金屬[含苞欲放軸承鋼]金相檢驗技術(shù)及設(shè)備

  金相檢驗技術(shù)及設(shè)備
   
金相檢驗是指在金相顯微鏡下觀察、辨認和分析金屬材料的微觀組織狀態(tài)和分布情況，借以判斷和評定金屬材料質(zhì)量的一種檢驗方法。它的目的，一方面是常規(guī)檢驗，根據(jù)已有知識，判斷或確定金屬材料的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝及過程是否完善，如有缺陷時，借以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的原因；另一方面則是更深入地了解金屬材料微觀組織和各種性能的內(nèi)在聯(lián)系，以及各種微觀組織形成的規(guī)律等，為研制新材料和新工藝提供依據(jù)。
   金相檢驗所使用的儀器最常見的是光學(xué)顯微鏡。為了研究和解決檢驗中所遇到的難題，也使用電子顯微鏡等近代研制的儀器。
                 第一節(jié)  金相試樣的制備
   金相試樣的制備主要包括取樣及磨制，如果取樣的部位不具備典型性和代表性，其檢查結(jié)果將得不到正確的結(jié)論，而且會造成錯誤的判斷。金相試樣截取的方向、部位及數(shù)量應(yīng)根據(jù)金屬制造的方法、檢驗的目的、技術(shù)條件或雙方協(xié)議的規(guī)定，選擇有代表性的部位進行切取。金相試樣的制備、磨拋及侵蝕參照GB/T 13298-1991《金屬顯微組織檢驗方法》的有關(guān)規(guī)定進行。

一、金相試樣的選取
 1．縱向取樣  縱向取樣是指沿著鋼材的鍛軋方向進行取樣。主要檢驗內(nèi)容為：非金屬夾雜物的變形程度、晶?；兂潭?、塑性變形程度、變形后的各種組織形貌、熱處理的全面情況等。
 2．橫向取樣  橫向取樣是指垂直于鋼材鍛軋方向取樣。主要檢驗內(nèi)容為：金屬材料從表層到中心的組織、顯微組織狀態(tài)、晶粒度級別、碳化物網(wǎng)、表層缺陷深度、氧化層深度、脫碳層深度、腐蝕層深度、表面化學(xué)熱處理及鍍層厚度等。
 3．缺陷或失效分析取樣  截取缺陷分析的試樣，應(yīng)包括零件的缺陷部分在內(nèi)。例如，包括零件斷裂時的斷口，或者是取裂紋的橫截面，以觀察裂紋的深度及周圍組織變化情況。取樣時應(yīng)注意不能使缺陷在磨制時被損傷甚至消失。
   試樣尺寸以磨面面積小于400 mm2，高度15~-20 mm為宜。
試樣可用手鋸、砂輪切割機、顯微切片機、化學(xué)切割裝置、電火花切割機、剪切、鋸、刨、車、銑等截取，必要時也可用氣割法截取。硬而脆的金屬可以用錘擊法取樣。不論用哪種方法切割，均應(yīng)注意不能使試樣由于變形或過熱導(dǎo)致組織發(fā)生變化。對于使用高溫切割的試樣，必須除去熱影響部分。

二、金相試樣的鑲嵌
   在金相試樣的制備過程中，有許多試樣直接磨拋（研磨、拋光）有困難，所以應(yīng)進行鑲嵌。經(jīng)過鑲嵌的樣品，不但磨拋方便，而且可以提高工作效率及試驗結(jié)果準確性。通常進行鑲嵌的試樣有：形狀不規(guī)則的試件；線材及板材；細小工件；表面處理及滲層鍍層；表面脫碳的材料等。
   樣品鑲嵌的常用方法有：
 1．機械鑲嵌法  機械鑲嵌法是試樣放在鋼圈或小鋼夾中，然后用螺釘和墊塊加以固定。該方法操作簡便，適合于鑲嵌形狀規(guī)則的試樣。
 2．樹脂鑲嵌法  樹脂鑲嵌法是利用樹脂來鑲嵌細小的金相試樣，可以將任何形狀的試樣鑲嵌成一定尺寸的試樣。樹脂鑲嵌法可分為熱壓鑲嵌法和澆注鑲嵌法兩類。
 （1）熱壓鑲嵌法  熱壓鑲嵌法是將聚氯乙烯、聚苯乙烯或電木粉經(jīng)加熱至一定溫度并施加一定壓力和保溫一定時間，使鑲嵌材料與試樣緊固地粘合在一起，然后進行試樣研磨。熱壓鑲嵌需要用鑲嵌機來完成。
  (2) 澆注鑲嵌法  澆注鑲嵌法適用于不允許加熱的試樣、較軟或熔點低的金屬，形狀復(fù)雜的試樣、多孔性試樣等。實踐證明采用環(huán)氧樹脂較好，常用配方為：環(huán)氧樹脂90 g，乙二胺10 g，還可以加人少量增塑劑（磷苯二甲酸二丁醋）。按以上配比攪拌均勻，注入事先準備好的金屬圈內(nèi)，圈內(nèi)先將試樣安置妥當，約2~-3 h后即可凝固脫模。

