計算機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系,研究材料組織轉變動力學等的有力工具。采用計算機圖像分析系統可以很方便地測出特征物的面積百分數、平均尺寸、平均間距、長寬比等各種參數,然后根據這些參數來確定特征物的三維空間形態、數量、大小及分布,并與材料的機械性能建立內在聯系,為更科學地評價材料、合理地使用材料提供可靠的數據。
一、金相顯微鏡的基本構造
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系統、照明系統和機械系統三大部分組成。現以立式金相顯微鏡為例加以說明。
1.載物臺 2.雙目鏡 3.調節螺釘 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.粗調焦手輪 11.微調焦手輪 12.偏心螺釘
金相顯微鏡的基本操作步驟:
(1)根據放大倍數選用所需的物鏡和目鏡,分別安裝在物鏡和目鏡筒內,并使轉換器轉至固定位置(由定位器定位)。
(2)轉動載物臺,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)轉動粗調手輪,使載物臺漸漸上升以調節焦距,當視場亮度增強時 再改用微調手輪進行調節,直至物象調整到最清晰程度為止。
(5)適當調節孔徑光欄和視場光欄,以獲得最佳質量的物象。
二、光學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,下圖為顯微鏡的放大光學原理圖。物體AB置于物鏡前,離其焦點略遠處,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,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、夾雜等缺陷最嚴重的部位截取。在分析失效原因時,則應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,則應在裂紋發源處、擴展處、裂紋尾部分別取樣,以分析裂紋產生的原因。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
手工當試樣尺寸過小、形狀特殊(如金屬碎片、絲材、薄片、細管、鋼皮等)不易握持,或要保護試樣邊緣(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磨留下的磨痕,成為平整無疵的鏡面。常見的拋光方法有機械拋光、電解拋光及化學拋光等。
(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分開來,得到有關顯微組織的信息,就要進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方法主要是浸蝕方法,包括化學浸蝕,電化學浸蝕及氧化法,是利用化學試劑的溶液借化學或電化學作用顯示金屬的組織。
四、金相分析方法的應用
(1)焊接金相檢驗;
(2)鑄鐵金相檢驗;
(3)熱處理質量檢驗;
(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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