文档介绍:机械工程材料
实验指导书
西安交通大学
材料科学与工程学院
《机械工程材料》课程组
顾美转编
El
金相显微分析基础知识
(一) 光学金相显微镜的一些基础知识概述 2—12
(二) 金相样品的制备方法概述 3—19
实验一金相显微镜的使用与金相样品
的制备 0—2 8
实验二碳钢和铸铁的平衡组织和非平衡
组织的观察与分析 2 9—39
2004. 1
金相显微分析基础知识
金相分析在材料研究领域占有十分重耍的地位,是研究材料内部组织的 主耍手段Z-O金相显微分析法就是利用金相显微镜来观察为之分析而专门 制备的金相样品,通过放大儿十倍到上千倍來研究材料组织的方法。现代金 相显微分析的主耍仪器为:光学显微镜和电子显微镜两大类C这里仅介绍常 用的光学金相显微镜及金相样品制备的一些基础知识.
(一)光学金相显微镜的一些基础知识概述
金相显微镜的种类和型式很多,最常见的有台式、立式和卧式三大类。 金相显微镜的构造通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成,有 的显微镜还附带有多种功能及摄影装置。冃前,已把显微镜与计算机及相关 的分析系统相连,能更方便、更快捷地进行金相分析研究工作。
光学系统:
具主耍构件是物镜和冃镜,它们主耍起放大作用。并获得清晰的图象。 物镜的优劣直接影响成彖的质量。而冃镜是将物镜放大的彖再次放大。
2.
明系统:
主要包括光源和照明器以及其它主要附件
(1) 光源的种类:
包括白炽灯(餌丝灯)、卤餌灯、碳弧灯、毎灯和水银灯等。常用的 是白炽灯和毎灯,一般白炽灯适应丁作为中、小型显微镜上的光源 使用,电压为6—12伏,功率15—30 Ko而氤灯通过瞬间脉冲高压 点燃,一般正常工作电压为18伏,功率为15()瓦,适用丁特殊功能 的观察和摄影Z用。一般大型金相显微镜常同时配有两种照明光源, 以适应普通观察和特殊情况的观察与摄影Z用。
(2) 光源的照明方式:
主耍有临界照明和科勒照明。散光照明和平行光照明适应于特殊情 况使用。
1)临界照明:光源的彖聚焦在样品表而上,虽然可得到很高的亮度, 但对光源本身亮度的均匀性耍求很高。冃前很少使用。
2) 科勒照明:特点是光源的一次彖聚焦在孔径光栏上,视场光栏和光 源一次象同时聚焦在样品表面上,提供了一个很均匀的照明场,冃 前广泛使用。
3) 散光照明:特点是照明效率低,只适应投射型鹄丝灯照明。
4) 平行光:照明的效果较差,主耍用丁暗场照明,适应于各类光源。
(3) 光路形式
按光路设计的形式,显微镜有直立式和倒立式两种,凡样品磨而向 上,物镜向下的为直立式,而样品磨而向下,物镜向上的为倒立式。
(4) 孔径光栏和视场光栏
孔径光栏位于光源附近,用于调节入射光束的粗细,以改变图象的 质量。缩小孔径光栏可减少球差和轴外象差,加大衬度,使图象清 晰,但会使物镜的分辨率降低。视场光栏位于另一个支架上,调节 视场光栏的大小可改变视域的大小,视场光栏愈小,图象衬度愈佳, 观察时调至与冃镜视域同样大小。
(5) 滤色片
用于吸收白光中不需要的部分,只让一定波长的光线通过,获得优 良的图象。一般有黄色、绿色和蓝色等。
3・机械系统
主要包括载物台,镜筒、调节螺丝和底座。
(1) 载物台:用于放置金相样品。
(2) 镜筒:用于联结物镜、冃镜等部件。
(3) 调节螺丝:有粗调和细调螺丝,用于图象的聚焦调节。
(4) 底座:起支承镜体的作用。
二・光学显微镜的放大成像原理及参数
1 .金相显微镜的成像原理,
显微镜的成彖放大部分主耍由两组透镜组成。靠近观察物体的透镜叫 物镜,而靠近眼睛的透镜叫冃镜。通过物镜和冃镜的两次放大,就能 将物体放大到较高的倍数,见图1,显微镜的放大光学原理图。物体 AB置于物镜前,离其焦点略远处,物体的反射光线穿过物镜折射后, 得到了一个放大的实象A1B1,若此象处于冃镜的焦距之内,通过冃镜 观察到的图象是冃镜放大了的虚象A2B2o
图1显微镜放大光学原理
AB—物体 A1B1—物镜放大图象
A2B2—冃镜放大图象
F1 —物镜的焦距。F2—冃镜的焦距
L—为光学镜筒长度(即物镜后焦点与冃镜前焦点Z间的距离)
D—明视距离(人眼的正常明视距离为250mm)
2・显微镜的放大倍数
物镜的放大倍数M物二AlBl/ABuL/Fl
冃镜的放大倍数=A2B2/A 1B1二D/F2
两式相乘:M 物xM 冃二Al B1 /ABxA2B2/AlB1 =A2B2/AB
=L/F1 X D/F2=Lx250/Fl xF2=M 总
式中:L—为光学镜筒长度(即物镜后焦点到冃镜前焦点的距离) F1—物镜的焦距。F2—冃镜的