三、金相試樣的磨制
   金相試樣經(jīng)切割或鑲嵌后，需進行一系列的研磨工作，才能得到光亮的磨面。研磨的過程包括磨平、磨光、拋光3個步驟。
 1. 磨平即粗磨  試樣截取后，第一步進行粗磨，粗磨一般在落地砂輪上進行。磨料粒度的粗細，對試樣表面粗糙度和磨削效率有一定影響。粗磨時，還應(yīng)注意蘸水冷卻，防止組織變化。
 2．磨光即細磨  試樣經(jīng)粗磨后表面雖已平整，但還存在較深的磨痕及表面加工變形層，需要通過從粗到細的不同金相砂紙的磨制，把它們逐漸減輕，為進一步拋光做好準備。
金相砂紙是磨光金相試樣的重要材料，一般采用的磨料為碳化硅和氧化鋁。手工磨光試樣時，砂紙應(yīng)放在玻璃板上，依次用280號、500號、600、800、1000號金相砂紙磨光，每更換一道砂紙，試樣應(yīng)轉(zhuǎn)動90˚，并使前一道的磨痕徹底去除。
   除了手工細磨外，還可用金相試樣預(yù)磨機機械細磨，但磨光時需注意用水冷卻，避免磨面過熱。
 3．拋光  拋光的目的是在于去除金相磨面上由細磨所留下的細微磨痕及表面變形層，使磨面成為無劃痕的光滑鏡面。
   金相試樣的拋光方法有：
  (1) 機械拋光：機械拋光是靠拋光微粉的磨削和滾壓作用，把金相試樣拋成光滑的鏡面。拋光時拋光微粉嵌人拋光織物的間隙內(nèi)，相當于磨光砂紙的切削作用。
   機械拋光所使用的設(shè)備主要是拋光機，拋光機由電動機帶動拋光盤構(gòu)成，結(jié)構(gòu)比較簡單。拋光盤轉(zhuǎn)速為300~500r/min。良好的拋光機不允許有能感覺到的徑向和軸向跳動。
   拋光時常用的磨料有氧化鉻、氧化鋁、氧化鐵和氧化鎂，將拋光磨料制成水懸浮液后使用?，F(xiàn)在比較常用的拋光磨料是金剛石研磨膏，它的特點是拋光效率高，拋光后表面質(zhì)量好。
   拋光織物對金相試樣的拋光具有重要的作用，依靠織物與磨面間的摩擦使磨面光亮。一般常用的粗糙拋光織物用帆布，細拋和精拋織物用海軍呢、絲絨和絲綢等。
   拋光操作時，對試樣所施加的壓力要均衡，且應(yīng)先重后輕。在拋光初期，試樣上的磨痕方向應(yīng)與拋光盤轉(zhuǎn)動的方向垂直，以利較快地拋除磨痕。在拋光后期，需將試樣緩緩轉(zhuǎn)動，這樣有利于獲得光亮平整的磨面，同時能防止夾雜物及硬性的相產(chǎn)生曳尾現(xiàn)象。
  (2) 電解拋光：電解拋光采用電化學(xué)溶解作用，使試樣達到拋光的目的。電解拋光速度快，一般試樣經(jīng)過600號或800號砂紙磨光后即可進行電解拋光。經(jīng)電解拋光的金相試樣能顯示材料的真實組織，尤其是硬度較低的金屬或單相合金，對于極易加工變形的合金，像奧氏體不銹鋼、高錳鋼等采用電解拋光更為合適。但不適用于偏析嚴重的金屬材料、鑄鐵以及夾雜物
檢驗的試樣。                                      
圖4-1是電解拋光裝置示意圖，用不銹鋼作為陰極，被拋
光的試樣作為陽極，容器中盛放電解液，當接通電流后，試樣
的金屬離子在溶液中發(fā)生溶解，在一定電解條件下，試樣表面
微凸部分的溶解比凹陷處來得快，從而逐漸使試樣表面由粗糙
變成平坦光亮。
電解拋光使用直流電源一般采用低壓蓄電池充電器即已足
夠，電路中應(yīng)裝有電流表和電壓表。                             圖4-1   電解拋光原理示意圖
   拋光時應(yīng)先接通電源，然后夾住試樣，將試樣放人電解液           1-陽極（試樣）；  2-陰極
中，此時應(yīng)立即正確地調(diào)整至額定拋光電流，并給予電解液以充分的攪拌與冷卻或加熱。拋光完畢后，必須先將試樣自電解液內(nèi)取出，然后切斷電源，并將試樣迅速移人水中沖洗、吹干。常用的電解拋光液和規(guī)范見表4-1。
  4．自動制樣設(shè)備的簡介  傳統(tǒng)手工的金相試樣制備過程工序繁瑣，目前比較先進的設(shè)備是半自動或全自動的金相制樣設(shè)備。該種設(shè)備的特點是集粗磨、細磨、拋光這些制樣工序為一體。
   半自動制樣設(shè)備的工作程序是先將鑲嵌好的試樣用固定器固定，然后選擇相應(yīng)粒度的研磨紙（由粗                     表4-1    常用的電解拋光液和規(guī)范
拋光液名稱 成  分(mL) 規(guī)    范 用     途
高氯酸-乙醇水溶液 乙醇            800
水              140
高氯酸(ω=60)   60 30~60V
15~60s 碳鋼、合金鋼
高氯酸-甘油溶液 乙醇            700
甘油            100
高氯酸(ω=30)  200 15~50V
15~60s 高合金鋼、高速鋼、
不銹鋼
高氯酸-乙醇水溶液 乙醇            800
高氯酸(ω=60)  200 35~80V
15~60s 不銹鋼、耐熱鋼
鉻酸水溶液 水              830
鉻酸            620 1.5~9V
    2~9min 不銹鋼、耐熱鋼
磷酸水溶液 水              300
磷酸            700 1.5~2V
5~15s 銅及銅合金
磷酸-乙醇水溶液 水             200
乙醇            380
磷酸            400 25~30V
4~6s 鋁、鎂、銀合金

