实验一： 金相显微镜的原理、构造及使用
[实验目的]
1、了解金相显微镜的基本构造及工作原理。 2、掌握金相显微镜的使用方法。 [实验内容]
1、观察显微镜的构造，了解各部件的作用。 2、装好显微镜的物镜、目镜，调好光阑进行观察。
3、用不同的放大倍数观察同一试样并画出所观察的组织示意图。 [实验报告要求]
1、写出实验目的及所用设备。 2、写出实验步骤。
3、画出所观察到的显微组织示意图，并对实验现象进行分析。 [实验原理]
用于研究金属显微组织最常用的光学显微镜是金相显微镜，它是一种反射式显微镜。 1. 显微镜的成相原理
显微镜的基本放大原理如图1--1所示。起放大作用主要由焦距很短的物镜和焦距较长的目镜来完成。为了减少像差，显微镜的目镜和物镜都是由透镜组构成的复杂的光学系统，其中物镜的构造尤其复杂。为了便于说明，图中的物镜和目镜都简化为单透镜。物体AB位于物镜的前焦点外但很靠近焦点的位置上，经过物镜形成一个倒立放大的实像A'B'，这个像位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点的位置上，作为目镜的物体。目镜将物镜放大的实像再放大成虚像A''B''，位于观察者的明视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察。在视网膜上形成的是实像A'''B'''。
图1—1显微镜的成像原理图
2. 显微镜的照明系统
金相显微镜的光源通常采用钨丝灯、卤素灯、碳弧灯及氙灯等。 2.1 钨丝灯
一般中小型显微镜照明部分采用6—8伏钨丝灯泡做光源。其原理是光线通过物镜射至试样表面，然后靠金属本身反射能力，由试样表面反射，再通过物镜进行放大，这种灯适合于金相显微组织的观察。 2.2 氙灯
其特点是光强高，输出稳定，寿命较长，此外，它具有类似日光性质的连续光谱，可用于彩色照相。是金相显微组织观察的最新光源之一。
氙灯容易爆炸，因此，在使用时要特别注意安全。使用时间最多不得超过规定时间的125%，尽量减少启动次数可以显著延长氙灯的使用寿命。 2.3 其他照明系统
目前金相显微镜中供观察用的低压钨丝灯已逐渐为卤素灯所取代，卤素灯的灯泡必须用耐高温的石英玻璃制造。另外还有碳弧灯，它是利用两支暴露在空气中而相互靠近的碳棒，通电后产生强烈的电弧发出亮度很高的光，但由此产生的电弧跳动，导致光源不稳定，特别不利于照明，这是它的缺点。 3. 显微镜的光程调节部分
光程中主要调节部分是光阑。在金相显微镜光源系统中常放置着两个孔径可变的光阑，分别为孔径光阑和视场光阑。总的目的是为了提高最后映像的质量。 3.1 孔径光阑
主要调节入射光线粗细，具体调节将根据直接观察映像清晰度判定。 3.2 视场光阑
主要是为减少镜筒内的反射光和炫光，从而提高映像的衬度，因此，常将视场光阑缩小到最低限度。 除光阑外，还常常在孔径光阑后加滤光片，以提高映像质量。 4. 显微镜的物镜及目镜
物镜是靠近观察物体的一组透镜。物镜是显微镜中主要零件。物镜的主要特性参数有：放大率、数值孔径、鉴别能力。 4.1 放大率
物镜放大率取决于物镜的焦距，它与光学镜筒的长度有关，焦距越短，放大倍数越高。所以，物镜放大率除直接用放大倍数表示外，也可以用焦距表示。常用的物镜的放大率有8x、45x（或40x）、100x三种。 4.2 数值孔径
数值孔径表示物镜收集光线的能力。物镜对试样上各点的反射光收集的越多，成像质量就越好。它取决于物镜的角孔径大小和介质的折光系数。 4.3 分辨率
显微镜的分辨率用它能清晰分辨试样上两点间的最小距离d表示。分辨率是物镜对于试样最细微组织形式清晰可辨映像的能力。物镜的作用是使物体放大成实像，目镜的作用是使这个实像再次放大；这就是说目镜只能放大物镜已分辨的细节，物镜未能分辨的细节，决不会通过目镜放大而变的可分辨。因此，显微镜的分辨率主要取决于物镜的分辨率。物镜分辨率的表达式如下：
d??2N?A
由式中看出，物镜鉴别能力d与光源波长成正比，波长越短，d越小，因而鉴别能力越高。放大率和数值孔径常常刻在物镜的外壳上。 4.4 目镜
是靠近人眼的一组透镜，目镜的作用在于将经过物镜放大的实像再次放大。目镜放大倍数通常为5x、7。5x、10x、15x、20x数种。 5. 常用金相显微镜介绍
