材料學基礎實驗1指導書

-PAGE34-材料學基礎實驗Ⅰ實驗指導書張學萍沈陽理工大學二O一二年三月

前言本書是應金屬材料工程專業(yè)教學改革，實驗獨立設課而編寫的，實驗內容旨在提高實驗教學質量、加強實驗教學環(huán)節(jié)及提高學生的動手能力。在內容上基本符合實驗教學大綱的要求。本實驗指導書內容側重于金相實驗技術基本操作方法和金相顯微組織的觀察，使學生在金相實驗基本技能方面得到初步訓練并有利于鞏固和深化課堂學到的知識，而其中開設的綜合實驗不僅能使學生建立起完整的知識體系，還能有效地提高學生的整體思維能力和總結概括能力，同時提高分析問題和解決問題的能力。本實驗指導書使用于：金屬材料工程專業(yè)

目錄實驗一金相顯微鏡的構造與使用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４實驗二金相試樣制備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．８實驗三金相試樣制備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７實驗四金相試樣制備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８實驗五金相試樣制備．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３實驗六二元合金金相組織觀察．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４實驗七鐵碳合金平衡組織觀察．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０

實驗一金相顯微鏡的構造與使用一、實驗目的熟悉金相顯微鏡的光學原理、構造及主要部件的作用。掌握金相顯微的使用方法二、實驗儀器及材料金相顯微鏡（至少配備2個物鏡和2目鏡）若干臺供觀察的金相試樣三、實驗內容觀察倒立式金相顯微鏡的構造與光路操作金相顯微鏡，比較熟練地掌握聚焦方法熟悉物鏡、目鏡上的標志，合理選配物鏡和目鏡。四、實驗原理1．金相顯微鏡的構造及其成像原理單目與雙目光學金相顯微鏡

金相顯微鏡是用來觀察金屬材料顯微組織的基本儀器，金相顯微鏡和生物顯微鏡的外觀形貌有些相似。其不同點在于生物顯微鏡是利用透射光來觀察透明物體。而金相顯微鏡則是利用反射光將不透明物體放大后進行觀察的，不同類型的金相顯微鏡(臥式、立式、臺式等)在構造上是不一樣的?，F(xiàn)主要介紹一下本實驗所用的臺式金相顯微鏡的構造基本原理。在光學系統(tǒng)里，金相顯微鏡主要包括物鏡、目鏡及一些輔助光學元件，其成像原理如圖2—1所示。物鏡和目鏡分別由兩組透鏡所組成，對著物體的一組透鏡組成物鏡，對著眼睛的一組透鏡組成目鏡。物鏡、目鏡都各由復雜的透鏡系統(tǒng)組成。物鏡使物體AB形成放大的倒立的實像A’B’，目鏡再把A’B’放大成仍然倒立的虛像A"B"，其位置正好在人眼的明視距離處，即距人眼睛250mm處。我們在顯微鏡中看到的就是這個虛像A"B"。圖2-1顯微鏡中得到放大物像的光學簡圖物鏡的作用是把物體放大，它是顯微鏡中最主要的部件。物鏡質量的高低是決定顯微鏡成像時清晰與否的主要因素。目鏡的作用是將物體己放大的實像再進一步放大，物鏡和目鏡都是由特制的光學玻璃制成的。在金相顯微鏡下觀察到的金屬金相顯微組織是金屬表面組織,是通過物鏡和目鏡兩次放大都的像,故金相顯微鏡總的放大倍數(shù)應是物鏡的單獨放大倍數(shù)乘以目鏡的單獨放大倍數(shù).即其中：M——顯微鏡的放大倍數(shù)；M物——物鏡的放大倍數(shù)；M目——目鏡的砍大倍數(shù)；D——明視距離250mm處；f目——目鏡的焦距；f物——物鏡的焦距；L——顯敬鏡的光學鏡筒長度。附表2-1為臺式金相顯微鏡的放大倍數(shù)物鏡目鏡10(8)40(45)100550(40)200(225)50010100(80)400(450)100015150(120)600(675)1500臺式金相顯微鏡的光學路線如圖2-2所示。