到細），將其貼在轉(zhuǎn)盤上，設(shè)定研磨時間、壓力及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)，完成機械粗磨到機械細磨；拋光時只需選擇適合的拋光織物貼在轉(zhuǎn)盤上，并添加適合的拋光液即可輕松完成機械拋光程序。
全自動金相制樣設(shè)備的操作則更為簡便，將試樣用固定器固定，并將制樣所需的各種粒度的研磨紙及拋光用的拋光織物全部貼在轉(zhuǎn)盤上(該種設(shè)備裝有多個轉(zhuǎn)盤)，預(yù)先設(shè)定磨拋程序及各項參數(shù)，設(shè)備將在電腦控制下完成從粗磨、細磨、拋光直至最后將試樣干燥的所有工序。

四、金相試樣的浸蝕
   在某些合金中，由于各相組成物的硬度差別較大，或由于各相本身色澤顯著不同，在顯微鏡下能分辨出它的組織。但大部分的顯微組織均需經(jīng)過不同方法的浸蝕，才能顯示出各種組織來。金相組織的顯示，就是將鋼的晶界、相界或組織顯示出來，以便于在顯微鏡下觀察。常用的金屬組織浸蝕法有化學(xué)浸蝕及電解浸蝕法等。
 （一）化學(xué)浸蝕法
   化學(xué)浸蝕是利用化學(xué)浸蝕劑，通過化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織。
   純金屬和單相合金的浸蝕是一個化學(xué)溶解過程。由于晶界上原子排列的規(guī)律性差，具有較高的自由能，所以晶界處較易浸蝕而呈凹陷。若浸蝕較淺，由于垂直光線在晶界處的散射作用，在顯微鏡下可顯示出純金屬或固溶體的多邊形二維晶粒。若浸蝕較深，則在顯微鏡下可顯示出明暗不一的晶粒，這是由于各晶粒位向不同，溶解速度各異，浸蝕后的顯微平面和原磨面的角度不同，在垂直光線照射下，反射光線方向各異，顯示出明暗不一。
   二相合金和多相合金的浸蝕主要是一個電化學(xué)腐蝕過程。各組成相的電極電位不同，在浸蝕劑（即電解液）中，形成許多微電池，產(chǎn)生微電池效應(yīng)。負電位較高的一相成為陽極，被迅速溶人電解液中逐漸凹下去，而正電位較高的另一相成為陰極保持原光滑平面，在顯微鏡下就可清楚地顯示出各種不同的相。
浸蝕的步驟是：將已拋光的試樣，先用水沖，再用酒精洗去殘余拋光粉后進行浸蝕，浸蝕的方法有
浸入法和揩擦法。浸入法是將試樣用夾子或手指夾住，浸入盛有侵蝕劑的器皿中，使磨面朝上，并使試樣全部浸入進行浸蝕?？练ㄊ怯妹藁ㄇ蛘慈〗g劑，在試樣磨面涂抹進行浸蝕，在浸蝕過程中應(yīng)使磨面經(jīng)浸蝕逐漸失去光澤，再變成銀白色或淡黃色，最后成為灰黑色。一般宜浸蝕較淺，先在顯微鏡上觀察浸蝕的程度，如果組織尚未顯露，可不經(jīng)拋光再進行浸蝕。浸蝕時間的長短與鋼的組織狀態(tài)、浸蝕劑的種類有關(guān)。浸蝕完成后，用水沖洗干凈，再用酒精擦去余液，將試樣置于熱風(fēng)機下吹干，即可用于顯微分析。經(jīng)浸蝕后的試樣表面不能用手摸或與其它物體碰擦，并應(yīng)保存于干燥皿內(nèi)，以防生銹和污染。
 常用金相化學(xué)浸蝕劑見表4-2。鋼鐵材料最常用的是1％~5％硝酸酒清溶液和4％苦味酸酒精溶液。
                       表4-2   常用金相化學(xué)浸蝕劑
浸 蝕 劑 名 稱 成          分 適  用  范  圍
硝酸酒精溶液 硝酸            1~5ml
酒精            100ml 淬火馬氏體、珠光體、鑄鐵等
苦味酸酒精溶液 苦味酸             4g
酒精            100ml 珠光體、馬氏體、貝氏體、滲碳體
鹽酸、苦味酸酒精溶液 鹽酸              5ml
苦味酸             1g
酒精            100ml 回火馬氏體及奧氏體晶粒
鹽酸、硝酸溶液 鹽酸             10ml
硝酸              3ml
酒精            100ml 高速鋼回火后晶粒、氮化層、碳氮化層
氯化高鐵、鹽酸水溶液 氯化高鐵           5g
鹽酸             50ml
水              100ml 奧氏體-鐵素體不銹鋼、18-8不銹鋼
純銅、黃銅及其合金
混合酸甘油溶液 鹽酸             20ml
硝酸             10ml
甘油             30ml 奧氏體不銹鋼、高Cr-Ni耐熱鋼
過硫酸銨水溶液 (NH4)2S2O3              10g
水             100ml 純銅、黃銅及其它銅合金
氫氧化鈉水溶液 氫氧化鈉           1g
水              100ml 鋁及鋁合金
硫酸銅-鹽酸溶液 硫酸銅             5g
鹽酸             50ml
水               50ml 高溫合金
赤血鹽-氫氧化鈉水溶液 赤血鹽             5g
氫氧化鈉           5g
水                0ml 碳化鈦鍍層

