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金相显微镜应用

发表时间:2020-12-30  |  点击率:260

简介

金相检验主要是通过采用定量金相学原理,运用二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌,从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。这种技术不仅仅大大提高了金相检验的准确率更是提高了其速度,大大缩短了工作时间。

重要性

从某种意义上而言,金相检验就是在人们主观意识的基础上对于金属内部结构的研究与分析,将物理冶金学理论运用到实际的操作过程中,针对其金属以及合金的成分进行检验,性能的分析。
在进行金相检验之前必须做好以下两个方面的准备工作:一是针对材料的组成结构以及性能进行大量的测试研究,通过理论化的数据完成对材料的认识。二是根据材料的特性进行相互之间的对比与规律性的研究,从而得知材料间的共性特点以及特殊性能,这对于金相检验有着极其重要的指导意义。在许多工业的发展过程中,金相检验都得到了很好的发展并发挥了极其重要的地位,尤其是在对材料进行检验的过程中更是发挥了不可替代的重要作用。利用显微组织结构的特性以及控制手段对发展中的冶金材料、机械制造、能源建筑等都进行了相关的检验。它是材料研究中重要的组成部分之一,同时新材料的不断出现,也大大促进了金相检验技术的发展。

举例

随着钢铁行业的不断发展壮大,以以下三种常用的钢材为例阐释金相检验在材料研究中的重要意义及其作用。一是热轧普碳钢材,这种钢材是可以通过优化工艺进行廉价生产的金属材料。二是低合金钢高强度热轧钢材;三是合金结构钢。这三种钢材严格意义上来讲都属于在显微结构下进行金相检验的一种金属材料。下面就针对这三种钢材材料检验进行详细的分析与总结。
化学成分与金相组织
首先在进行化学成分分析与金相组织检验的同时,必须清楚的了解什么是合金设计,其根本目的及其意义。在进行合金设计的过程中,主要的就是对组织设计进行很好的测评,了解成分与组织之间的相互敏感度,必须选择满足特性需要的组织结构进行分析控制。这些性能的好坏与受控成分、表面组织以及应力情况等有着直接的关系。所以在进行金相组织检测的同时必须清楚的掌控其材料的性能、化学成分。合金设计的目的就是为了将各个工程建设的各项性能有机的结合在一起,将其性能优越化。将组织结构的性能配置控制在可操作的范围之内。这样不仅仅能够准确的进行测算更加能有效的解决资源。如马氏体形态、贝氏体形态等首先受控于碳的含量。低碳钢淬火后得到板条状马氏体,而高碳钢淬火后得到针状马氏体。所以,金相检验是验证和解释所设计成分是否合理的强有力的手段。
组织演变规律与工艺制度
在每一个生产工序中,都必须先确定其材料的化学成分,然后再系统的了解材料的施工设备、制造工艺。这里面所指的主要是冶炼、铸造、热处理等技术。采用的金相检验技术针对每一个施工工艺及环节进行准确的判断评估,可以通过仪器了解到显微组织结构的变化以及特征。早的应用技术主要是存在于铸造树枝晶的制作与混合中,但是原有的晶体制造工艺并不是很完善,并不能很好的进行测试,这也是导致某些工艺技术铁素体不完整的主要原因,对此必须加强这种工艺制度的完整性以及组织规律变化的考察研究。
金相学与材料科学
显微镜的发展给合金设计带来了革命性的变化。众所周知,人类冶炼金属通过各种途径了解合金工艺过程、特性以及使用性能的漫长历史,直到有了金相显微镜后才形成了当今的冶金科学。显微组织与宏观力学关系的认识,为成分-组织-性能半定量或定量的研究和建立关系式创造了条件,为材料的发展奠定了理论基础。其中,典型的就是Hall-Petch关系式。该关系式是细晶强化的理论依据,是20世纪下半叶与钢的组织细化相关的5个重大成就之一。所以,必须依靠实际的金相研究和金相检验工作,来证实材料设计的科学性,制定工艺的合理性。

内容

金相检验分析,不仅有组织识别还有评定,既有定性还有定量、半定量的检测。金相检验的内容归纳起来有以下几项:(1)材料基体相的组织结构及其缺陷;(2)显微组织的取向和状态的非均匀性,如带状、分布不均、晶粒度等;(3)第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸和分布;(4)研究原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构。就显微组织检验来说,显微组织检验是通过一个二维截面视图来建立一个三维结构图形的,这样在显微组织检验中就分为4个级次。正确识别是什么显微组织;定性的显微组织状态;定量的显微组织状态;显微组织与性能之间的关系。

应用技术

在金相检验中主要应用的技术有三种:(1)显像技术,应用显像技术来揭示材料的显微组织、断口形貌特征、各种缺陷形貌特征、表面状态等。这种技术包括两个方面即腐蚀技术、成像技术。腐蚀技术是根据不同受检材料和检验项目,选用不同的试剂和方法进行腐蚀。成像技术就是利用显微镜成像原理如光学显微镜的暗场技术、偏光技术、干涉技术等,它主要记录和显示材料的二维平面微观组织结构特征;(2)衍射技术,主要用来分析材料的晶体结构。晶体缺陷及晶体位向关系等问题,衍射技术中经常使用的设备是X-射线仪、电子衍射仪等;(3)微区成分分析技术,利用化学成分分析来研究材料的基体、第二相、夹杂物以及腐蚀产物的组成,尤其是材料中微量元素对材料性能的影响等。它所使用的仪器有电子或离子探针、谱仪等。
随着科学技术的不断变化与发展,信息化的不断涌现,数字化成像技术的普及对于金相检验而言更是一种全新的挑战,所以这就要求其相关的技术人员必须加强专业知识的学习与完善,不断将新的技术、新的理念融入于金相检验技术中,不断提高自身科学文化素质,在工作中以认真负责的态度进行材料的检验与分析,当发现问题时要给予及时的处理与解决,保证其金相检验在实际操作中的理论意义及其技术水平 。

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