工程材料實驗

工程材料I實驗實驗一鋼的熱處理（水冷+空冷+油冷）實驗二金相試樣的制備實驗三金相顯微鏡的原理及使用實驗四熱處理后的顯微組織觀察實驗五碳鋼熱處理后的硬度測試實驗六硬度計的原理及使用實驗二

金相試樣的制備

一、實驗?zāi)康?/p>

1.掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法，并觀察、認(rèn)識其金相顯微組織；

二、實驗儀器及材料

1.儀器：臺式金相顯微鏡、砂紙、拋光機、吹風(fēng)機等。

2.材料；待磨試樣每人一塊；各號金相砂紙一套；腐蝕劑；4％硝酸酒精；制備好的45鋼試樣，滴管。

三、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，其整個過程即為磨片。磨片的方法與步驟如下：

⑴取樣：試樣尺寸通常采用直徑為12㎜,高12㎜的圓柱體式樣。

⑵鑲嵌：當(dāng)試樣的尺寸太小時，直接用手來磨制很困難，需要使用試樣夾或利用樣品鑲嵌機，把試樣鑲嵌在低熔點合金和塑料中。

⑶磨制：分粗磨和細(xì)磨兩道工序。粗磨通常在砂輪機上進行;細(xì)磨在一套粗細(xì)不同的金相砂紙上由粗到細(xì)依次進行的。每更換一號砂紙時，需將試樣的研磨方向與上一道磨痕方向垂直，直到將上一號砂紙所產(chǎn)生的磨痕全部消失為止。

⑷拋光：細(xì)磨后進行拋光，只要是去除細(xì)磨時留下來的細(xì)微磨痕而獲得光亮的鏡面。金相試樣的拋光方法一般可分為機械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光。本實驗中只使用了機械拋光。

機械拋光：

機械拋光可分為粗拋和細(xì)拋兩個步驟，均在拋光機上進行。粗拋時轉(zhuǎn)速要高些，細(xì)拋或拋軟材料時轉(zhuǎn)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(yīng)適當(dāng)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(xì)呢、絲綢等。機械拋光的方法及注意事項如下：

A．拋光粉要配制成拋光液使用，比例大約為

水：粉＝20：1

左右。

B．拋光時應(yīng)使試樣磨面均衡地壓在旋轉(zhuǎn)著地拋光盤上，壓力不宜過大，并應(yīng)使試樣沿拋光盤的半徑方向從中心到邊緣來回移動。

C．

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(nèi)能干為宜。

D．拋光后期，應(yīng)使試樣在拋光盤上各方向轉(zhuǎn)動，以防止鋼中夾雜產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象。E．拋光時間不宜過長，以防拋光表面層金屬變形。

（5）．化學(xué)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(nèi)部的組織，必須經(jīng)過浸蝕。

利用化學(xué)浸蝕劑，通過化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織：

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(nèi)即可。用自來水沖洗干凈，吹干，將浸蝕完的試樣放在顯微鏡下，就可以觀察到金屬內(nèi)部的顯微組織。

化學(xué)浸蝕劑種類很多，一般碳鋼及鑄鐵所用浸蝕劑為4％的硝酸酒精。

（6）電子攝像技術(shù)

將磨好的金相試樣放在顯微鏡的載物臺上，選好放大倍數(shù)以后，調(diào)整粗調(diào)手輪和微調(diào)手輪，直接在與顯微鏡相連的電腦顯示屏幕上調(diào)清楚焦距，獲得清晰的金相圖片。

四、試驗步驟

1．每人領(lǐng)取試樣一塊、金相砂紙一套、玻璃板一塊；

2．將已粗磨好的顯微試樣一次在各號砂紙上細(xì)磨；

3．細(xì)磨過的試樣，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查合格后進行拋光；

4．用化學(xué)試劑浸蝕試樣的拋光磨面，并在顯微鏡下觀察其顯微組織，熟悉顯微鏡的操作基本規(guī)程；5．辨認(rèn)試樣的金相組織，確定試樣的型號。五、45鋼（空冷）金相組織圖放大倍數(shù)（12.5*10）放大倍數(shù)（12.5*40）實驗五碳鋼熱處理后的硬度測試測量金屬的硬度，是熱處理生產(chǎn)中最常使用的質(zhì)量檢測方法之一。本次試驗用洛氏硬度試驗方法。實驗?zāi)康模赫莆章迨接捕鹊脑囼灧椒皯?yīng)用范圍。