 （二）電解浸蝕法
   化學(xué)浸蝕法雖然有不少強烈作用的浸蝕劑，但對于某些具有極高化學(xué)穩(wěn)定性的合金，仍難清晰地顯示出它們的組織，如不銹鋼、耐熱鋼、熱電偶材料等。
   電解浸蝕的工作原理基本上與電解拋光相同。在電解拋光開始時試樣產(chǎn)生“浸蝕”現(xiàn)象，這一階段正好是電解浸蝕的工作范田。由于各相之間與晶粒之間的析出電位不一致，在微弱電流的作用下各相的浸蝕深淺不同，因而能顯示各相的組織。

五、現(xiàn)場金相檢驗
   某些大型的機件或構(gòu)件，如大型齒輪、軸類、管道等進行組織無損檢驗時，可直接在工件上選定檢驗點，進行磨光--拋光--浸蝕等過程。
選擇粒度適宜的小砂輪，插人電動手磨機上并固緊。
開啟手磨機將工件上欲檢測的部位磨平；然后在手磨機的
磨頭上貼上金相砂紙貼片，在被檢測部位細磨，并由粗到
細更換幾種不同粒度的貼片，直到細磨完成，最后在磨頭
上貼上拋光布貼片，并加研磨膏拋光直至被檢測部位光亮
為止。觀察組織時，用棉花蘸上少許化學(xué)浸蝕劑在被檢測
部位輕輕擦拭，浸蝕完畢用酒精沖淋并用吹風(fēng)機吹干。
觀察組織時可用便攜式金相顯微鏡，對于無法用顯微
鏡觀察的部位，制樣后采用覆膜的方法將需要觀察處用薄
膜復(fù)制出來，帶到實驗室觀察。如需攝影再在顯微鏡上裝    圖4-2  XJD-100型便攜式金相顯微鏡
上攝影儀或攝影照相機。

               
    第二節(jié)   金相顯微鏡
一、顯微鏡的光學(xué)原理
（一）幾何光學(xué)概述
   從最簡單的放大鏡到最復(fù)雜的新型顯微鏡，所有這些光學(xué)儀器的構(gòu)成，都是基于光線在均勻介質(zhì)中作直線傳播，并在兩種不同介質(zhì)的分界面上發(fā)生折射或反射等現(xiàn)象。
（二）放大鏡
   放大鏡是最簡單的光學(xué)儀器。物體AB放在凸透鏡的前焦點以內(nèi)，那么通過透鏡觀察物體時，可以看見一個放大的正立的虛像A’B’。放大后的正立虛像A’B’與物體AB之比，即像長和物長之比，稱為像的放大率。
   放大鏡的倍數(shù)一般均在20X以下，如果要得到更高倍數(shù)的放大就必須用顯微鏡。
（三）顯微鏡
顯微鏡是由兩塊透鏡(物鏡與目鏡)組成，并借物鏡、目鏡兩次放大，使物體得到極高放大倍數(shù)。
   1．顯微鏡的放大倍數(shù)  顯微鏡的總放大倍數(shù)為物鏡放大倍數(shù)和目鏡放大倍數(shù)的乘積。顯微鏡的放大倍數(shù)與物鏡和目鏡的焦距乘積成反比。每臺顯微鏡都備有若干套目鏡和物鏡，以得到不同的放大倍數(shù)。
   2．顯微鏡的鑒別率  顯微鏡的鑒別率是指顯微鏡對于所觀察的物體上彼此相近的兩點產(chǎn)生清晰像的能力，鑒別率主要是由物鏡的鑒別率決定的。物鏡的數(shù)值孔徑及波長對于顯微鏡的鑒別率有影響，數(shù)值孔徑越大，波長越短，則顯微鏡的鑒別率就越高。這時在顯微鏡中就可以看到更細的粒子。
3．數(shù)值孔徑  數(shù)值孔徑表征著物鏡的集光能力。物鏡的數(shù)值孔徑越大即表示透鏡面積越大，則像就越鮮明。
   4．景深  景深，即垂直鑒別率。反映顯微鏡對于高低不同的物體能清晰成像的能力。物鏡的景深與其放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑成反比。若景深太小，則試樣表面高低不同的浮雕難以同時呈現(xiàn)清晰的圖像。
   由于放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率之間有一定的關(guān)系。為此選用物鏡時必須使顯微鏡的放大倍數(shù)在一定范圍。若放大倍數(shù)過小，則未能充分發(fā)揮物鏡的鑒別率；若放大倍數(shù)過大，則形成“虛偽放大”，細微部分將分辨不清。因此對于同一放大倍數(shù)，應(yīng)首先選定物鏡，然后根據(jù)放大倍數(shù)再選用目鏡為宜。
   3．像差  普通單片透鏡容易產(chǎn)生映像的畸變和視場物像不夠清晰的現(xiàn)象稱為像差。像差又可分為
色像差和球面像差。
   產(chǎn)生色像差是由于照明白色光是由各種波長不同的單色光組成，而不同波長的光線通過透鏡時的折射率不同，結(jié)果使各種波長的光聚焦在不同的點上，使成像模糊不清，而且在視場邊緣上可以看到一個彩色環(huán)。因此，在使用顯微鏡時，可使用濾色片（黃色或綠色）消除像差。
   球面像差的產(chǎn)生是由于單片球面透鏡的中心和邊緣厚薄不同，使光線經(jīng)折射后不能聚焦到一點造成的。使用透鏡面積越大，球差越嚴重，若只使用透鏡中心部分，則球差較小，但降低了鑒別率。消除或減輕像差的辦法是采用復(fù)合透鏡。

