一、金相显微镜的核心原理与观察能力

金相显微镜通过光学系统放大金属样品的反射光信号，可清晰呈现微米级（0.1-200μm）的内部组织特征。其工作原理基于：

双透镜放大：物镜（焦距短）形成实像，目镜（焦距长）进一步放大为虚像

反射光成像：专用于不透明金属样品，通过调节孔径光阑和视场光阑优化对比度

分辨率限制：受光波衍射影响，纵向分辨率约0.1μm，横向分辨率约0.5μm

二、典型金属样品的观察范围

1. 钢铁材料

亚共析钢：铁素体（F）呈白色块状，珠光体（P）呈黑色网状（如20钢退火态）

共析钢：层片状珠光体（P）与少量先共析铁素体（如T8钢退火态）

过共析钢：网状二次渗碳体（Fe₃CⅡ）包裹珠光体基体（如T12钢退火态）

马氏体钢：板条状马氏体（低中碳）或针状马氏体（高碳）

2. 有色金属

铝合金：α-Al基体中分布着白色θ相（Al₂Cu）或β相（Mg₂Si）

铜合金：α-Cu基体中的析出相（如黄铜中的β相）或孪晶结构

钛合金：等轴α相与针状α'马氏体的混合组织

3. 特殊处理样品

热处理态：淬火马氏体、回火索氏体、球化珠光体

变形材料：轧制带、锻造流线、动态再结晶晶粒

失效件：疲劳裂纹、氢脆孔洞、过热魏氏组织

三、样品制备的关键步骤

1. 取样规范

尺寸：15×15×15mm立方体或Φ15mm圆柱体

方向：横向截面（层深分析）、纵向截面（带状组织观察）

镶嵌：热压镶嵌（塑料）或冷镶嵌（环氧树脂）

2. 磨抛工艺

粗磨：180-600目砂纸，消除切割损伤层

细磨：800-2000目砂纸，形成均匀划痕

抛光：0.5μm氧化铝悬浮液，消除表面变形层

3. 浸蚀技术

选择性浸蚀：4%硝酸酒精溶液（钢铁）、Keller试剂（铝合金）

分层浸蚀：先弱浸蚀显示基体，再强浸蚀揭示D二相

电解浸蚀：控制电压（1-5V）和时间（5-30s）

四、观察实例与分析

1. 低碳钢的相组成

现象：退火态20钢显示白色铁素体网状包围黑色珠光体

原理：铁素体（体心立方）与珠光体（铁素体+渗碳体）的反射率差异

应用：评估冷加工后的再结晶程度

2. 高碳钢的网状碳化物

现象：T12钢退火态晶界处白色网状二次渗碳体

原理：过共析钢冷却时沿晶界析出连续Fe₃CⅡ

风险：网状碳化物导致材料脆性增加

3. 铝合金的时效析出

现象：6061铝合金经人工时效后，基体中分布白色θ'相

原理：GP区→θ''→θ'→θ的相变过程

控制：通过析出相尺寸优化强度与耐蚀性平衡

五、观察限制与解决方案

1. 超细晶材料

问题：晶粒尺寸＜1μm时，普通金相显微镜难以分辨

方案：采用偏光观察或电解抛光+深腐蚀技术

2. 深埋藏缺陷

问题：表面抛光无法揭示内部裂纹

方案：逐层抛光结合硬度梯度分析

3. 非金属夹杂物

问题：低对比度夹杂物（如硫化物）易被忽略

方案：彩色金相技术（利用干涉膜层差异）

金相显微镜是金属材料研究不可或缺的工具，通过系统化的样品制备和光学参数调节，可有效揭示晶粒形态、相组成、缺陷分布等关键信息。对于纳米级结构或三维形貌分析，建议结合扫描电镜（SEM）或电子背散射衍射（EBSD）技术进行综合表征。实际操作中需注意：浸蚀时间误差控制在±2s以内，抛光布更换频率不低于每5个样品一次，以确保数据可靠性。