金属学实验指导书教学.doc

材料与冶金学院 《材料专题实验Ⅰ》 实验指导书 卫广智 马瑞 张忠全编写 适用专业 材料科学与工程： 材料物理 冶金工程 材料实验中心 目 录 1、实验一：金相显微镜结构与使用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2、实验二：金相试样的制备?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 5、实验五：碳钢及铸铁平衡组织的观察与分析?????????????????????????????????????????????????????????????????????37 6、实验六：金相显微摄影??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????43  实验一：金相显微镜结构与应用 实验学时：2学时 实验类型：验证性实验 实验要求：必修 一、实验目的 （一）了解金相显微镜的构造； （二）掌握金相显微镜的使用方法。 二、实验内容 （一）观察直立式与倒立式两种金相显微镜的构造与光路； （二）操作显微镜、比较熟练地掌握聚焦方法，了解孔径光阑。视场光阑和滤光片的作用； （三）熟悉物镜，目镜上的标志并合理选配物镜和目镜； （四）分别在明场照明和暗插照明下观察同一试样，分析组织特征及成因； （五）借助物镜测微器确定目镜测微器的洛位 三、实验原理、方法和手段 （一）金相显微镜的构造 光学金相显微镜的构造一般包括放大系统、光路系统和机械系统三部分，其中放大系统是显微镜的关键部分。 1、放大系统 （1）显微镜的放大成象原理 显微镜放大基本原理如图1-1所示。 图1-1 显微镜放大成象原理示意图 由图可见，显微镜的放大作用由物镜和目镜共同完成。物体AB位于物镜的焦点F1以外，经物镜放大而成为倒立的实象A1B1，这一实象恰巧落在目镜的焦点F2以内，最后由目镜再次放大为一虚象A2B2，人们在观察组织时所见的象，就是经物镜、目镜两次放大，在距人眼约250mm明视距离处形成的虚象。 由图1-1可知： 物镜的放大倍数 目镜的放大倍数 将两式相乘 说明显微镜的总放大倍数M等于物镜放大镜放大和目镜放大倍数的乘积。目前普通光学金相显微镜最高有效放大倍数为1600～2000倍。 另外，参照图1-1，如果忽略AB与F1，A1B1与F2间距，依相似三角形定理可求出： 式中，△为光学镜筒长度：f物为物镜焦距。 固光学镜筒长度为定值，可见，物镜放大倍数越高，物镜的焦距越短，物镜离物体越近。 （2）透镜象差 透镜在成象过程中，由于受到本身物理条件的限制，会使映象变形和模糊不清。这种象的缺陷称为象差．在金相显微镜的物镜．目镜以及光路系统设计制造中，虽将象差尽量减少到很小的范围，但依然存在．象差有多种，其中对成象质量影响最大的是球面象差、色象差相象域弯曲三种。 1）球面象差 由于透镜表面为球面， 其中心与边缘厚度不同，因而来自一点的 单色光经过透镜折射后，靠近中心部分的 光线偏折角度小，在离透镜较远的位置聚 焦；而靠近边缘处的光线偏折角度大，在 离透镜较近的位置聚焦．因而必然形成沿 光轴分布的一系列的象，使成象模糊不清， 这种现象称为球面象差。如图1-2所示。 球面象差主要靠用凸透镜所组成的透镜组来减小。另外，通过加光栏的办法，缩小透镜成象范围，也可以减小球面象差的影响。 2）色象差 色象差与光波波长有着密 切关系。当白色光中不同波长的光线通过透 镜时，因其折射角度不同而引起象差。波长 愈 短，折射率愈大，其焦点愈近；波长愈 长，折射率愈小．则焦点愈远，因而不同波 长的光线，不能同时在一点聚焦，致使映象模 糊。或在视场边缘上见到彩色环带，这种现象 称为色象差。如图1-3所示。 色象差同样可以靠透镜组织来减小影响。在光路中加上滤光片，使白色光变成单色光也能有效地减小色象差。 3）象域弯曲 垂直于光轴的平面，通过 透镜所形成的象．不是平面而是凹形的弯曲象 面，这种现象叫象域弯曲。如图l-4所示。 象域弯曲是由于各种象差综合作用的结果。一般物镜都或多或少地存在着象域弯曲， 只有校正极佳的物镜才能达到趋近平坦的象域。 （3）物镜 显微镜观察所见到的象是经物镜和目镜两次放大后所得到的虚象，其中目镜仅起到将物镜放大的实象再放大的