合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察一、实验目的
二、使用的设备仪器
三、实验方法、步骤
四、实验结果
画出下列材料的显微组织示意图，并用箭头标明示意图中所示组织的名称
材料名称：W18C
r 4V材料名称：W18C
r
4V
处理状态：退火处理状态：淬火
组织：组织：
材料名称：灰口铸铁材料名称：球墨铸铁处理状态：铸造处理状态：铸造
组织：组织：
材料名称：LY102材料名称：可锻铸铁
组织：组织：
材料名称：蠕墨铸铁材料名称：H62
处理状态：铸造处理状态：退火
组织：组织：
五、回答问题
1.根据显微组织观察，分析高速钢不同的热处理条件下其
组织特点各是什么，并说明其性能差异有哪些？
2.将灰口铸铁的组织与性能同球墨铸铁进行比较，分析它
们的组织差别和性能差别。
3.试分析变质处理对硅铝明合金的作用。
工程材料学实验（常用金属材料的显微组织观察） 何艳玲编写 机电工程学院材料系
常用金属材料的显微组织观察 一、实验目的 1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。 2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。 二、概述 1．几种常用合金钢的显微组织 合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。 1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体，如图1、2所示。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织，如图3所示。 图1 16Mn淬火组织图2 40Cr钢调质后的组织 图3 GCr15钢淬火低温回火后组织图4 W18Cr4V淬火三次回火后的组织
2)高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。 高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。 高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)(图4)。 3)不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9即18-8钢。它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织。这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体+(Cr，Fe)23C6。为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理。为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织，如图5所示。 但是1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低。目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力很强的元素Ti，Nb等。因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8Ni9Ti 等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。 200× 500× 图5 1Crl8Ni9钢固溶处理后的组织 2．几种常用有色金属的显微组织 1）铝合金应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类。依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。
铸铁的分类及特性 从铁碳相图中知道，含碳量大于 2.06%的铁碳合金称为铸铁 尽管铸铁强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造，但它具有优良的铸造性、减摩性、切削加工等一系列性能特点；另外其生产设备和工艺简单、价格低廉，因此得到了广泛的应用。 1.铸铁的分类 铸铁的常用分类方法有两种：一是按石墨化程度；二是按石墨结晶形态。 按石墨化程度可分为： ①灰口铸铁：即在第一和第二阶段石墨化过程中都得到了充分石墨化的铸铁，其断口呈暗灰色。 ②白口铸铁：即第一、二和三阶段的石墨化全部被抑制，完全按Fe—Fe s C相图进行结晶而得到的铸铁。 ③麻口铸铁：即在第一阶段的石墨化过程中便未得到充分石墨 化的铸 铁。 按石墨结晶形态分： ①灰口铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈片状结晶。 ②可锻铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈固絮状。 ③球墨铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈球状。 2.铸铁的编号基本性能及用途
