金屬金相組織分析有哪些,恒時(shí)劉工介紹：金相分析是研究金屬及其合金內(nèi)部組織及缺陷的主要方法之一，它在金屬材料研究領(lǐng)域中占有很重要的地位。利用金相顯微鏡在專門(mén)制備的試樣上放大100～1500倍來(lái)研究金屬及合金組織的方法稱為金相顯微分析法，它是研究金屬材料微觀結(jié)構(gòu)最基本的一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)。顯微分析可以研究金屬及合金的組織與其化學(xué)成分的關(guān)系;可以確定各類合金材料經(jīng)過(guò)不同的加工及熱處理后的顯微組織;可以判別金屬材料的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，如各種非金屬夾雜物–-氧化物、硫化物等在組織中的數(shù)量及分布情況以及金屬晶粒度的大小等。

1.1取樣和鑲嵌

一、取樣

(一）取樣部位和磨面方向的選擇

取樣部位必須與檢驗(yàn)?zāi)康暮鸵笙嘁恢?，使所切取的式樣具有代表性?/span>

1：與軋制表面平行的縱切面；2：與軋制表面垂直的縱切面；3：橫斷面；4：放射縱斷面；5：切向縱斷面；

上圖中1用于檢驗(yàn)非金屬夾雜物的數(shù)量、大小、形狀;2用于檢驗(yàn)晶粒的變形程度;3用于檢驗(yàn)鋼材的帶狀組織消除程度。

(二)取樣方法

1.金相試樣的形狀

①412×12mm的圓柱體。②12x12×12mm的立方體。③其他不規(guī)則的形狀。式樣的棱邊應(yīng)倒圓，防止在磨制中劃破砂紙和拋光織物。

⒉.取樣方法

①硬度較低的材料如低碳鋼、中碳鋼、灰口鑄鐵、有色金屬等。用鋸、車(chē)、刨、銑等機(jī)械加工。

②硬度較高的材料如白口鑄鐵、硬質(zhì)合金、淬火后的零件等。用錘擊法，從擊碎的碎片中選出大小適當(dāng)者作為試樣。

③韌性較高的材料用切割機(jī)切割。

④大斷面和高錳鋼等用氧乙炔焰氣割。

取下來(lái)的試樣有的可直接進(jìn)行磨制，有的尚需按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)熱處理后才能進(jìn)行磨制，如檢驗(yàn)鋼的本質(zhì)晶粒度、非金屬夾雜物、碳化物不均勻等。

1.本質(zhì)晶粒度試樣的熱處理

(1)滲碳法——用于低碳鋼。

(2）網(wǎng)狀鐵素體法——用于中碳鋼。

(3）網(wǎng)狀屈氏體法——用于共析鋼。

(4)網(wǎng)狀滲碳體法——用于過(guò)共析鋼。

(5）氧化法——1°木炭氧化法將拋光試樣用木炭覆蓋，加熱至930°℃，保溫3h后再將木炭抖掉，在爐膛中氧化5min后水淬。

2°真空氧化法將拋光試樣在真空中或惰性氣體中加入至930°℃，保溫3h后，再通入空氣，經(jīng)30～60s短時(shí)間氧化，最后水淬。

3°熱浸氧化法將試樣在預(yù)先脫氧良好的鹽浴中加熱至930℃，保溫3h，再將試樣移入具有弱氧化作用的鹽浴中浸蝕。浸蝕溫度仍為930℃，浸蝕時(shí)間為2～5min，取出后油淬，最后用水清洗、吹干，置于金相顯微鏡下觀察。

(6)直接浸蝕法——非金屬夾雜物試樣的熱處理；碳化物不均勻度試樣的熱處理。

二、鑲嵌

1.機(jī)械夾持法

適用于表層檢驗(yàn)，不易產(chǎn)生倒角。

要求:夾具的硬度略高于試樣（低、中碳鋼均可)﹔墊片多用銅或鋁質(zhì);墊片的電極電位略高于試樣。

⒉.塑料鑲嵌法

—種是用環(huán)氧樹(shù)脂在室溫鑲嵌;一種是在專用的鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。