硬度測試的原理：壓頭通過杠桿在一定載荷作用下使壓頭壓入試樣內(nèi)部，測量壓入深度來表征材料硬度。三、實驗儀器及材料1

儀器：洛氏硬度計2

材料；直徑為12㎜,高12㎜的圓柱體45鋼試樣四、洛氏硬度試驗內(nèi)容洛氏硬度試驗是壓入硬度法中的一種，是以壓痕深度大小表示材料的硬度值的。它的壓痕較小，可測量較高和較低的硬度，可直接讀數(shù)，操作方便，生產(chǎn)檢驗效率高為熱處理車間產(chǎn)品檢驗主要方法之一。

洛氏硬度試驗操作方法

①

取平行面，對試樣進行處理；

②

手勻，接觸；

③

加初載荷980N（由于縮松縮孔的存在，保證結(jié)果準(zhǔn)確統(tǒng)一），小指針由黑點轉(zhuǎn)至紅點；

④

旋轉(zhuǎn)指針表盤使大指針對準(zhǔn)表盤0點；

⑤

將操作手柄推向后方；

⑥

當(dāng)大指針停轉(zhuǎn)后，扳回手輪卸除主負(fù)荷，大指針回轉(zhuǎn)一段距離，此時，大指針?biāo)笖?shù)字即為洛氏硬度值；⑦

下降絲桿取下試樣，試驗完畢。

實驗數(shù)據(jù)記錄不同方式冷卻后的硬度測試（單位；HRB）123456平均值空冷36.036.436.034.537.537.036.2油冷66.265.167.668.467.166.866.8水冷79.581.079.581.079.582.080.5原始態(tài)36.540.536.731.532.533.535.0數(shù)據(jù)分析；熱處理過程中的加熱和冷卻速度是非常重要的。冷卻速度則須視不同的熱處理方法而各異。冷卻速度從大到小依次為：水冷、油冷、空冷。冷卻速度不一樣，得到的組織不一樣，水冷產(chǎn)物是索氏體（25-35HRC）油冷產(chǎn)物是屈氏體+馬氏體+殘余奧氏體（45-55HRC）空冷產(chǎn)物是馬氏體（55-65HRC）。馬氏體的硬度很高，馬氏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大金屬越硬。所以水冷處理的式樣硬度最大，而空冷得到的試樣硬度最小。實驗六硬度計的原理及使用一、實驗?zāi)康模?.掌握硬度計的原理、構(gòu)造。2.學(xué)會洛氏硬度計的使用。二、洛氏硬度的測量原理洛氏硬度測量法是最常用的硬度試驗方法之一。它是用壓頭(金剛石圓錐或淬火鋼球)在載荷(包括預(yù)載荷和主載荷)作用下，壓入材料的塑性變形濃度來表示的。通常壓入材料的深度越大，材料越軟；壓入的濃度越小，材料越硬。圖14-1表示了洛氏硬度的測量原理。圖中：0-0：未加載荷，壓頭未接觸試件時的位置。1-1：壓頭在預(yù)載荷P0(98.1N)作用下壓入試件深度為h0時的位置。h0包括預(yù)載所相起的彈形變形和塑性變形。2-2：加主載荷P1后，壓頭在總載荷P=P0+P1的作用下壓入試件的位置。3-3：去除主載荷P1后但仍保留預(yù)載荷P0時壓頭的位置，壓頭壓入試樣的深度為h1。由于P1所產(chǎn)生的彈性變形被消除，所以壓頭位置提高了h，此時壓頭受主載荷作用實際壓入的濃度為h=h1-h0。實際代表主載P1造成的塑性變形深度。h值越大，說明試件越軟，h值越小，說明試件越硬。為了適應(yīng)人們習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的概念，人為規(guī)定，用一常數(shù)K減去壓痕深度h的數(shù)值來表示硬度的高低。并規(guī)定0.002mm為一個洛氏硬度單位，用符號HR表示，則洛氏硬度值為：(14-1)此值為無量綱數(shù)。測量時可直接在表盤上讀出。表盤上有紅、黑兩種刻度，紅色的30和黑色的0相重合。