(1)灰口铸铁：根据GB976 —67所规定的编号、牌号用“HT 表示灰口铸铁，后面两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。女口HT20 —40表示抗拉强度和抗弯强度最低值为200MN/m2 和 400MN/m2。 灰口铸铁具有优良的铸造性、切削加工性，优良的减摩性。 良好的消震性和缺口敏感性，故而灰口铸铁主要用于制造各种承受压力和要求消震性的床身、机架、复杂的箱体、壳体和经受磨擦的导轨、罐体等。 （2）可锻铸铁：按GB978 —67规定牌号以“ KT”和 “ KTZ ” 表示可锻铸铁，其中“ KT”表示铁素体可铸铸铁， “ KTZ ”表示珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字表示其最低抗拉强度和延伸率。 可锻铸铁的机械性能，特别是冲击韧性普遍较灰口铸铁高，但由于其成本高，故而应用不是很广泛，主要用于制造一些小型铸铁。 （3）球墨铸铁：按GB1348—78规定，球墨铸铁以“ QT” 表示，后面数字同可锻铸铁一样。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁的优点，如良好的减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性，甚至可与锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球墨铸铁还可适应各种热处理，使其机械性能提高到更高的水平。 球铁主要用来代替钢，如铁素体球墨铁可代替35、40#钢，珠 35CrMo、40CrMnMo 及20CrMnTi。 光体铸铁可代替
扫描电镜分析实验 一实验目的 1. 了解扫描电子显微镜的原理、结构； 2. 运用扫描电子显微镜进行样品微观形貌观察。 二实验原理 扫描电镜（SEM）是用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。试样为块状或粉末颗粒，成像信号可以是二次电子、背散射电子或吸收电子。其中二次电子是最主要的成像信号。由电子枪发射的电子，以其交叉斑作为电子源，经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式扫描。聚焦电子束与试样相互作用，产生二次电子发射以及背散射电子等物理信号，二次电子发射量随试样表面形貌而变化。二次电子信号被探测器收集转换成电讯号，经视频放大后输入到显像管栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。扫描电镜由下列五部分组成，如图1（a）所示。各部分主要作用简介如下： 1.电子光学系统 它由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成，如图1（b）所示。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪，
其性能如表2所示。前两种属于热发射电子枪，后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪。由表可以看出场发射电子枪的亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。 电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。 六硼化镧阴极电子枪105～1061～10 ≈500 10－4 场发射电子枪107～108 0.01～ 0.1 ≈5000 10-7～10－8 样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移运动。 2.扫描系统 扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3.信号检测、放大系统 样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光
铸铁的显微组织分析 储万熠 冶金1302 实验材料及方法 一、实验目的 1.各种类型铸铁的纤维组织观测，并画出石墨的基本形貌。 2.学会如何辨别白扣铸铁，灰口铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁（展性铸铁，玛钢）， 麻口铸铁。 3.学会如何利用Fe-C和Fe-Fe3C相图理解铸铁的显微组织，包括石墨的形状，基体 显微组织的类型（Ferrite铁素体，珠光体，贝氏体等）。显微组织与性能之间的 关系。 4.独立撰写，提交实验报告，讨论部分必须包括以下主题：不同类型铸铁的显微组 织，以及如何得到这些显微组织；石墨化势，微量元素（Ce/Mg），变质处理，在 共析间隙的冷速，和石墨化退火对铸铁显微结构的影响。 二、实验设备与材料 1.光学显微镜 2. 三、分析讨论
墨，其基体组织为铁素体，灰口铸铁的化学成分主要是 内的基本相主要有两种，即铁素体和石墨。 从组织可以看出灰口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形式存在， 基体上加上片状石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）会得到灰铸铁。 体中许多小的裂纹。 体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多。但也有许多钢没有的优良性能：良好的切削加工性，良好的铸造性能，良好的减磨性，较低的缺口敏感性。 保留相当一部分莱氏体。 分主要是 的基本组织主要有三种，即珠光体、变态莱氏体和石墨。 亮的游离渗碳体和暗黑色的石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）或者只进行孕育处理会得到麻口铸铁。
