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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