(1）環(huán)氧樹(shù)脂鑲嵌

要求:材料為環(huán)氧樹(shù)脂+固化劑+磨料;用于較硬且熱敏感性不高的材料。

(2）鑲嵌機(jī)鑲嵌

是在專用的鑲嵌機(jī)上進(jìn)行鑲嵌。鑲嵌機(jī)由加熱、加壓、壓模裝置組成。

(3）低熔點(diǎn)合金鑲嵌

配制合金→熔化澆注即可。

1-2磨光與拋光

一、磨光

目的是得到光滑平整的表面。1.粗磨

目的:將取樣形成的粗糙表面和不規(guī)則外形休整成形。要點(diǎn):

(1)根據(jù)檢驗(yàn)?zāi)康拇_定磨面方向。

(2）可手工或機(jī)械磨制。手工磨制常用于較軟的有色金屬及其合金，采用的工具為銼刀或粗砂紙。機(jī)械磨制常用于鋼鐵材料，采用的工具為砂輪。機(jī)械磨制時(shí)，應(yīng)注意冷卻試樣，否則發(fā)熱易導(dǎo)致金屬內(nèi)部組織變化。

2.手工細(xì)磨

手工細(xì)磨是在由粗到細(xì)的砂紙上進(jìn)行。

要點(diǎn):砂紙平鋪在玻璃板、金屬、塑料或木板上，一手緊壓砂紙，另一手平穩(wěn)拿住試樣，將磨面輕壓砂紙，向前推移，然后提起、拉回。拉回時(shí)試樣不得基礎(chǔ)砂紙，不可來(lái)回磨削，否則易磨成弧形，得不到平整的磨面。

金相砂紙規(guī)格見(jiàn)教材。

手工細(xì)磨時(shí)應(yīng)注意:

(1）粗磨后的試樣須清洗、吹干后進(jìn)行細(xì)磨，直到得到方向一致的磨痕，再更換更細(xì)的砂紙，并轉(zhuǎn)90°后繼續(xù)磨制。

(2）磨制時(shí)壓力不能過(guò)大，否則磨痕過(guò)深、發(fā)熱嚴(yán)重。(3）磨制軟材料時(shí)，應(yīng)在砂紙上滴潤(rùn)滑劑。

(4）磨過(guò)硬材料的砂紙不得用于軟材料的磨制。

3.機(jī)械細(xì)磨

常用裝置有預(yù)磨機(jī)、蠟盤(pán)、預(yù)磨膏。(1）預(yù)磨機(jī)細(xì)磨

把由粗到細(xì)的水砂紙置于旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，加水潤(rùn)滑兼冷卻，試樣磨面輕壓在砂紙上，沿徑向移動(dòng)試樣并與旋轉(zhuǎn)方向相反轉(zhuǎn)動(dòng)，待粗磨痕消失，新磨痕一致即可。

水砂紙與金相砂紙的規(guī)格不同。

(2）蠟盤(pán)細(xì)磨

把石蠟、磨料加熱攪拌均勻，使成糊狀，澆注到預(yù)磨機(jī)或拋光機(jī)上，約5～10mm厚，待冷卻后刮平后即可使用。

二、拋光

金相試樣磨制的最后一道工序。拋光方式有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光、綜合拋光等。

(—）機(jī)械拋光

目前應(yīng)用最為廣泛，分為粗拋和精拋（拋光粉顆粒大小不同)。較軟的金屬必須粗磨和精磨，對(duì)鋼鐵材料僅粗磨即可。

1.機(jī)械拋光設(shè)備

國(guó)產(chǎn)拋光機(jī)有單盤(pán)P-1和雙盤(pán)P-2型，都是由電動(dòng)機(jī) (0.18KW）帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)速為1350r/min。旋轉(zhuǎn)盤(pán)由銅或鋁制成，直徑200~250mm。

