計算機(jī)定量金相分析正逐漸成為人們分析研究各種材料,建立材料的顯微組織與各種性能間定量關(guān)系,研究材料組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)等的有力工具。采用計算機(jī)圖像分析系統(tǒng)可以很方便地測出特征物的面積百分?jǐn)?shù)、平均尺寸、平均間距、長寬比等各種參數(shù),然后根據(jù)這些參數(shù)來確定特征物的三維空間形態(tài)、數(shù)量、大小及分布,并與材料的機(jī)械性能建立內(nèi)在聯(lián)系,為更科學(xué)地評價材料、合理地使用材料提供可靠的數(shù)據(jù)。
一、金相顯微鏡的基本構(gòu)造
金相顯微鏡最常見的有臺式、立式和臥式三大類。金相顯微鏡通常由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成。現(xiàn)以立式金相顯微鏡為例加以說明。
1.載物臺 2.雙目鏡 3.調(diào)節(jié)螺釘 4.視場光欄圈 5—孔徑光欄圈 6.底座
7.物鏡 8.縱動手輪 9.橫動手輪 10.粗調(diào)焦手輪 11.微調(diào)焦手輪 12.偏心螺釘
金相顯微鏡的基本操作步驟:
(1)根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡,分別安裝在物鏡和目鏡筒內(nèi),并使轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)至固定位置(由定位器定位)。
(2)轉(zhuǎn)動載物臺,使物鏡位于載物臺中心孔的中央,然后把金相試樣的 觀察面朝下倒置在載物臺上。
(3)將顯微鏡的電源插頭插在變壓器上,通過低壓(6～8V)變壓器接 通電源。
(4)轉(zhuǎn)動粗調(diào)手輪,使載物臺漸漸上升以調(diào)節(jié)焦距,當(dāng)視場亮度增強時 再改用微調(diào)手輪進(jìn)行調(diào)節(jié),直至物象調(diào)整到最清晰程度為止。
(5)適當(dāng)調(diào)節(jié)孔徑光欄和視場光欄,以獲得最佳質(zhì)量的物象。
二、光學(xué)顯微鏡的放大成像原理
顯微鏡的成像放大部分主要由物鏡和目鏡組成。通過物鏡和目鏡的兩次放大,就能將物體放大到較高的倍數(shù),下圖為顯微鏡的放大光學(xué)原理圖。物體AB置于物鏡前,離其焦點略遠(yuǎn)處,物體的反射光線穿過物鏡折射后,得到了一個放大的實象A1B1,若此象處于目鏡的焦距之內(nèi),通過目鏡觀察到的圖象是目鏡放大了的虛象A2B2。
三、金相試樣的制備方法
為了在金相顯微鏡下正確有效地觀察到內(nèi)部顯微組織,就需制備能用于微觀檢驗的樣品――金相試樣,也可稱之為磨片。金相試樣制備的主要程序為:取樣—嵌樣(對于小樣品)—磨光—拋光一浸蝕等。
(1)取樣原則
手工用金相顯微鏡對金屬的一小部分進(jìn)行金相研究,其成功與否,可以說首先取決所取試樣有無代表性。在一般情況下,研究金屬及合金顯微組織的金相試樣應(yīng)從材料或零件在使用中最重要的部位截取;或是偏析、夾雜等缺陷最嚴(yán)重的部位截取。在分析失效原因時,則應(yīng)在失效的地方與完整的部位分別截取試樣,以探究其失效的原因。對于生長較長裂紋的部件,則應(yīng)在裂紋發(fā)源處、擴(kuò)展處、裂紋尾部分別取樣,以分析裂紋產(chǎn)生的原因。研究熱處理后的零件時,因組織較均勻,可任選一斷面試樣。若研究氧化、脫碳、表面處理(如滲碳)的情況,則應(yīng)在橫斷面上觀察。有些零部件的“重要部位”的選擇要通過對具體服役條件的分析才能確定。
(2)試樣截取
手工無論采取何種截取方法截取試樣,都必須保證不使試樣觀察面的金相組織發(fā)生變化。金相試樣較理想的形狀是圓柱形和正方柱體。
(3)鑲嵌
手工當(dāng)試樣尺寸過小、形狀特殊(如金屬碎片、絲材、薄片、細(xì)管、鋼皮等)不易握持,或要保護(hù)試樣邊緣(如表面處理的檢驗、表面缺陷的檢驗等)則要對試樣進(jìn)行夾持或鑲嵌。
(4)磨光
手工磨光的目的是要能得到一個平整的磨面,這種磨面上還留有極細(xì)的磨痕,這將在以后的拋光過程中消除。磨光工序又可分為粗磨和細(xì)磨兩步。
(5)拋光
手工拋光的目的是除去金相試樣磨面上由細(xì)磨留下的磨痕,成為平整無疵的鏡面。常見的拋光方法有機(jī)械拋光、電解拋光及化學(xué)拋光等。
(6)顯示
手工為了把磨面的變形層除去,同時還要把各個不同的組成相顯著地區(qū)分開來,得到有關(guān)顯微組織的信息,就要進(jìn)行顯微組織的顯示工作。常用的金相組織顯示方法主要為化學(xué)方法主要是浸蝕方法,包括化學(xué)浸蝕,電化學(xué)浸蝕及氧化法,是利用化學(xué)試劑的溶液借化學(xué)或電化學(xué)作用顯示金屬的組織。
四、金相分析方法的應(yīng)用
(1)焊接金相檢驗;
(2)鑄鐵金相檢驗;
(3)熱處理質(zhì)量檢驗;
(4)各種金屬制品及原材料顯微組織檢驗及評定;
(5)鑄鐵、鑄鋼、有色金屬、原材低倍缺陷檢驗;
(6)金屬硬度(HV、HRC、HB、HL)測定、晶粒度評級;
(7)非金屬夾雜物含量測定;
(8)脫碳層/滲碳硬化層深度測定等。
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