金相顯微鏡
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
金相顯微鏡的實(shí)例教程
倒置金相顯微鏡的視場光闌和孔徑光闌的作用是什么？
倒置金相顯微鏡中的視場光闌和孔徑光闌是兩個重要的光學(xué)調(diào)節(jié)部件，它們在成像過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠顯著影響圖像的質(zhì)量和特性。
孔徑光闌的作用
孔徑光闌位于顯微鏡的聚光鏡附近，主要用于調(diào)節(jié)通過物鏡的光線數(shù)量和角度。它的主要作用是控制成像的分辨率和對比度。當(dāng)孔徑光闌開得較大時，進(jìn)入物鏡的光線增多，分辨率提高，但同時可能會導(dǎo)致像差增加，使圖像的對比度降低。相反，當(dāng)孔徑光闌縮小，進(jìn)入物鏡的光線減少，雖然分辨率略有下降，但對比度會顯著提高，圖像的細(xì)節(jié)更加清晰。因此，孔徑光闌的調(diào)節(jié)需要根據(jù)觀察需求進(jìn)行平衡：如果需要觀察樣品的細(xì)微結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)增大孔徑光闌以提高分辨率；如果需要突出樣品的輪廓和對比度，應(yīng)縮小孔徑光闌。
視場光闌的作用
視場光闌位于顯微鏡的目鏡附近，主要用于調(diào)節(jié)成像的視野范圍。它的作用是控制進(jìn)入目鏡的光線范圍，從而確定觀察到的樣品區(qū)域大小。視場光闌的調(diào)節(jié)可以避免視野邊緣的雜散光進(jìn)入觀察區(qū)域，提高圖像的清晰度和均勻性。當(dāng)視場光闌開得較小時，視野范圍變窄，但圖像的中心區(qū)域更加明亮和清晰；當(dāng)視場光闌開得較大時，視野范圍變寬，但邊緣部分可能會出現(xiàn)亮度不均勻或模糊的現(xiàn)象。因此，視場光闌的調(diào)節(jié)需要根據(jù)觀察目標(biāo)的大小和觀察需求來確定：如果需要觀察樣品的局部細(xì)節(jié)，應(yīng)縮小視場光闌；如果需要觀察樣品的整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)適當(dāng)增大視場光闌。
協(xié)同作用
視場光闌和孔徑光闌在顯微鏡成像中是相互配合的。孔徑光闌主要影響圖像的分辨率和對比度，而視場光闌主要影響視野范圍和圖像的均勻性。在實(shí)際操作中，需要根據(jù)觀察目的和樣品特性，合理調(diào)節(jié)這兩個光闌，以獲得最佳的成像效果。
展開 金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。將計算機(jī)應(yīng)用于圖像處理，具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高工作效率。
計算機(jī)定量金相分析正逐漸成為人們分析研究各種材料，建立材料的顯微組織與各種性能間定量關(guān)系，研究材料組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)等的有力工具。采用計算機(jī)圖像分析系統(tǒng)可以很方便地測出特征物的面積百分?jǐn)?shù)、平均尺寸、平均間距、長寬比等各種參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)來確定特征物的三維空間形態(tài)、數(shù)量、大小及分布，并與材料的機(jī)械性能建立內(nèi)在聯(lián)系，為更科學(xué)地評價材料、合理地使用材料提供可靠的數(shù)據(jù)。
一、金相顯微鏡的基本構(gòu)造
金相顯微鏡最常見的有臺式、立式和臥式三大類。金相顯微鏡通常由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。現(xiàn)以立式金相顯微鏡為例加以說明。
1.載物臺 2.雙目鏡 3.調(diào)節(jié)螺釘 4.視場光欄圈 5—孔徑光欄圈 6.底座
7.物鏡 8.縱動手輪 9.橫動手輪 10.粗調(diào)焦手輪 11.微調(diào)焦手輪 12.偏心螺釘
金相顯微鏡的基本操作步驟：
（1）根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡，分別安裝在物鏡和目鏡筒內(nèi)，并使轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)至固定位置（由定位器定位）。
（2）轉(zhuǎn)動載物臺，使物鏡位于載物臺中心孔的中央，然后把金相試樣的 觀察面朝下倒置在載物臺上。
