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第一篇 基础性实验 3

第1章 金相显微镜的原理、结构及使用 3

1.1 金相显微镜的构造 3

1.1.1 照明系统 4

1.1.2 机械系统 4

1.1.3 光学系统 5

1.2 显微镜成像原理 6

1.3 显微镜的放大率 7

1.4 透镜成像的质量 8

1.4.1 球面像差 8

1.4.2 色像差 9

1.4.3 像域弯曲 9

1.5 显微镜的物镜 10

1.5.1 数值孔径 10

1.5.2 分辨率 11

1.5.3 焦深（垂直分辨率） 12

1.5.4 工作距离与视场范围 12

1.5.5 物镜的基本类型 12

1.6 显微镜的目镜 13

1.7 金相显微镜的照明系统 14

1.7.1 光源 14

1.7.2 临界照明与科勒照明 14

1.7.3 照明方式与垂直照明器 15

1.7.4 光阑 17

1.7.5 滤色片 17

1.8 金相显微镜的使用 17

1.8.1 使用规程 17

1.8.2 使用注意事项 18

1.9 图像采集与处理 18

1.10 实验部分 18

1.10.1 实验目的 18

1.10.2 实验内容 19

1.10.3 实验报告要求 19

1.10.4 思考题 19

参考文献 19

第2章 定量金相分析 20

2.1 引言 20

2.2 基本符号和基本方程 20

2.3 定量分析的基本方法 22

2.3.1 比较法 22

2.3.2 截线法 22

2.3.3 截面法 22

2.4 定量分析在材料研究中的应用 23

2.4.1 晶粒尺寸的测定 23

2.4.2 第二相颗粒的几何尺寸测定 25

2.4.3 误差分析 26

2.4.4 金相图像分析系统 26

2.5 实验部分 27

2.5.1 实验目的 27

2.5.2 实验内容 27

2.5.3 实验报告要求 28

2.5.4 思考题 28

参考文献 28

第3章 金相显微试样的制备 29

3.1 概述 29

3.2 金相显微试样的制备 30

3.2.1 取样 30

3.2.2 镶样 31

3.2.3 磨光 33

3.2.4 抛光 36

3.2.5 腐蚀 38

3.3 实验部分 39

3.3.1 实验目的 39

3.3.2 实验内容 39

3.3.3 实验报告要求 40

3.3.4 思考题 40

3.3.5 拓展实验研究 40

参考文献 40

第4章 金属材料的硬度测定 41

4.1 概述 41

4.2 洛氏硬度及其测试方法 42

4.2.1 洛氏硬度测试原理 42

4.2.2 洛氏硬度的测试 44

4.3 布氏硬度及其测试方法 44

4.3.1 布氏硬度测试原理 44

4.3.2 布氏硬度的测试 46

4.3.3 布氏硬度的特点 47

4.4 维氏硬度及其测试方法 47

4.4.1 维氏硬度测量原理 47

4.4.2 维氏硬度的测试 49

4.4.3 维氏硬度的特点 49

4.5 显微硬度及其测试方法 50

4.5.1 测量原理 50

4.5.2 显微硬度的测试步骤 50

4.5.3 影响显微硬度值的因素 51

4.6 使用硬度计应注意的事项 52

4.7 实验部分 52

4.7.1 实验目的 52

4.7.2 实验内容 53

4.7.3 实验报告要求 53

4.7.4 思考题 53

4.7.5 拓展实验 53

参考文献 54

第5章 扫描电子显微分析 55

5.1 光学显微镜的分辨率极限 55

5.2 电子波长及电子显微镜分辨率 56

5.3 电子束与物质的相互作用 56

5.3.1 二次电子 58

5.3.2 背散射电子 58

5.3.3 特征X射线 58

5.3.4 俄歇电子 58

5.3.5 阴极荧光 59

5.4 扫描电镜的主要工作原理 59

5.4.1 扫描电镜的原理简介 59

5.4.2 扫描电镜的放大倍数和分辨率 60

5.4.3 扫描电镜的景深 60

5.4.4 二次电子及其成像 61

5.4.5 背散射电子及其成像 62

5.4.6 特征X射线及成分分析 62

5.5 扫描电镜的组成系统 64