使用金剛石圓錐壓頭時，常數(shù)K為0.2mm，硬度值由黑色表盤表示，此時(14-2)使用鋼球(Φ=1.588mm)壓頭時，常數(shù)K為0.26mm，硬度值由紅色表盤表示，此時(14-3)洛氏硬度計的壓頭共有5種，其中最常用的有兩種：一種是頂角為120°的金剛石圓錐壓頭，用來測試高硬度的材料；另一種是直徑為的淬火鋼球，用來測軟材料的硬度。對于特別軟的材料，有時還使用直徑為、、的鋼球作壓頭，不過這幾種比較少用。為了擴大洛氏硬度的測量范圍，可用不同的壓頭和不同的總載荷配成不同標(biāo)度的洛氏硬度。洛氏硬度共有15種標(biāo)度供選擇，它們分別為：HRA，HRB，HRC，HRD，HRE，HRF，HRG，HRH，HRK，HRL，HRM，HRP，HRR，HRS，HRV。其中常用的幾種標(biāo)度列表如下：表14-1各種洛氏硬度值的符號及應(yīng)用三、洛氏硬度計的構(gòu)造洛氏硬度計種類很多，構(gòu)造各不相同，但構(gòu)造原理及主要部件都相同。圖14-2表示了洛氏硬度計的機構(gòu)構(gòu)造原理，其他靜力載荷測定法的硬度計的構(gòu)造原理基本與此相同。圖14-3為硬度計的外形圖。圖14-2洛氏硬度計機構(gòu)示意圖圖14-3硬度計外形圖壓頭②-載荷法碼③--主杠桿④-測量杠桿①--讀數(shù)百分表②--裝壓腦處⑤-表盤⑥-緩沖裝置⑦--載物臺⑧-升降絲杠③-載物臺④--升降絲杠手輪⑤--加載手輪⑥--卸載手輪四、使用硬度計應(yīng)注意的事項1．硬度計本身會產(chǎn)生兩種誤差：一是其零件的變形、移動造成的誤差；二是硬度參數(shù)超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)所造成的誤差。對第二種誤差，在測量前需用標(biāo)準(zhǔn)塊對硬度計進行校準(zhǔn)。對洛氏硬度計校正結(jié)果，差值在±1之內(nèi)合格。差值在±2之內(nèi)的穩(wěn)定數(shù)值，可以給出修正值。差值在±2范圍之外時則必需對硬度計進行校正維修或換其他硬度測試法測定。洛氏硬度各標(biāo)度有一事實上的適用范圍，要根據(jù)規(guī)定正確選用。例如，硬度高于HRB100時，應(yīng)采用HRC標(biāo)度進行測試；硬度低于HRC20時應(yīng)用HRB標(biāo)度進行測試。因為超出其規(guī)定的測試范圍時，硬度計的精確度及靈敏度較差，硬度值不準(zhǔn)確，不宜使用。其他硬度測試法也都規(guī)定有相應(yīng)的校正標(biāo)準(zhǔn)。校準(zhǔn)硬度計用的標(biāo)準(zhǔn)塊不能兩面使用，因標(biāo)準(zhǔn)面與背面硬度不一定一致。一般規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)塊自標(biāo)定日起一年內(nèi)有效。2．在更換壓頭或砧座時，注意接觸部位要擦干凈。換好后，要用一定硬度的鋼樣測試幾次，直到連續(xù)兩次所得硬度值相同為止。目的是使壓頭或砧座與試驗機接觸部分壓緊，接觸良好，以免影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。3．硬度計調(diào)整后，開始測量硬度時，第一個測試點不用。因怕試樣與砧座接觸不好，測得的值不準(zhǔn)確。特第一點測試完，硬度計處于正常運行機制狀態(tài)后再對試樣進行正式測試，記錄測得的硬度值。4．在試件允許的情況下，一般選不同部位至少測試三個硬度值，取平均值，取平均值作為試件的硬度值。5．對形狀復(fù)雜的試件要采用相應(yīng)形狀的墊塊，固定后方可測試。對圓試件一般要放在V形槽中測試。6．加載前要檢查加載手柄是否放在卸載位，加載時動作要輕穩(wěn)，不要用力太猛。加載完畢加載手柄應(yīng)放在卸載位置，以免儀器長期處于負(fù)荷狀態(tài)，發(fā)生塑性變形，影響測量精確度。實驗一鋼的熱處理（水冷+空冷+油冷）一、

實驗?zāi)康?/p>

1.

