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金相学的研究意义 日期:2018.04.10
1、 金相显微镜
       金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察,故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光,而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面,被物面反射后再返回物镜成像。这种反射照明方式也广泛用于集成电路硅片的检测工作。
金相显微镜是金相分析的主要仪器。20世纪初使用开始使用倒立式金相显微镜,影响成像质量的主要因素是像差,特别是色差和像域弯曲。早期采用延长摄影距离的办法来改进,所以出现了大型的卧式显微镜,如东德的Neophot系列。60 年代后,金相专用的平场宽视域物镜的研制成功,无需长距离投影已经可以保证摄影质量。目前金相显微镜采用立式投影,结构紧凑。采用高分辨率的摄像头或更高分辨率的数码相机进行金相照片拍摄,既提高了效率,也降低了成本。
光学显微镜的景深与物镜的数值孔径成反比,随着放大倍数的加大,景深迅速下降。尤其是用侵蚀法显示组织,试样上的凹陷深度一般为数微米,超出了油浸物镜的景深。80年代后期推出“共焦激光扫描显微镜”利用激光束扫描试样,解决了光学显微镜景深浅的问题,分辨率也有所提高。
2、 制样技术
       金相试样绝大多数需要经过研磨、抛光、合适的组织显示,才能进行观察和分析。如果使用不正确的制样程序,会造成假象,即观察到的图像并不是真正的内部组织状态,而是伪组织。试样在机械研磨、抛光的过程中,表层发生了严重的塑性变形。所以试样制备技术对于金相研究具有重要的意义,也是金相学中最活跃的研究领域。
侵蚀试剂是显示组织的重要手段。至今金属和合金的侵蚀试剂已经有数百种。另外还采用了真空沉积、电解阳极、热染、真空阳极及磁侵等侵蚀技术。其中值得重视的是恒电位控制法,用于电解和抛光不同金属或不同状态的金属的同种金属,对显微组织中的析出相、碳化物进行侵蚀或进行选择性侵蚀。比一般的侵蚀方法更有效、可靠,而且具有良好的重现性。 国外已经研制了系列化的制样设备,并推荐了适用于不同材料的制样规范,致力于压缩制样步骤,提高制样质量和缩短制样时间。
3、 分析技术
       金相组织的判定是金相分析的核心,它包括定性和定量两方面。在常规的金相检验中,以各种金相检验标准作为判定的依据。我国已经相继发布和修订了包括国标和部标在内的金相标准100余种,内容涉及钢铁、非铁材料冶金产品以及汽车,机械、焊接等各种典型零部件的金相检验标准。 金相组织的评定正在由定性分析向定量分析发展,并已逐步体现在金相检验标准中。如YB27-77《钢的晶粒度测定法》对晶粒度的测定方法规定“一般采用比较法”,GB6394-1986《钢的平均晶粒度测定法》等效采用美国ASTM E112-81,同时规定了采用比较法、面积法、截点法三种方法。2002年根据ASTM E112-96对GB/T6394重新起草发布。由于测量误差正比于测量次数平方根的倒数,因此要提高测量精度,所需测量次数应以二次方律增长,而手工测量难以满足这一要求。于是出现了图像分析仪。利用计算机来完成成百上千次的重复测量和运算,从而为定量金相的应用创造了条件。 图像分析仪可以测出面积、周长、直径等参数。把这些基本的参数进行不同组合,可完成复杂的图像识别功能。再将处理结果进行转换,获得最终结果。