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    金相顯微鏡在鋼材檢測中的應用

    發布時間:2020-05-27   作者:豐東熱技術   已閱讀:

    金相顯微鏡結構

            圖1為主要在實驗室中較為多見的金相顯微鏡和其計算機觀測系統,金相顯微鏡主要由光學系統、照明系統和機械系統三部分組成,其中由光源、反光鏡、物鏡組、目鏡和多組聚光鏡組組成光學系統;底座上低壓燈泡(為提高光源可靠性現多用冷光源即LED燈),反光鏡、孔徑光欄、視場光欄和聚光鏡組成照明系統;試樣臺、物鏡轉換器、接目鏡、粗調和微調手輪、視場光欄和孔徑光欄構成機械系統。新型的金相顯微鏡還具備瞬時高清抓拍和圖像處理功能,金相顯微鏡跟一般顯微鏡成像的原理是大致相同。
    德國ZEISS金相顯微鏡及成像系統

    在金相實驗中檢測樣品制作

            2.1金相實驗中檢測樣品的取樣原則
            金相實驗中檢測樣品依照鋼材上所取的橫截面位置的不同,大致可分為磨面為原構件的橫截面和磨面為原構件的縱截面兩種原則。磨面為原構件的橫截面常用于觀察檢測樣品中心邊緣組織分布的漸變情況;;表而滲層、硬化層、鍍層等表面處理的深度及其組織;表面質量缺陷,諸如裂紋、氧化、大塊碳化、網狀碳化、共晶碳化不均勺度、脫碳層深度、過燒等問題的深度:珠光體組織、非金屬的雜質在整個橫截面的分布情況:測定晶粒度等。
            2.2金相實驗中檢測樣品的磨制
            金相實驗中檢測樣品的磨制一般分為粗磨和細磨兩道工序。粗磨主要是為了得到相對平整的表面。檢測樣品截取后,利用砂輪進行磨制,壓力不要太大,并用冷水隨時進行冷卻,以防止金屬組織受熱發生變化。粗磨后的檢測樣品雖然很平整,但仍然有磨痕、細磨的主要是為了研磨粗磨遺留下的磨痕,得到相對平整而光滑的磨面,為下一步的拋光做好準備。將粗磨好的檢測樣品沖洗擦干后,隨后用由粗到細的金相砂紙將磨面磨光處理。除人工磨制外,還可使用預磨機米安裝不同粗細的金相砂紙進行機械磨制。
            2.3金相實驗中檢測樣品的拋光
    金相實驗中檢測樣品的拋光主要是去除細磨時所產生的細小磨痕和變形部位,得到光滑的鏡面。經常使用的拋光方式有三種,分別為機械拋光、電解拋光和化學拋光,使用范圍最多的就是機械拋光,拋光后得到的檢測樣品,其拋光面應該達到光亮無痕。拋光完成的檢測樣品用清水洗干凈后,用酒精去除多余的水后再用吹風機吹干。
            2.4金相實驗中襝測樣品的浸蝕
            拋光后的檢測樣品的磨面光亮無痕,倘若直接在金相顯微鏡下進行觀察,就只能觀察到一片亮光,除了檢測樣品中所含的雜質或者其他問題如孔洞、裂紋等外,沒有辦法分辨出形態特征和成分,要經過合適的浸蝕,才可以利用金柑顯微鏡觀察出米?,F今,經常使用化學浸蝕方法進行浸蝕。
            化學浸蝕法是把拋光完成的試樣磨面使用化學浸蝕劑(通常使用酸、堿、鹽的酒精溶液)浸蝕一定時間。由于鋼材中各種相的化學成分和結構不同,所以有不同的電極電勢。在浸蝕劑中存在很多微電池,電極電勢低的相為陽極而被溶解,電極電勢高的相為陰極而保持不變。鋼材在浸蝕完成后形成了凹凸不平的表面,在金相顯微鏡觀察下,光線在各相的反射狀況不同,能觀察到檢測樣品的組織特征。鋼材浸蝕時,晶界原子排列比較混亂,雜質比較多,而且有很強的能量,所以晶界容易被浸蝕呈現出凹溝。在金相顯微鏡下觀察時,使光線在晶界處被漫反射而不能進入物鏡,所以會顯示出一條條黑色的晶界。在鋼材中各個晶粒的成分雖然相同,但是其原子排列位向不同,也能造成磨面上各晶粒的浸蝕程度不同,所以在垂直光線照射下,各個晶粒就展現出明暗不同的顏色。

