金属学原理实验指导书 - 图文(3)

具有高分辨率彩色、灰度图像采集能力，可以实时动态采集图像；可以多帧平均，去除抖动噪声，提高采集质量。

（2）图像显示

可以任意放大、缩小显示图像；多帧图像可进行层迭、平铺显示以及彩色图像灰度化和灰度图像伪彩色显示。

（3）个性化的图像标注和编辑

采用独特的图像层标注层分离技术，提供丰富的标注工具。时间、日期自动标注；支持无限多个元素子层，能够方便的修改各标注元素的位置、尺寸、字体、颜色等属性；还可将标尺迭加到图像上；显示和打印时系统自动迭加图像层和标注层；系统自动记录标注过程，可重复用于同类试样的标注。

（4）实用的专用测量功能

提供大量符合生产检验和科研需要的专用测量模块。如“金属平均晶粒度评级”、“第二相面积含量测量”、“非金属夹杂评级”、“颗粒度分析”、“渗碳层深度测定”。所有模块均采用GB或国际通用标准，提供丰富的检验报告模板，数据输出快捷方便，用户也可自行设计检验报告。 四、实验组织运行要求

实验原理及操作要领讲授以小班为单位集中讲授，金相试样制备、组织观察及金相显微照片摄制以学生自主训练为主，教师指导为辅。 五、实验条件

（1）普通金相显微镜；（2）砂轮机；（3）抛光机；（4）吹风机；（5）试样；（6）不同型号的砂纸；（7）玻璃板；（8）抛光粉悬浮液；（9）酒精；（10）3-4%硝酸酒精溶液；（11）棉花；（12）图像分析系统； 六、实验步骤

讲解金相显微镜的基本原理、主要结构、使用方法,金相显微试样的制备步骤，设备使用方法,组织分析原理。每人完成一个样品制备,在金相显微镜下观察显微组织，试样合格后再进行显微图像采集和输出。 七、思考题

1、何谓分辩率，影响分辩率的因素有哪些？ ２、数值孔径NA的含义是什么？

八、实验报告

简述实验目的、显微镜光学原理和金相试样的制备过程并附上所拍摄的金相照片，对影响金相图像质量的因素进行讨论并回答思考题。

实验2：金属凝固原理与缺陷组织分析综合实验

实验学时：4 实验类型：综合 实验要求：必修 一、实验目的：

(1) 观察硝酸银的结晶过程；

(2) 熟悉常见缺陷的宏观及微观组织的特征、形成原因及影响。 二、实验内容：

（1）硝酸银结晶过程的观察；

（2）观察热加工宏观、微观缺陷，了解缺陷特征，分析产生原因。 三、实验原理、方法和手段 （一）盐（硝酸银）的结晶

盐和金属均为晶体。由液态凝固形成晶体的过程叫结晶。不论盐的结晶或金属的结晶都遵循形核和核的长大规律。形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。晶核形成后通常均按树枝状方式长大形成树枝晶体即枝晶。

由于临界晶核的尺寸很小，晶核的大小不能用肉眼看到，在实验室只能见到正在长大的枝晶，通过直接观察透明盐类(如硝酸银等)的结晶过程可了解树枝晶体的形成过程。

在玻璃片上滴上一滴硝酸银溶液，在硝酸银的水溶液中放入一小段细铜丝,铜将开始溶解,而银则沉淀出来,在显微镜下观察银的枝晶的生长过程。硝酸银的结晶第一阶段是在细铜丝边缘形成一圈细小的等轴晶体，结晶的第二阶段是形成较为粗大的晶体，晶体迅速生产，直至布满整个液滴。其成长的方向是沿铜丝的垂直方向延伸，因此形成了比较粗大的、带有方向性的柱状晶。 （二）热加工常见缺陷