全面熟悉鋼的熱處理綜合實驗過程；

2.

掌握常用材料熱處理工藝規(guī)范的制定；

3.

了解熱處理的操作方法；

4．研究熱處理對鋼的性能的影響；

5．認(rèn)識碳鋼經(jīng)各種熱處理后的顯微組織，.進一步了解碳鋼經(jīng)熱處理后，在組織和性能上有什么改變。二、

實驗設(shè)備和材料

設(shè)備：箱式電爐和控溫儀表材料：45

鋼、鋼熱處理過試樣一套、水、油三、實驗原理

(一)設(shè)計、制定熱處理工藝規(guī)范

鋼的熱處理是通過加熱、保溫和冷卻三個步驟來改變其內(nèi)部組織，而獲得所需性能的一種熱加工工藝，它的基本過程包括：將鋼加熱到選定溫度，在該溫度下保持一段時間，然后用選定的速度冷卻。

1．加熱溫度的選擇

⑴淬火加熱溫度

根據(jù)

Fe—Fe3C

相圖來確定:對亞共析鋼，合適的淬火加熱溫度為AC

+30~

50℃，淬火后的組織為均勻細(xì)小的馬氏體。如果加熱溫度不足(低于AC

)．則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體，造成淬火后硬度不足。對過共析鋼和共析鋼，合適的淬火加熱溫度為ACl+30—50℃。淬火后的組織為隱晶馬氏體與粒狀二次滲碳體，組織中的粒狀二次滲碳體可以明顯提高鋼的硬度和耐磨性。過高的淬火加熱溫度(高于ACCM)，會使淬火后得到粗大馬氏體和較多的殘余奧氏體組織．使材料的耐磨性下降，脆性增加，這是因為共析鋼含碳量高，加熱到ACCM

以上時，碳化物全部溶解，使奧氏體晶粒易于長大，淬火后的馬氏體粗大。同時，奧氏體內(nèi)的含碳量越高，則淬火后的馬試體量越少，殘余奧氏體量越多。圖1-3在共析鋼C曲線上估計連續(xù)冷卻速度的影響

表

1－1

各種不同成分碳鋼的臨界溫度（部分）

鋼的退火是將鋼加熱到Ac1

或Ac3

，以上保溫后隨爐冷卻。

鋼的正火是將鋼加熱到Ac3

或Accm

以上30—50℃保溫后空冷。正火的冷卻速度比退火大。正火得到的組織比退得到的組織細(xì)，強度、硬度也較高。

2

．保溫時間的確定

為了使鋼件內(nèi)外各部分溫度均勻一致，并完成組織轉(zhuǎn)變，必須在加熱溫度下保溫一定時間。

圖1-4

正火和各種退火的加熱溫度范圍

對于碳鋼件，放進預(yù)先已加熱至選定加熱溫度的爐內(nèi)加熱。如果是火焰爐、電爐，所需保溫時間大經(jīng)為

1分鐘/毫米（直徑或厚度），合金鋼應(yīng)相對延長一點。

回火時的加熱、保溫時間，應(yīng)與回火溫度結(jié)合起來考慮。低溫回火時，為了穩(wěn)定組織、消除內(nèi)應(yīng)力，使零件在使用過程中性能與尺寸穩(wěn)定，回火時間要長一些，一般不少于

1.5～2小時。高溫回火時可不宜過長，過長會使鋼過分軟化，對有的鋼種甚至造成嚴(yán)重的回火脆性，一般為

1

小時左右。

3．冷卻速度的選擇

冷卻是決定鋼的最終組織與性能的重要工藝參數(shù)，同一種碳鋼在不同冷卻速度下冷卻，會得到不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。常采用的冷卻介質(zhì)有爐冷、空冷、風(fēng)冷、油冷、水冷、等溫鹽浴冷卻等。四、實驗步驟及注意事項

⑴

實驗前認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書。

⑵

制定好的熱處理工藝規(guī)范要經(jīng)教師檢查無誤后方可進行熱處理操作。

⑶

當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)計溫度后(或從控溫儀表上讀出)，將工件裝入爐內(nèi)，保溫時要注意控溫儀表是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時報告教師。