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图1—2 XJ-16金相显微镜结构示意图 图1—3 XJ-16金相显微镜的光路图
金相显微镜种类较多，国内普遍使用的是4X型和XJ-16型。这两种显微镜均为倒立式 ，样品台位于显微镜的上方，可在水平方向上做二维运动，显微镜的物镜为消色差物镜，放大率有10X，45X或（40），100X（油浸系）三种。目镜有5X，10X，15X，三种。
显微镜光源为6-8伏的钨丝灯，这种显微镜孔径光阑和视场光阑连续可调，并附带照相设备，可照120底片的金相照片。除此以外，显微镜还包括底座、载物台、粗调手轮、微调手轮、物镜座等机械部分。
6. 大型金相显微镜
XJG-05型大型卧式金相显微镜： 显微镜与摄影部分靠连接筒连成一个整体，这种显微镜连接有较大暗盒，底片尺寸为82。5mmX120mm，带有100mm刻度的毛玻璃，用于测量摄影的放大倍率；带中心线的毛玻璃用于摄影调焦；带中心叉线的透明承影板，用于暗场和偏光的摄影调焦；带有八级晶粒的毛玻璃，用于晶粒度的比较。镜体上还设有135相机接口，可接入135相机进行拍摄。
图1—4 XJG-05型卧式金相显微镜
XJG-05型大型卧式金相显微镜还设有适合作照相光源的氙灯照明，氙灯是金相显微镜的最新光源之一，具有光强高，体积小，输出稳定的特点，弥补了一般光源光强较弱的不足。 7. 显微镜使用注意事项
7.1 初次使用显微镜，首先应了解显微镜的基本原理及各部件的作用，详细了解操作规程。
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7.2 显微镜的目镜和物镜是显微镜的主要光学部分，装卸时应格外小心。不得用手触摸透镜，对于透镜上的灰尘、油脂、污垢，不能用手或手绢去檫，以免在镜头上留下划痕及脏物而应用软毛刷或镜头纸檫拭。 7.3 作显微观察用的样品要干净，不得残留有酒精和腐蚀剂。以免腐蚀镜头。
7.4 调焦时，应先粗调，后微调。为了避免试样与物镜碰撞，应先使物镜靠近试样（但不能接触），然后一面从目镜中观察，一面用双手调焦，使物镜慢慢离开试样，直到看清楚为止。
显微镜使用完毕后，应将载物台降到最低点，这样可避免粗调和细调螺丝因长期受载而发生变形，增加磨损。
7.5 显微镜对潮湿、高温、灰尘、腐蚀气体、震动等因素十分敏感，因此放置显微镜的 房间应该清洁、干燥、通风、并远离震源。 [思考题]
1、光学金相显微镜主要由哪几大主要部分组成？各部分又由哪几个零件组成？ 2、什么是显微镜的有效放大倍数？ 3、显微镜光源有哪几种？各有什么特点？ 4、显微镜在使用和维护中，应该注意哪些事项？ 实验报告：
1、实验目的：扼要说明研究对象，实验意义及作用。
2、实验原理：（1）简要说明实验所依据的理论：包括定律、公式等。 (2 )画出显微镜光学原理图。
3、实验设备及方法：写出设备名称、型号、性能，以及实验方法介绍和操作程序。
实验二：金相显微试样的制备
[实验目的]
1、了解金相显微试样的制备原理，熟悉金相显微试样的制备过程。 2、初步掌握金相显微试样的制备方法。 3、近一步熟悉金相显微镜的构造及使用方法。 [实验内容]
1、每人制备一块低碳或中碳钢的金相显微试样。在制备过程中，先在显微镜下观察抛光后的磨面状况，然后进行腐蚀，并画出腐蚀后的显微组织的特征。
2、观察金相显微试样制备过程中的假象，了解消除假象的方法。 [实验报告要求]
1、写出实验目的及所用实验设备。 2、简述金相显微试样制备过程。
3、分析试样制备过程中出现假象的原因，如何制备出高质量的显微试样。 1、 写出自己所制备试样的材料，画出显微组织示意图。 [实验原理] 1. 概述
显微分析是研究金属内部组织的最重要的方法。在金相学一百多年的发展历史中，绝大部分研究工作是借助于光学显微镜完成的。近年来，电子显微镜的重要性日益增加，但是光学显微金相技术在科研和生产中仍将占据一定的位置。
用光学显微镜观察和研究任何金属内部组织，一般要分三个阶段来进行： （1）制备所截取试样的表面。
（2）采用适当的腐蚀操作显示表面的组织。 （3）用显微镜观察和研究试样表面的组织。
这三个阶段是一个有机的整体，无论哪一个阶段操作不当，都会影响最终效果，因此不应忽视任何一个阶段。
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