二、金相顯微鏡的構(gòu)造
   金相顯微鏡雖有臺式、立式和臥式之分，但基本構(gòu)造大體相同，現(xiàn)以教學(xué)常用的4X型小型金相顯微鏡為例來介紹顯微鏡的構(gòu)造。4X型金相顯微鏡的主要結(jié)構(gòu)如圖4--3所示。
1． 照明系統(tǒng)  金相顯微鏡中主要有兩種照明物體的方法，即45º平面玻璃反射和棱鏡全反射。在
金相工作中的照明方式還分為明場和暗場照明兩種。
明場照明是金相分析中常用的一種照明方式。垂直照明器將來自光源的水平方向光線轉(zhuǎn)成垂直方向的光線，再由物鏡將垂直或近似垂直的光線，照射到金相試樣平面，然后由試樣表面上反射來的光線，又垂直地通過物鏡給予放大，最后由目鏡再予以第二次放大。如果試樣是一個鏡面，那么最后的映像是明亮一片，試樣的組織將呈黑色映像襯映在明亮的視域內(nèi)，因此稱為“明視場照明”。
 在金相顯微鏡中常安置有兩個可變的光欄，使用時可調(diào)節(jié)光欄大小，其目的是為了提高映像的質(zhì)量。
(1) 孔徑光欄  位于光源聚光透鏡前的可變光欄?？梢钥刂迫松涔馐拇旨?，以改變物鏡的數(shù)值孔徑，
故稱為“孔徑光欄”。孔徑光欄的大小，對顯微圖像的質(zhì)量影響較大，主要是：當孔徑光欄縮小時，僅物鏡的中心部分起放大作用，使得物鏡的鑒別能力降低，影響細微組織的分辨。擴大孔徑光欄，有利于鑒別組織細節(jié)。但若孔徑光欄開啟過大，會降低物像的清晰度及襯度。所以孔徑光欄大小的合適程度應(yīng)依照明光束充滿（或略小于）物鏡的后透鏡為宜。具體可根據(jù)觀察時所見物像的清晰程度來選定光欄的大小。在更換物鏡后，孔徑光欄應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整。
(2) 視場光欄  視場光欄處在孔徑光欄之后，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后造像于金相磨面上。因此調(diào)節(jié)視場光欄能改變觀察視場的大小，此外視場光欄還能減少鏡筒內(nèi)部的反射與弦光，提高映像襯度。視場光欄宜縮小到最小限度。視場光欄越小，映像的襯度越佳。由此可見，孔徑光欄和視場光欄都是為                圖4--3   4X型金相顯微鏡構(gòu)造圖
了改進映像的質(zhì)量，而設(shè)置于光學(xué)系統(tǒng)中的，應(yīng)根據(jù)映像的    1-載物臺; 2-物鏡; 3-半反光鏡; 4-物鏡轉(zhuǎn)換器;
辨能力和襯度的要求妥為調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮其作用，切勿僅用    5-傳動箱 6-微調(diào)焦手輪; 7-粗調(diào)焦手輪; 8-目鏡
以調(diào)節(jié)映像的明暗，而失去應(yīng)有效應(yīng)。                      9-目鏡管，10-視場光欄； 11-孔徑光欄
金相觀察時有時還需使用濾色片，濾色片是金相顯微鏡攝影時的一個重要輔助工具，其作用是吸收光源發(fā)出的白光中波長不合需要的光線，而只讓所需波長的光線通過，以得到一定色彩的光線，從而得到能明顯表達各種組織組成物的金相圖片。濾色片的主要作用是：
(1) 對彩色圖像進行黑白攝影時，使用濾色片可增加金相照片上組織的襯度，或提高某種帶有色彩
組織的細微部分的分辨能力。
(2) 校正殘余色差。濾色片常與消色差物鏡配合，消除物鏡的殘余色差。
(3) 提高分辨率。光源波長越短，物鏡的分辨能力越高，因此使用濾色片可得到較短波長的單色
光，提高分辨率。                            
   2．光學(xué)系統(tǒng)-
   (1)物鏡  物鏡是顯微鏡最主要的部件，它是由許多種類的玻璃制成的不同形狀的透鏡組所構(gòu)成的。    
   物鏡按其光學(xué)性能又可分為消色差、平面消色差、復(fù)消色差、平面復(fù)消色差、半復(fù)消色差物鏡和供特殊用途的顯微硬度物鏡、相襯物鏡、球面及非球面反射物鏡等。這些物鏡是為了盡可能消除物鏡的各種光學(xué)缺陷或適應(yīng)在特殊條件下工作時應(yīng)用。
(2)目鏡  目鏡主要是用來對物鏡已放大的圖像進行再放大。目鏡又可分為普通目鏡、校正目鏡(補償目鏡)、測微目鏡、照相目鏡等。目鏡的類型、放大倍數(shù)等刻在目鏡的金屬外殼上。普通目鏡與消色差物鏡配合使用。補償目鏡帶"K"字標記，與復(fù)消色差物鏡配合使用，而不可與消色差物鏡配合使用。測微目鏡內(nèi)附有細微標尺，可測量金相組織中晶粒大小、石墨長短、表面脫碳層厚度以及顯微硬度壓痕等。照相目鏡在進行金相攝影時使用。
顯微鏡在使用時，可根據(jù)所需要的放大倍數(shù)選擇合適的物鏡和目鏡。
   3．機械系統(tǒng)
   粗調(diào)手輪、細調(diào)手輪：調(diào)節(jié)物鏡與試樣表面的距離，以便得到最清晰的圖像。
   載物臺：用于放置試樣。載物臺和下面托盤之間有導(dǎo)架，以便用手使載物臺在水平各方向上進行一定范圍的移動，來改變試樣的觀察部位。
   物鏡轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器呈球面形，上有三個螺孔，供安裝不同放大倍數(shù)的物鏡用。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器可使物鏡鏡頭進人光路，并與不同的目鏡組合使用，獲得各種不同的放大倍數(shù)。
   目鏡筒：目鏡筒呈45º傾斜式，安裝在附有棱鏡的半球形座上。目鏡筒還可轉(zhuǎn)向90º呈水平位置，以配合照相裝置進行顯微照相。
底座：為整個顯微鏡的支撐部件，并可安裝金相攝影裝置。

