一,实验目的
氢氧化钙生产1. 掌握金相样品的制备过程和基本方法;
2. 了解金相显微镜的基本原理,构造,掌握显微镜的正确使用.
二,实验原理
利用金相显微镜观察金相试样的组织或缺陷的方法称为金相显微分析.它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术,在金属材料研究领域中占有很重要的地位. 在现代金相显微分析中,使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜.这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍.
显微镜的基本原理,构造及使用
1. 显微镜的基本原理
最简单的显微镜可以仅由两个透镜组成.图1-1为相显微镜成像的光学原理示意图.图中AB为被观察的物体,对着被观察物体的透镜O1叫物镜;对着人眼的透镜O2叫目镜.物镜使物体AB形成放大的倒立实像A＇＇B＇＇,目镜再将A＇＇B＇＇放大成仍然倒立的虚像A"B".其位置正好在人眼的明视距离约250mm处.在显微镜中所观察的就是这个虚像A"B". 1 显微镜的放大倍数
放大倍数由下式确定:
式中:M—显微镜总放大倍数;
M物—物镜的放大倍数;
M目—目镜的放大倍数;
f物—物镜的焦距;
f目—目镜的焦距;
L—显微镜的光学镜筒长度;
D—明视距离250mm.
由上式可知:f物 ,f目越短或L越长,则显微镜的放大倍数越大.
2 物镜的鉴别率
物镜的鉴别率是指物镜能清晰分辨试样两点间最小距离的能力.物镜鉴别率的数学公式为:
式中:d—物镜的鉴别率;
λ—入射光源的波长;
A—物镜的数值孔径,它表示物镜的聚光能力.
由公式可知,波长λ越短,数值孔径A越大,则鉴别能力就越高d越小,在显微镜中就能看到更细微的部分.数值孔径A可由下列公式求出:
北京时代金相显微镜，金相显微镜式中:η—物镜与物体之间介质的折射率;
φ—物镜孔径角的一半,即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成的角度.
η越大或物镜孔径角越大,则数值孔径越大,由于φ总是小于90,所以在空气介质η=1中使用时,数值孔径A一定小于1,这类物镜称干系物镜.当物镜上面滴有松柏油介质η=1.52时,A值最高可达1.4,这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜,每个物镜都有一个设计额定的A值,刻在物镜体上.
3 显微镜的有效放大倍数
由M=M目·M物知,显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合.如45倍的物镜乘以10倍的目镜或者15倍的物镜乘以30倍的目镜都是450倍.对于同一放大倍数,如何合理选用物镜和目镜呢 应先选物镜,一般原则是使显微镜的放大倍数在该物镜数值孔径的500~1000倍,即
这个范围称为显微镜的有效放大倍数范围,若M1000A,则形成"虚伪放大",组织的细微部分将分辨不清.待物镜选定后,再根据所需的放大倍数选用目镜.
4 景深:即垂直鉴别率,反映了显微镜对于高低不同的物体能清晰成像的能力.
式中:M—放大倍数;
R—半孔径角;
λ—波长;
n—介质折射率.
由式可知n,R越大,景深越小;物距增加,景深增加.在进行断口分析时,为获得清晰的断口凹凸图像,景深不能太小. 5 透镜的几何缺陷
单光通过透镜后,由于透镜表面呈球形,光线不能交于一点,则使放大后的象模糊不清,此现象称球面象差.
多光通过透镜后,由于折射率不同,使光线不能交于一点也会造成模糊图像,此现象称象差.
减小球面象差的办法:可通过制造物镜时采用不同透镜组合进行校正;调整孔径光栏,适当控制入射光束等办法降低球面象差.
减小象差办法:可通过物镜进行校正或采用滤片获得单光的办法降低象差.
2. 显微镜的构造
图1-2为不同型式的金相显微镜的基本构造及光学行程.
图1-2 金相显微镜的基本构造及光学行程
金相显微镜分为台式,立时及卧式三种类型,各种类型又有许多不同的型号.虽然显微镜的型号很多,但基本构造大致相同,现以XJB-1型金相显微镜为例介绍显微镜的构造.
金相显微镜通常由光学系统,照明系统和机械系统三大部分组成,有的显微镜还附有摄影装置.
