C276哈氏合金成分显微***观察实验

C276哈氏合金成分显微***观察实验 
金相分析是研究金属及合金内部***和缺陷的主要方法之一，在金属材料研究领域占有重要的地位。利用金相显微镜对专门制备的试样表面进行放大观察、辨别和分析金属及合金材料内部***的方法称为金相显微分析法。常规显微***分析的目的是：研究金属及合金的内部***与其化学成分的关系；确定金属及合金经不同的加工及热处理后的显微***；判定材料的质量是否合格等。 
实验目的 
（1）了解光学金相显微镜的构造和使用。 
（2）了解金相显微试样的制备方法。 
（3）研究和了解铁碳合金平衡***的显微构造，分析含碳量对铁碳合金显微***的影响。 
（4）观察和研究碳素钢热处理后的显微***的特点，了解热处理工艺对钢的***和性能的影响。 
光学金相显微镜的构造和使用 
光学金相显陷微镜的构造 
光学金相显微镜的种类很多，常见的有台式、立式和卧式三大类。光学金相显微镜通常有照明系统、光学系统和机械系统三大部分组成，有的光学金相显微镜还附带摄影装置。以下介绍XJB-1型台式金相显微镜的构造。 
a．照明系统 在底座内装有一低压灯泡作为光源，灯泡由变压器***供电，靠调节次极电压来改变灯光的亮度；聚光镜、孔径光栏及反光镜等装置均安装在底座上；视场光栏及聚光镜安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统。 
b．光学系统 XJB-1型台式金相显微镜的光学系统如图3-13所示。光线经聚光透镜组及反光镜聚集到孔径光栏，再经聚光透镜聚集到物镜的后焦面，***后通过物镜平行照射到试样表面；从试样反射回的光线再次经过镜物镜和辅助透镜，由半反射镜转向，经过辅助透镜以及棱镜造成一个被放大的物体实像，该像再经目镜的放大，成为目镜视场中的放大影像。 
c．机械系统 机械系统主要指显微镜的调焦装置、载样台、物镜转换器和目镜筒等。在显微镜的两侧有粗动和微动调焦手轮，转动粗调焦手轮，可使支承载物台的弯臂作上下运动；转动微动调焦手轮可使显微镜本体沿滑轨缓慢移动。载样台用于放置试样，载样台和托盘间有导架，能使载样台在水平面上作一定范围的移动，以便改变试样的观察位置。物镜转换器上有三个螺孔，用来安装不同倍数的物镜，物镜转换器可绕轴线转动，使各物镜进入光路，与不同的目镜搭配，获得不同的放大倍数。目镜筒用于安装目镜。 
光学金相显微镜的使用 
金相显微镜是精密的光学仪器，使用时要细心谨慎。在使用金相显微镜前要熟悉其构造及各主要部件的相互位置和作用，然后按照金相显微镜的使用规程操作。 
（1）金相显微镜的使用规程 首先将显微镜的光源插头插在低压变压器上，通过低压变压器给灯泡供电；根据放大倍数选择物镜和目镜，分别安装在物镜座上和目镜筒内，并使物镜转化装置转到固***置；将制备好的试样放在载物台中心，试样观察面向下，并用弹***压住；转动粗调焦手轮使载物台下降，使试样接近物镜但不得与物镜相碰；一边从相反方向转动粗调焦手轮一边从目镜中观察，当视场亮度增强后改用微动调焦手轮调节，直到从目镜中看到清晰的物像为止；适当调节孔径光栏和视场光栏，以获得***佳质量的物像。 
（2）使用注意事项 操作时必须特别细心，不能有任何剧烈动作；光学系统不允许自行拆卸；镜头玻璃部分和试样观察面严禁用手直接触摸，若有灰尘可用镜头纸或软毛刷清除；显微镜灯泡插头应插在变压器上，观察结束后及时关闭电源；在旋转粗调焦手轮或微动调焦手轮时动作要慢，若碰到阻碍应立即停止操作并报告指导人员查找原因。 
金相显微试样的制备 
金相显微试样的制备过程包括取样、镶嵌、磨光、抛光及侵蚀等工序。 
取样