    金相顯微鏡在金相分析中的應用

            金相顯微鏡主要是通過對組織形貌的檢查來做金屬檢測的組織與其化學成分的關系,可以確定各類鋼材通過不一樣的加工和熱處理后的顯微組織:以此來判斷鋼材的質量的好壞,如各類型的鋼材夾雜物、氧化物、硫化物等在組織中的分布情況和數量以及金屬晶粒度的大小等。
            3.1鋼材組織及相的研究
            浸蝕處理后的檢測樣品,可以利用金相顯微鏡觀測到鋼材的亞顯微組織情況。大多數情況下,晶界處被漫反射所以不能進入物鏡,因而晶界大多數情況呈現為黑色。被晶界分割的即為鋼材的組織結構,可以依靠檢測結果對鋼材進行定性分析,包括:材料的組織形貌、晶粒大小、非金屬雜質一氧化物、硫化物等在組織中的含量和分布情況:材料的組織結構與其化學成分之間的關系:可以確定各類材料經不同加工工藝處理后的顯微組織;可以判別材料質量的優劣等??慑戣T鐵為退火態,石墨是黑色團絮狀組織,類似棉絮,外形較為規則。沒有進行浸蝕,基體顯示為白色。檢測樣品是白口鑄鐵生坯。通過退火的固態石墨化處理,使一次、二次、三次滲碳體經過充分的石墨化而得。在金相顯微鏡下石墨是黑色片狀組織,因為沒有對其進行浸蝕,故基本未顯示,呈白色,石墨主要以單獨的片狀散布在基體上,主要是分開的,相互間不發生關聯。片狀石墨長度不盡相同,其性能也具有差異。
            3.2鋼材雜質的分析
            采用金相顯微鏡對雜質分析大多是是定量分析,采用明視場來對雜質的的顏色、形態、大小和分布進行觀察;采用暗視場來對雜質的固有色彩與透明度進行觀察:利用偏振光正交下的各種光學性質對雜質進行觀察,進而對雜質的類型進行判斷。大多數情況下硅酸鹽單獨呈現的是孤粒形狀分布,氧化鋁、氧化亞鐵和氫氧化氧錳等氧化物聚集成群呈現串狀分布,而硫化亞鐵及硫化亞鐵、氧化亞鐵則是沿晶界分布。
            3.3偏光顯微鏡的相差分析
            在鋼材組織中,有時會碰到反射光的性能相同或者相近,表面高低只有很小的組織。兩種組織表明當入射光波射到其上經過反射后,這兩種的振幅基本相同,但其周相差。這種振幅相同但是周相差的反射光,肉眼是很難分辨。解決方法就是采用環形光光闌和相板,利用透過光線體現或滯后1/4的波長,從而產生正或者負的相差,就是將周相差的光轉變為強度差的光,進而提高辨別能力。
            經過幾十年的發展,相繼出現了X射線衍射電子顯微鏡電子探針掃描電鏡和圖象分析儀等諸多實驗設備,金相顯微鏡和金相分析技術有時候人們就不會使用,大多數檢測人員認為使用新的設備和檢測方法才能解決問題,但是實際情況并非如此。金相顯微鏡和金相檢測技術在鋼材檢測的應用中得到大范圍的使用。由于金相顯微鏡具有設備簡便、方法實等優點,所以,采用金相顯微鏡來對鋼材的檢測至今仍然是當下最實用簡潔的方法之一。

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