⒉.拋光原理

(1）磨削作用:圖1-15。

(2）滾壓作用:甩出拋光微粉在織物與磨面間滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滾壓作用。3.拋光微粉

4.拋光織物(拋光布)

作用:

1）織物纖維能嵌存拋光粉，能防止磨粉不因離心力而散失。2）能貯存部分潤(rùn)滑劑。

3)織物纖維與磨面間磨削，能使磨面更加光亮。5.拋光操作

1）在拋光時(shí)，試樣和操作者雙手及拋光用具必須洗凈，以免將粗砂粒帶入拋光盤(pán)。2）拋光微粉懸浮液的濃度一般為5～15%的拋光粉蒸餾水懸浮液，裝在瓶中，使用時(shí)搖動(dòng)，滴入拋光盤(pán)中心。

3）拋光盤(pán)濕度是以提起試樣，磨面上的水膜在2～3s自行蒸發(fā)干為宜。

4）拋光時(shí)試樣磨面應(yīng)平穩(wěn)輕壓于拋光盤(pán)中心附近，沿徑向緩慢往復(fù)移動(dòng)，并逆拋光盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，以防磨面產(chǎn)生曳尾。

5）極軟極硬金屬的磨制特點(diǎn)

對(duì)于銅、鋁、鉛等金屬及其合金，試樣制備時(shí)易引起金屬形變層，使金屬擾亂層加厚。常采用手工取樣，手工粗磨，使用新砂紙手工細(xì)磨，并在砂紙上滴以潤(rùn)滑劑。

對(duì)于硬質(zhì)合金試樣，常采用60目軟質(zhì)碳化硅砂輪粗磨;在主貼盤(pán)上灑以200目碳化硼或金剛石粉細(xì)磨試樣，并滴入機(jī)油潤(rùn)滑，約2~3min即可;最后在特制的塑料拋光盤(pán)上拋光2～3min，拋光時(shí)涂以金剛石研磨膏，也可在金屬拋光盤(pán)上蒙上尼龍布，再涂金剛石研磨膏進(jìn)行拋光。

6)鑄鐵及非金屬夾雜物試樣的拋光

鑄鐵中的石墨及金屬中的非金屬夾雜物，在拋光時(shí)易拖尾、擴(kuò)大、剝落，因此多用手工細(xì)磨，用肥皂作潤(rùn)滑劑;也可用蠟盤(pán)代替手工細(xì)磨，但是必須選用短纖維拋光布。

(二)電解拋光

利用電解方法，以試樣表面作為陽(yáng)極，逐漸使凹凸不平的磨面溶解成光滑平整的表面。適用于硬度較低的單相合金、容易產(chǎn)生塑性變形而引起加工硬化的金屬材料，如奧氏體不銹鋼、高錳鋼、有色金屬和易剝落硬質(zhì)點(diǎn)的合金等的試樣拋光。

1.電解拋光裝置

包括陽(yáng)極（試樣)、陰極、攪拌器、電解槽、電解液、電流計(jì)等部件。2電解拋光原理

電解拋光是電化學(xué)過(guò)程，是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其理論尚不完善。常用薄膜理論來(lái)解釋。

電解拋光的進(jìn)行須依賴于穩(wěn)定的薄膜，這就需要弄清楚電解拋光特性曲線。(1）第一類電解拋光特性曲線

(2）第二類電解拋光特性曲線3.電解拋光介質(zhì)

電解液液的種類很多，按使用溫度不同分為冷電解拋光液和熱電解拋光液。4.電解拋光操作

(1）試樣準(zhǔn)備粗磨→細(xì)磨至02號(hào)金相砂紙;選擇電解液;檢查線路等。(2）電解拋光參數(shù)選擇

(3）電解拋光注意事項(xiàng)