⑷

淬火冷卻時，應(yīng)迅速地將試樣放入水或油中，并不停地攪動試樣，注意不要將試樣露出液面。

⑸

淬火后的試樣用砂布磨掉氧化皮，然后測定硬度疽，同時將本次實驗的全部硬度值記在實驗報告上。

(6)

需要回火的工件在淬火后要進行回火操作。

⑺

完成全部熱處理操作后，對各種熱處理后的試樣進行制備。

⑻

觀察、分析熱處理后的顯微組織，在認(rèn)識各組織組成物的基礎(chǔ)上，根據(jù)顯微鏡中組織的特點，畫出熱處理后顯微組織示意圖。

⑼

嚴(yán)格區(qū)分索氏體和回火索氏體組織、馬氏體與回火馬氏體組織。思考題1.45鋼常用的熱處理是什么？45鋼常用的熱處理是調(diào)質(zhì)---淬火+高溫回火，其組織是回火索氏體45鋼淬火后得到的組織是淬火馬氏體，高溫回火（調(diào)質(zhì)）后的組織是回火索氏體，中溫回火得到屈氏體或貝氏體，低溫回火得到回火馬氏體組織。正火和退火組織是珠光體加鐵素體組織。實驗三金相顯微鏡的原理及使用一．實驗?zāi)康牧私饨鹣囡@微鏡的成像原理、基本構(gòu)造、各主要部件及元件的作用；學(xué)習(xí)和初步掌握金相顯微鏡的使用和維護方法。二、顯微鏡的成像原理眾所周知，放大鏡是最簡單的一種光學(xué)儀器，它實際上是一塊會聚透鏡（凸透鏡），利用它可以將物體放大。其成像光學(xué)原理如圖1-1所示。當(dāng)物體AB置于透鏡焦距f以外時，得到倒立的放大實像A′B′（如圖1-1（a）），它的位置在2倍焦距以外。若將物體AB放在透鏡焦距內(nèi)，就可看到一個放大正立的虛象A′B′（如圖1-1（b））。映象的長度與物體長度之比（A′B′/AB）就是放大鏡的放大倍數(shù)（放大率）。若放大鏡到物體之間的距離a近似等于透鏡的焦距(a≈f)，而放大鏡到像間的距離b近似相當(dāng)于人眼明視距離（250mm），則放大鏡的放大倍數(shù)為：N=b/a=250/fAABFFA’B’abf（a）實像放大AABFFA’B’abf（b）虛像放大圖1-1放大鏡光學(xué)原理圖由上式知，透鏡的焦距越短，放大鏡的放大倍數(shù)越大。一般采用的放大鏡焦距在10~100mm范圍內(nèi)，因而放大倍數(shù)在2.5~25倍之間。進一步提高放大倍數(shù)，將會由于透鏡焦距縮短和表面曲率過分增大而使形成的映象變得模糊不清。為了得到更高的放大倍數(shù)，就要采用顯微鏡，顯微鏡可以使放大倍數(shù)達(dá)到1500~2000倍。顯微鏡不象放大鏡那樣由單個透鏡組成，而是由兩級特定透鏡所組成?？拷挥^察物體的透鏡叫做物鏡，而靠近眼睛的透鏡叫做目鏡。借助物鏡與目鏡的兩次放大，就能將物體放大到很高的倍數(shù)（~2000倍）。圖1-2所示是在顯微鏡中得到放大物像的光學(xué)原理圖。B’’B’’DA’’ABf物L(fēng)A’B’f目F1F2物鏡目鏡人眼圖1-2顯微鏡光學(xué)原理圖被觀察的物體AB放在物鏡之前距其焦距略遠(yuǎn)一些的位置，由物體反射的光線穿過物鏡，經(jīng)折射后得到一個放大的倒立實象，目鏡再將實像放大成倒立虛像，這就是我們在顯微鏡下研究實物時所觀察到的經(jīng)過二次放大后的物像。在設(shè)計顯微鏡時，讓物鏡放大后形成的實像位于目鏡的焦距f目之內(nèi)，并使最終的倒立虛像在距眼睛250mm處成像，這時觀察者看得最清晰。透鏡成像規(guī)律是依據(jù)近軸光線得出的結(jié)論。近軸光線是指與光軸接近平行（即夾角很?。┑墓饩€。由于物理條件的限制，實際光學(xué)系統(tǒng)的成像與近軸光線成像不同，兩者存在偏離，這種相對于近軸成像的偏離就叫做像差。像差的產(chǎn)生降低了光學(xué)儀器的精確性。按像差產(chǎn)生原因可分為兩類：一類是單色光成像時的像差，叫做單色像差。