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普通光学金相显微镜的构造及使用和金相样品制备的一般方法

方法。同时旨在掌握金相样品制备的一般方法，并通过自己动手来观察到真正的金相显微组织，并记录其基本形态。

关键词  光学金相显微镜 金相样品制备 数值孔径 磨光 抛光 浸蚀

1    实验目的

1.1   了解普通光学显微镜的构造，各主要部件及元件的效用。

1.2   掌握光学金相显微镜正确的使用操作规程及维护方法。

1.3   掌握金相样品制备的一般方法（机械抛光和化学浸蚀）。

1.4   了解金相样品制备的其他方法。

2  实验设备及材料

2.1  金相显微镜一台

2.2  碳钢试样一块

2.3  磨光机

2.4  抛光机及抛光液

2.5  浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等。

3 金相显微镜的原理及使用

3.1  原理

正常人眼看物体时，最适宜的距离大约在250mm左右，这个距离称为“明视距离”。人眼可分辨清楚的最小视角为2’——4’，在250mm处能分辨的最小距离约为0.15——0.30mm。

显微镜通过物镜及目镜两次放大而得到倍较高的放大像。总的放大倍数M应为物镜放大倍数与目镜放大倍数的乘积，即：目物MMM

3.2  物镜的选择

普通光学金相显微镜主要由三个系统构成：即光学系统、照明系统和机械系统。物镜是决定显微镜的主要光学零件。衡量一个物镜的性能有数值孔径和分辨能力；放大倍数；景深度和像差校正程度。

3.2.1  数值孔径和鉴别率

物镜的鉴别率指物镜所清晰分辨出物体相邻两点的最小距离d，与数值孔径N.A有如下关系：

A式中λ为照明用入射光的波长。

物镜的数值孔径表征物镜的聚光能力，增强物镜的聚光能力可提高物镜的鉴别率。它的大小主要决定于进入物镜的光线锥所张开的角度，即孔径角的大小，表示为：N.A=n·sinθ  式中n为物镜前片玻璃到试样之间介质的折射率；θ为孔径半角。 3.2.2 数值孔径与有效放大倍数

要使物镜可分辨的最近两点的距离d能为人眼所分辨，则必须将d放大到0.15——0.30mm，即：d x M =0.15——0.30mm，而AN.2d，当λ=0.55um的时候，

M=500N.A——1000N.A。

M称为有效放大倍数，物镜应在这两个放大倍数范围内使用。

3.2.3 景深度

物镜对高低不平的组织都有清晰造像的能力，称为景深度，即物镜的垂直分辨能力，它与数值孔径、放大倍数成反比。

3.3 目镜

目镜是用来观察由物镜所成像的放大镜。

3.4 照明方式

由于观察目的不同，金相显微镜对试样的采光方式亦不同。可分为明试场照明和暗试场照明。明试场照明是金相研究中的主要采光方法。

3.5 调整和维护

3.5.1 光源的调整

包括径向调整与轴向调整。

3.5.2 光阑的调整

金相显微镜的照明系统中常有两个孔径可变的光阑。孔径光阑装在光源聚光透镜之后，视域光阑装在孔径光阑之后。

3.5.3 维护要点

显微镜是精密光学仪器，使用时必须了解其基本原理及操作规程，认真维护、保管，细心使用。

操作时双手及样品干净，不允许把侵蚀未干的试样在显微镜下观察，以免腐蚀物镜。

操作时应精力集中，小心谨慎。接电源时应通过变压器，装卸或调换镜头时必须放稳后才可松手，不可粗心大意。

调焦时，先转动粗调，使物镜尽量接近试样（目测），然后一边从目镜中观察，一边调节粗调螺丝使物镜慢慢上升直到看到组织，再用微调至清晰为止。

显微镜光学部分严禁用手或手帕等去擦，必须用专用的驼毛刷或镜头纸轻轻试。 使用中若发生故障，应立即报告老师，不得自行拆动。

3.6 样品的抛光

磨光后的样品表面仍留有细的砂纸磨痕，还不能有效的观察侵蚀后的组织，因此必须将砂纸磨痕完全抛去，是表面达到光亮如镜的光洁度，才能满足显微镜观察的要求。抛光后的表面再200倍显微镜的观察下应基本上没有磨痕和磨坑。本实验采取机械磨法，在专用的金相样品抛光机上进行。  3.7 显微组织的显示

采用化学侵蚀法，用竹夹子夹脱脂棉蘸侵蚀液在样品表面由上向下擦拭，当光亮镜面成灰白色，立即用水清洗，并用酒精擦洗后经吸水纸吸干。操作过程要迅速利落，以防带水样品表面在空气中氧化。严禁用手摸擦表面，以免皮肤受到伤害。 3.8 显微组织的观察与记录

制备好的样品用显微镜在100~400倍不同放大倍数下观察组织，体会放大倍数不同对组织观察和景深的影响，绘制组织特征图，规格为直径为50毫米的圆形。图下标注材料名称、热处理规程、总放大倍数、浸蚀剂、样品组织等项。

4 金属样品制备的实验内容及程序

金相样品制备的全过程包括：试样的截取与磨平、样品的磨光与抛光、样品组织的显露、显微组织的观察与记录等。

本次实验的具体内容及程序如下。

4.1  样品的磨光

每人领取已截取并磨平的碳钢式样一块，本实验采取湿磨法在金相样品预磨机上磨平。

5 实验结果分析

45号钢的组成晶相是铁素体和珠光体。珠光体是由低温铁素体和渗碳体组成的两相混合物。铁素体又分低温铁素体和奥氏体。样品经退火热处理过程，磨光，抛光，显微组织显示后，在400×的显微镜下能观察到黑白图像。单相合金的组织是由不同晶粒组成的。各个晶粒的位相不同，存在着晶粒间界。一般间界处的电极电位和晶粒内的不同，而且具有较大的化学不稳定性。因此在和化学剂作用时，溶解的比较快，不同位向的晶粒，溶解程度也不同。在晶界出凹下去，光线被反射向斜方向而不进入目镜，呈现黑色。晶粒内也因表面倾斜程度不同有深浅不同。