机械工程材料实验指导书

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1、机械工程材料实验指导32实验一：金相显微镜的原理、构造及使用[实验目的]1、了解金相显微镜的基本构造及工作原理。2、掌握金相显微镜的使用方法。[实验内容]1、观察显微镜的构造，了解各部件的作用。2、装好显微镜的物镜、目镜，调好光阑进行观察。3、用不同的放大倍数观察同一试样并画出所观察的组织示意图。[实验报告要求]1、写出实验目的及所用设备。2、写出实验步骤。3、画出所观察到的显微组织示意图，并对实验现象进行分析。[实验原理]用于研究金属显微组织最常用的光学显微镜是金相显微镜，它是一种反射式显微镜。1.显微

2、镜的成相原理显微镜的基本放大原理如图1--1所示。起放大作用主要由焦距很短的物镜和焦距较长的目镜来完成。为了减少像差，显微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成的复杂的光学系统，其中物镜的构造尤其复杂。为了便于说明，图中的物镜和目镜都简化为单透镜。物体AB位于物镜的前焦点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形成一个倒立放大的实像A'B'，这个像位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点的位置上，作为目镜的物体。目镜将物镜放大的实像再放大成虚像A''B''，位于观察者的明视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察。在视网膜上形成的

3、是实像A'''B'''。图1—1显微镜的成像原理图2.显微镜的照明系统金相显微镜的光源通常采用钨丝灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。2.1钨丝灯一般中小型显微镜照明部分采用6—8伏钨丝灯泡做光源。其原理是光线通过物镜射至试样表面，然后靠金属本身反射能力，由试样表面反射，再通过物镜进行放大，这种灯适合于金相显微组织的观察。322.2氙灯其特点是光强高，输出稳定，寿命较长，此外，它具有类似日光性质的连续光谱，可用于彩色照相。是金相显微组织观察的最新光源之一。氙灯容易爆炸，因此，在使用时要特别注意安全。使用时间最多不

4、得超过规定时间的125%，尽量减少启动次数可以显著延长氙灯的使用寿命。2.3其他照明系统目前金相显微镜中供观察用的低压钨丝灯已逐渐为卤素灯所取代，卤素灯的灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。另外还有碳弧灯，它是利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度很高的光，但由此产生的电弧跳动，导致光源不稳定，特别不利于照明，这是它的缺点。3.显微镜的光程调节部分光程中主要调节部分是光阑。在金相显微镜光源系统中常放置着两个孔径可变的光阑，分别为孔径光阑和视场光阑。总的目的是为了提高最后映像的质量。

5、3.1孔径光阑主要调节入射光线粗细，具体调节将根据直接观察映像清晰度判定。3.2视场光阑主要是为减少镜筒内的反射光和炫光，从而提高映像的衬度，因此，常将视场光阑缩小到最低限度。除光阑外，还常常在孔径光阑后加滤光片，以提高映像质量。4.显微镜的物镜及目镜物镜是靠近观察物体的一组透镜。物镜是显微镜中主要零件。物镜的主要特性参数有：放大率、数值孔径、鉴别能力。4.1放大率物镜放大率取决于物镜的焦距，它与光学镜筒的长度有关，焦距越短，放大倍数越高。所以，物镜放大率除直接用放大倍数表示外，也可以用焦距表示。常用的物

6、镜的放大率有8x、45x（或40x）、100x三种。4.2数值孔径数值孔径表示物镜收集光线的能力。物镜对试样上各点的反射光收集的越多，成像质量就越好。它取决于物镜的角孔径大小和介质的折光系数。4.3分辨率显微镜的分辨率用它能清晰分辨试样上两点间的最小距离d表示。分辨率是物镜对于试样最细微组织形式清晰可辨映像的能力。物镜的作用是使物体放大成实像，目镜的作用是使这个实像再次放大；这就是说目镜只能放大物镜已分辨的细节，物镜未能分辨的细节，决不会通过目镜放大而变的可分辨。因此，显微镜的分辨率主要取决于物镜的分辨率

7、。物镜分辨率的表达式如下：由式中看出，物镜鉴别能力d与光源波长成正比，波长越短，d越小，因而鉴别能力越高。放大率和数值孔径常常刻在物镜的外壳上。4.4目镜是靠近人眼的一组透镜，目镜的作用在于将经过物镜放大的实像再次放大。目镜放大倍数通常为5x、7。5x、10x、15x、20x数种。325.常用金相显微镜介绍图1—2XJ-16金相显微镜结构示意图图1—3XJ-16金相显微镜的光路图金相显微镜种类较多，国内普遍使用的是4X型和XJ-16型。这两种显微镜均为倒立式，样品台位于显微镜的上方，可在水平方向上做二维运

8、动，显微镜的物镜为消色差物镜，放大率有10X，45X或（40），100X（油浸系）三种。目镜有5X，10X，15X，三种。显微镜光源为6-8伏的钨丝灯，这种显微镜孔径光阑和视场光阑连续可调，并附带照相设备，可照120底片的金相照片。除此以外，显微镜还包括底座、载物台、粗调手轮、微调手轮、物镜座等机械部分。6.大型金相显微镜XJG-05型大型卧式金相显微镜：显微镜与摄影部分靠连接筒连成一个整体，这种显微镜连接有较大暗盒，底片尺寸