（3）將顯微鏡的電源插頭插在變壓器上，通過低壓（6～8V）變壓器接 通電源。
展開 圖4（A）碳罐的上軀體燒灰分后殘留無機(jī)填料的二次元分布圖；
（B）碳罐的底盤燒灰分后殘留無機(jī)填料的二次元分布圖
圖5（A）碳罐的上軀體燒灰分后殘留玻纖的長度分布圖；
（B）碳罐的底盤燒灰分后殘留玻纖的長度分布圖
如圖6所示，無論從二次元，金相顯微鏡還是掃描電子顯微鏡拍攝的碳罐爆破斷面的玻纖分布情況，都可以看出，由于在進(jìn)行熱板焊接的過程中，碳罐的上軀體和底板在與銅板進(jìn)行擠壓接觸熔融的過程中，聚合物基體材料進(jìn)行劇烈熱運(yùn)動，而玻纖在該溫度下幾乎無運(yùn)動能力，被擠壓改變其方向，不再沿著聚合物流動方向，相反因擠壓，變成垂直于其流動方向，并且從掃描電子顯微鏡圖中可以看出，碳罐爆破的斷面玻纖在垂直于流動方向被拔出時留下的痕跡。由此可知，碳罐爆破的位置主要發(fā)生在熱板焊接的區(qū)域。
圖6（A-B）碳罐爆破位置的斷面玻纖分布圖（二次元測試照片）；
（C-D）碳罐爆破位置的斷面玻纖分布圖（金相顯微鏡測試照片）；
（E-F）碳罐爆破位置的斷面玻纖分布圖（掃描電子顯微鏡測試照片）；
3 結(jié)論
通過對碳罐進(jìn)行爆破試驗(yàn)，初步確定碳罐的極限爆破壓力，觀察其極限壓力符合實(shí)驗(yàn)大綱要求，并且對爆破位置碳罐的區(qū)域進(jìn)行成分分析，從而確定了其主要爆破失效的根本原因是上軀體和底板在進(jìn)行熱板焊接的過程中，由于焊接處的玻纖含量較低，導(dǎo)致其焊接強(qiáng)度降低，出現(xiàn)爆破現(xiàn)象。
*國高材分析測試中心原創(chuàng)內(nèi)容，轉(zhuǎn)載請注明出處。
展開 在A1~650℃形成的珠光體片層較厚，在金相顯微鏡下放大400倍以上可分辨出平行的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體，稱為粗珠光體、片狀珠光體，簡稱珠光體。
在650~600℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，只有放大1000倍才能分辨的片層，稱為索氏體。
在600~550℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團(tuán)狀組織，只有用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨的片層稱為屈氏體。
上貝氏體
定義：過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針間
特征：過冷奧氏體在中溫（約350~550℃）的相變產(chǎn)物，其典型形態(tài)是一束大致平行位向差為6~8od鐵素體板條，并在各板條間分布著沿板條長軸方向排列的碳化物短棒或小片；典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對稱軸，由于方位不同，羽毛可對稱或不對稱，鐵素體羽毛可呈針狀、點(diǎn)狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛；中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚；低碳低合金鋼，羽毛很清楚，針粗。
展開 06
金相分析
金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。
常用儀器：金相顯微鏡
圖8 金相顯微鏡
分析原理：
金相顯微鏡是利用光學(xué)成像原理獲得金屬顯微組織圖像（即金相圖譜）,而后對金相圖譜進(jìn)行定性定量分析，對金屬細(xì)微結(jié)構(gòu)（數(shù)量大小取向排列缺陷位錯等）以及非金屬夾雜物的分布形貌進(jìn)行分析。
應(yīng)用實(shí)例：
（1）球墨鑄鐵的石墨和基體組織的檢驗(yàn)
（2）檢查金屬材料微觀的組織構(gòu)成、評判熱處理質(zhì)量
（3）檢驗(yàn)金屬材料宏觀缺陷
按金屬材料品種和檢驗(yàn)的要求不同，試樣在檢驗(yàn)前要經(jīng)過不同方式的熱處理，分淬火斷口、退火斷口和調(diào)質(zhì)斷口，通常都采用淬火斷口。在淬火斷口上可以發(fā)現(xiàn)白點(diǎn)、夾雜、夾層、氣孔等缺陷。比如，退火斷口用于軸承鋼和工具鋼，可檢查晶粒的均勻細(xì)密程度，以顯示碳析出、夾雜、縮孔等缺陷。調(diào)質(zhì)斷口只用于少數(shù)鋼材，斷口形貌能在一定程度上反映鋼的力學(xué)性能。