在顯微鏡的底座后安裝一個6V、15W的白熾燈泡作為反射光源。光線通過聚光鏡組先變成一束平行光，由反光鏡反上來，經(jīng)過放有濾光片(綠色、黃色、蘭色的特制玻璃)的孔徑光欄，使光線變成單色光以減少透鏡的色差。根據(jù)需要光的強弱不同，孔徑光欄可放大也可縮小，它可以限制邊緣光線，再進一步消除透鏡的球面差，減少鏡頭的色差和球面差，有助于提圖2－2臺式金相顯微鏡的光學線路圖高成像的質量和清晰度?？傻玫揭恍∈叫袉?-燈泡；2-聚光鏡組(一)；3-聚光鏡組(二)；4-半反射鏡；色光穿過視場光欄，射到與鏡體軸線成45。角5-補助透鏡；6-物鏡組;7-反光鏡;8－孔徑光欄;9-視場光欄;的半反射鏡上，半反射鏡把一部分光線反射上10-補助透鏡；11-棱鏡；12-棱鏡；13-場鏡；14-接目鏡；來，穿過物鏡的孔徑照到金相顯微樣品的表面上，使顯微組織得到均勻的照明。光線自試樣表面反射后再進入物鏡，透過半反射鏡到達棱鏡，經(jīng)過折射后到達目鏡。機械系統(tǒng)是金相顯微鏡的另一個組成部分，不同類型的金相顯微鏡的機械系統(tǒng)差別很大。臺式金相顯微鏡的機械系統(tǒng)較簡單，主要有：鏡架，鏡筒、底座、載物臺和裝物鏡用的物鏡轉換盤，以及凋解焦距用的粗動和微動螺旋等基本部件，有的帶有照相裝置，需要時可將其裝上進行拍攝。2．金相顯微鏡的使用方法①將顯微鏡從木箱中輕輕取出后，把選擇好倍數(shù)的目鏡和物鏡分別裝到顯微鏡上，把制備好的金相顯微樣品放在載物臺上。②將變壓器接在220V的電源上，使光源插入變壓器的6V接頭上，然后打開變壓器開關使其亮燈。千萬不可將其直接插入220V電源，以免燒毀燈泡發(fā)生觸電事故。③調焦距時要避免物鏡與樣品接觸。應先將載物臺下降，使樣品盡量靠近物鏡，然后用眼睛從目鏡中觀察，先用雙手旋轉粗凋焦手輪，使載物臺慢慢上升，待看到組織后，再調節(jié)細調焦手輪，直到圖像清晰為止。④為了擴大視野，可輕輕向前后左右移動載物盤，以達到全面觀察顯微組織的目的；⑤顯徽鏡上的一切光學玻璃均需保持清潔，若有灰塵，應用鏡頭紙或鏡頭紙蘸二甲苯溶液擦凈，切勿用手紙或手帕等物擦。金相顯微鏡屬于精密儀器，使用時應特別細心，若帶照相裝置，則應按其說明書認真操作。五、實驗步驟1．結合金相顯微鏡分析其工作原理、構造、使用與維護等特點。2．在了解某臺顯微鏡構造和光路的基礎上反復練習聚焦，直到熟練掌握3．記錄金相顯微鏡的型號和構造繪出所觀察試樣的顯微組織示意圖（注明觀察時的放大倍數(shù)）六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．繪出所觀察的組織示意圖；３．認真回答分析討論題七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。

實驗二金相試樣制備一、實驗目的1掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法2了解金相試樣顯微組織的顯示原理3掌握拋光機的操作方法二、實驗儀器及材料1儀器：臺式金相顯微鏡、切割機、予磨機、拋光機、吹風機、玻璃板、鑷子等。2材料；20鋼待磨試樣(?1215)每人一塊；各號金相砂紙(或水磨砂紙)一套；無水乙醇；4％硝酸酒精；脫脂棉等。三、實驗內容制備20鋼金相試樣，觀察其組織，繪出其組織示意圖四、實驗原理在利用金相顯微鏡觀察、分析和研究金屬材料的金相顯微組織時，需要在該材料的典型部位截取樣塊，然后通過一系列的制備過程，制成符合要求的金相顯微試樣。即在金相顯微鏡下可以觀察到很清晰的金相顯微組織，其整個過程即為試樣制備。磨片的方法與步驟如下：1．取樣①取樣的部位及磨面的選擇根據(jù)被檢驗金屬材料或零件的特點，加工工藝及研究目的進行選擇，如：研究另件破裂的原因時，應在破裂部位取樣，再在離破裂處較遠的部位取樣，以做比較。研究鑄造合金時，由于組織不均勻，從鑄件表層到中心必須分別截取幾個樣品。研究軋材時，如研究材料表層的缺陷、非金屬夾雜物的分布等。應在垂直于軋制方向上截取橫向試樣．如研究夾雜物的形狀、類形，材料的的形變程度、晶粒拉長的程度、帶狀組織等，應在平行于軋制方向上截取縱向試樣。