(三)化學(xué)拋光

1.化學(xué)拋光原理

化學(xué)拋光僅使磨面光滑，并不使磨面平坦，溶解速度比電解拋光慢，拋光時(shí)間較長(zhǎng)。

⒉化學(xué)拋光液及拋光操作

(四）綜合拋光

1.化學(xué)機(jī)械拋光

把化學(xué)拋光液沖淡成1∶2或1∶10，并加入適量拋光粉，在機(jī)械拋光盤(pán)上進(jìn)行拋光。2.電解機(jī)械拋光

在化學(xué)機(jī)械拋光時(shí)，在試樣與拋光盤(pán)之間接以直流電源，電解液同時(shí)起電解液的作用，用電解來(lái)加速拋光過(guò)程。

點(diǎn)解拋光

一、化學(xué)顯示法（化學(xué)浸蝕法)

將拋光好的試樣磨面浸入化學(xué)試劑中或用化學(xué)試劑擦拭試樣磨面，顯示出纖維組織的方法。

(一）化學(xué)浸蝕原理

化學(xué)浸蝕是一個(gè)電化學(xué)溶解過(guò)程。在金屬中晶粒與晶粒之間、晶粒與晶界之間、各相間的物理化學(xué)性質(zhì)不同，自由能不同，在電解質(zhì)溶液中則具有不同的電極電位，可組成微電池。較低電位部分是微電池的陽(yáng)極，溶解較快。溶解的地方則凹陷或沉積反應(yīng)產(chǎn)物而著色。在顯微鏡下觀察時(shí)，光線在晶界處被散射，不能進(jìn)入物鏡而顯示出黑色晶界，而其它地方呈白色。

1.純金屬及單相合金的浸蝕⒉多相合金的浸蝕

多相合金的浸蝕比較復(fù)雜，不僅有選擇性的化學(xué)腐蝕作用，同時(shí)還有電化學(xué)腐蝕作用。例如片狀珠光體組織中，鐵素體的電極電位低于滲碳體的電極電位，在稀硝酸浸蝕劑中鐵素體為陽(yáng)極，滲碳體為陰極。當(dāng)浸蝕時(shí)間適當(dāng)時(shí)，鐵素體被均勻地溶去一薄層，但在兩相交界處則被腐蝕較深呈現(xiàn)凹陷，若在高倍顯微鏡下觀察時(shí)，能看到滲碳體周?chē)幸蝗诰€圍繞著，顯示兩相邊界。若降低放大倍數(shù)，當(dāng)物鏡鑒別能力小于滲碳體片層厚度時(shí)，只能看出一條條黑線（這些黑線是滲碳體邊緣的兩條邊界線)。若物鏡兼?zhèn)淠芰π「芍楣怏w層間距時(shí)，則珠光體無(wú)法分辨，而旱現(xiàn)黑色塊狀。

(二）化學(xué)浸蝕劑

種類繁多，是酸、堿、鹽類的混合溶液。(三）浸蝕操作

一般浸蝕操作過(guò)程:沖洗拋光試樣→酒精擦洗→浸蝕→沖洗→酒精擦洗→吹干。

1.浸蝕方式

浸蝕方式有浸入法、擦拭法兩種。

⒉浸蝕操作時(shí)的注意事項(xiàng)

(1）浸蝕時(shí)間及其深淺程度

(2）金屬擾亂層的消除

(3）試樣浸蝕后的清洗和保存

二、電解顯示法

某些貴金屬及其合金，化學(xué)穩(wěn)定性很高，難以用化學(xué)浸蝕法顯示組織，可采用電解浸蝕法。如純鋁、純銀、金及其合金，不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金等的浸蝕。

三、其它顯示法

(一）著色顯示的基本原理

首先使試樣拋光表面形成一層程度不等的薄膜，通過(guò)薄膜干涉而增加各相之間的襯度，并使之具有不同的色彩。

(二）著色顯示方法1.熱染法

將拋光后的試樣在空氣中加熱 （<500℃)，使拋光面形成厚薄不勻的氧化膜。在顯微鏡下觀察時(shí)，由于薄膜的干涉現(xiàn)象，便呈現(xiàn)不同的色彩。

熱染顯示的步驟:

(1）清洗

(2）氧化(3）冷卻2.化學(xué)著色法

3.真空鍍膜法（氣相沉積法)4.恒電位浸蝕法

在恒定的正極電位下，在一定成分的電解液中，經(jīng)一定時(shí)間，只對(duì)某一相進(jìn)行選擇浸蝕的過(guò)程，不受另一相的影響，而且也不受相的相對(duì)量多少的影響，都能清晰呈現(xiàn)組織。5.離子濺射法

離子濺射法是在專用的氣體-離子反應(yīng)室中進(jìn)行。

1-4金相組織的膠膜復(fù)型

在不允許破壞取樣檢驗(yàn)，可采用膠膜復(fù)型法。該法的優(yōu)點(diǎn)是:

1.操作迅速簡(jiǎn)便，可在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)制一個(gè)可供觀察的薄膜樣品。

⒉.復(fù)型不受工件尺寸和形狀限制。

3.復(fù)型顯示的組織清晰，也可拍攝金相照片。

4.復(fù)型所需材料、設(shè)備簡(jiǎn)單，可在金相顯微鏡或生物顯微鏡下觀察。

—、膠膜復(fù)型的原理

二、膠膜復(fù)型制作技術(shù)

(一）試樣表面的磨制和浸蝕

用大型工件金相檢查儀進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、電解拋光、深度浸蝕。(二)膠質(zhì)溶液的配制

兩種方法:

1.將醋酸纖維或硝酸纖維透明膠片剪碎，用3×10-4 ~5x10-4kg溶于10ml乙酸乙酯或丙酮中，即成透明膠紙溶液。

⒉將去除乳劑的照相膠片3×10-4~5x10-4kg，加入10ml三氯甲烷中，攪拌溶解后成為白色膠紙溶液，再加入2~3ml酒精，攪拌后即成無(wú)色透明膠紙溶液。

1-5宏觀檢驗(yàn)

【宏觀檢驗(yàn)】用肉眼或放大鏡檢驗(yàn)金屬表面或斷口的宏觀缺陷的方法，也稱宏觀分析或低倍組織檢驗(yàn)。

宏觀檢驗(yàn)的內(nèi)容:

1.鑄態(tài)結(jié)晶組織。表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。⒉鑄件凝固時(shí)形成的氣孔、縮孔、疏松等缺陷。

3.某些元素的宏觀偏析，如鋼中的硫、磷偏析等。4.壓力加工形成的流線、纖維組織。

5.熱處理件的淬硬層、滲碳層和脫碳層等。

6.各種焊接缺陷以及夾雜物、白點(diǎn)、發(fā)紋、斷口等。

一、熱酸浸蝕法

1.試樣制備

酸浸蝕試樣制備時(shí)取樣部位及數(shù)量按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并嚴(yán)防溫度升高而引起組織變化。切取試樣用鋸、剪、氣割和砂輪切割等方式。

⒉.試劑

3.浸蝕時(shí)間

浸蝕時(shí)間與鋼材成分、狀態(tài)、表面粗糙度、檢驗(yàn)?zāi)康暮驮噭┬屡f程度等有關(guān)，以低倍組織能清晰呈現(xiàn)為宜，一般為10～40min。

4.清洗

熱水刷洗→堿水刷洗→熱水刷洗→吹干。5.熱酸浸蝕的基本原理

二、硫印實(shí)驗(yàn)法

1.硫印的基本原理⒉硫印操作

(1)配制2～5%硫酸水溶液。

(2)切取略大于試樣表面的印相紙，浸入硫酸水溶液中1 ~ 2min。

(3）經(jīng)3~5min，取下印相紙，進(jìn)行水洗、定影、沖洗、上光干燥。

一、非金屬夾雜物的分類1.按夾雜物的來(lái)源分(1)內(nèi)在夾雜物

①在鋼冶煉過(guò)程中的脫氧產(chǎn)物;②冶煉過(guò)程中溶解的硫、氧、氮形成的化合物。③鋼液內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)物和冷卻時(shí)的析出物。