片状的石墨，其基体组织为铁素体，变质灰口铸铁的化学成分主要是 等。灰口铸铁内的基本相主要有两种，即铁素体和石墨。 色。 全部以细小片状石墨形式存在， 当于钢基体上加上片状石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）并加入孕育剂进行孕育处理会得到变质灰口铸铁。 体中许多小的裂纹。 体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多。但也有许多钢没有的优良性能：良好的切削加工性，良好的铸造性能，良好的减磨性，较低的缺口敏感性。 铸铁， 成的。 生分解，形成团絮状石墨。 体，富碳相为石墨，石墨为团絮状存在。 比片状石墨的轻，所以，可锻铸铁的强度和范性与灰口铸铁的相比有明显提高。 基体可锻铸铁虽然在范性、 铁素体可锻铸铁， 高，耐磨性好。
科学实验报告格式图片已关闭显示，点此查看 ××学科实验报告 图片已关闭显示，点此查看 实 图片已关闭显示，点此查看 验学专班姓指导日机化学实验报告 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 业：化学工程与工艺教 有 一、 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 二、 图片已关闭显示，点此查看
三、主要试剂及物理性质四、试剂用量规格五、仪器装置六、实验步骤及现象 七、实验结果八、实验讨论 实验一金属材料显微分析的基本方法 一、实验目的： ? ? ? ? ? 了解金相显微镜的构造、原理及使用规则；掌握金相显微试样制备的基本操作方法。 通过观察，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织； 了解并掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。 二、实验概述： ? 金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法金相显微分析法：利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法。 1.金相显微镜的构造、原理及使用； 2.金相显微试样的制备方法。 为了能够在金相显微镜下真实地、清楚地观察到 金属内部的显微组织，需要精心地制备金相显微试样。 ? 金相试样的制备过程主要步骤有： 图片已关闭显示，点此查看
图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 ? 本实验金相试样制备过程的步骤如下: 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 图片已关闭显示，点此查看 3.观察碳钢和白口铸铁的平衡组织分析各种相组分和组织组成物的特征碳钢：亚共析钢、共析钢、过共析钢白口铸铁：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁相或组织：铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体区
合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察 一、实验目的 1. 观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。 2. 了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。 二、观察下列合金试样的组织 编 号 钢号处理过程显微组织腐蚀剂 1 W18Cr4V 铸造屈氏体+莱氏体4%硝酸酒精 2 W18Cr4V 退火碳化物+索氏体∥ 3 W18Cr4V 1280℃油淬马氏体+初生碳化物+A，∥ 4 W18Cr4V 1280℃油淬560℃ 回火 回火马氏体+碳化物∥ 5 1Cr18Ni9Ti 1100℃固溶处理奥氏体（内有孪晶）王水 6 灰口铸铁（基P）铸造4%硝酸酒精P+片状石墨 7 可锻铸铁（F基）可锻化退火4%硝酸酒精F+团絮石墨 8 球墨铸铁（F+P 基） 铸造4%硝酸酒精牛眼睛 9 硅铝明（ZL102）铸造未变质0.5HF水溶液（Si +α）共晶1 硅铝明（ZL102）铸造变质0.5HF水溶液α+（Si+α） 1 1 单相黄铜（H70）冷加工退火 3%FeCl3+10%HCl 水溶液 单相α（孪晶） 1 2 两相黄铜（H63）铸造退火 3%FeCl3+10%HCl 水溶液 α+β′ 1 3 锡基巴比合金 ZChSnSb11—6 铸造4%硝酸酒精 α（黑基体）+ β′（方块） +Cu3Sn星状 三、实验内容讨论（一）合金钢
合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在的基本相有：合金铁素 体、合金奥氏体、合金碳化物（包括合金渗碳体、特殊碳化物）及金属间化 合物等。其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳 钢中的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不 同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。 1.高速钢 高速碳是高合金工具钢，具有良好的红硬性，即使工作温度达到600℃ 时，仍保持高的硬度和切削性能。经常用它来制造各种刀具。这里以典型的 W18Cr4V （简称18—4—1）钢为例加以分析研究。 W18Cr4V 的化学成分为：0.7~0.8%C ，17.5~19%W ，3.8~4.4%Cr ， 1.0~1.4%V ，﹤0.3%Mo 。