如球差、慧差、像散、像場彎曲和畸變均屬單色像差；另一類是多色光成像時，由于介質(zhì)折射率隨光的波長不同而引起的像差，叫做色差。色差又可分為位置色差和放大率色差。透鏡成像的主要缺陷就是球面差和色差（波長差）。球面差是指由于球面透鏡的中心部分和邊緣部分的厚度不同，造成不同折射現(xiàn)象，致使來自于試樣表面同一點上的光線經(jīng)折射后不能聚集于一點（圖1-3），因此使映像模糊不清。球面像差的程度與光通過透鏡的面積有關(guān)。光圈放得越大，光線通過透鏡的面積越大，球面像差就越嚴(yán)重；反之，縮小光圈，限制邊緣光線射入，使用通過透鏡中心部分的光線，可減小球面像差。但光圈太小，也會影響成像的清晰度。色差的產(chǎn)生是由于白光中各種不同波長的光線在穿過透鏡時折射率不同，其中紫色光線的波長最短，折射率最大，在距透鏡最近處成像；紅色光線的波長最長，折射率最小，在距透鏡最遠(yuǎn)處成像；其余的黃、綠、藍(lán)等光線則在它們之間成像。這些光線所成的像不能集中于一點，而呈現(xiàn)帶有彩色邊緣的光環(huán)。色差的存在也會降低透鏡成像的清晰度，也應(yīng)予以校正。通常采用單色光源（或加濾光片），也可使用復(fù)合透鏡。如圖1-3所示。紅a紅ababba紫綠紅紫綠紅紫綠紅紫綠紅紫綠紅紫綠黃橙紅紫綠紅紫綠黃橙紅1.簡單透鏡2.消色差透鏡3.復(fù)消色差透鏡球面像差（b）色差圖1-3透鏡產(chǎn)生像差的示意圖三、實驗器材臺式金相顯微鏡；預(yù)先準(zhǔn)備好的金相樣品。四、實驗內(nèi)容與步驟4.1實驗內(nèi)容結(jié)合顯微鏡實體，掌握顯微鏡的光學(xué)成象原理。仔細(xì)了解顯微鏡的結(jié)構(gòu)及各組件如光源、光欄、垂直照明器、暗場和偏光裝置、目鏡和物鏡等的作用，熟悉物鏡和目鏡的標(biāo)記。2．通過整個觀察金相樣品的實際操作過程，學(xué)會正確的操作方法，包括物鏡和目鏡的選擇與匹配、調(diào)焦、孔徑光闌和視場光闌的調(diào)節(jié)、放大倍數(shù)的計算、暗場的使用、垂直照明器的選用、濾色片的選用等。3．通過參觀、課外查閱資料等方式了解其他類型金相顯微鏡的特點和用途。4.2實驗步驟認(rèn)真聽老師講解金相顯微鏡的原理、構(gòu)造及注意事項；了解各組件的位置、作用。熟悉顯微鏡的操作規(guī)程；正確選用物鏡和目鏡；學(xué)會調(diào)節(jié)光欄和焦距等。用金相顯微鏡觀察實驗室提供的試樣，畫出組織示意圖。并認(rèn)真體會整個操作過程，初步領(lǐng)會調(diào)焦的技巧。五、使用注意事項（1）操作時必須特別謹(jǐn)慎，不能有任何劇烈的動作。不允許自行拆卸光學(xué)系統(tǒng)。（2）嚴(yán)禁用手指直接接觸顯微鏡鏡頭的玻璃部分和試樣磨面。若鏡頭上落有灰塵，會影響顯微鏡的清晰度與分辨率。此時，應(yīng)先用洗耳球吹去灰塵和砂粒，再用鏡頭紙或毛刷輕輕擦拭，以免直接擦試時劃花鏡頭玻璃，影響使用效果。（3）切勿將顯微鏡的燈泡（6~8V）插頭直接插在220V的電源插座上，應(yīng)當(dāng)插在變壓器上，否則會立即燒壞燈泡。觀察結(jié)束后應(yīng)及時關(guān)閉電源。（4）在旋轉(zhuǎn)粗調(diào)（或微調(diào)）手輪時動作要慢，碰到某種阻礙時應(yīng)立即停止操作，報告指導(dǎo)教師查找原因，不得用力強行轉(zhuǎn)動，否則會損壞機件。實驗四熱處理后的顯微組織觀察一、實驗?zāi)康挠^察碳鋼熱處理后的顯微組織。了解熱處理工藝對鋼組織和性能的影響。二、實驗原理碳鋼經(jīng)熱處理后的組織，可以是平衡或接近平衡狀態(tài)(如退火、正火)的組織，也可是不平衡組織(如淬火組織)。因此在研究熱處理后的組織時，不但要參考鐵碳相圖，還要利用C曲線。鐵碳相圖能說明慢冷時不同碳含量的鐵碳合金的結(jié)晶過程和室溫下的組織，及相的相對量。