1、1金相實驗一、實驗目的金屬材料的機械性質與其顯微組織有密切的關係 ， 而顯微組織因熱處理不同而有變化 。 本實驗的主要目的在觀察經各種熱處理的碳鋼及鑄鐵的顯微組織 ， 並 瞭解金相試片的準備程序 以及金屬顯微鏡的使用方法 。二、儀器設備1. 金屬顯微鏡2. 金相試片研磨裝置三、實驗材料純鐵 碳鋼 鑄鐵等四、實驗原理1. 金屬光學顯微鏡的構造如圖 一 所示 ， 其光線線路圖如圖 二 所示 。2. 分解能及開口數 ： 現有兩點 ， 若此兩點距離太近時 ， 吾人無法將此兩點清楚地看成兩個點 ， 但此兩點的距離超過某一限值時就能清楚地看成兩個點 。 能夠將兩點分得清楚的各距離之中 ， 最短距離稱為分解
2、能 。 現有波長圖一金屬光學顯微鏡圖二金屬光學顯微鏡光路略圖2（ ） 的光 ， 如圖 三 所示 ， 通過具有折射率 的媒質 B 射入開口角為 之透境 C 內 ， 在螢幕 （ Screen） D 上成像 ， 由於回折效果 ， 試料上的某一點之像並不成為同樣一點 ， 而擴大成為具有直徑 之圖形像 。 可用下列公式表示 ：d=0.61 /n sin試料上之某兩點的 距離若小於 d 時 ,其像則模糊不清無法分認成兩點 。 由上式可知 ， 要光學顯微鏡上之所謂的分解能提高 ， 只要 使波長變小即可 ， 但是 可見光之波 長 界限為 40008000， 因此可供使用的 值最小無法小於 4000，故欲再提
3、高 分解能則將 n sin 之值增大即可 。 n sin 之值稱為開口數值(Numerical Aperture)， 如圖 四 所示 ， 市面上所賣之物鏡開口數大多為定數 ，以圖 四 為例 ， 其分解能 dmin=0.61 4000/0.65 0.4 ,這表示使用此物鏡時較 0.4 更小的組織 ， 則無法看清楚 。圖三 物境之回折效果 圖四 物境3. 倍率 ： 像的大小與實物大小的比率稱為倍率 ， 觀察金屬的顯微組織時 ， 並非一味地擴大其倍率 ， 務必基於觀察之需要而選用適當的倍率 。 下 表為各種顯微鏡的性能比較 。3五、實驗方法1. 先將試料作成直徑約 1020mm， 高約 20mm 以
4、下之適當大小 。 對於微小或不規則試料須經過鑲埋 （ Mounting） 以方便研磨及觀察 。2. 粗研磨 ： 必要時先以 砂 輪研磨其表面 ， 再以砂 紙 (係依 SiC 之粗度由 粗至細按號依次研磨 ： 200、 400、 800、 1200 等 )研 磨其表面 。3. 精研磨 ： 利用 Al2O3或 Cr2O3(1 及 0.3 之微粒 )等與水混合作為研磨液滴於迴轉研磨機之轉盤上 ， 轉盤 上 裝有絨布或其他研磨布 ， 將擬觀察之面輕按於轉盤研磨布上迴轉研磨 。 直到觀察之面達到鏡面似之光澤為止 。4. 腐 蝕 (Etching)： 將磨光之平面浸於化學腐 蝕液內數秒至數分不等 。 試片
5、處理時應知事項有下列三點 ：(1) 金屬之種類及觀察之目的不同 ， 所選擇之腐 蝕液亦不同 。(2) 腐 蝕液切勿殘留在觀察面上 。(3) 本實驗中之腐 蝕液係使用 Nital(HNO3+酒精 )， 由於 Nital 能將肥粒鐵(Ferrite)及 雪明碳鐵 (Cementite)的晶界侵蝕而使組織呈現 。5. 洗淨試片 ： 用水及酒精洗淨試片之觀察面 ， 然後以 熱風機吹乾該試片平面 。種類 分解能 有效倍率 能觀察之組織光學顯微鏡 0.2 1010 鑄造組織 、 共析組織 、 結晶粒及磁區構造電子顯微鏡 103106 差排線 、 StackingFault、 G-P 層電界離子顯微鏡 11
6、06 原子配位 、 空孔46. 組織檢查 ： 依 目的之不同選擇適當的倍率來觀察組織 。六、實驗結果之整理1. 列表記述各金相試片 之 材質 、 熱處理條件 、 腐 蝕條件 、 觀察倍率及 顯微組織 。註 腐蝕條件包括腐 蝕液種類 、 濃度及時間等2. 在各金相 照 片上 註明試片編號 ， 並 指出各組織的名稱 。七、檢討事項1. 試說明可見光於金屬表面可看出金屬組織相之理由 。2. 試簡單說明下列各組織之特徵 ：（ 1） Pure Iron(純鐵 )、（ 2） Pearlite(波來鐵 )、（ 3） Martensite(麻田散鐵 )、（ 4） Gray Cast Iron(灰鑄鐵 )、（ 5） White Cast Iron(白鑄鐵 )3. 選用 40 倍物鏡 ， 搭配 10 倍目鏡 ， 與選用 20 倍物鏡 ， 搭配 20 倍目鏡 ， 二者所能觀察到的組織微細程度是否相同 ？ 何故 ？4. 欲使用高倍率物鏡 (40 倍以上 )觀察組織時 ， 必須先以低倍率物鏡 (20 倍以下 )對焦後 ， 再切換至高倍率物鏡 ， 其理由為何 ？試片編號 材質 熱處理 腐 蝕條件 倍率 顯微組織123456