(1)缩孔 多数金属在凝固时均发生体积收缩，因此缩孔难以避免。缩孔可分为集中缩孔与分散缩孔。一般集中缩孔控制在钢锭或铸件的冒口处，然后加以

切除。若缩孔较深切除不净时即成为残余缩孔或因铸型设计不当，铸锭上部而基本凝固，因心部在冷凝时未能及时得到液体金属的补充，即形成二次缩孔。 残余缩孔或二次缩孔呈中心树根状孔洞，在缩孔附近一般会出现密集的夹杂物、疏松或偏析，以此作为区别残余缩孔与各种内裂的依据。铸件中存在缩孔，显著地降低其力学性能，甚至在使用过程中发生断裂事故，有缩孔存在的钢锭，经轧制而未能良好焊合的缩孔，需完全切除，否则在继续加工中导致锻造裂纹或板材、带材的分层现象。

(2)气泡 凝固时由液体金属中释放的气体，因浇铸条件不良如铸型生锈、涂料中存在较多水分与金属液作用产生的气体，在金属已完全凝固时很难逸出，于是有一部分就包容在处于塑性状态的金属中而形成气孔即气泡。

铸件中最常见的气泡呈圆形或椭圆形。一般由液态金属中析出的气体而形成的气泡壁具有金属光泽，表面光滑，如图1所示。

图1 气泡 图2 皮下气泡

在钢锭表面或附近的气泡称为皮下气泡。常由铸型生锈或涂料不当而产生，呈圆形或椭圆形光滑孔洞，热加工后呈垂直于表面的裂纹。见图2。

气泡减少铸件的有效截面，由于缺口效应大大降低材料的强度；铸锭中的气泡通过热加工可以焊合，但压力加工中可能被氧化而不能焊合，导致细裂纹或裂缝或分层现象。

(3)缩松 凝固时枝晶间隙因得不到液体补充，而形成的显微缩孔。 大的缩松在经切削加工后的表面上用肉眼或低倍放大镜即能观察到，而小的疏松则经酸蚀后才能发现或用显微镜进行观察。缩松集中于钢坯轴心部分称为中

心缩松。

钢锭中的缩松经压力加工可得到很大改善，但严重者，因压力加工时压缩比不够等原因仍存在，如在钢锭残余缩孔、气泡因焊合不良处仍可能存在疏松。 缩松的存在影响铸锭及铸件的致密度和机加工后的表面光洁度，降低其力学性能；对用作液体容器或管道的铸件，若存在相互联接的疏松时，不能通过水压试验或在使用中发生渗漏现象而报废。

(4)偏析 铸件或铸锭中化学成分不均匀的现象。常见有枝晶偏析、方框偏析。

① 枝晶偏析 固溶体合金凝固过程中，由于扩散不充分，使得同一个晶粒内后凝固的部分与先凝固的部分成分不同，愈靠近枝晶中心则富含高熔点的组元，愈靠近枝晶边缘则富含低熔点组元，因此凝固后便存在晶粒范围内的成分不均匀现象，经磨片浸蚀呈现树枝状分布。这种偏析在铸钢中尤其常见。 同理，各个树枝状晶体之间最后凝固的部分，通常为低熔点组成物和不可避免的杂质，它们与晶粒本身的成分不同，称为晶间偏析。

② 方框偏析 在钢锭的横截面上，因凝固时杂质被推向柱状晶的前沿，聚集在与中心等轴晶相遇处，酸蚀后出现腐蚀较深的方框区域。方框偏析是钢锭中的一种区域偏析。钢锭中存在区域偏析，特别是硫偏析(可富集达300～400%)、磷偏析(可富集达100—200%)强烈地降低钢的质量，并给以后的加工造成种种困难，导致材料的损害和机件的破坏。如硫偏析能破坏金属的连续性，在钢锻造时引起热脆，在轧制钢板时产生夹层，在承受交变载荷的零件中是引起疲劳断裂的主要原因之一。磷偏析使钢具有冷脆性，并促使钢的回火脆性。

(5)魏氏组织 是铸钢中常见的一种缺陷组织，如图3所示。亚共析钢铸造后，在高温下形成的奥氏体晶粒往往比较粗大，并以一定速度冷却时，铁素体与奥氏体以一定的共格关系析出，铁素体由晶界向晶内呈针状长大，使材料冲击韧性下降，进行退火或正火可消除。

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