由于钢中存在大量合金元素（大于20%），因此除 了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe 4W 2C 、 VC 等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。 A.高速钢的铸态组织：按组织特点分类，高速钢属莱氏体钢，在一般铸造 条件下存在以具有鱼骨状碳化物为特征的共晶莱氏体组织。图1所示为 W18Cr4V 钢的铸态组织。在显微镜下观察时，除共晶莱氏体外还有部分呈 暗黑色的δ共析体组织和少量马氏体（呈亮白色部分）。 B.高速钢的退火组织：高速钢铸态组织极不均匀，特别是共晶组织中粗大 碳化物的存在，使钢的性能显著降低，因此，高速钢铸造后必须经过锻造、 退火，以改善碳化物的分布状况。图2所示为W18Cr4V 钢经锻造及退火后 的显微组织，组织中呈亮白色较大块状为一次碳化物，较细小块状为二次碳化物，基体组织是索氏体。 C.高速钢淬火组织：高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及 回火后才能获得。W18Cr4V 钢通常采用较高的淬火温度（1270~1280℃） ， 图1 W18Cr4V 钢铸造状态的 显微组织（800X ） 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 图2W18Cr4V 钢经锻造及退火后 的显微组织（500X ） 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
铸铁 牌 号 （白心）可锻铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：(白心)可锻铸铁 牌号：KTB450-07
标准：GB 9440-88 ●特性及适用范围： 坯料在氧化性介质中进行脱碳退火，焊接性较好，只适宜铸造壁厚在15mm以下的铸件。国内应用较少，国外有用作水暖管件的 ●化学成份：wC=2.2%～2.8%,wSi=1.0%～1.8%,wMn=0.3%～0.8%,wS≤0.2%,wP≤0.1%. ●力学性能： （1）抗拉强度σb (MPa) 当试棒直径：d=9mm时，≥400；d=12mm时，≥450；d=15mm时，≥480 （2）条件屈服强度σ0.2 (MPa） 当试棒直径：d=9mm时，≥230；d=12mm时，≥260；d=15mm时，≥280 （3）伸长率δ (％) 当试棒直径：d=9mm时，≥10；d=12mm时，≥7；d=15mm时，≥4 （4）硬度：≤220HB （5）试样尺寸，试棒直径：d=9mm；d=12mm；d=15mm ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定） 金相组织：小断面尺寸：铁素体。大断面尺寸：表面区域－－铁素体；中间区域－－珠光体＋铁素体＋退火碳；心部区域－－珠光体＋退火碳 中日美部分不锈钢化学成分对比表 '); //-->
球墨铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：球墨铸铁 牌号：QT600-3 标准：GB 1348-88 ●特性及适用范围： 为珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。能通过各种热处理改变其性能。主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件 ●化学成份： 碳 C ：3.56～3.85 硅 Si：1.83～2.56 锰 Mn：0.49～0.70 硫 S ：0.016～0.045 磷 P ：0.035～0.058 镁 Mg：0.041～0.067 注：RxOy:0.033～0.049 ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥600 条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥370 伸长率δ (％)：≥3 硬度：190～270HB ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定，以下为某试样的热处理规范，供参考） 930℃，2h正火空冷， 600℃，2h，回火空冷 金相组织：珠光体＋铁素体
扫描电镜实验报告 姓名：xxx 专业：xxx 学号：xxxxxxxx 一、实验目的 1. 了解扫描电镜的构造及工作原理； 2.学习扫描电镜的样品制备； 3. 学习扫描电镜的操作； 3. 利用扫描电镜对铝粉的形貌进行观察。 二、实验原理 扫描电镜原理是由电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面扫描，激发样品产生各种物理信号，经过检测、视频放大和信号处理，在荧光屏上获得能反映样品表面各种特征的扫描图像。扫描电镜由下列五部分组成，主要作用简介如下： 1．电子光学系统。其由电子枪、电磁透镜、光阑、样品室等部件组成。为了获得较高的信号强度和扫描像，由电子枪发射的扫描电子束应具有较高的亮度和尽可能小的束斑直径。常用的电子枪有三种形式：普通热阴极三极电子枪、六硼化镧阴极电子枪和场发射电子枪。前两种属于热发射电子枪；后一种则属于冷发射电子枪，也叫场发射电子枪，其亮度最高、电子源直径最小，是高分辨本领扫描电镜的理想电子源。电磁透镜的功能是把电子枪的束斑逐级聚焦缩小，因照射到样品上的电子束斑越小，其分辨率就越高。扫描电镜通常有三个磁透镜，前两个是强透镜，缩小束斑，第三个透镜是弱透镜，焦距长，便于在样品室和聚光镜之间装入各种信号探测器。为了降低电子束的发散程度，每级磁透镜都装有光阑；为了消除像散，装有消像散器。