C曲線則能說明一定成分的鐵碳合金在不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變過程，及能得到哪些組織。1、鋼冷卻時的轉(zhuǎn)變1)共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻后的顯微組織為了簡便起見，不用C(丁曲線而是用C曲線來分析。共析鋼在慢冷時(見圖16—24中的V1)，將全部得到珠光體。冷速增大到V2時，得到片層更細(xì)的珠光體，即索氏體或屈氏體。冷速再增大到V3時，得到屈氏體和部分馬氏體。而冷卻速度增大到V4，V5時，奧氏體一下被過冷到馬氏體轉(zhuǎn)變始點(Ms)以下，轉(zhuǎn)變成馬氏體。由于共析鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終點在室溫以下(－50℃)，所以在生成馬氏體的同時保留有部分殘余奧氏體。與C曲線鼻尖相切的冷速(V4)稱為淬火的臨界冷卻速度。2)亞共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻后的顯微組織亞共析鋼的C曲線與共析鋼的相比，上部多了一條鐵素體析出線，如圖16—25所示。當(dāng)奧氏體緩慢冷卻時，(見圖16—25中的V1)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物接近于平衡狀態(tài)，顯微組織是珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，例如由V1→V2→V3時，奧氏體的過冷度越大，析出的鐵素體越少，而共析組織(珠光體)的量增加，碳含量減少，共析組織變得更細(xì)。這時的共析組織實際上為偽共析組織。析出的少量鐵素體多分布在晶粒的邊界上。因此，由V1→V2→V3時，顯微組織的變化是：鐵素體+珠光體→鐵素體+索氏體→鐵素體+屈氏體。當(dāng)冷卻速度為V4時，析出的鐵素體極少，最后主要得到屈氏體和馬氏體。當(dāng)冷卻速度超過臨界冷卻速度后奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。碳含量大于0.5％的鋼中，馬氏體間還有少量殘余奧氏體。3)過共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變與亞共鋼相似，不同之處是亞共析鋼先析出的是鐵素體，而過共析鋼先析出的是滲碳體。所以隨著冷卻速度的增加，鋼的組織變化將是：滲碳體+珠光體→滲碳體+索氏體→滲碳體+屈氏體→屈氏體+馬氏體+殘余奧氏體→馬氏體+殘余奧氏體。2、鋼冷卻時所得的各種組織的形態(tài)1)索氏體(S)是鐵素體與滲碳體的機械混合物。其片層比珠光體更細(xì)密，在顯微鏡的高倍(700X以上)放大下才能分辨。2)屈氏體(丁)也是鐵素體與滲碳體的機械混合物。片層比索氏體更細(xì)密，在一般光學(xué)顯微鏡下無法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色組織。當(dāng)其少量析出時，沿晶界分布呈黑色網(wǎng)狀包圍馬氏體。當(dāng)析出量較多時，呈大塊黑色晶團狀。只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層。3)貝氏體奧氏體中溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物叫貝氏體，貝氏體也是鐵素體與滲碳體的兩相混合物，但其金相形態(tài)與珠光體類組織不同，并因鋼的成分和形成溫度不同而有差別。其組織形態(tài)主要有三種：①上貝氏體上貝氏體是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續(xù)分布的滲碳體所組成的非層狀組織。