5.5.1 电子光学系统 64

5.5.2 电磁偏转系统 66

5.5.3 扫描系统 66

5.5.4 信号检测放大系统 66

5.5.5 真空系统和试样室 67

5.6 电磁透镜成像质量 67

5.6.1 球面像差 68

5.6.2 色差 68

5.6.3 像散 68

5.6.4 衍射差 69

5.7 图像的分辨率及其影响因素 69

5.8 扫描电镜的使用 69

5.8.1 样品的制备 70

5.8.2 重要操作步骤 70

5.8.3 电子光学系统合轴 71

5.9 实验部分 71

5.9.1 实验目的 71

5.9.2 实验内容 72

5.9.3 实验报告要求 72

5.9.4 思考题 72

5.9.5 拓展实验 72

参考文献 72

第6章 X射线衍射分析 73

6.1 引言 73

6.2 X射线衍射仪的原理 73

6.3 X射线衍射技术在材料分析中的应用 74

6.3.1 物相分析 74

6.3.2 X射线衍射仪的基本组成 74

6.4 X射线衍射实验方法 77

6.4.1 样品的制备 77

6.4.2 实验参数选择 78

6.5 物相分析原理和方法 79

6.5.1 物相分析原理 79

6.5.2 物相定性分析的方法 80

6.6 实验部分 81

6.6.1 实验目的 81

6.6.2 实验内容 81

6.6.3 实验报告要求 81

6.6.4 思考题 81

6.6.5 拓展实验 81

参考文献 82

第二篇 综合性实验 85

第7章 晶体结晶过程观察与凝固条件对金属铸锭组织的影响 85

7.1 引言 85

7.2 盐类结晶过程观察 85

7.3 铸锭组织 87

7.4 影响柱状晶区和等轴晶区生长的因素 88

7.5 实验部分 89

7.5.1 实验目的 89

7.5.2 实验内容 89

7.5.3 实验报告要求 90

7.5.4 拓展实验 90

参考文献 90

第8章 金属材料的塑性变形与再结晶 91

8.1 塑性变形的基本方式及其特征 91

8.1.1 滑移 91

8.1.2 孪生 91

8.2 冷塑性变形对金属组织与性能的影响 93

8.3 冷变形后金属加热时组织与性能的变化 94

8.3.1 回复 94

8.3.2 再结晶 94

8.3.3 晶粒长大 97

8.4 实验部分 97

8.4.1 实验目的 97

8.4.2 实验内容 98

8.4.3 实验报告要求 98

8.4.4 思考题 98

8.4.5 拓展实验 98

参考文献 98

第9章 碳钢组织观察及性能分析 99

9.1 引言 99

9.2 Fe-Fe3C相图 99

9.2.1 钢的相变 99

9.2.2 冷却速度对组织的影响 101

9.3 钢的热处理 103

9.3.1 过冷奥氏体转变曲线 103

9.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 105

9.4 钢的热处理工艺 106

9.4.1 退火 106

9.4.2 正火 107

9.4.3 淬火 108

9.4.4 回火 110

9.5 钢的显微组织 111

9.5.1 钢的退火组织 111

9.5.2 钢的淬火组织 112

9.5.3 钢的回火组织 113

9.5.4 钢中的贝氏体 115

9.6 实验部分 116

9.6.1 实验目的 116

9.6.2 实验设备及用品 117

9.6.3 实验内容 117

9.6.4 实验报告要求 117

参考文献 117

第三篇 研究性实验 121

第10章 碳钢及合金钢的应用 121

10.1 碳钢的分类及应用 121

10.1.1 普通碳素结构钢 121

10.1.2 优质碳素结构钢 121

10.1.3 碳素工具钢 122

10.2 合金钢 123

10.2.1 合金元素在钢中的作用 123

10.2.2 合金钢分类及牌号 126

10.3 合金结构钢 126

10.3.1 低合金结构钢 127

10.3.2 合金渗碳钢 127

10.3.3 合金调质钢 128

10.3.4 合金弹簧钢 129

10.3.5 滚珠轴承钢 129

