实验一 金相显微镜的使用及金相试样的制备.pdf

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1、实验一金相显微镜的使用及金相试样的制备一、实验目的1、了解金相显微镜的构造、光学原理；2、掌握金相显微镜的使用及维护方法；3、掌握金相试样的制备及腐蚀方法；4、熟悉如何具体分析试样的金相组织，抓住其组织特点，并正确纪录金相组织。二、实验原理利用金相显微镜来研究金属和合金组织的方法叫显微分析法。金相显微分析是研究金属材料的显微组织及缺陷的主要方法之一，它可以发现金属组织方面的很多问题，如非金属夹杂、金属与合金的组织形貌、晶粒的大小和形状、偏析、裂纹以及热处理操作是否合理等。金相显微镜是金相显微分析用的重要光学仪器，为了能观

2、察到清晰的显微组织，首先要了解金相显微镜的构造及使用方法，并制备好金相试样。（一）金相显微镜的光学原理正常人眼看物体时，最适宜的距离大约是250mm左右，此时可以很好地区分物体细微部分而眼睛又不致疲劳，此距离称为明视距离。人眼在明视距离处能分辨的两点间最小距离为0.15~0.30mm，因此在观察金属材料细微组织时，需借助金相显微镜放大。最简单的显微镜可由两个透镜组成。图1-1为显微镜光学成像原理示意图。对着被观察物体AB的透镜叫物镜，对着人眼的透镜叫目镜。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

3、然倒立的虚像A′′′′B，其倒立位置正好在人眼的明视距离处，于是，在显微镜目镜中看到清晰的图像A′′′′B。图1-1显微镜光学成像原理示意图放大倍数(M)：1LDMMM=⋅=⋅物目ff物目式中：M：显微镜总放大倍数；M：目镜放大倍数；M：物镜放大倍数；f：物镜的目物物焦距；f：目镜的焦距；L：显微镜的光学镜筒长度；D：明视距离(250mm)。目由上式可知，从f、f越短或L越长，则显微镜放大倍数越大，使用时显微镜总的放物目大倍数就是物镜和目镜放大倍数的乘积。有的显微镜为避免镜筒过长而操作不便，缩短了物镜与目镜间的距离。因此

4、，显微镜的放大倍数则应再乘上一个修正系数G，即M=××GMM物目式中G称为镜筒系数。例如：德国Zeiss公司的Lug型和Epignost型立式显微镜，其修正系数G为0.63。显微镜的放大倍数主要通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达30倍。放大倍数用符号“×”表示，例如物镜的放大倍数为25×，目镜的放大倍数为10×，则显微镜的放大倍数为(25×)·（10×）＝250×。放大倍数均分别标注在物镜与目镜的镜筒上。在使用显微镜观察物体时，应根据其组织的粗细情况选择适当的放大倍数，以细节部分观察得清晰

5、为准，不要盲目追求过高的放大倍数，因为放大倍数与透镜的焦距有关，放大倍数越大，焦距必须越小，结果会带来许多缺陷，同时所看到物体的区域也越小。显微镜的成像量除了放大倍数外，还表现在透镜的几何光学的完善性及显微镜的鉴别率等方面。（二）透镜成像的主要缺陷普通的单片透镜在成像过程中，由于几何光学条件的限制及其它因素的影响，不能得到理想的物像，常使成象变形或模糊不清，这种缺陷主要是球面像差和色差等造成的。各种像差的存在影响显微镜的成像质量，在设计中可尽量使之减少，但不可能完全消除。球面差的产生是由于透镜的表面呈球曲形，通过透镜中心

6、和边缘的光线折射以后不能交于一点，分成几个交点前后分布，致使物像不够清晰。色差的产生是由于白光中各种不同波长的光线在穿过透镜时折射率不同，其中紫光的波2长最短，折射率最大，在距透镜最近处成像；红色光线的波长最短，折射率最小，在距透镜最远处成像；其余的黄、绿、蓝等光线则在他们之间成像。这些光线所产生的像不能集中于一点，而呈现带有彩色边缘的光环(如图l-2所示)。图1-2轴向色差的示意图通常采用的校正方法是加滤光片，也可使用复合透镜。根据对透镜球面差和色差的校正程度不同，可将物镜分为消色差物镜、复消色差物镜、平面消色差物镜、

7、平面复消色差物镜、半复消色差物镜等多种。降低球面像差的办法，除了制造物镜时采取不同透镜的组合进行必要的校正外，在使用显微镜时也可采取调节孔径光栏，适当控制入射光束的粗细，把光圈边缘的光线挡住，只让中心部分的光线通过，就可以减少球面差。但是光圈太小，也会使物象的清晰度降低。消除色像差的办法是在制造物镜时进行校正。根据校正程度，物镜可分为消色差物镜和复消色差物镜。消色差物镜(镜头上标有Achromatic)是金相显微镜中结构较简单且常用的物镜，它适用于低倍和中倍放大，可在黄绿光区校正球面差，在红绿光区校正色差。所以使用时最好

8、与黄绿色滤光片配合使用；复消色差物镜(镜头上标有Apochromatic)是由多组特殊光学玻璃和萤石制成的高级透镜组，对色差的校正是很完善的，对球面差也有较好的校正，适用于高倍放大（见图1-3）。目镜分普通目镜和补偿型目镜。补偿型目镜在放大倍数前标注有“K”字或“C”字，如K20×，以示区别。补偿型目镜与复消色差物镜