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倒置金相顯微鏡的視場光闌和孔徑光闌的作用是什么？
倒置金相顯微鏡中的視場光闌和孔徑光闌是兩個重要的光學(xué)調(diào)節(jié)部件，它們在成像過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，能夠顯著影響圖像的質(zhì)量和特性。
孔徑光闌的作用
孔徑光闌位于顯微鏡的聚光鏡附近，主要用于調(diào)節(jié)通過物鏡的光線數(shù)量和角度。它的主要作用是控制成像的分辨率和對比度。
通過金相顯微鏡對熔覆層進(jìn)行觀察，可以清晰地看出熔覆層內(nèi)部組織均勻、致密。
關(guān)鍵詞：TIG熔覆;同軸送粉;COMSOL軟件;數(shù)值模擬;顯微組織;
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，金屬件表面經(jīng)常會出現(xiàn)磨蝕、磨損等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的性能和壽命[1]。因此，提高金屬件表面的耐磨性成為迫切需要解決的問題。
于是對增壓器損壞的斷裂面進(jìn)行了金相顯微鏡檢查，檢查是否有疲勞原因造成葉片脫落，從未動平衡損壞造成增壓器軸承和進(jìn)氣葉輪的損壞。
金相檢查顯示:
增壓器葉片斷裂位置較平整，未見疲勞擴(kuò)展延伸裂紋，出現(xiàn)葉片斷裂較大可能為來自機(jī)體內(nèi)異物撞擊轉(zhuǎn)子葉片造成的。
如圖所示，在實(shí)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)3D圖像的高精度重建與測量的同時，共聚焦顯微鏡以其明顯優(yōu)于金相顯微鏡的橫向分辨率，也能夠提供表面微結(jié)構(gòu)的清晰影像圖片，幫助更細(xì)致的觀察微結(jié)構(gòu)的表面特征，從圖像可知，在高倍率鏡頭下，棱鏡峰側(cè)壁的刀具磨損紋路痕跡明顯，金字塔頂和底部界限分明，微透鏡表面粒子邊緣清晰。
如圖7 所示，在400 倍倒置金相顯微鏡下觀察，鐵素體和奧氏體相均勻分布，未發(fā)現(xiàn)金屬間有害相，無金屬化合物相析出，各晶界邊緣光滑。
圖7 金屬有害相評價金相圖(400×)
鐵素體含量測定
通常，雙相不銹鋼中鐵素體相與奧氏體相的比例為30%～70%時，可以獲得良好的性能。目前，雙相不銹鋼中鐵素體和奧氏體兩相比例一般采用控制雙相不銹鋼化學(xué)成分和選擇合適的熱處理制度來實(shí)現(xiàn)。
將鋼材取樣，經(jīng)過打磨、拋光，最后用特定的腐蝕劑腐蝕顯示后，在金相顯微鏡下觀察到的組織稱為鋼鐵的金相組織。鋼鐵材料的秘密便隱藏在這些組織結(jié)構(gòu)中。
在Fe-Fe3C系中，可配制多種成分不同的鐵碳合金，他們在不同溫度下的平衡組織各不相同，但由幾個基本相（鐵素體F、奧氏體A和滲碳體Fe3C）組成。這些基本相以機(jī)械混合物的形式結(jié)合，形成了鋼鐵中豐富多彩的金相組織結(jié)構(gòu)。
二、故障件斷口的微觀檢驗(yàn)
微觀檢驗(yàn)也稱微觀斷譜或微觀斷口金相，可用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡等裝置進(jìn)行分析。根據(jù)斷口譜形特征，可確定材料或構(gòu)件的失效機(jī)理。
三、金相檢驗(yàn)
金相檢驗(yàn)與電子金相觀察同樣是故障分析過程中一個不可缺少的手段，有時甚至比電鏡手段還重要，應(yīng)視為一種常規(guī)的分析手段。
現(xiàn)象和識別：
在含Ti,Nb的Cr-Ni奧氏體不銹鋼焊縫與母材之交界處的很窄區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，而母材和焊縫本身則腐蝕輕微，甚至未見腐蝕，金相顯微鏡下觀察可見敏化態(tài)晶間腐蝕的特徽。研究表明，含Ti的Cr-Ni不銹鋼，無論是在氧化性介質(zhì)，還是在還原性介質(zhì)中，均可產(chǎn)生刀狀腐蝕。
2.
在650~600℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，只有放大1000倍才能分辨的片層，稱為索氏體。
將鑄件被鑒別的部位磨好并拋光，借助于高倍放大鏡或金相顯微鏡進(jìn)行觀察。如圖6、圖7所示：
⑤ 無損探傷法
無損探傷法就是在不破壞鑄件本身的情況下，能判斷鑄件質(zhì)量的一種方法。目前應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)方面的有磁粉探傷法（或磁力探傷法）、超聲波法和射線法等。