研究焊縫組織時，應在焊縫及熱影響區(qū)周圍取樣。研究熱處理后的零件時，固其組織較均勻，可任選一斷面試樣。若研究氧化、脫碳表面處理(如滲碳)的情況，則應在橫斷面上觀察。=2\*GB3②試樣的截取方法截取試樣時，應保持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??；硬材料可用水冷砂輪切片機、電火花切割等方法截取；硬而脆的材料(如白口鑄鐵)也可用錘擊法獲取。圖2—1斜面截?、墼嚇映叽缫跃唧w情況而定，一般可取高為10~15mm，方形試樣邊長為15~25mm，圓柱形試樣直徑為15~25mm，對于觀察表層組織的試樣，可采用斜面截取的方法，以擴大表層觀察范圍，如圖2—1。2.鑲樣對于尺寸過于細小、形：比特殊的材料，如材料、薄片、粉末、細管等制備試樣時非常困難，可以將其鑲嵌成規(guī)則試樣，然后再進行制備。具體鑲嵌的方法有：低熔點鑲嵌法、熱壓鑲蔽法和機械鑲嵌法等。熱壓鑲嵌法有專門的鑲樣機，將試樣放入電木粉或塑料粒中加熱到180。C左右進行熱壓。由于熱壓鑲嵌時要加一定的溫度和壓力，容易使馬氏體回火和軟金屬產生塑性變形等。為避免這種情況，可改用機械鑲嵌法，即用夾具夾持試樣。3.磨制磨制可分粗磨和細磨兩步①粗磨對于軟材料可用銼刀銼于，一般材料都用砂輪機磨平；磨砂輪時應利用砂輪側面，以保證試樣磨干，試樣要不斷用水冷卻，以防溫度升高造成內部組織發(fā)生變化，最后倒角，以防細磨時劃破砂紙。但對于需要觀察脫碳、滲碳等表面層情況的試樣不能倒角，有時還要采用電鍍敷蓋來防止這些試樣邊緣倒角。②細磨細磨方法分手工磨光和機械磨光兩種，本實驗進行手工磨光。手工磨光是用手拿持試樣直接在金相砂紙上進行．金相砂紙按粗細排列順序為·280號。0l號、02號、03號、04號、05號。細磨時依次由280號到05號，一般鋼鐵試樣磨到04號砂紙，軟材料如鋁、鎂等合金可磨到05號砂紙。磨制的方法及注意事項：A把砂紙放在玻璃板上，玻璃板下最好再放一塊海綿，使磨面與金相砂紙完全接觸，以保證試樣磨面子整不產生弧度；B每更換一號砂紙，應將試樣轉90。再磨，使新磨制磨痕的方向與上一道磨痕方向垂直，以便觀察前一道磨痕是否被消除，直到完全消除為止；C更換砂紙時，應把試樣、工作臺和手洗擦干凈，以免把粗砂粒帶到下一道細砂紙上去；D磨制軟材料時，可在砂紙上涂一層潤滑劑，如機油、汽油、肥皂水等，以免砂粒鑲入軟金屬內。機械磨光時，應用預磨機。予磨機有一個或兩個轉盤，轉盤分臘盤和砂紙盤兩種。臘盤是把混有金剛砂的熔化石蠟澆在轉盤上，可做成不同粗細的金剛砂的臘盤，用臘盤磨制試樣速度快，效率高．在生產檢驗中大量被應用。砂紙盤是把水砂紙剪成圓形．然后用水玻璃粘在予磨機的轉盤上使用。水磨砂紙按粗細排列有：200號、300號、400號、500號、600號、700號、800號、900號、1000號等。一般用200號、500號、1000號或200號、600號、1000號即可。用臘盤或砂紙盤磨制時，要不斷加水冷卻，在整個磨制過程中，樣品必須拿住，以免飛出傷人。4．拋光拋光的目的是去除試樣磨面上經(jīng)細磨后留下的細微磨痕，最終使磨面呈光亮而無磨痕的鏡面。拋光的方法有機械拋光，電解拋光，化學拋光等。eq\o\ac(○,1)機械拋光機械拋光可分為粗拋和細拋兩個步驟，均在拋光機上進行。拋光機由一個電機帶動一個或兩個拋光盤，轉速為200～600轉/分。粗拋時轉速要高些，細拋或拋軟材料時轉速要低些，所用拋光材料由拋光布和拋光粉，拋光布蒙在拋光盤上，不同要求應適當選用不同的拋光布。粗拋時常用帆布、粗呢等，精拋時常用絨布、細呢、絲綢等。拋光粉也稱拋光磨料，常用的拋光粉由氧化鋁、氧化鉻、氧化鎂，還有金剛砂、金剛鉆粉等。機械拋光的方法及注意事項如下：拋光粉要配制成拋光液使用，比例大約為水：粉＝20：1左右。拋光時應使試樣磨面均衡地壓在旋轉著地拋光盤上，壓力不宜過大，并應使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動。拋光過程中要不斷注入適量的拋光液，拋光布上的拋光液不宜太多或太少，以試樣表面提起后幾秒內能干為宜。