样品室中有样品台和信号探测器，样品台还能使样品做平移、倾斜、转动等运动。 2. 扫描系统。扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上以及阴极射线管电子束在荧光屏上的同步扫描信号。 3. 信号检测、放大系统。样品在入射电子作用下会产生各种物理信号、有二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光和透射电子。不同的物理信号要用不同类型的检测系统。它大致可分为三大类，即电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。 4. 真空系统。镜筒和样品室处于高真空下，它由机械泵和分子涡轮泵来实现。开机后先由机械泵抽低真空，约20分钟后由分子涡轮泵抽真空，约几分钟后就能达到高真空度。此时才能放试样进行测试，在放试样或更换灯丝时，阀门会将镜筒部分、电子枪室和样品室分别分隔开，这样保持镜筒部分真空不被破坏。 5. 电源系统。其由稳压、稳流及相应的安全保护电路所组成，提供扫描电镜各部分所需要的电源。
实验二金相常识简介和铁碳合金平衡组织观察 一、目地要求 1 、了解试样制备过程、金相显微镜基本构造和原理等金相常识。 2 、研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 3 、分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。 二、实验内容：将制好的样品放在显微镜上观察，注意显微镜的正确使用，并分析样品制备的质量好坏，初步认识显微镜下的组织特征并分析成分对铁碳合金显微组织的影响。 三、实验设备：金相显微镜，抛光机易耗品：吹风器、样品、不同号数的砂纸、玻璃板，抛光粉悬浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等 四、实验步骤： 1.金相样品的制备方法。 2、样品硝酸酒精溶液腐蚀（即浸蚀）。
实验结论： 1画组织示意图 （1）画出下列试样的组织示意图 1）亚共析纲 2）过共析钢 3）亚共晶白口铸铁 4）过共晶白口铸铁 （2）画图方法要求如下 1）应画岩石记录表中的30—50直径的圆内，注明：材料名称、含碳量、 腐蚀剂和放大倍数。并将组织组成物用细线引出标明。如下图： 2．回答以下问题 （1）分析所画组织的形成原因。
（2）分析碳钢（任选一种成分）或白口铸铁（任选一种成分）凝固过程。
教学及实验方法： 1 、教师讲述和演示阶段： 用 1 5 分钟时间讲解试样制备、显微镜结构、反射原理和黑白成像等金相常识，用 2 0 分钟时间联系铁碳平衡图讲解、分析本次实验的 7 种铁碳合金在平衡状态下的显微组织，用电视显微镜向全体学生展示所有显微组织，用 5 分钟时间讲解绘制显微 组织的有关技巧。 2 、学生动手实验阶段： 学生用 5 0 分钟时间对 7 种铁碳合金平衡组织进行观察和分析，进一步建立成分和组织之间相互关系的概念，绘出所观察到的显微组织图，用箭头标明各显微组织，并在相应图下标出成分，确立组织和成分之间的关系。
常用球墨铸铁的性能和特点 ①灰口铸铁。灰口铸铁的组织由石墨和基体两部分组成。基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。因此铸铁的组织可以看成是钢基体上分布着石墨。 灰口铸铁包括普通灰FI铸铁和孕育铸铁两种。灰口铸铁价格便宜、应用最广泛，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占 80.o％以上。影响灰口铸铁组织和性能的因素主要是化学成分和冷却速度。灰口铸铁中的碳、硅含量一般控制在碳 2.5％～ 4.0％，硅 1.0％～ 3.0％。 ②球墨铸铁管。球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合机械洼能接近于钢，因铸造性能很好、成本低廉、生产方便，在工业中得到了广泛的应用。 球墨铸铁的成分要求比较严格，与灰口铸铁相比，它的含碳量较高，通常在 4.5％～ 4.7％范围内变动，以利于石墨球化。 球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰口铸铁，而与钢相当。因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁比铸钢还节省材料，而且重量更轻。不同基体的球墨铸铁，性能差别很大，球墨铸铁具有较好的疲劳强度，实验表明，球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过459钢。
在实际应用中，大多数承受动载的零件是带孔或带台肩的，囡此用邀墨铸铁来岱益钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。 ③焉基铸铁。蠕墨铸铁是近十几年来发展起来的一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性；同时又有灰口铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂经处理而炼成的。蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。 ④可锻铸铁。可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。按退火方法不同，这种铸铁有黑心和自心两种类型。黑心可锻铸铁依靠石墨化退火来获得；白心可锻铸铁利用氧化脱碳退火来制取。 