自動(dòng)被限制住，此時(shí)，不能再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)而應(yīng)倒轉(zhuǎn)回來(lái)使用。載物臺(tái)（樣品臺(tái)）：用于放置金相試樣，載物臺(tái)和下面托盤之間有導(dǎo)架，用手推動(dòng)，可使載物臺(tái)在水平面上作一定范圍的十字定向移動(dòng)，以改變?cè)嚇拥挠^察位置?？讖焦鈾诤鸵曃锕鈾冢嚎讖焦鈾谘b在照明反射鏡座上面，調(diào)整孔徑光欄能夠控制入射光束的粗細(xì)，以保證物象達(dá)到清晰的程度。視物光欄設(shè)在物鏡支架下面，其作用是控制視場(chǎng)范圍，使目鏡中視物明亮而無(wú)陰影，在刻

13、有直紋的套圈上還有兩個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，用來(lái)調(diào)整光欄中心。物鏡轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器呈球面狀，上有三個(gè)螺孔，可安裝不同放大倍數(shù)的物鏡，旋動(dòng)轉(zhuǎn)換器可使各物鏡鏡頭進(jìn)入光路，與不同的目鏡搭配使用，可獲得各種放大倍數(shù)。目鏡筒：目鏡筒呈45傾斜安裝在有棱鏡的半球形座上，還可將目鏡轉(zhuǎn)向90，呈水平狀態(tài)以配合照相裝置進(jìn)行攝影。金相顯微鏡屬于精密儀器，使用時(shí)務(wù)必小心謹(jǐn)慎，在操作前須熟悉其構(gòu)造，原理及各零部件的作用，相互關(guān)系，切不可隨意亂動(dòng)亂折。（1） 操作步驟：根據(jù)要求的放大倍數(shù)，選擇物鏡和目鏡的倍數(shù)，將所選物鏡和目鏡安裝于顯微鏡上； 安裝是照明裝置，先將顯微鏡光源插頭接變壓器，再將變壓器插入電源插座。（切不可將顯微鏡光源插

14、頭直接插入電源插座！否則光源燈泡燒毀）； 擰動(dòng)鏡架上的粗調(diào)手輪，將物鏡抬高，把試樣置于樣品臺(tái)上，對(duì)準(zhǔn)物鏡，檢查調(diào)節(jié)濾光片、光圈、反射鏡的位置，使樣品臺(tái)上有一明亮的小圓光點(diǎn)； 擰動(dòng)鏡架上的粗調(diào)手輪，使物鏡接近試樣表面（切勿觸及?。?從目鏡觀察，同時(shí)擰粗調(diào)手輪，使物鏡由緊挨著樣品表面開始慢慢向上，（切不可擰反方向，使物鏡壓到樣品表面上，造成物鏡破碎）。調(diào)到亮度最大附近就出現(xiàn)模糊現(xiàn)象，然后擰動(dòng)鏡架上的微調(diào)手輪，即可得清晰的物象； 觀察時(shí)，最好不要緊閉一眼，否則容易疲勞，若長(zhǎng)時(shí)間觀察眼睛感覺(jué)疲勞，可稍加休息再看； 觀察完畢或另?yè)Q試樣時(shí)務(wù)須將鏡筒上提，時(shí)物鏡抬高，然后取下或更換試樣； 顯微鏡用畢，切斷電源，目鏡置于鏡盒中，套上目鏡罩，用干凈毛巾或顯微鏡罩將顯微鏡蓋好。（2） 維護(hù)注意事項(xiàng)： 安裝，換取物鏡、目鏡時(shí)，切勿使鏡頭觸及硬物，