拋光后期，應使試樣在拋光盤上各方向轉動，以防止鋼中夾雜產生拖尾現(xiàn)象。拋光時間不宜過長，以防拋光表面層金屬變形。eq\o\ac(○,2)電解拋光由于電解拋光純系電化溶解作用，無機械力影響，不致引起表層金屬變形或流動，所以電解拋光的金相試樣能顯示材料的真實組織。因此，對于硬度低、單相合金、極易加工變形的合金，像奧氏體不銹鋼、高錳鋼等材料來說采用此法為宜。電解拋光速度快，對拋光前的磨光操作要求比較低，效率高，但不適用于偏析顯著的金屬材料（鑄造偏析、軋制偏析）鑄鐵及作夾雜物檢驗的金相試樣，電解拋光的原理如圖2－2。圖2－2電解拋光裝置與電解拋光原理陽極；2—陰極；3—溫度計；4—攪拌器；5—冷卻水；6—電解液電解拋光的方法是把試樣放入電解液中，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生選擇性的溶解，逐漸使磨面變到光滑平整，如圖2－3。圖2-3電解拋光過程中磨面的變化eq\o\ac(○,3)化學拋光化學拋光是靠化學試劑的溶解作用，得到光亮的拋光表面，操作簡單、成本低廉。拋光時將試樣浸在合適的拋光液中，進行適當攪動即可，或用棉花沾取化學拋光液，在試樣磨面上來回擦動即可。化學拋光兼有化學浸蝕的作用，能顯示出金相組織，因此試樣經(jīng)化學拋光后可直接在顯微鏡下觀察?；瘜W拋光對試樣磨面的原來光潔度要求不很高，它只能做到試樣表面光滑，不能達到表面平整的要求，拋光后使磨面呈光滑的、起伏的波形。常用的化學拋光液可查表2-1。5．化學浸蝕經(jīng)拋光后而沒有浸蝕的試樣在顯微鏡下除了能觀察到非金屬夾雜物（石墨、氧化物、硫化物等）及其本身所具有的孔洞、裂紋等缺陷之外，看不到金屬內部的組織，必須經(jīng)過浸蝕。這是因為經(jīng)拋光后的試樣磨面是一個很平的平面，平面在顯微鏡下的反光能力是一樣的，故在顯微鏡下顯示不出組織。利用化學浸蝕劑，通過化學或電化學作用顯示金屬的組織，其浸蝕原理：試樣磨面與浸蝕劑接觸后，就產生電化學反應，形成大量微小電極所組成的微電池，如圖2－4所示。對于多相合金來說，具有較高負電位的合金相起著微小陽極作用，故被溶解速度快。而在試樣磨面上形成凹坑，具有較高正電位的合金相起著微小陰極作用，沒有什么改變，故浸蝕后的試樣磨面呈現(xiàn)一高低不平的表面，在顯微鏡下的反光能力不一樣，故顯示出組織，如圖2－5所示。圖2－4純金屬及單相合金化學浸蝕時各階段情況未浸蝕；2—晶界浸蝕圖2－5二相合金的浸蝕1—Sn-Sb合金；2—珠光體組織純金屬及單相合金，雖然各晶粒的成分一樣，但各晶粒中的原子排列位向不同，因而受浸蝕的程度不同，垂直照射光線在各晶粒上的反射情況彼此各異，尤其在晶界處原子排列的不規(guī)則，特別易受浸蝕而凹下。若晶界有雜質聚集時，這種現(xiàn)象更為顯著，于是光線在晶界處散射特別強烈，使反射后的大部分光線不能進入視場內（參看圖2－6），結果使晶界呈黑色。圖2－6顯微鏡光學原理圖浸蝕方法：將已拋光好的試樣磨面先用輕水沖洗干凈，然后用酒精棉清擦一遍，再將試樣浸入浸蝕劑中，或用鑷子夾著蘸上浸蝕劑的棉球擦其磨面。浸蝕的時間依不同合金及不同組織而定，一般碳鋼和鑄鐵浸蝕的時間大約在10～15秒內即可。用酒精沖洗干凈，然后再用吹風機吹干，將浸蝕完的試樣放在顯微鏡下，就可以觀察到金屬內部的顯微組織?；瘜W浸蝕劑種類很多，具體可參看表2－2。一般碳鋼及鑄鐵所用浸蝕劑為3～5％的硝酸酒精。另外，近幾年來彩色金相技術被廣泛應用和發(fā)展。彩色金相技術就是用化學或物理的方法，在金屬表面形成一層很薄的干涉膜，利用光的干涉效應，使金屬的微觀組織顯示出不同的顏色，從而提高對金屬組織的鑒別力。五、實驗步驟1．每人領取20鋼試樣一塊、金相砂紙一套；2．磨樣：將已粗磨好的顯微試樣一次在各號砂紙上細磨；3．拋光：細磨過的試樣，經(jīng)指導教師檢查合格后進行拋光；4．浸蝕：用化學試劑浸蝕試樣的拋光磨面，5．觀察金相組織：在顯微鏡下觀察其顯微組織，繪出制備20鋼樣品的金相顯微組織示意圖六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．繪出自己制備20鋼樣品的金相顯微組織示意圖，并標出其組織組成物名稱；３．認真回答分析討論題七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。表2-1常用化學拋光液及適用范圍表2-2常用浸蝕劑表

