金属学实验指导书

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1、材料与冶金学院《材料专题实验Ⅰ》实验指导书卫广智马瑞张忠全编写适用专业材料科学与工程：材料物理冶金工程材料实验中心32目录1、实验一：金相显微镜结构与使用······················································································42、实验二：金相试样的制备·································································································1

2、75、实验五：碳钢及铸铁平衡组织的观察与分析·····································································376、实验六：金相显微摄影······································································································4332实验一：金相显微镜结构与应用实验学时：2学时实验类型：验证性实验实验要求：必修一、实验目的（一）了解金相显微镜的构造；（二）掌握

3、金相显微镜的使用方法。二、实验内容（一）观察直立式与倒立式两种金相显微镜的构造与光路；（二）操作显微镜、比较熟练地掌握聚焦方法，了解孔径光阑。视场光阑和滤光片的作用；（三）熟悉物镜，目镜上的标志并合理选配物镜和目镜；（四）分别在明场照明和暗插照明下观察同一试样，分析组织特征及成因；（五）借助物镜测微器确定目镜测微器的洛位三、实验原理、方法和手段（一）金相显微镜的构造光学金相显微镜的构造一般包括放大系统、光路系统和机械系统三部分，其中放大系统是显微镜的关键部分。1、放大系统（1）显微镜的放大成象原理显微镜放大基本原理如图1-1所示。图1-1显微镜

4、放大成象原理示意图32由图可见，显微镜的放大作用由物镜和目镜共同完成。物体AB位于物镜的焦点F1以外，经物镜放大而成为倒立的实象A1B1，这一实象恰巧落在目镜的焦点F2以内，最后由目镜再次放大为一虚象A2B2，人们在观察组织时所见的象，就是经物镜、目镜两次放大，在距人眼约250mm明视距离处形成的虚象。由图1-1可知：物镜的放大倍数目镜的放大倍数将两式相乘说明显微镜的总放大倍数M等于物镜放大镜放大和目镜放大倍数的乘积。目前普通光学金相显微镜最高有效放大倍数为1600～2000倍。另外，参照图1-1，如果忽略AB与F1，A1B1与F2间距，依相似

5、三角形定理可求出：式中，△为光学镜筒长度：f物为物镜焦距。固光学镜筒长度为定值，可见，物镜放大倍数越高，物镜的焦距越短，物镜离物体越近。（2）透镜象差透镜在成象过程中，由于受到本身物理条件的限制，会使映象变形和模糊不清。这种象的缺陷称为象差．在金相显微镜的物镜．目镜以及光路系统设计制造中，虽将象差尽量减少到很小的范围，但依然存在．象差有多种，其中对成象质量影响最大的是球面象差、色象差相象域弯曲三种。1）球面象差由于透镜表面为球面，其中心与边缘厚度不同，因而来自一点的单色光经过透镜折射后，靠近中心部分的光线偏折角度小，在离透镜较远的位置聚图1-2

6、球面相差示意图焦；而靠近边缘处的光线偏折角度大，在离透镜较近的位置聚焦．因而必然形成沿光轴分布的一系列的象，使成象模糊不清，这种现象称为球面象差。如图1-2所示。32球面象差主要靠用凸透镜所组成的透镜组来减小。另外，通过加光栏的办法，缩小透镜成象范围，也可以减小球面象差的影响。2）色象差色象差与光波波长有着密切关系。当白色光中不同波长的光线通过透镜时，因其折射角度不同而引起象差。波长愈短，折射率愈大，其焦点愈近；波长愈长，折射率愈小．则焦点愈远，因而不同波图1-3色差示意图长的光线，不能同时在一点聚焦，致使映象模糊。或在视场边缘上见到彩色环带，

7、这种现象称为色象差。如图1-3所示。色象差同样可以靠透镜组织来减小影响。在光路中加上滤光片，使白色光变成单色光也能有效地减小色象差。3）象域弯曲垂直于光轴的平面，通过透镜所形成的象．不是平面而是凹形的弯曲象图1-4象域弯曲示意图面，这种现象叫象域弯曲。如图l-4所示。象域弯曲是由于各种象差综合作用的结果。一般物镜都或多或少地存在着象域弯曲，只有校正极佳的物镜才能达到趋近平坦的象域。（3）物镜显微镜观察所见到的象是经物镜和目镜两次放大后所得到的虚象，其中目镜仅起到将物镜放大的实象再放大的作用。因此，显微镜的成象质量如何，关键在物镜。1）钓镜的种类

8、按象差校正分类，常用物镜的种类如表1-1所示。其中消色差物镜结构简单、价格低廉，象差已基本上于以校正，故普通小型金相显徽镜多采用这种物镜。另外，按物体