取样方法
北京时代金相显微镜，金相显微镜图1-3 XJB-1型金相显微镜的光学系统
1-灯泡;2-聚光透镜组;3-聚光镜;4-半反射镜;5-辅助透镜;
6-物镜组;7-试样;8-反光镜;9-孔径光阑;10-视场光阑;
11-辅助透镜;12,13-棱镜;14-物镜
XJB-1型显微镜的光学系统如图1-3所示.由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径光栏9,再经过聚光镜3聚集到物镜的后焦面,最后通过物镜平行照射到试样7的表面上,从试样反射回来的光线又经过物镜组6和辅助透镜5,由半反射镜4转向,经过辅助透镜以及棱镜造成一个被观察物体的倒立的放大实像,该像再经过目镜的放大,就成为在目镜视场中能看到的放大影像.
照明系统:由电源220V经变压器6~8V使灯泡6-8V,15w发光作为光源.还有聚光镜,孔径光栏,视场光栏等装置,组成显微镜的照明系统.
机械系统及其它各部件:
调焦装置:在显微镜体两侧有粗调和微调旋钮.随粗调旋钮的传动,支撑载物台的弯臂作上下移动.微调旋钮使其沿滑轨缓慢移动.
载物台试样台:用于放置金相试样.载物台和下面托盘之间有导轨,用手推动,可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动,以改变试样的观察部位.
孔径光栏:它是用于控制入射光束的粗细,以保证物像达到清晰的程度.
视场光栏:它的作用是控制视场范围,使目镜中视场明亮而无阴影.在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉,用来调整光栏中心.
3. 显微镜的使用规程及注意事项
金相显微镜是一贵重精密光学仪器,使用时要细心谨慎.使用前应先了解显微镜的基本原理,构造及各主要部件的位置和作用,然后再按照使用规程和应注意事项进行操作.
北京时代金相显微镜，金相显微镜1 显微镜的使用规程:
先将显微镜的插头插在低压6~8V变压器上,通过变压器接通电源.
醚链根据放大倍数选用所需物镜和目镜,分别安装在物镜座及目镜筒上.
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将试样放在载物台中心,并使观察面朝向物镜.
用双手旋转粗调旋钮,将载物台降下,使样品靠近物镜,但不接触.然后边观察目镜边用双手旋转粗调旋钮,使载物台慢慢上升,待看到组织时,再旋转微调旋钮,直至图像清晰为止.
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2 使用注意事项:
操作时要细心,动作要轻微.
光学系统等重要部件不得自行拆卸.
使用时如出现故障,应及时报告指导教师进行处理.
显微镜各种镜头严禁用手指触摸或用手帕等擦拭,擦拭镜头需用镜头纸.
显微镜的灯炮电压为6~8v,严禁直接插在220v的电源插座上.
在旋转聚焦旋钮时,动作要慢,碰到阻碍时立即停止操作,并报告指导教师进行处理.
使用完毕,关闭电源,将显微镜恢复到使用前状态,经指导老师检查无误后,方可离开实验室.
金相显微试样的制备
北京时代金相显微镜，金相显微镜金相试样的制备包括取样,磨制,抛光和浸蚀等步骤.
1.取样
试样的选取应根据被检验材料或零件的特点,取其有代表性的部位.例如研究零件的失效原因时,应在失效部位取样,并在完好部位取样,以便对比分析.对于铸造合金,考虑到组织的不均匀性,应从表层到中心各个部位进行选取.对于轧材,研究表层缺陷和夹杂物的分布时应横向取样;研究夹杂物类型,形状,变形程度,带状组织时应纵向取样.对一般热处理后的零件,由于组织均匀,可任意取样
取样时应保证试样观察面不发生组织变化,软材料取样可用锯,刨,车等方法,硬材料取样可用砂轮切片机等方法,脆性材料可用锤击等方法.试样尺寸不宜过大或过小,一般以手拿方便即可,其形状以便于观察为宜.
2.磨制
1 粗磨:粗磨目的是为了获得一个平整的表面,软材料试样可用锉刀锉平;钢铁材料可用砂轮机磨平.磨削时应注意试样对砂轮的压力不宜过大,以免在试样表面上形成较深的磨痕而增加细磨的困难,磨削时应不断用水冷却试样,以免受热引起组织变化,试样边缘要进行倒角,以免在细磨和抛光时划破砂纸和抛光绒布或造成试样从抛光机上飞出伤人.
2 细磨:细磨分手工磨光和机械磨光两种.
手工磨光是用手拿住试样在金相砂纸上进行.金相砂纸按粗细分为01,02,03,04,05号等.细磨时依次从01磨到05号,钢铁材料一般磨到04号即可,软材料如铝,镁等合金可磨到05号砂纸.细磨时必须注意:
1 细磨时应将砂纸放在光滑平整物体如玻璃板上,手指拿住试样,并使磨面朝下,均匀用力由后向前推行磨削.在回程时,提起试样不与砂纸接触,以保证磨面平整而不产生弧度.客流监测系统
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