可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动荷载的零件，如管接头和低压阀门等。这些零件用铸钢生产时，因铸造性能不好，工艺上困难较大，而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、工 艺处理简单等优点。尤其对于薄壁件，球墨铸铁还容易生成白口，需要进行高温退火，这时采用可锻铸铁更为适宜。 ⑤耐磨铸铁。在铸铁中加入某些合金元素而得到。耐磨铸铁是在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击荷载，因此在生产上常采用激冷的办法来获得耐磨铸铁。 ⑥耐热铸铁。耐热铸铁是在高温下工作的铸件，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等。在灰口铸铁中加入铝、硅和镉等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，因此铸铁的耐热性得到改善。
扫描电子显微镜生物样品制备与观察-细胞生物学实验报告
细胞生物学实验报告扫描电子显微镜生物样品制备与观察 姓名： 学号： 班级： 专业： 同组成员：
【实验目的】 1、了解扫描电镜的基本结构与工作原理 2、了解扫描电镜的基本使用方法 3、了解临界点干燥仪的工作原理了解扫描电镜生物样品制备的基本过程 【实验原理】 扫描电镜主要用于观察样品表面几何形貌。一般扫描电镜生物样品制备过程包括取材、固定、脱水、干燥以及导电处理等步骤。取材时应尽量保护待观察的样品表面（如细胞表面、组织或器官的上皮表面等），并且避免样品表面在清洗过程中的人为损伤。一般生物样品需经干燥后才能在扫描电镜下观察。由于表面张力的作用，含水量大的生物样品在自然干燥过程中，其表面形貌将发生严重变形。 为了观察生物样品真实的表面形貌，通常采用临界点干燥法对样品进行干燥处理。当气液两
相处于临界点时，气体、液体密度相等，表面张力为零。因此，对生物样品进行临界点干燥，可以较好地保护其表面形貌。水的临界温度和压力分别为374.1℃和218.3大气压，显然，此条件下生物样品将受到严重损坏。由于CO2的临界温度和压力较低，为31.4℃和72.9大气压，故通常选择CO2作为生物样品临界点干燥的工作介质。固定、脱水后的样品需经过乙酸异戊酯处理，然后利用临界点干燥仪对样品进行干燥。 由于生物样品导电性低，未经过导电处理的样品在扫描电镜下观察时会产生荷电现象，从而影响观察和照相记录。为了减少荷电效应，对生物样品表面要进行导电处理，通常使用离子溅射仪在样品表面喷镀金属导电薄层。喷镀的金属包括：金（Au），铂（Pt）及其合金等，喷镀导电薄层厚度在10nm左右为宜。对于花粉粒等含水量较少的生物样品，可以经过自然干燥后在扫描电镜下观察。入射电子术与固体样品原子之间的相互作用 1、入射电子术与固体样品原子之间的相互作用。 具有一定的能量的电子入射固体厚样品后收到样品原子的散射，产生二次电子、背散射电
贴壁培养细胞表面形貌的扫描电镜观察 【实验目的】 1.了解扫描电镜生物样品制备的基本过程 2.了解扫描电镜的基本操作 【实验原理】 扫描电镜的基本原理：扫描电子显微镜是以能量为1-30KV间的电子束，以光栅状扫描方式照射到被分析试样的表面上，利用入射电子和试样表面物质相互作用所产生的二次电子和背散射电子成象，获得试样表面微观组织结构和形貌信息。 其核心是电子光学系统，又分为两个部分：电子枪和透镜系统。 电子枪：提供电子束。来自热阴极或场发射阴极的电子被1-30KV的电压加速，由阳极孔射出，形成一交叉电子束。其交叉斑对于热阴极为10-50μm，对于场发射阴极为10-100nm。 透镜系统：由两个或三个电磁透镜组成，改变透镜的励磁电流可连续调节透镜的焦距，在透镜系统的作用下，能将电子枪形成的电子束交叉斑缩小，在样品的表面形成最小直径为3-10nm的电子束照射斑。 （图1）扫描电镜的基本构造示意图 相互作用：当电子束轰击样品表面时，一部分的能量转变成热能，还有部分的能量由于电子与样品原子的相互作用而发射出各种有用的信息，其中包括二次电子、背散射电子、俄歇电子等等。 二次电子：入射电子使样品原子激发所产生的电子，能量较低，一般小于50eV。具体来讲，它是由入射电子与核外松散的被束缚的外层电子之间发生非弹性散射的结果。松散的外层电子由于入射电子能量的降低而获得一定能量而脱离原有的轨道，而为人们所探测
到；但如果它们产生在样品表面以下100?的地方，则这些二次电子被样品强烈吸收，难以逃逸。因此二次电子反映样品表面以下100?的一个薄区域的情况。 成像原理：来自扫描发生器的扫描信号分别送给电子光学系统的扫描线圈和显象管的扫描线圈，让电子束与显象管的阴极射束做同步扫描，使阴极射束在荧光屏上的照射点与电子束在样品上的照射点一一对应，样品上的物点在电子束作用下所产生的信号被检测器随时检出，经视频放大器放大后控制显象管阴极射束的强度使荧光屏上象点的亮度受试样上物点所产生的信号的大小的调制，从而得到与样品性质有关的图象。 临界点干燥：临界点干燥技术是实验室中为保持较好的样品外形而常用的一种干燥方法，因为细胞或者组织如果在空气或真空环境中进行干燥，待观测表面将会塌陷或遭受其他损伤。干燥过程中，我们常用临界点较低的液化气体，一般采用液态CO2 取代乙酸异戊酯，然后升温，让液体瞬间汽化，将样品表面的其他物质都带走，实现干燥操作。 干燥器：主体是一个集成有加热冷却夹套的压力干燥器，干燥器上装有各种控制阀、温度计、压力表和支架，圆柱舱的一端装有可拆式观察窗，另一端装有可拆式进样门等等。在使用临界点干燥液取代载液乙酸戊酯之后，关闭所有阀门，开始水浴加热。此时，液/气弯界面将扩散消失，舱内仅剩下气体。