材制視角 | 競賽專輯 金相學(xué)簡介
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金相分析
? ? ??金相分析是金屬材料試驗研究的重要手段之一，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系。
金相檢驗的目的和意義
? ? ? 早在幾千年前，人們就已開始發(fā)現(xiàn)并使用金屬材料了。但是利用金相顯微鏡來觀察分析金屬材料的微觀組織結(jié)構(gòu)這一做法，僅有100多年的歷史。金相檢驗有力地促進了材料科學(xué)的發(fā)展?！ ?/p>
70年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金相研究的內(nèi)容越來越廣泛，其發(fā)展進度之快，應(yīng)用范圍之廣是很驚人的。由于采用了電子顯微鏡和應(yīng)用了電子成像理論，金相檢驗已成為了觀察和分析金屬微觀和極微觀組織結(jié)構(gòu)及其缺陷的重要手段。
近幾十年來研究金屬和合金組織結(jié)構(gòu)的方法，雖有顯著的改進，但是主要方法仍是采用金相檢驗法。
現(xiàn)代金相技術(shù)包括光學(xué)和電子顯微分析技術(shù)兩個方面。金相分析技術(shù)所獲得的結(jié)果是聯(lián)系材料加工工藝，科學(xué)及材料性能之間的重要橋梁。金相分析是檢查產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)之一，又是發(fā)展新材料新工藝新科學(xué)理論的重要手段之一。
我們在長期的生產(chǎn)實踐中認識到，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞和材料性能有著密切的聯(lián)系。金屬和合金的顯微組織不同，材料性能也會不同。所以只有通過控制組織才能達到控制性能的目的。
? ? ? ?金屬材料的組織結(jié)構(gòu)及性能，除了與其本身的化學(xué)成分及夾雜物等有關(guān)外，還受其鑄造及加工工藝所影響。如果我們把某一金屬或合金的化學(xué)成分固定不變，而只是改變其生產(chǎn)工藝條件，那么它的金相組織和性能也會發(fā)生很大變化。
例如將統(tǒng)一化學(xué)成分的生鐵水，一個澆注在沙漠中，讓鐵水緩慢凝固和冷卻，另一個澆鑄在金屬膜內(nèi)，使之快速冷卻凝固。那么前者的斷口呈暗灰色，而后者呈銀白色。前者脆性較小不易斷裂，后者脆性很大容易裂。前者硬度較低，能進行切削加工，后者硬度很高，很難進行切削。
? ? ? 又如含碳量同為0.8%的兩塊鋼，一塊加熱到高溫800度左右后，在爐中緩慢冷卻，另一塊加熱到相同溫度后，在水中急冷，結(jié)果后者的硬度可以比前者高3~4倍。
從上述實例中可以看出，金相組織和化學(xué)成分之間雖然有著一定聯(lián)系，但是單從化學(xué)成分方面還不足以說明金屬性能存在差異的原因。這是因為化學(xué)成分可能含有某種程度的偏析，更重要的是化學(xué)成分檢測只能說明某元素的含量，而不能說明它的存在形式。
這就要求我們更深入地分析研究，除化學(xué)成分之外還有什么因素會影響金屬和合金材料的性能。探討金屬和合金的內(nèi)部構(gòu)造，便成為了研究這一問題的主要途徑。
? ? ? ?顯微組織又稱高倍組織，是指金屬或合金在放大率為30~1600倍，顯微鏡下觀察各種晶體的不同形狀、大小、數(shù)量以及它們之間的分布狀態(tài)。宏觀組織又稱低倍組織是指用肉眼或不大于10倍，放大鏡下觀察金屬和合金膜面或斷口上晶體的特征。
? ? 要正確地反映顯微組織結(jié)構(gòu)及缺陷，就必須采用適當?shù)慕鹣喾治龇椒?，研究金屬相的變化及金屬的組成者。相的變化標志著金屬性能的變化，研究金屬的相變，也就是研究相的形成變化以及它和合金成分，組織，性能之間的關(guān)系和互相影響的規(guī)律。
? ? ? ?因此金相學(xué)就是研究金屬和合金的各種晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織，影響他們形成的內(nèi)部條件（包括溫度變化，加工變形澆筑條件等）和內(nèi)部因素即化學(xué)成分，以及它們與性能之間關(guān)系的一門基礎(chǔ)科學(xué)，是一個實踐性很強的獨立科學(xué)。
? ? ? ?只有結(jié)合生產(chǎn)實踐了解金屬和合金，結(jié)合組織結(jié)構(gòu)以及它們基本的變化規(guī)律，才能切實控制和改善金屬或合金的性能，才能正確對金屬和合金進行加工處理，才能針對實際生產(chǎn)需要合理地選擇和使用金屬材料，以避免機械零件或加修的配件等在熱處理前后以及在使用中因質(zhì)量不良而報廢或提前破損，從而危害生產(chǎn)安全，造成不應(yīng)有的損失和浪費。
? ? ? ?因此采取金相檢驗的方法來分析產(chǎn)生質(zhì)量不良的原因，并采取相應(yīng)的措施加以改進，對于提高經(jīng)濟效益和保證生產(chǎn)安全有著重要的意義。
綜上所述，在生產(chǎn)實踐和科學(xué)研究中，廣泛應(yīng)用金相檢驗的方法，利用金相顯微鏡及其所拍攝的金相照片，對金屬材料及其制件的宏觀組織和微觀組織進行檢驗分析，來觀察金相組織的變化，可以有效判斷各種金屬材料組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣情況，分析并找出產(chǎn)生廢品造成事故的原因，讓我們能采取有效的措施達到控制和不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量之目的。
檢測流程
本體取樣-試塊鑲嵌-粗磨-精磨-拋光-腐蝕-觀測
第一步：試樣選取部位確定及截取方式
? ? ? ?選擇取樣部位及檢驗面，此過程綜合考慮樣品的特點及加工工藝，且選取部位需具有代表性。
第二步：鑲嵌
如果試樣的尺寸太小或者形狀不規(guī)則，則需將其鑲嵌或夾持。
第三步：試樣粗磨
粗磨的目的是平整試樣，磨成合適的形狀。一般的鋼鐵材料常在砂輪機上粗磨，而較軟的材料可用銼刀磨平。
第四步：試樣精磨
精磨的目的是消除粗磨時留下的較深的劃痕，為拋光做準備。對于一般的材料磨制方法分為手工磨制和機械磨制兩種。
第五步：試樣拋光
拋光的目的是把磨光留下的細微磨痕去除，成為光亮無痕的鏡面。一般分為機械拋光、化學(xué)拋光、電解拋光三種，而最常用的為機械拋光。
第六步：試樣腐蝕
要在顯微鏡下觀察到拋光樣品的組織必須進行金相腐蝕。腐蝕的方法很多種，主要有化學(xué)腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕，而最常用的為化學(xué)腐蝕。
撰? 稿? 人：? ?科技協(xié)會科創(chuàng)部? ? ? 馬浩然
責(zé)任編輯：科技協(xié)會執(zhí)行主席? ? ?韓飛洋
執(zhí)行編輯：? ?融媒體微網(wǎng)平臺 ? 于潤澤
總? 編? 輯： ? ? ?李曉萌