三、金相顯微鏡的使用
   顯微鏡為精密的光學(xué)儀器，使用時必須小心謹鎮(zhèn)、十分愛護，自覺遵守實驗室的規(guī)章制度和操作程序。在操作之前應(yīng)先了解有關(guān)顯微鏡的基本原理、構(gòu)造以及各主要附件的作用和所在位置等。在使用過程中不允許有劇烈振動，調(diào)焦時用力不得過猛；不許任意拆換顯微鏡上的零件。也不能用手摸或用紙、布擦鏡頭，萬一遇有油污，可用二甲苯滴在擦鏡頭紙上拭擦鏡頭。
   使用步驟：先按要求放大倍數(shù)選配物鏡和目鏡，放置試樣，接通電源，以眼睛對著目鏡轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪，使物鏡接近試樣，在發(fā)現(xiàn)視場由淺暗而漸趨明亮乃至出現(xiàn)模糊映像時，再轉(zhuǎn)動微調(diào)焦手輪至清晰為止。觀察結(jié)束后應(yīng)立即切斷電源，把鏡頭和附件放回原處。
   在檢驗脫碳層深度、晶粒度評級及夾雜物定量分析等工作時，需要對組織組成物的尺寸進行定量測量，這就需用測微目鏡。使用時需要對測微目鏡進行校正。
   測微目鏡是在普通目鏡光闌上（即初像焦面上）裝一按0. lmm或0. 5mm等分度的測微玻璃片。物鏡測微計（尺）是刻有按0. 0lmm分度的玻璃尺（或拋光的金屬尺），尺的刻度全長為１mm。校正方法如下：將物鏡測微計作為被觀察物體置于試樣臺上，刻度面朝物鏡，使用測微目鏡觀察，調(diào)好后，將物鏡測微計上的若干刻度，與測微目鏡上若干刻度相對齊。因為已知物鏡測微計每小格為0.0lmm，所以測微目鏡中每小格所量度的實際長度就可計算出來了。
   對組織組成物進行測量時，調(diào)好焦距后，使測微目鏡刻度與組織組成物圖像重合，以前面已校好的測微目鏡每小格的實際長度作為尺寸來量度被測物的大小。
   應(yīng)該注意的是，所測得的結(jié)果僅對校正時用的物鏡才是正確的，若改用別的物鏡，又需重新作校正。
   隨著科技的不斷發(fā)展，金相顯微鏡的設(shè)計制造也不斷進步，除了制造精密的光學(xué)系統(tǒng)外，對于許多操作使用上的細節(jié)也更為關(guān)注，充分體現(xiàn)了人性化的理念。
   目前各公司生產(chǎn)的大型金屬顯微鏡都具有觀察和拍攝正像的能力，位于載物臺上的試樣的垂直、水平移動方向與圖像和映像同一，使通過拍攝顯微像照片比較和檢驗試樣的過程變得非常簡便。
   備有萬能垂直照明筒，在鏡體上同時裝有多種附件的狀態(tài)下，通過簡便的操作選擇和轉(zhuǎn)入明視場法、暗視場法、諾曼爾斯基微分干涉襯比法、偏振光法四種不同觀察法中任意一種的可能性。
   備有顯微照相裝置，內(nèi)裝有自動曝光控制系統(tǒng)，能夠同時安裝帶自動輸片機構(gòu)的35 mm照相機背座和大尺寸照相機背座，在35 mm照相機背座支架上還可安裝電視攝像機。
   為了提供更大的操作方便性，該系列的顯微鏡采用了緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計，載物臺的位置高于雙目鏡筒，從而易于移動要觀察的試樣。并備有毫無閃光現(xiàn)象的鹵素?zé)?，即使長時間連續(xù)觀察也不會感到疲勞。        
   傳統(tǒng)的顯微照相技術(shù)由于需對膠片沖洗及印相，故常常會占用大量時間，減低工作效率。新型的CCD(電荷耦合裝置）攝像頭或數(shù)碼相機轉(zhuǎn)接技術(shù)便能解決這個問題。顯微鏡所成的像通過CCD攝像頭或數(shù)碼相機傳輸?shù)诫娔X顯示屏，再使用專業(yè)的打印機及打印用相紙便能輕松迅速地將所需要的圖像打印出來。