續(xù)表2-2常用浸蝕劑實驗三金相試樣制備一、實驗目的1．掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法2．了解金相試樣顯微組織的顯示原理3．熟悉預磨機的操作方法二、實驗儀器及材料1．儀器：臺式金相顯微鏡、予磨機、拋光機、吹風機等。2．材料；45或40Cr鋼待磨試樣(?1215)每人一塊；各號金相砂紙(或水磨砂紙)一套；無水乙醇；4％硝酸酒精；脫脂棉等。三、實驗內容制備45或40Cr鋼金相試樣，繪出其組織示意圖四、實驗原理詳見實驗（二）五、實驗步驟1．每人領取45或40Cr鋼試樣一塊、金相砂紙一套；2．磨樣：將已粗磨好的顯微試樣一次在各號砂紙上細磨；3．拋光：細磨過的試樣，經(jīng)指導教師檢查合格后進行拋光；4．浸蝕：用化學試劑浸蝕試樣的拋光磨面，5．觀察金相組織：在顯微鏡下觀察其顯微組織，繪出制備45或40Cr鋼樣品的金相顯微組織示意圖六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．繪出自己制備45或40Cr鋼樣品的金相顯微組織示意圖，并標出其組織組成物名稱；３．認真回答分析討論題七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。實驗四金相試樣制備一、實驗目的1．掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法2．了解金相試樣顯微組織的顯示原理３．學會用比較法測定工業(yè)純鐵的晶粒度。二、實驗儀器及材料1．儀器：臺式金相顯微鏡、切割機、予磨機、拋光機、吹風機、玻璃板、鑷子等。2．材料；工業(yè)純鐵待磨試樣(?1215)每人一塊；各號金相砂紙(或水磨砂紙)一套；無水乙醇；4％硝酸酒精；脫脂棉等。三、實驗內容制備工業(yè)純鐵金相試樣，繪出其組織示意圖用比較法測定工業(yè)純鐵的晶粒度。四、實驗原理1．詳見實驗二2．用比較法測定工業(yè)純鐵的晶粒度把制備好的工業(yè)純鐵試樣放在100倍的顯微鏡下進行觀察，然后與標準晶粒度級別表進行比較（如附表4－1）。把最近似的標準晶粒度級別定為試樣的晶粒度級別，如果顯微鏡的放大倍數(shù)不是100倍時，仍可按標準晶粒度級別圖測定觀察時的晶粒度，然后按表4－2換算成100倍時的標準晶粒度級別。五、實驗步驟1．每人領取工業(yè)純鐵待磨試樣一塊、金相砂紙一套；2．磨樣：將已粗磨好的顯微試樣一次在各號砂紙上細磨；3．拋光：細磨過的試樣，經(jīng)指導教師檢查合格后進行拋光；4．浸蝕：用化學試劑浸蝕試樣的拋光磨面，5．觀察金相組織：在顯微鏡下觀察其顯微組織，繪出制備工業(yè)純鐵鋼樣品的金相顯微組織示意圖6．用比較法測工業(yè)純鐵顯微試樣的晶粒度級別。六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．繪出自己制備工業(yè)純鐵樣品的金相顯微組織示意圖，并標出其組織組成物名稱；3．將測出晶粒度級別填寫到要求的位置4．認真回答分析討論題七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。

附表4-1標準晶粒度級別（100X）圖

附表4—1不同放大倍數(shù)晶粒度級別表放大100倍其它放大倍數(shù)晶粒度級別表-10123456789105012345678910200123456783001234567400123456

