金相實驗目的和原理
2012-10-15
bypi
金相實驗目的和原理
1、實驗目的：
金屬材料的機械性質與其顯微組織有密切的關系，而顯微組織因熱處理不同而有變化。本實驗的主要目的在觀察經各種熱處理的碳鋼及鑄鐵的顯微組織，并了解金相試片的準備程序以及金屬顯微鏡的使用方法。
2、實驗材料：
1、純鐵
2、碳鋼
3、鑄鐵等
3、實驗原理：
1、分解能及開口數：現有兩點，若此兩點距離太近時，吾人無法將此兩點清楚地看成兩個點，但此兩點的距離超過某一限值時就能清楚地看成兩個點。能夠將兩點分得清楚的各距離之中，zui短距離稱為分解能?，F有波長（λ）的光，如圖三所示，通過具有折射率ｎ的媒質B射入開口角為２α之透境C內，在屏幕（Screen）D上成像，由于回折效果，試料上的某一點之像并不成為同樣一點，而擴大成為具有直徑ｄ之圖形像。ｄ可用下列公式表示：d=0.61×λ/n×sinα；試料上之某兩點的距離若小于d時,其像則模糊不清無法分認成兩點。由上式可知，要光學顯微鏡上之所謂的分解能提高，只要使波長變小即可，但是可見光之波長界限為4000?~8000?，因此可供使用的λ值zui小無法小于4000?，故欲再提高分解能則將n．sinα之值增大即可。n．sinα之值稱為開口數值(Numerical Aperture)，如圖四所示，市面上所賣之物鏡開口數大多為定數，以圖四為例，其分解能dmin=0.61．4000?/0.65≒0.4μ,這表示使用此物鏡時較0.4μ更小的組織，則無法看清楚。
2、倍率：像的大小與實物大小的比率稱為倍率，觀察金屬的顯微組織時，并非一味地擴大其倍率，務必基于觀察之需要而選用適當的倍率。下表為各種顯微鏡的性能比較。
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種類
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分解能
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有效倍率
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能觀察之組織
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光學顯微鏡
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0.2μ
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10~10３
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鑄造組織、共析組織、結晶粒及扇區構造
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電子顯微鏡
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２?
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103~106
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差排線、Stacking Fault、G-P層
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電界離子顯微鏡
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1?
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106
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原子配位、空孔
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4、實驗方法：
1、先將試料作成直徑約10~20mm，高約20mm以下之適當大小。對于微小或不規則試料須經過鑲埋（Mounting）以方便研磨及觀察。
粗研磨：必要時先以砂輪研磨其表面，再以砂紙(系依SiC之粗度由粗至細按號依次研磨：200、400、800、1200等)研磨其表面。
2、精研磨：利用Al2O3或Cr2O3(1μ及0.3μ之微粒)等與水混合作為研磨液滴于回轉研磨機之轉盤上，轉盤上裝有絨布或其它研磨布，將擬觀察之面輕按于轉盤研磨布上回轉研磨。直到觀察之面達到鏡面似之光澤為止。
3、腐蝕(Etching)：將磨光之平面浸于化學腐蝕液內數秒至數分不等。試片處理時應知事項有下列三點：
金屬之種類及觀察之目的不同，所選擇之腐蝕液亦不同。
腐蝕液切勿殘留在觀察面上。
本實驗中之腐蝕液系使用Nital(HNO3+酒精)，由于Nital能將肥粒鐵(Ferrite)及雪明碳鐵(Cementite)的晶界侵蝕而使組織呈現。
4、洗凈試片：用水及酒精洗凈試片之觀察面，然后以熱風機吹干該試片平面。
組織檢查：依目的之不同選擇適當的倍率來觀察組織。
5、實驗結果之整理：
列表記述各金相試片之材質、熱處理條件、腐蝕條件、觀察倍率及顯微組織。
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試片編號
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材質
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熱處理
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腐蝕條件
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倍率
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顯微組織
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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[注]腐蝕條件包括腐蝕液種類、濃度及時間等
在各金相照片上注明試片編號，并指出各組織的名稱。
6、檢討事項
試說明可見光于金屬表面可看出金屬組織相之理由。
試簡單說明下列各組織之特征：
（1）Pure Iron(純鐵)、（2）Pearlite(波來鐵)、（3）Martensite(麻田散鐵)、（4）Gray Cast Iron(灰鑄鐵)、（5）White Cast Iron(白鑄鐵)
選用40倍物鏡，搭配10倍目鏡，與選用20倍物鏡，搭配20倍目鏡，二者所能觀察到的組織微細程度是否相同？何故？
欲使用高倍率物鏡(40倍以上)觀察組織時，必須先以低倍率物鏡(20倍以下)對焦后，再切換至高倍率物鏡，其理由為何？
