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金属材料加工原理实验指导书
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金属材料加工原理实验指导书
刘英 张治国 自编
实验一 显微镜的原理、构造和使用
一、实验目的
1.了解金相显微镜的结构及原理；
2.学会用显微镜进行显微观察。
金相分析是研究金属及合金内部组织及缺陷的主要方法之一，它在金属材料研究领域中占有很重要的地位。利用金相显微镜在专门制备的试样上放大100-1500倍来研究金属及合金组织的方法称为金相显微分析法，它是研究金属材料显微组织最基本的一种实验技术。显微分析可以研究金属及合金的组织与其化学成分的关系；可以
各类合金材料经不同的加工及热处理后的显微组织；可以判别金属材料质量的优
如各种非金属夹杂物――氧化物、硫化物等在组织中的数量及分布情况以及金属晶粒的大小等。
相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类。这里仅对常用的光学金相显微镜作一般介绍。
如何将所研究的材料制备成合乎一定要求的金相显微试样，以便通过显微镜来进行观察，是必须掌握的一种基本技能。金相试样制备将在实验二作介绍。
（一）显微镜的基本知识
1. 显微镜的成像原理
众所周知，放大镜是最简单的一种光学仪器，它实际上是一块会聚透镜（凸透镜），利用它就可以将物体放大。其成像光学原理如图1-1所示。
（a）实像放大
（b）虚像放大
图1-1 放大镜光学原理图
当物体AB置于透镜焦距f以外时，得到倒立的放大实像A′B′(如图1-1)，它的位置在2倍焦距长度以外。如果将物体AB放在透镜焦距之内，就可以看到一个放大了的正虚像A′B′（如图1-1b）。映像的长度与物体长度之比（）就是放大镜的放大倍数（放大率）。由于放大镜到物间的距离a近似地等于透镜的焦距（a≈f）,而放大镜到像间的距离b近似地相当于人眼的明视距离（250毫米），故放大镜的放大倍数为：
由式（1）可知，透镜的焦距f越短，则放大镜的放大倍数越大。一般采用的放大镜焦距在10~100毫米范围内，因而放大倍数在2.5~25倍之间。进一步提高放大倍数，将会由于透镜焦距缩短和表面曲率过分增大而使形成的映像变得模糊不清。为了得到更高的放大倍数，就要采用显微镜，显微镜可以使放大倍数达到倍。
显微镜不像放大镜
由单个透镜组成，而是由两组透镜组成。靠近所观察物体的透镜叫做物镜，而靠近眼睛的透镜叫做目镜。借助物镜与目镜的两次放大，就能将物体放大到很高的倍数（-2000倍）。图1-2所示是在显微镜中得到放大物
光学原理图。
图1-2 显微镜光学原理图
被观察的物体AB放在物镜之前距其焦距略远一些的位置，由物体放反射的光线穿过物镜，经折射后得到一个放大了的倒立实像A′B′，再经目镜将实像A′B′放大成倒立虚像A〃B〃，这就是我们在显微镜下研究实物时所观察到的经过二次放大后的物像。
在显微镜设计时，让目镜的焦点位置与物镜放大所成的实像位置接近，并使最终的倒立虚像在距眼睛250毫米（约等于人眼的正常明视距离）处成像，这样就可以看得最为清晰。
显微镜质量的好坏，主要取决于：（1）放大倍数；（2）透镜的质量；（3）显微镜的鉴别能力。
2. 显微镜的放大倍数
显微镜包括两组透镜－物镜和目镜。物镜的放大倍数可由下式得出，即
式中：L――显微镜的光学筒长度（即物镜后焦点与目镜前焦点的距离）；
F1――物镜焦距。
而A′B′经目镜放大后的倍数则可由公式（3）计算；
式中：D―― 明视距离（250mm）；
F2――目镜焦距。
显微镜的总放大倍数应为物镜与目镜放大倍数的乘积，即：
显微镜的主要放大倍数通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。
放大倍数用符号“×”表示，例如物镜的放大倍数为25×，目镜的放大倍数为10×，则显微镜的放大倍数为25×10＝250×。放大倍数均分别标注在物镜与目镜的镜筒上。
在使用显微镜观察物镜时，应根据其组织的粗细情况，选择适当的放大倍数。以细节部分观察得清晰为准，不要盲目追求过高的放大倍数。因为放大倍数与透镜的焦距有关，放大倍数越大，焦距必须越小，结果会带来许多缺陷，同时所看到物体的区域也越小。
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