工程材料学实验指导书

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1、金相显微镜的使用和金相试样的制备一、实验目的(1)了解金相显微镜的光学原理和构造(2)初步掌握金相显微镜的使用方法。(3)掌握金相试样的制备方法.二、实验概述金相显微镜是进行金属显微分析的主要工具。将专门制备的金属试祥放在金相显微镜下进行放大和观察，可以研究金属组织与其成分和性能之间的关系，确定各种金属经不同加工及热处理后的显微组织；鉴别金属材料质量的优劣，如各种非金属夹杂物在组织中的数量及分布憎况，以及金属晶粒度大小等。因此，利用金相显微镜来观察金属的内部组织与缺陷是金属材料研究中的一种基本实验技术。简单地讲，金相显微镜是利用光线的反射

2、将不透明物件放大后进行观察的。在生产与科研中，经常需要利用金相显微镜对金属材料的显微组织进行检验和分析。由于金相显微镜是借助试样表面对光线的反射来呈现显微组织状态的，所以首先要把样品观察面制成光滑平面，而后通过浸蚀使其不同组织显示出微观的凹凸不平，从而在显微镜下观察到亮暗不同的显微组织特征。为了得到合格的金相显微试样，避免因出现假象而导致错误的判断，需要掌握正确的制样方法。下面分别介绍金相显微镜的基本原理和使用方法,以及金相制样方法。三、金相显微镜的原理及使用1、金相显微镜的光学放大原原理金相显微镜是依靠光学系统实现放大作用的，其基本原理

3、如图1—1所示。光学系统主要包括物镜、目镜及一些辅助光学零件。对着被观察物体AB的一组透镜叫物镜O1；对着眼睛的一组透镜叫目镜O2。现代显微镜购物镜和目镜都是由复杂的透镜系统所组成，放大倍数可提高到1600一2000倍。图1—1金相显傲镜的光学放大原理示意图当被观察物体AB置于物镜前焦点略远远处时，物体的反射光线穿过物镜经折射后，得到一个放大的倒立实象A′B′(称为中间象)。若A′B′28处于目镜焦距之内，则通过目镜观察到的物象是经目镜再次放大了的虚象A″B″。由于正常人眼观察物体时最适宜的距离是z50mm(称为明视距离)，因此在显微镜设

4、计上，应让虚象足AB好落在距人眼250mm处，以使观察到的物体影象最清晰.。2．金相显微镜的主要性能(1)放大倍数显微镜的放大倍数为物镜放大倍数M物和目镜放大倍数M目的乘积，即：式中，f物一物镜的焦距，f目一目镜的焦距；L一显显微镜的光学镜筒长度；D一明视距离(250mm)。f物,f目越短或L越长，则显微镜的放大倍数越高。有的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微镜短些。显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证。物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜简上，均标注有放大倍数。放

5、大倍数常用符号“×”表示，如100×，200×等。(2)鉴别率金相显微镜的鉴别率是指它能清晰地分辨试样上两点间最小距离d的能力。d值越小，鉴别率越高。根据光学衍射原理，试样上的某一点通过物镜成象后，我们看到的并不是一个真正的点象，而是具有一定尺寸的白色团斑，四周围绕着许多衍射环。当试样上两个相邻点的距离极近时，成象后由于部分重迭而不能分清为两个点。只有当试样上两点距离达到某一d值时，才能将两点分辩清楚。显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长(λ)和物镜的数值孔径(A)，而d与目镜无关，其d值可由下式计算：在一般显微镜中，光源的波长可通过加滤色

6、片来改变。例如，蓝光的波长(λ＝o．44μ)比黄绿光(λ＝o．55μ)短，所以鉴别率较黄绿光高25％。当光源的波长一定时，可通过改变韧镜的数值孔径A来调节显微镜的鉴别率。(3)物镜的数值孔径物镜的数值孔径表示物镜的聚光能力，如图1—2所示。数值孔径大的物镜聚光能力强，能吸收更多的光线，使物象更清晰。数值孔径A可由下式计算：A＝n·sinφ图1—2物镜孔径角式中M—物镜与试样之间介质的折射率;φ—广物镜孔径角的一半，即通过物镜边缘的光线与物镜轴线所成夹角。28n越大或φ越大，则A越大，物镜的鉴别率就越高。由于φ总是小于90°的，所以在空气介

7、质(n＝1)中使用时，A一定小于1，这类物镜称干系物镜。若在物镜与试样之间充满松柏油介质(n=1.52)，则A值最高可达1．4，这就是显做镜在高倍观察时用的油浸系物镜(简称油镜头)。每个物镜都有一个额定A值，与放大倍数一起标到在物镜镜头上。(4)放大倍数、数值孔径、鉴别率之间的关系显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜组合起来实现，但存在着如何合理选用物镜和目镜的问题。这是因为：人眼在250mm处的鉴别率为0．15—0．30mm，要使物镜可分辨的最近两点的距离众能为人眼所分辨，则必须将d放大到0．15—0．30mm，即：d×M=0．

8、15—0．30mm则在常用光线的波长范围内，上式可进一步简化为：M≈500A-1000A所以，显微镜的放大倍数M与物镜的数值孔径之间存在一定关系，其范围称有效放大倍数范围。在选用物镜时，必须使