實驗五金相試樣制備一、實驗目的1．掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法2．了解金相試樣顯微組織的顯示原理二、實驗儀器及材料1．儀器：臺式金相顯微鏡、切割機、予磨機、拋光機、吹風機、玻璃板、鑷子等。2．材料；T10鋼待磨試樣(?1215)每人一塊；各號金相砂紙(或水磨砂紙)一套；無水乙醇；4％硝酸酒精；脫脂棉等。三、實驗內容T10鋼的試樣制備，繪出組織示意圖，并拍攝其顯微組織四、實驗原理詳見實驗二五、實驗步驟1．每人領取T10鋼試樣一塊、金相砂紙一套；2．磨樣：將已粗磨好的顯微試樣一次在各號砂紙上細磨；3．拋光：細磨過的試樣，經(jīng)指導教師檢查合格后進行拋光；4．浸蝕：用化學試劑浸蝕試樣的拋光磨面，5．觀察金相組織：在顯微鏡下觀察其顯微組織，繪出制備工業(yè)純鐵鋼樣品的金相顯微組織示意圖6．拍攝T10鋼試樣顯微組織六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．繪出自己制備T10鋼樣品的金相顯微組織示意圖，并標出其組織組成物名稱；３．認真回答分析討論題4．將拍攝的T10鋼照片貼在實驗報告上。七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。實驗六二元合金金相組織觀察一、實驗目的1．掌握根據(jù)相圖分析合金凝固組織的方法。2．熟悉典型共晶系合金的顯微組織特征。3．了解初晶及共晶形態(tài)。4．分析二元合金的不平衡凝固組織，掌握其組織特征及其與平衡組織的差別二、實驗儀器及材料1．金相顯微鏡2．選定合金的金相試樣1套或所觀察的合金顯微組織照片1套，。三、實驗內容1．熟悉本實驗所要觀察的合金系相圖。2．分析不同成分合金的平衡凝固過程及冷至室溫應具有的組織。3．觀察合金的組織特征，繪出示意圖，注明各組成物。分析組織與成分的變化規(guī)律。4．分析固溶體合金枝晶偏析形成原因。繪制組織示意圖時，應先全面觀察整個視場，分清并掌握各組成物特征；概括示出其形態(tài)、相對數(shù)量、大小及分布特點。四、實驗原理概述研究合金的顯微組織時，常根據(jù)該合金系的相圖，分析其凝固過程，從而得知合金緩慢冷卻后應具有的顯微組織。顯微組織是指各組成物的本質、形態(tài)、大小、數(shù)量和分布特征。特征不同，即使組成物的本質相同，合金的性能也不一樣。具有共晶反應的二元合金系有：Pb-Sb、Pb-Sn、Al-Si、Al-Cu、Cu-O、Zn-Mg等。根據(jù)合金在相圖中的位置，可分為端部固溶體、共晶、亞共晶和過共晶合金來研究其顯微組織特征。1、端部固溶體合金端部固溶體合金位于相圖兩端。如Pb-Sn相圖中含錫的質量分數(shù)小于19％的合金，見圖6-1；Pb-Sb相圖中含銻的質量分數(shù)小于3。5％的合金，見圖6-2。這類合金慢冷凝固終了得到單相固溶體a，繼續(xù)冷卻到固溶度曲線以下，將析出二次相bⅡ，一般合金中的二次相常呈粒狀或小條狀分布在a固溶體的晶界和晶內。圖6-3為含錫10％的Pb一Sn合金的顯微組織，其中暗色的基體為鉛基固溶體a，亮色顆粒為二次相b，記為bⅡ，b是以錫為基體的固溶體。圖6-1Pb-Sn相圖圖6-2Pb-Sb相圖圖6-3Pb-10%Sn合金的顯微組織2、共晶合金位于二元相圖中共晶點成分的合金液體LE冷至共晶溫度tE時，發(fā)生共晶反應，凝固終了得共晶體組織。共晶體是由兩種一定成分的固相（）組成，兩相的本質和成分可由相圖上得知。如Pb-Sn合金的共晶體中兩個相的本質分別為以鉛和錫為基的固溶體a和b，在共晶溫度時，a和b中錫的質量分數(shù)分別為19％和97。5％（見圖6-1）。而在Pb-Sb合金中，由于鉛在銻中的固溶度很小，b相的成分接近純銻，故其共晶體由a＋Sb所組成。這兩個合金系的共晶體組織見圖6-4和圖6-5。不同合金系的共晶體的形態(tài)各異，如Pb-Sn共晶為片狀，Pb-Sb共晶為樹枝狀，此外還有針狀，棒狀（條或纖維狀），球狀及螺旋狀等不同形態(tài)的共晶體組織，見圖6-6至圖6-9。共晶體的形態(tài)，主要取決于其組成相的本質和相對數(shù)量。金屬-金屬型共晶組織凝固時，兩相的液-固界面均為微觀粗糙型，凝固后常形成規(guī)則共晶體，如片狀、棒狀等。由一個共晶晶核長成的，具有相同位向的區(qū)域稱為一個共晶領域，幾個領域可組成一個共晶集團。在共晶領域或集團的相鄰處片層較粗大，這是由于該處最后凝固，所放出的結晶潛熱使過冷度減小，生核率降低，故組織變粗。