(2）外來(lái)夾雜物

鋼在冶煉過(guò)程中，由煉鋼爐、出鋼槽、盛鋼桶等內(nèi)壁脫落物。2.按夾雜物的化學(xué)成分分

(1）氧化物系

(2）硫化物系(3）氮化物

3.按夾雜物的塑性分

(1)塑性?shī)A雜物在壓力加工過(guò)程中，成帶狀、斷續(xù)條狀、紡錘狀等，如FeS等。(2)脆性?shī)A雜物在壓力加工過(guò)程中，成破裂串，如AL2O3等。

(3）不變形夾雜物如SiO2等。

二、非金屬夾雜物的鑒定方法分為宏觀和微觀兩種方法。1.宏觀鑒別方法

熱酸浸蝕、冷酸浸蝕、硫印、超聲波、磁粉探傷、斷口分析等。2.微觀鑒別方法

化學(xué)分析、巖相法、金相法、X射線結(jié)構(gòu)分析法、電子顯微鏡觀察法、電子探針?lè)ǖ取?/span>

(2）磨制前經(jīng)淬火和低溫回火提高基體硬度，以免磨制時(shí)非金屬夾雜物脫落。(3）輕磨輕拋，短時(shí)完成。(拋光布用短纖維、拋光粉用氧化鎂等)

(4）拋光后→洗凈→吹干→直接觀察。

⒉.非金屬夾雜物的主要特征

(1)形狀

①球狀FeO、SiO2→圖6-1。

②方形、長(zhǎng)方形、三角形、六角形、樹(shù)枝狀等圖6-2(2）夾雜物分布

成群聚集——Cr2O3;孤立分散——硅酸鹽;

排列成串——AL2O3、FeO-MnO;沿晶分布——FeS、FeS-FeO共晶;鏈狀分布——AL2O3;

三、非金屬夾雜物的金相鑒定

1.試樣準(zhǔn)備

(1）取樣部位和數(shù)量按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

(2）磨制前經(jīng)淬火和低溫回火提高基體硬度，以免磨制時(shí)非金屬夾雜物脫落。(3）輕磨輕拋，短時(shí)完成。(拋光布用短纖維、拋光粉用氧化鎂等)

(4）拋光后→洗凈→吹干→直接觀察。

2.非金屬夾雜物的主要特征

(1)形狀

①球狀FeO、SiO2

②方形、長(zhǎng)方形、三角形、六角形、樹(shù)枝狀等

(2）夾雜物分布

成群聚集——Cr2O3;孤立分散——硅酸鹽;

排列成串——AL2O3、FeO-MnO;沿晶分布——FeS、FeS-FeO共晶;鏈狀分布——AL2O3;

(3）夾雜物的透明度與色彩夾雜物分為:

透明——硅酸鹽、二氧化硅、硫化錳等。在暗場(chǎng)下明亮，色彩鮮明。圖6-4。半透明——

不透明——氮化物、硫化鐵。在暗場(chǎng)下呈暗黑色、白色兩邊。圖6-5。(4）在偏振光下的各向異性效應(yīng)

夾雜物有各向異性、各向同性之分。

各向異性的夾雜物在正交偏振光下，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡的載物臺(tái)360°時(shí)，產(chǎn)生對(duì)稱的四次發(fā)光和消光現(xiàn)象。

(5）夾雜物的黑十字現(xiàn)象

球狀透明各向同性?shī)A雜物，在正交偏振光下呈現(xiàn)獨(dú)特的黑十字現(xiàn)象。(6）夾雜物的硬度、塑性、拋光性

用纖維硬度計(jì)測(cè)量，初步判斷。(7）夾雜物的化學(xué)性能

根據(jù)夾雜物的抗蝕性不同。

以上是關(guān)于“金屬金相組織分析”的簡(jiǎn)單介紹，篇幅有限，如果想了解更詳細(xì)的產(chǎn)品介紹，可以點(diǎn)擊<在線咨詢 >進(jìn)行進(jìn)一步溝通，也可以撥打我們?nèi)珖?guó)免費(fèi)400熱線:400-688-0170，工程師24小時(shí)接聽(tīng)您的電話。