10.4 合金工具钢 130

10.4.1 低合金工具钢 130

10.4.2 高合金工具钢 131

10.5 特殊性能钢 132

10.5.1 不锈钢 132

10.5.2 耐热钢 134

10.5.3 低温钢 135

10.5.4 耐磨钢 136

10.6 实验部分 136

10.6.1 实验目的 136

10.6.2 实验设备及用品 136

10.6.3 实验内容 136

10.6.4 实验报告要求 138

参考文献 138

第11章 钢的热处理及其晶粒细化 139

11.1 钢晶粒细化的必要性 139

11.2 奥氏体的晶粒度及晶界显示 140

11.2.1 奥氏体的晶粒度 140

11.2.2 原奥氏体晶界的显示 140

11.3 钢在加热过程中的组织转变 142

11.4 组织遗传性的影响因素 144

11.5 晶粒细化的热处理工艺 145

11.5.1 低合金钢和碳钢 145

11.5.2 合金钢 145

11.6 实验部分 147

11.6.1 实验目的 147

11.6.2 实验设备及用品 147

11.6.3 实验内容 147

11.6.4 实验报告要求 148

参考文献 148

第12章 无铅钎料的研制 149

12.1 锡钎焊的发展史 149

12.2 电子行业对无铅钎料的要求 150

12.2.1 表面封装技术的发展 150

12.2.2 SMT的可靠性对无铅钎料的要求 151

12.3 国内外研究状况 152

12.4 焊锡的相图与组织 153

12.5 Sn-Cu系无铅钎料 154

12.5.1 Sn-Cu系无铅钎料的特性 155

12.5.2 Sn-Cu系无铅钎料存在的问题 155

12.5.3 添加不同元素对Sn-Cu系无铅钎料性能的影响 155

12.5.4 Sn-Cu系无铅钎料的发展方向 157

12.6 Sn-Ag系及Sn-Ag-Cu系无铅钎料 157

12.6.1 Sn-Ag二元合金 157

12.6.2 Sn-Ag-Cu三元合金 158

12.6.3 Sn-Ag-Cu系三元钎料的合金组织及金属间化合物 159

12.7 实验部分 162

12.7.1 实验目的 162

12.7.2 实验内容 162

12.7.3 实验报告要求 164

参考文献 164

第13章 纳米氧化锌的制备及形貌观察 165

13.1 引言 165

13.2 纳米氧化锌的应用 165

13.3 纳米氧化锌的制备 170

13.3.1 水热法 170

13.3.2 水热反应过程 170

13.4 实验部分 172

13.4.1 实验目的 172

13.4.2 实验原料及仪器 172

13.4.3 实验过程 172

13.4.4 实验内容 172

13.4.5 实验注意事项 174

13.4.6 思考题 175

13.4.7 实验报告要求 175

参考文献 175

第14章 微晶玻璃的制备与性能测试 176

14.1 引言 176

14.1.1 微晶玻璃的性能及应用 176

14.1.2 微晶玻璃的分类 178

14.2 微晶玻璃的制备方法 178

14.2.1 整体析晶法 178

14.2.2 烧结法 180

14.2.3 溶胶-凝胶法 181

14.2.4 浮法 181

14.3 微晶玻璃的性能 181

14.3.1 密度 182

14.3.2 强度 183

14.3.3 硬度 183

14.3.4 热膨胀系数和抗热冲击性能 184

14.3.5 电阻率 184

14.3.6 介电常数和介电损耗 185

14.3.7 化学性质 186

14.3.8 光学性质 187

14.4 CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃微观组织观察 187

14.5 实验部分 188

14.5.1 实验目的 188

14.5.2 实验设备及原料 188

14.5.3 实验内容 189

14.5.4 思考题 190

14.5.5 实验报告要求 190

参考文献 190

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