金屬-非金屬型共晶組織常具有復雜的形態(tài)。由于金屬相的液-固界面多為微觀粗糙型，生長速度較快。而非金屬相的液-固界面多為微觀光滑型，生長速度較慢，金屬相的超前生長迫使后生長的非金屬相產生分枝，因而形成各種復雜的形態(tài)。還有種觀點認為復雜的共晶形態(tài)是由于非金屬相生長時強烈的各向異性造成。3、亞共晶和過共晶合金成分位于共晶線上共晶點左側和右側的合金分別稱為亞共晶和過共晶合金。這些合金在冷卻時先結晶出初生晶體，當冷到共晶溫度時，剩余液相的成分變到共晶點，發(fā)生共晶反應形成共晶體，故其凝固后的組織為初生晶體+共晶體。合金成分距共晶點愈近時，組織中的初生晶體數(shù)量就愈少。凝固后繼續(xù)冷卻到室溫的過程中，若有固溶度變化還將析出二次相。圖6-10為Pb-Sn系中的亞共晶合金，其組織為初生的鉛基固溶體（a）加共晶體（a+b）。圖6-1l為Pb-Sb系中的過共晶合金，其組織為初生晶體（Sb）加共晶體（a+Sb）。初生晶體的形態(tài)與其本質和數(shù)量有關。純金屬及其固溶體的初晶組織形態(tài)一般呈樹枝狀，在不同截面上可呈完整樹枝、部分樹枝和卵形排列。對一些金屬性較差、晶體結構較復雜的元素（如Sb、Si、Bi）或化合物的初生晶體，數(shù)量較少時，常具有規(guī)則的外形，在不同截面上可呈現(xiàn)出正方、矩形、菱形、三角形等形狀，如果這些相的量較多時，也可具有樹枝狀的形態(tài)，但其枝桿邊緣仍是規(guī)則的。形成規(guī)則的幾何外形的原因，是由于這類初生晶體的表面張力小，生長速度慢造成的。圖6-4Pb-Sn合金共晶體圖6-5Pb-Sb合金共晶體

圖6-6Al-Si合金中的針狀共晶體圖6-7Cu-O合金中的球狀共晶體圖6-8Zn-Mg合金中的螺旋狀共晶體圖6-9Al-Cu合金中的魚骨狀共晶體圖6-10Pb-Sb亞共晶合金的顯微組織圖6-11Pb-Sb過共晶合金的顯微組織

4、固溶體合金的不平衡組織圖6-12固溶體合金不平衡凝固時固相成分的變化圖6-13銅-30％鎳合金的鑄造及擴散退火后的組織固溶體合金在慢冷凝固終了后，可得到成分均勻的固溶體晶粒，不顯示樹枝狀。快冷時，固相成分來不及擴散均勻，在凝固過程中各溫度的固相平均成分將偏離原平衡相圖上固相線的位置，見圖6-12。在合金完全凝固后，先結晶出的枝干（包括一次軸和二次軸）含高熔點的組元多，后結晶的枝間含低熔點組元多；由于二者抗蝕性不同，浸蝕后呈現(xiàn)出樹枝狀組織特征，形成枝晶偏析，導致合金的強度和塑性下降，使鑄錠開坯時易裂。為提高塑性，改善熱加工性能，需對快冷后的合金進行擴散退火（均勻化）處理，即將合金加熱到低于固相線溫度，保溫較長時間，然后緩冷，從而消除或減輕偏析，得到接近平衡的組織。圖6-13為銅-鎳合金的鑄造及擴散退火后的組織。五、實驗內容及步驟1．熟悉本實驗所要觀察的合金系相圖。2．分析不同成分合金的平衡凝固過程及冷至室溫應具有的組織。3．觀察合金的組織特征，繪出示意圖，注明各組成物。繪制組織示意圖時，應先全面觀察整個視場，分清并掌握各組成物特征；概括示出其形態(tài)、相對數(shù)量、大小及分布特點。六、實驗報告要求１．按要求填寫相應的內容；２．畫出各合金的顯微組織示意圖，井加以注解；3．認真回答分析討論題七、實驗成績評定按照實驗指導書的具體要求，根據(jù)每個學生實驗前的預習情況、實驗過程中操作情況及實驗報告的質量，綜合給出實驗成績。

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實驗七鐵碳合金平衡組織觀察一、實驗目的1.識別鐵碳合金平衡組織的特征，加理了解鐵碳合金成份、組織與性能的相互關系；二、實驗材料及設備材料：碳鋼和白口鐵的典型金相樣品一套，其中有工業(yè)純鐵、T8、45號鋼、白口鐵等；金相砂紙一套；酒精浸蝕劑、鑷子等；７儀器：拋光機、吹風機、臺式金相顯微鏡７三、實驗內容1．觀察幾種典型鐵碳合金的平衡組織；2．畫出這些組織示意圖并分析其性能；四、實驗內容概述觀察、分析碳鋼和白口鐵的平衡組織，然后在實驗報告中繪出五種組織示意圖，所取典型樣品如下表所列。