                      第三節(jié)  金相照片的制作
要進行金相分析，對從顯微鏡下觀察到的各種典型組織都需要加以記錄和保存，這就要進行顯微攝影，也稱為金相攝影。傳統(tǒng)的金相攝影只有利用膠片攝像再印出相片，需對膠片進行沖洗和印相，工作量大，占用大多的時間，效率低。而數(shù)碼技術(shù)應(yīng)用到金相攝影后，數(shù)碼金相攝影以其操作簡單，時間短，效率高，可直接和電腦聯(lián)接等優(yōu)勢，很快得到廣泛的重視和應(yīng)用。

一、金相攝影及暗室技術(shù)
暗室技術(shù)是金相攝影的重要內(nèi)容，要求操作者能掌握感光材料的性能，顯影、定影、水洗等方法，以及注意的要點。
（一）感光材料
   感光膠片是攝影中的重要材料，通常稱為“底片”。感光膠片的主要性能有感光度、感色性和寬容度等。
 1．感光度  表示感光片感光速度高低的標志稱為感光度。感光度高的感光片，對光線的反應(yīng)十分敏感，適合于室內(nèi)或夜間攝影；感光度低的感光片，對光線反應(yīng)比較遲緩，必須在充足的光線下才能成像。各國的感光度表示方法多用“國家標準”加數(shù)字來表示，如中國用GB；后面加的數(shù)字越大，說明感光度越高。一般采用GB21膠片。
 2．感色性  感光片對不同顏色的感受能力，稱為感色性。根據(jù)感色能力的不同，可分為色盲片、分色片、全色片三種。
   (1)色盲片：色盲片只能感受紫、藍光線，而不感受綠、紅等光線。適合于翻拍文件和圖表，以及制作幻燈片等。不適合拍攝風(fēng)光和人像。
   (2)分色片：分色片的感色性從紫、藍光擴展到除紅光以外的所有可見光。用這種感光片拍攝景物，其影像明暗差別接近于外界實物，所以又稱正色片。但它對紅光缺乏辨別力，鮮艷的紅色在影像中成為深灰色或黑色。
   (3)全色片：它是在分色片基礎(chǔ)上發(fā)展起來的感光范圍最寬的黑白感光片，它對自然界的七種可見光全能感受。由于它的適應(yīng)性強，拍攝效果好，因此使用極為普遍。
 3．寬容度  寬容度就是感光片在感光上的伸縮性，即感光范圍。寬容度與感光度高低呈正比，即感光度越高，寬容度越大；感光度越低，寬容度越小。根據(jù)這一道理，拍攝時要注意感光速度的作用。
 4．反差  底片上黑白色調(diào)的對比程度，稱為反差。底片上的反差以適中為宜，過分強烈，會使影像生硬失真；過分軟弱，又會使影像失去光澤而形成灰蒙蒙的一片。
在攝影時，感光片涂有感光乳劑膜的一面稱為藥面，藥面應(yīng)面向拍攝對象，才能得到正確的影像。
（二）感光膠片的顯影和定影
   感光膠片經(jīng)過曝光后銀鹽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但肉眼看不到，稱為“潛影”，將有“潛影”的膠片放在顯影液中進行顯影，經(jīng)顯影后的膠片，被感光的銀粒還原成黑色金屬銀粒，感光多的地方顯影快，還原的銀粒多，形成黑色微粒的密度也大，隨著顯影時間的延長，使所拍攝的影像能充分地顯現(xiàn)出來。
 1．顯影  顯影液是使感光膠片顯影的物質(zhì)。顯影時間一般控制在5 min左右。顯影時間也受到顯影溫度（一般在20～25℃）及顯影液濃度的影響，如果顯影溫度高，顯影液濃度大，所需時間可較短，反之則所需時間較長。
 2．感光膠片的定影  定影的作用是使感光膠片上未經(jīng)感光還原的鹵化銀變?yōu)榭扇芙庥谒柠}類。已經(jīng)感光的感光片經(jīng)過顯影以后，乳劑膜中感光的銀鹽，已被還原成負片上的黑色銀粒，這些銀粒組成了被攝入的影像。但是還有大部分未經(jīng)感光和未被顯影的銀鹽，仍然附著在感光片上，它們不但會損害負片的透明度，而且還會破壞負片的影像。因此一定要經(jīng)過定影處理，去除那些未經(jīng)感光的銀鹽，使底片上的影像穩(wěn)定下來，；并能長期保存。定影時問一般為20~30 min。