稍稍开启排气阀，待气体排出后，组织样本的干燥即完成。 【实验仪器、材料、试剂及用品】 1) 仪器：扫描电镜（HITACHI S-4800）、临界点干燥仪（HITACHI HCP-2）、离子溅射镀膜仪（EIKO IB-3） 2) 材料：贴壁培养细胞（HeLa细胞） 3) 试剂：2.5%戊二醛溶液、磷酸缓冲液、乙酸异戊酯、乙醇、双蒸水等 4) 用品：培养皿、盖玻片、镊子、移液器、双面胶带、扫描电镜样品台等 【实验步骤】 1）取样、清洗：对多数的生物材料而言，要经过扫描电镜观察其表面，首先必须采用化学或物理方法将其固定、脱水和干燥，然后喷金以提高材料的导电性和二次电子产额。第一步则是将培养好的样品放入小培养皿中，用0.1mol/l的磷酸缓冲液把样品表面的附着物清洗干净。 2）固定：用移液枪取1ml的2.5%的戊二醛溶液固定1h，然后用0.1mol/l的磷酸缓冲液再次清洗。（理论上也可用1%的四氧化锇单固定，四氧化锇也可以良好地保存组织细胞
各种元素对铸铁组织性能的影响 1.C 碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。提高含C量可以减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。但是含C量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。 2.Si 硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围
内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。Si是Fe-C 合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。Si提高共析转变温度，且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。 HT中C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。但是降低碳当量会导致铸造性能降低、铸件断面敏感性增加，硬度上升加工困难等问题。 3.Mn 锰是铸铁的常存五元素之一，除少量固溶于铁素体以外，大部分溶入共析碳化物和渗碳体中，以复合碳化物的形态存在，加强了碳化物的形成，因此是阻碍石墨化的元素，故增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。在灰铸铁中，锰的质量分数控制在0.5%-1.4%的范围内，主要作用有二，一是中和硫的有害作用，生成MnS及（F e、Mn）S 化合物，以颗粒状分布于机体中。这些化合物的熔点在1600℃以上，不仅无阻碍石墨化的作用，而且还可以作为石墨化非自发性晶核。二是稳定和细化珠光体，在此含量范围内，随锰含量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。 在QT中Mn的作用是形成碳化物和珠光体。对于厚大断面的QT件来
HUNAN UNIVERSITY 姓名：扫描电镜实验报告 姓名：高子琪 学号： 2
一.实验目的 1.了解扫描电镜的基本结构与原理； 2.掌握扫描电镜样品的准备与制备方法； 3.掌握扫描电镜的基本操作并上机操作拍摄二次电子像； 4.了解扫描电镜图片的分析与描述方法。 二．实验设备及样品 1.实验仪器：D5000-X衍射仪 基本组成：1）电子光学系统：电子枪、聚光镜、物镜光阑、样品室等 2）偏转系统：扫描信号发生器、扫描放大控制器、扫描偏转线圈 3）信号探测放大系统 4）图象显示和记录系统 5）真空系统 2.样品：块状铝合金 三.实验原理 1.扫描电镜成像原理 从电子枪阴极发出的电子束，经聚光镜及物镜会聚成极细的电子束（0.00025微米-25微米），在扫描线圈的作用下，电子束在样品表面作扫描，激发出二次电子和背散射电子等信号，被二次电子检测器或背散射电子检测器接收处理后在显象管上形成衬度图象。二次电子像和背反射电子反映样品表面微观形貌特征。而利用特征X射线则可以分析样品微区化学成分。 扫描电镜成像原理与闭路电视非常相似，显像管上图像的形成是靠信息的传送完成的。电子束在样品表面逐点逐行扫描，依次记录每个点的二次电子、背散射电子或X射线等信号强度，经放大后调制显像管上对应位置的光点亮度，扫描发生器所产生的同一信号又被用于驱动显像管电子束实现同步扫描，样品表面与显像管上图像保持逐点逐行一一对应的几何关系。因此，扫描电子图像所包含的信息能很好地反映样品的表面形貌。 2.X射线能谱分析原理 X射线能谱定性分析的理论基础是Moseley定律，即各元素的特征X射线频率ν的平方根与原子序数Z成线性关系。同种元素，不论其所处的物理状态或化学状态如何，所发射的特征X射线均应具有相同的能量。
铸铁材料的显微组织及分析 铸铁为含碳量在2%以上的铁碳合金，俗称生铁。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。由于碳在铁中固溶量有限，且渗碳体不稳定，适当条件下即会分解为铁和碳单质即石墨，因此在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁材料没有严格的分类，可按铸铁的使用性能、断口特征或成份特征进行分类。较为方便和常用的则是将铸铁分为七大类（见下表）。 铸铁的组织视化学成分和冷却速度而异，当铸铁凝固的冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织，随冷却速度减小，铸铁组织依次改变为麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁和铁素体灰口铸铁；球墨铸铁是在浇铸前向灰口铸铁加入少量球化剂获得球状石墨的铸铁。球墨铸铁具备优于灰铁的强度、范性和韧性；可锻铸铁又叫可锻铸铁，由白口铸铁经过石墨化退火后制成，是一种强度韧性都较高的铸铁。