序號試樣名稱腐蝕劑顯微組織1工業(yè)純鐵4％硝酸酒精F十(Fe3C=3\*ROMANIII少量)20.2％碳鋼4％硝酸酒精F十P30.45％碳鋼4％硝酸酒精F十P40.8％碳鋼4％硝酸酒精P(片狀)51.2碳鋼4％硝酸酒精P十Fe3C=2\*ROMANII6未知鋼4％硝酸酒精F十P7亞共晶白口鐵4％硝酸酒精P+Fe3C=2\*ROMANII十L’e8共晶自口鐵4％硝酸酒精L’e9過共進晶白口鐵4％硝酸酒精Fe3CI十L’e根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖可知，組成鐵碳合金的室溫平衡組織均由兩個基本相F和Fe3C１．碳鋼的室溫平衡組織情況(0.02％<C％<2.11％)共析鋼(0.8％C)；組織為100％的珠光體(P)由于它自高溫奧氏體冷卻到723。C時發(fā)生共析反應，所得到的F和Fe3C是交替形成層狀組織，所以叫片珠光體。在倍數(shù)低的顯微鏡下觀察到片狀珠光體中鐵素體呈白亮色，而滲碳體呈黑色條紋狀，當倍數(shù)很高(電鏡下觀察)時，鐵素體和滲碳體的片狀形態(tài)都能真實地反映出來。滲碳體和鐵素體都保持成平面，由于滲碳體不易被浸蝕．故凸出于鐵素體之上。而在兩者交界處，由于浸蝕時電化學作用較劇烈產生凹陷，在直射光照射下光線被散射，呈黑色，片狀珠光體硬度為HBl90～230，隨片層間距的變小硬度升高，如圖７—５亞共析鋼(0.02％<c％<0.8％)，組織均由F和P所組成。當含碳量增加時，珠光體的相對百分數(shù)便增大，而鐵素體便隨之減少，當鐵素體量增多時，它呈塊狀分布。而當鋼的含碳量接近共析成份時，F(xiàn)和P的邊界呈網(wǎng)狀分布，如圖７—２、７—３、７—４。含碳量小于0.02％的碳鋼為工業(yè)純鐵，其組織為100％F，鐵素體硬度低，一般為HB80~102，強度也較低，但塑性和韌性都好，所以低碳鋼是適合作冷沖壓材料的，如圖７—１。過共析鋼(0.8％<C％<2.11％)，組織為P+Fe3C=2\*ROMANII、Fe3C=2\*ROMANII，由奧氏體中析出，由于量小而沿奧氏體晶界析出，隨后奧氏體轉變成珠光體，故Fe3C=2\*ROMANII呈網(wǎng)狀分布在P的邊界上。滲碳體的硬度很高，HB達800。它是一種硬而脆的相，所以強度、塑性都很差，故單純Fe3C或以Fe3C為基體的鐵碳合金，沒有實用價值，只有在鐵素體上配合適量的Fe3C才可用，如圖７—６。２．觀察白口鐵的室溫平衡組織(2.1l％<C％<6.77％)共晶白口鐵(4.3％C)：組織全部為Le，其中黑色粒狀為珠光體，白色基體為滲碳體。二者的機械混合物為萊氏體，滲碳體中包括共晶Fe3C和Fe3C=2\*ROMANII，但由于連在一起而分辨不清。萊氏體的硬度很高，達HB700，性脆，如圖７—８。亞共晶白口鐵(2.11％<C％<4.3％)：組織為P+Fe3C=2\*ROMANII+L’e,其中大塊黑色的組織為珠光體，其周圍白色區(qū)為二次滲碳體(量少，但與滲碳體連在—起分辨不清)，點狀區(qū)為萊氏體組織，如圖７—７。過共晶白口鐵(4.3％<C<6.67％)：組織由萊氏體及初生的一次滲碳體(白條狀)組成，由于一次滲碳體長大速度快，所以呈大的片狀，其它點狀區(qū)的組織為萊氏體，如圖７—９。3．估算亞共析鋼的含碳量，確定鋼號。亞共析鋼的平衡組織為F+P，已知P的平均含碳量為0.8％，如果忽略鐵素體的含碳量(723'C時o02％C到室溫時o006％的變化)，根據(jù)杠桿定律，從顯微鏡下觀察到珠光體含量的面積百分數(shù)(大約)乘以0.8％，即為碳鋼含碳量，求出含碳量就可確定鋼號。例如：顯微組織中珠光體面積百分數(shù)約占50％(其余50％為F)，則該試樣的含碳量約為：0.8％50％=0.4％，則確定為40號鋼。五、實驗步驟及要求1．觀察典型碳鋼、白口鐵的室溫平衡組織，認識其組織特征，分析性能；2．繪出組織示意圖；六、實驗報告要求l.認真觀察，認識組織，并了解不同含碳量對其組織以及相的形態(tài)有什么影響。2.認真繪出五個顯微組織示意圖，井用箭頭標出各組織中的組織組成物。3.估算出一種亞