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材料科学基础实验指导书

实验一 金相显示微镜的基本原理、构造及使用， 实验二 金相试样的制备 实验三 铁碳合金平衡组织分析 实验四 钢的热处理工艺

实验五 碳钢热处理后的显微组织观察， 实验六 合金钢的显微组织分析 实验七 铸铁的显微组织分析

四川大学制造学院 材料成型及控制工程系

2006.9

实验一 金相显示微镜的基本原理、构造及使用

一、实验目的

熟悉金相显微镜的原理、构造，使用和维护，为掌握金相微分析方法打下理论和实践基础。

二、实验说明

金要显微分析是用金相显微镜观察金属内部组织以及微不夹杂物，微裂纹和微小缺陷（这些都是用肉眼、放大镜看不见的，至少是看不清楚的）以分析判断金属材料的治炼，加工工艺的正确性和金属材料性能的优劣。金相显微分析是材料科学和主要研究手段，所以金相显微镜就成了金相分析的主要工具。

（一）显微镜的基本原理

显微镜的光学原理如图1—1所示，光学系统包括物镜、目镜及一些辅助光学零件，物镜和目镜分别由两组透镜组成，对着物质AB的一组透镜组成物镜O1，对着人眼的一组透镜组成目镜O2。现代显微镜的物镜、目镜都由复杂的透镜系统组成。

物镜使物体AB形成放大的倒立实象A?B?（称中间象），目镜再将A?B?放大成仍然倒立的虚象A??B??，其位置正好在人眼的明视距离处（即距人眼250mm处）。我们在显微镜目镜中看到的就是这个虚象A??B??。

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图1—1 显微镜的光学原理示意图

显微镜的主要性如如下： 1． 显微镜的放大倍数 放大倍数由下式来确定：

M?M物?M目?LDf物f目

式中：M—显微镜放大倍数

M物—物镜的放大倍数 M目—目镜的放大倍数 f物—物镜的焦距

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f目—目镜的焦距

L—显微镜的光学镜筒长度 D—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大。在使用时，显微镜的放大倍数就是物镜和目镜的放大倍数的乘积。有的小型显微镜的放大倍数需乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比规定的显微镜筒短。

2．显微镜的鉴别率

显微匀的鉴别率指它能清晰地分辨试样上两点最小距离d的能力。在普通光线下，人眼能分辨两点间的最小距离为0.15~0.30mm，即人眼的鉴别率d为0.15~0.30mm，而显微镜当其有效放大倍数为1400倍时，其鉴别率d为0.21×10-3mm。显然。d值越小，鉴别率就越高，鉴别率是显微镜的一个最重要的性能。它可由下式计算：

d??1A

式中：λ—入射光线的波长

A—物镜的数值孔径

显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长和物镜的数值孔径，与目镜无关。光线的波长可通过过滤色片来选择。兰光的

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波长（λ=0.44μ）比黄绿光（λ=0.55μ）短，所以鉴别率较黄绿光大25%。当光线的波长一定时，可通过改变物镜的数值孔径来调节显微镜的鉴别率。

3．物镜的数值孔径

数值孔径A表示物镜的集光能力，如图1—2所示

A?nsin? 式中：n—物镜与试样之间介质的折射率

φ—物镜孔径角的一半

n越大或φ角越大，则A越大。由于φ总是小于90°的，所以在空气介质（n=1）中使用时，A一定小于1，这类物镜称干系物镜。当物镜与试样之间充满松柏油介质（n=1.5）时，A值最高可过1.4。这就是显微镜在高倍观察时用的油浸系物镜（简称油镜头）。每个物镜都有一个设计额定的A值。它标刻在物镜体上。

图1—2 物镜的孔径角

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