以下对生产中应用较多的铸铁成分、显微组织及其性能进行分析。 1、灰口铸铁 灰口铸铁应用最广泛，占铸铁总产量的80%以上。其中碳全部或部分以自由碳-片状石墨形式存在，因此断口呈现灰色。其显微组织根据石墨化程度的不同分为铁素体、珠光体、铁素体+珠光体灰口铸铁。而所有灰口铸铁组织的共同特征是，在这些铸铁的组织总有一个相当于钢的组织的金属基体，在这基体上分布着片状石墨。 由于石墨片对钢基体产生割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰口铸铁不能承受加工变形，但是却具有优良的铸造性能，同时切削加工性能也很好。 灰铸铁的化学成分范围一般为：w（C）=2.7%～3.6%，w（Si）=1.0%～2.5%，w（Mn）=0.5%～1.3%，w（P）≤0.3%，w（S）≤0.15%。 （1）未经浸蚀的灰口铸铁 为了研究石墨的形状和分布，一般均先观察未经腐蚀的样品。由于片状石墨无反光能力，故试样未经腐蚀即可看出灰黑色。石墨性脆，在磨制时容易脱落，在显微镜下表现为空洞。 未经腐蚀的基体在显微镜下呈现白亮色，黑色条状物即为石墨。
( 实验报告) 姓名：____________________ 单位：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-053836 铸铁组织的显微观察实验报告An experimental report on Microstructure of cast iron
铸铁组织的显微观察实验报告范文 兰州理工大学学生实验报告 学院实验室课程名称实验类型实验名称学生姓名学生学号实验日期指导教师 材料科学与工程学院实验中心金属学与热处理验证性合金钢、铸铁、有色金属的 显微组织观察 魏玉鹏 合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察 实验报告 一、实验目的 二、使用的设备仪器 三、实验方法、步骤 四、画出下列材料的显微组织示意图，并用箭头标明示意图中所示组织的名称 1 材料名称：W18C
r4V处理状态：铸造组织：腐蚀剂：放大倍数：材料名称：灰口铸铁处理状态：铸造组织：腐蚀剂：放大倍数： 材料名称：W18Cr4V 处理状态：淬火+高温回火 组织：腐蚀剂：放大倍数： 材料名称：球墨铸铁处理状态：铸造 组织：腐蚀剂：放大倍数： 2 材料名称：ZL102（未变质）材料名称：ZL102（变质）处理状态：处理状态： 组织：组织：腐蚀剂：腐蚀剂：放大倍数：放大倍数： 五、实验结果讨论 1. 根据显微组织观察，试分析高速钢性能和热处理特点，说明为什么？ 2.将以上灰口铸铁的组织与性能同球墨铸铁进行比较，说明为什么？ 3.试分析变质处理对硅铝明合金的作用。 4. 简述巴氏合金组织与性能的特点。 ：常用金属材料显微组织观察实验报告 一、实验目的 1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。 2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。 二、金属材料的显微组织观察及分析 1．几种常用合金钢的显微组织 合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为
金相试样的制备及金相组织观察 一、实验目的 1、了解金相显微镜的基本原理、构造，初步掌握显微镜的正确使用。 2、掌握金相显微试样的制备过程和基本方法。 3、了解浸蚀的基本原理，并熟悉其基本操作 4、学习利用金相显微镜进行显微组织观察。通过在显微镜下观察到的金相显微组织初步分析材料类型以及材料可能具备的机械性能等。 二、实验设备和用品 1、金相显微镜 2、不同粗细的金相砂纸一套、玻璃板、侵蚀剂（4%硝酸酒精） 3、抛光机 4、待制备的金相试样 三、金相显微镜的基本原理、构造及使用 1、显微镜的放大倍数 利用透镜可将物体的象放大，但单个透镜或一组透镜的放大倍数是有限的，为此，要考虑用另一组透镜将第一次放大的象再行放大，以得到更高放大倍数的象。金相显微镜就是基于这一要求设计的。显微镜中装有两组放大透镜，靠近物体的一组透镜为物镜，靠近观察 的一组透镜为目镜。Array金相显微镜的光学原理图1如图所示。 物体AB置于物镜的一倍焦距F1与二倍焦距 之间，它的一次象在物镜的另一侧二倍焦距 以外，形成一个倒立、放大的实象A′B′；当 实象A′B′位于目镜的前一倍焦距F2以内时则 目镜复又使映象A′B′放大，而在目镜的前二 倍焦距2 F2以外，得到A′B′的正立虚象A″B″。 因此最后的映象A″B″是经过物镜、目镜两次 放大后所得到的。其放大倍数应为物镜放大 倍数和目镜放大倍数的乘积。 物体AB经物镜第一次放大的倍数： M物= A′B′/ AB=(Δ+f1′ )/ f1 式中f1、f1′——物镜前焦距与后焦距 Δ——显微镜的光学镜筒长 与Δ相比，物镜的焦距f1′很短，可略， 所以M物≈Δ/ f1 象A′B′经目镜第二次放大的倍数： M目= A″B″/A′B′≈D/ f2 式中f2——目镜的前焦距 D——人眼明视距离，D≈250㎜。 图1 显微镜光学原理图 所以显微镜的放大倍数应为： M= M物·M目=（Δ/ f1）·（D/ f2） 当显微镜的机械镜筒长度等于光学镜筒长度时,M= M物·M目；而当这二者不等时，M= M 物·M目·C，C是与机械镜筒长、光学镜筒长有关的系数，一般为1，有时为0.63，其C值标在金相显微镜上。