金相试样的切取必须具有一定的代表性，应根据研究的目的切取试样和被检验面的取向。一般在检验和分析失效零件的损坏原因时，除了在损坏部位取样外，还要在距离损坏处较远处取样以便比较；在研究铸件***时，必须从零件的表面层到中心层分别取样；在研究锻轧材料时要同时截取垂直和平行与金属变形方向的试样；对于热处理后的零件，一般取横截面观察试样边缘到中心部位的***变化、表面缺陷或表面热处理的***等。 
确定好试样的部位后就可以截取试样。试样的尺寸通常采用Φ（12～15）mm×（12～15）mm的圆柱体或（12～15）mm×（12～15）mm×（12～15）mm的长方形试样。 
试样的切取方法可用手锯、锯床或切割机切割。不论用何种方法，切割时均不能使试样的温度过高，以免引起***的变化，影响分析结果。 
镶嵌 
对于薄、小的试样，在磨光和抛光时很困难，常采用镶嵌的方法固定。形状规则的试样可采用低碳钢夹板夹持；形状复杂的试样可采用高分子材料镶嵌的方法固定。 
磨光 
（1）粗磨 粗磨的目的是为了获得一个平整的试样表面。一般粗磨可用砂轮机进行。在磨制时，试样对砂轮的压力不能太大，试样的温度不能升高太多；试样的棱角若无保存必要，可在粗磨时倒角去除，以免在细磨和抛光时划破砂纸和抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。 
（2）细磨 经粗磨后试样表面的磨痕较深，通过细磨可消除较深的磨痕，得到平整而光滑的磨面，为下面的抛光作准备。细磨前先将粗磨后的试样用水冲洗干净，在一套粗细不同的金相砂纸上由粗到细进行磨光。细磨时将砂纸放在平板玻璃上，手指握住试样，试样磨面朝下，均匀用力地在砂纸上向前推磨，回程时提起试样不与砂纸接触，以保证磨面平整而不产生弧面；每更换一号砂纸推磨时，先将试样清理干净，并将试样的磨削方向掉转60o～90o，与上一道磨痕方向相交，直到将上一道磨痕完全消除。细磨一般要用四套砂纸。为加快磨制速度，也可用机械磨制，即将不同型号的砂纸粘贴在预磨机旋转圆盘上磨制。 
抛光 
细磨后的试样上仍有细小的磨痕。抛光的目的是去除细磨后的细小磨痕，使试样表面获得光亮的镜面效果。抛光方法可分为机械抛光、电解抛光和化学抛光。 
（1）机械抛光 在专用的抛光机上进行抛光。电机带动抛光机抛光圆盘转动，抛光圆盘的转速为300～500转/分钟。抛光圆盘上铺有细帆布、细棉布、呢绒等软性织物。抛光时在抛光圆盘上不断滴撒抛光液。抛光液通常采用Al2 O3 、Cr2 O3 等微细粉末的水悬浮液。机械抛光就靠抛光液中的微细粉末对试样磨面进行微量切削和滚压来消除磨痕。抛光时间以试样表面看不出磨痕并呈光亮的镜面为止。 
（2）电解抛光 电解抛光是利用阳极腐蚀原理进行的。将试样接阳极，用铝片接阴极，使试样和铝片在电解液中相距一定的距离，接通直流电源。当电流密度足够时，试样磨面的高点由于电化学作用而发生选择性溶解，从而获得光滑平整的表面。 
（3）化学抛光 其原理与电解抛光相似，也是表层溶解的过程。它是将化学***涂在试样表面上，靠化学腐蚀作用使表面发生选择性溶解，从而获得光滑平整的表面。 
侵蚀 
试样抛光后若直接观察，只能看到白亮的试样表面而不能看到其***。通过侵蚀剂对试样表面进行侵蚀，才能清楚显示材料的显微***。一般金相试样采用化学侵蚀来显示其显微***，根据不同的金属和需要显示的***选用不同的侵蚀剂。钢铁材料***常用的侵蚀剂是2～4%硝酸酒精溶液或4%***酒精溶液。 
化学侵蚀的原理是利用侵蚀剂对试样表面的化学溶解或电化学作用来显示材料的***。对于纯金属或单一相的合金，侵蚀是纯化学溶解过程：由于材料内部***的晶界处原子排列混乱，具有较高的能量，故晶界处容易被侵蚀而溶解形成凹沟；同时由于晶粒间原子排列的方向不同，被侵蚀时溶解速度也不一样，因此试样被侵蚀后表面会呈现轻微的凹凸不平，在垂直光线照射下将显示明暗不同的晶粒。对于两相及以上的合金，侵蚀是化学溶解和电化学作用相结合的过程，但主要是电化学腐蚀过程：由于各相间具有不同的电极电位，试样的各相在侵蚀剂中形成无数对“微电池”，具有负电位的相成为阳极，被迅速溶解形成凹坑；具有正电位的相则成为阴极，在电化学作用下不受侵蚀而保持原状，因此试样被侵蚀后表面也就是说会呈现轻微的凹凸不平，在垂直光线照射下将显示明暗不同的***和组成相。 
侵蚀方法是将试样磨面浸***蚀剂中，或用棉球沾上侵蚀剂擦拭试样磨面。侵蚀时间要适当，一般以试样磨面发暗时就应停止；如侵蚀不足可重复侵蚀，若侵蚀过度需重新抛光后再侵蚀。侵蚀后立即用流水冲洗，水洗后用酒精冲洗，***后用吹风机冷风吹干。 
经过以上过程后，试样就可以在显微镜下进行观察和分析研究了。

铁碳合金平衡***及碳素钢热处理后的显微***观察

?实验设备及材料 
（1）金相显微镜。 
（2）金相图谱及放大金相照片。 
（3）各种铁碳合金平衡***试样（表3-3）。 
（4）各种不同热处理状态的钢制试样（表3-4）。 
实验内容及步骤 
（1）每组领取一套试样，在指定的金相显微镜下进行观察。 
（2）分析、辨别所观察的试样属于何种材料和状态。 
（3）画出几种所观察到的典型显微***形态特征，并注明材料、***名称和热处理状态。

?实验注意事项

（1）在观察显微***时，应先用低倍进行***观察，找出典型***，然后用高倍放大，对部分区域进行详细观察。 
（2）每次拿一个试样观察，观察完后放回原来的盒中，以免混淆试样，注意试样观察面朝上。 
（3）在移动试样时，不得触摸试样的观察面，以免引起显微***模糊不清，影响观察。 
（4）画***形态时要抓住特征，注意不要将磨痕或杂质画在图上。

?实验报告和要求

（1）明确本次实验的目的。 
（2）画出几种所观察到的典型显微***形态特征，并注明材料、***名称和热处理状态。 
（3）对各种经不同热处理工艺后钢的***观察，加深热处理工艺对钢的***和性能的影响，了解碳素钢热处理工艺的合理加热温度。 
（4）分析含碳量对铁碳合金显微***的影响。