金相試驗(Metallographic Test)
一實驗目的:
金屬的物理性質和機械性質與其內部之組織有相關連，因此，可以藉著金相試驗之巨觀組織 (macrostructure)及微觀組織 (microsturcture) 的觀察判斷之。
巨觀組織試驗法可藉以研究金屬表面以瞭解其物理或化學之“不均一性”，並藉此可做材料斷面之“不均一性”即內部缺陷之檢查。微觀組織試驗法可檢查金屬之組織、壓延、鍛造及熱處理等加工至程的判斷，結晶粒大小之檢查或非金屬介在物及分佈情況之檢查及材料破壞之判斷等。
二試驗設備：
1. 金相切割機
2. 砂輪機
3. 砂帶機
4. 嵌模機
5. 手模機
6. 拋光機 (Lapping Machine)
7. 腐蝕液
8. 金相顯微鏡
9. 135底片 (Negative)
三試驗材料：
碳鋼、鑄鐵的標準試片和未知的鐵碳合金。
四試驗原理：
金相試驗是將欲檢驗之試片表面經言磨拋光（或化學拋光、電化學拋光）至一定的要求光滑後，以特定的腐蝕液于以腐蝕，利用各相或同一相中方向不同對腐蝕程度的不同 (anisotropy) 而能表現出各相之特徵，並利用顯微鏡放大倍率觀察判斷之。
五試驗方法：
1.試片之準備：
為使試片能合乎觀察的要求必須以如下之步驟處理之。
(1)取樣(SAMPLING):
取樣必須考慮其整體或研究的主題的代表性，如材料屬方向性者則應依各方面皆取樣觀察：如品管檢查則可隨機取樣如破壞原因分析可取性質較差的材料以凸顯破壞原因以利觀察等等。
(2)切割(SECTIONING):
如材料硬度低則可直接用鋸子予以切割，如硬度較高則可使用砂輪切割，但必須慎選砂輪，且切割時須冷卻以避免因切割過程所產生的熱對材料組織的影響。
(3)粗磨(COARSE GRINDING):
用砂輪機去除試片的毛邊，並用較粗的砂紙(#80左右)或沙袋機磨平且可除去可能因切割所產生的變態層。
(4)嵌模(MOUNTING):
嵌模之目的為使試片握持方便或保持試片邊緣之完整，如不考慮這兩種因素，則此步驟可省略。
嵌模的方法有兩種，即熱嵌模(Hot Molding)及冷嵌模(Cold Molding)。熱嵌模亦稱為加壓嵌模(Compression Molding)，方法為將試片表面朝下置於金屬磨中(一般內徑為111/4及11/2等三種)再填以適量之樹脂，如酚樹脂(如電木粉、Bakelite)，預熱至60~80℃後即加壓至4,200PSI左右之壓力，並繼續加熱至130~140℃，持熱數分鐘後，即可移去熱源，並可取出試片，如係使用熱塑性塑膠(Thermoplastics)則應俟溫度降至50℃以下才可取出。
冷嵌模法則將試片面朝下粘在膠紙帶上，再將試片置入任一直徑(3~ 5c m)，高約3~ 4c m之玻璃管或金屬管之內，管壁需塗上一層薄的凡士林，以利脫膜，在將樹脂及硬化劑倒入管內，俟硬化後及可取出。
(5)手磨(HAND POLISHING):
於手磨機上置防水砂紙，在流動的水流中以粗砂紙先磨，逐次磨至1,000mesh左右，即完成此一步驟手磨時應不斷的改變磨的方向，以去除嵌入金屬基地的砂粒。
(6)拋光(LAPPING):
經以上手磨後的試片必須以清水洗淨附著於表面的砂粒，方可至於拋光機上拋光，否則砂粒將污染拋光用的絨布。拋光用的磨料通常有氧化鋁（Al2O3），氧化鉻（Cr2O3），由於氧化鉻會造成呼吸器官之病變，因此，目前已較少被採用。試片經拋光至鏡面無刮痕則完成此一步驟。
(7)腐蝕(ETCHING):
經拋光後的試片再以清水洗淨，並速予吹乾，注意從最後一次拋光後的試片不可以手觸摸，否則會因油脂而污染試片，清水沖刷時可使用棉花輕輕拂試試片表面。
各種金屬及合金觀察所需的腐蝕液資料，可在許多書籍和發表論文中找到，而在參考資料的Ref 1及2有完整資料，附表所列者為一般常用的腐蝕液。
腐蝕所需的時間並無一定的標準，通常宜採用試片進入腐蝕液後，不斷的取出觀察其腐蝕程度，一旦鏡面變色為毛玻璃之色調或回火Martensite系列變色為灰黑色，則應立即以清水沖洗之，然後以強熱風吹去試片之水滴和吹乾，即可做金相觀察。
2. 顯微鏡觀察：
金相顯微鏡是利用光之照射在金屬經反射後加以觀察的方法與生物顯微鏡的穿透式不同，其放大被率為目鏡（Eye Piece）與物鏡（Objective）之乘積，如目鏡的放大倍率為10X，物鏡為50X，則放大被率為500X，使用顯微鏡時必須先以較小的放大倍率觀察，因其焦距較長，才不致使物鏡較易處碰到試片，俟找到較小倍率的焦距後，再選擇觀察的較大倍率觀察之。
3. 金相觀察內容
（1）採日本「山本科學工具研究社」製售之「標準顯微鏡組織」第一類，碳鋼、鑄鐵，並予照相討論之。
（2）觀察未知的鐵碳合金，判斷其含碳量或其可能的製程，並予照相討論之
六.問題與討論
1. 就所做的試片金相（請附照片一列說明）加以討論。
2. 就所做的金相組織與標準照片無法一致，請討論其原因。
3. 以Fe-Fe 3 C平衡圖，分別計算碳剛含下列成份之各平衡項的比例（室溫）。
（1） 0.2%C
（2） 0.3%C
（3） 0.6%C
（4） 0.8%C
（5） 102%C
4. 亞供析鋼若從α+γ區淬火，其組織為何？是說明溫度及碳含量與各項的關係。
5. 說明Austenite及Ferrite的晶粒大小之檢定方法。
6. 試說明非金屬介在物之顯微鏡試驗法。
7. 何謂鑄鐵之碳當量（Carbon Equivalent）？並會出亞共晶及過共晶的灰鑄鐵的金相組織。
8. 何謂Retained Astenite？繪出金相組織圖，並說明其成因及消除法。
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