   定影時間也不宜過長，定影過度會使影像減薄，并使膠膜破壞。定影液使用一段時間后會失效，應(yīng)進行更換。
 4．水洗及干燥  感光膠片經(jīng)過定影之后，膠片上有許多可溶性的復(fù)合銀鹽，還有大量的大蘇打及其他化學(xué)物質(zhì)，應(yīng)該用水洗的方法徹底去除。方法是將膠片置于盆中，用流動水沖洗20~30 min。水洗后的底片應(yīng)懸掛在通風(fēng)而又無塵的地方晾干，待底片干燥后裝人底片袋，防止表面損傷。
（三）印相
   負片上的影像與實物黑白相反，實物的明亮部分在負片上呈黑色，陰暗部分則呈透明的白色，這就需要用負片來曬印或放大成照片，使實物的本來面目再現(xiàn)出來。
   印相是將負片與相紙緊疊在一起，使負片的乳膠層與相紙的乳膠層對合，然后讓燈光透過負片射在相紙上，使相紙上的銀鹽感光，經(jīng)沖洗后得到與負片黑白相反而與被攝組織吻合的影像。印相的過程可以在暗室的紅燈光下進行操作。
   感光紙：用于印相和放大的感光材料是感光紙，也稱為印相紙和放大紙。印相時，可根據(jù)印放的需要選用不同的感光紙。根據(jù)其反差強弱，分為1~4號。1號印相紙稱為軟性紙，2號印相紙是中性紙，3號印相紙是硬性紙，4號印相紙是特硬性紙。金相照片大部分要求黑白分明，所以宜選用3、4號感光紙。
 1．感光  將底片放在印相機上。藥面向上，將印相紙藥面向下，兩者藥面相對壓緊后進行感光。印相感光要準確，使影像最大密度能達到一定厚度，最小密度也能出現(xiàn)清晰的影像。密度較大的底片感光時間應(yīng)長．密度較小的底片感光時間應(yīng)短。
 2．顯影  已感光的相紙，顯影時把相紙浸人顯影液中，應(yīng)用夾子移動相紙，防止藥面與其他相紙接觸而導(dǎo)致顯影不均勻。
 3．定影  相紙顯影完畢，應(yīng)在清水中浸晃幾下，然后取出放人定影液中，使照片的乳膠層向下，正常溫度下，定影時間一般為15~20 min。
 4．水洗  經(jīng)定影后的照片應(yīng)在流動水中沖洗20 min左右，以清除掉相紙上的定影液。
 5．干燥  照片上光應(yīng)在上光機上進行，上光時將照片的藥面貼在上光板上，再把帆布蓋放下，然后用橡皮滾子在帆布上碾壓，使上光均勻。經(jīng)烘干上光的照片再進行剪切后，便成為了完整的照片。

二、數(shù)碼金相攝影
   數(shù)碼金相攝影就是利用CCD(電荷耦合裝置)攝像頭或數(shù)碼相機轉(zhuǎn)接技術(shù)把顯微鏡和電腦聯(lián)接起來，把顯微鏡所成的像通過CCD攝像頭或數(shù)碼相機傳輸?shù)诫娔X顯示屏，經(jīng)過處理后，再使用專業(yè)的打印機及打印用相紙將所需要的圖像打印出來。
數(shù)碼金相攝影除了操作簡單，時間短，效率高的優(yōu)點外，還有直接和電腦聯(lián)接，金相照片可直接插進檢測報告或文件等優(yōu)勢，很快得到廣泛的重視和應(yīng)用。
數(shù)碼金相攝影是在金相顯微鏡的攝影專用接
口或目鏡接口上加上一個和CCD攝像頭或數(shù)碼
相機配套的專用攝影鏡頭，裝上CCD攝像頭或
數(shù)碼相機后再用專用接線和電腦聯(lián)接起來，就可
在電腦屏幕上看到顯微鏡所成的像(圖4-4)。
數(shù)碼金相攝影的缺點首先是視場小，放大倍
數(shù)不準確，就算通過電腦處理到相同的放大倍數(shù)，
也和顯微鏡所成的像有區(qū)別，不能用于組織的比
較；再次是數(shù)碼金相攝影相片的分辯率不及膠片
成像，對微細的組織區(qū)別分辯不清；還有是數(shù)碼
金相可在電腦上作修改，照片的可信度較差。