當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時，在光學(xué)顯微鏡下為成束的鐵素體條向奧氏體晶界內(nèi)伸展，具有羽毛狀特征。在電鏡下鐵素體以幾度到十幾度的小位向差相互平列，滲碳體沿條的長軸方向排列成行。上貝氏體中鐵素體的亞結(jié)構(gòu)是位錯。②下貝氏體下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的混合物組織。由于下貝氏體易受浸蝕，所以在顯微鏡下呈黑色針狀。在電鏡下它是以片狀鐵素體為基體，其中分布著很細(xì)的碳化物片，大致與鐵素體片的長軸呈55—650的角度。下貝氏體中的鐵素體亞結(jié)構(gòu)是位錯。③粒狀貝氏體粒狀貝氏體是最近十幾年才被確定的組織。在低、中碳合金鋼中，特別是在連續(xù)冷卻時(如正火、熱軋空冷或焊接熱影響區(qū))，往往會出現(xiàn)這種組織。在等溫冷卻時也可能形成。它的形成溫度范圍大致在上貝氏體相變溫度區(qū)的上部。粒狀貝氏體的金相特征是，較粗大的鐵素體塊內(nèi)存在一些孤立的小島，形態(tài)多樣，呈粒狀或條狀，很不規(guī)則。低倍觀察時，其形態(tài)類似于魏氏組織，但其取向不如魏氏組織明顯。鐵素體包圍的小島，原先是富碳的奧氏體區(qū)，其隨后的轉(zhuǎn)變可以有三種情況：A．分解為鐵素體和碳化物，在電鏡下可見到比較密集的多向分布的粒狀、桿狀或小塊狀碳化物；B．發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變；C．仍然保持為富碳的奧氏體。4)馬氏體(M)是碳在α鐵中的過飽和固溶體，馬氏體的組織形態(tài)是多種多樣的，歸納起來可分為兩大類，即板條狀馬氏體和片狀馬氏體。A．板條狀馬氏體在光學(xué)顯微鏡下，板條狀馬氏體的形態(tài)呈現(xiàn)為一束束相互平行的細(xì)長條狀馬氏體群，在一個奧氏體晶粒內(nèi)可有幾束不同取向的馬氏體群。每束內(nèi)的條與條之間以小角度晶界分開，束與束之間具有較大的位向差。板條狀馬氏體的立體形態(tài)為細(xì)長的板條狀，其橫截面據(jù)推測呈近似橢圓形。由于條狀馬氏體形成溫度較高，在形成過程中常有碳化物析出，即產(chǎn)生自回火現(xiàn)象，故在金相試驗時易被腐蝕呈現(xiàn)較深的顏色。在電子顯微鏡下，馬氏體群是由許多平行的板條所組成。經(jīng)透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，板條狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)是高密度的位錯。含碳低的奧氏體形成的馬氏體呈板條狀，故板條狀馬氏體又稱低碳馬氏體，因形成溫度高。又稱高溫馬氏體。因亞結(jié)構(gòu)為位錯，又稱位錯馬氏體。如圖16-26所示。B.片狀馬氏體在光學(xué)顯微鏡下，片狀馬氏體呈針狀或竹葉狀，片間有一定角度，其立體形態(tài)為雙凸透鏡狀。因形成溫度較低，沒有自回火現(xiàn)象，故組織難以浸蝕，所以顏色較淺，在顯微鏡下呈白亮色。用透射電鏡觀察，其亞結(jié)構(gòu)為孿晶。含碳高的奧氏體形成的馬氏體呈片狀，故稱為片狀馬氏體，又稱高碳馬氏體；根據(jù)形成溫度和亞結(jié)構(gòu)特點，又稱低溫馬氏體，或?qū)\晶馬氏體。如圖16—27所示。馬氏體的粗細(xì)取決于淬火加熱溫度，即取決于奧氏體晶粒的大小。如高碳鋼在正常淬火溫度下加熱，淬火后得到細(xì)針狀馬氏體，在光學(xué)顯微鏡下呈布紋狀，僅能隱約見到針狀，故又稱為隱晶馬氏體。如淬火溫度較高，奧氏體晶粒粗大，則得到粗大針狀馬氏體。5)殘余奧氏體(Ar)當(dāng)奧氏體中碳含量大