金相实验技术在金属材料中的应用

【摘 要】金相学所研究的是合金组织和金属的一门科学,它所应用的是通过金属显微镜来观察并且以此来研究金属组织的内部和性能二者之间的关系.早在19世纪六、七十年代就已经有利用金相显微镜来系统的对钢铁的组织进行研究.本文简单的对目前在金属材料研究范围内比较常用的金相实验技术进行了概说,金相实验技术所涵盖的内容和原理进行了简单的概述,对金相实验技术在金属材料研究中的应用做了分析和探讨.

【关 键 词】金相实验技术；宏观实验技术；微观实验技术

0前言

金相学所研究的是合金组织和金属的一门科学,它所应用的是通过金属显微镜来观察并且以此来研究金属组织的内部和性能二者之间的关系,从冶金领域来追溯,应用金相学早在十六世纪就开始了,早在十九世纪六七十年代就已经有利用金相显微镜来系统的对钢铁的组织进行研究.在十九世纪之后,显微镜取得了快速的发展,它的功能和作用也越来越多.在1909年出现了高温金相的应用,在1924年出现了偏光的应用,在1934年产生了低温金相装置,在1948年产生了多光束干涉仪,随后的两年相衬的应用和偏光干涉显微镜的出现等一系列显著的和突飞猛进的成果,这也使得金相实验的技术得到了广泛的研究和使用.本文对金相实验技术所涵盖的内容和原理进行了简单的概述,对金相实验技术在金属材料研究中的应用做了分析和探讨,希望能够向有关材料的研究人员提供有益的参考.

1传统的金相实验技术现状分析

“金相”一词含有金属的相貌和金属的相片的含义.金相是金相学的同源词,现如今金相学是一个比较复杂的主题,它由不同的学科知识所组成,随着科学技术的发展和进步在不同的发展阶段包含着不同学科的知识.从广义上来说,金相学所主要包括的内容有：研究金属及其合金的组成部分、物性和金体结构二者之间的关系,显微组织、宏观组织和电子显微镜金相研究的一门科学.传统的研究方法主要有三个方面：一是制备金相试样,二是金相显微镜,三是摄影技术.

金相实验技术的优点突出表现在这样几个方面：一是,设备简单便捷,二是,内容丰富,三是,使用方法实用等等.正是因为如此,现如今在研究金属中所使用的最基本的方法中,金相实验技术仍然被广泛利用.近些年来,电子显微镜、扫描电镜、X射线衍射、电子探针以及图像分析仪等许多先进的实验工具的出现,使得人们对金相实验技术有所忽视.在他们看来,采用新的实验工具和实验方法才能够更好的解决问题,但是在实际运用上却并不尽然.

2金相宏观实验技术及发展趋势

金相实验技术有两大类：一是,宏观金相实验技术；二是,微观金相实验技术.宏观金相实验技术也称为低倍实验技术,主要包括断口检验,硫印实验和酸蚀实验等等.微观金相实验技术也称作高倍实验技术,主要有非金属夹杂物分析,显微组织分析以及相分析和高低温金相等.宏观实验技术指的是用肉眼或者是二十倍以下的低倍放大镜以此来分析金属材料以及其制品的宏观方面的组织以及缺陷.通过这种技术,能够很好的了解所实验的金属在熔炼或者是在加工中的质量.宏观分析具有方法简便和设备简单容易操作的优点.但是受到检查面积大因素的影响,所以能够比较全面的对材质的情况进行反映.

2.1硫印试验方法

硫印试验方法在检验金属中的硫元素中是一种宏观的试验法.硫它在钢中是以硫化物这样的形式存在的,能够用宏观试验和微观试验两种方法来检查.由于硫印法检验的面积大,这种方法能够反映处在整个钢材截面上硫的分布情况.因此,在一些含硫量比较高的钢材上,该方法也不失为一种简单实用的试验方法.硫印法它的基本原理是通过硫化物和稀硫酸二者的反应作用,产生硫化氢气体.该气体和照相纸上的物质（卤化银）进行反应,从而能够产生硫化银沉淀物,这样能够在相纸上留下痕迹,该痕迹呈深棕色.该方法它的主要操作步骤有三：首先是将被检测的钢材面进行磨光处理.其次,在暗室内将硫酸水溶液内的相纸药面贴在试验的表面上.最后,经过数十分钟的反应后,在将相纸取下,通过水洗定影后再水洗,这个过程后再经过烘干就可以了.

2.2酸蚀试验方法

酸蚀试验方法主要有这样几种：电介酸蚀法,冷酸浸蚀法,热酸浸蚀法,以及塔形车削检验方法等等.利用酸液来对金属材料的各个组成部分的显示腐蚀程度的金属的低倍组织和缺陷.制备步骤是：首先,将需要检验的材料表面进行磨光处理,其次在热酸中经过一定时间的腐蚀.最后把腐蚀面清洗干净并保持干燥.使用这种方法的目的主要是来检查是否存在以下四个方面的内容.一是,热处理过程中所形成的渗碳、脱碳以及硬化层等等.二是,铸态结晶组织的分布情况.比如说柱晶带、细晶带等等轴晶带的分布情况,以及晶粒的大小、形状和定向结晶的情况等等.三是,在进行压力加工时所形成的流线以及晶粒的大小是否均匀,是否出现折叠和裂纹等等情况.四是铸件凝固时所形成的气泡、缩孔、偏析、白点、夹杂物、轴心裂纹和翻皮以及焊接中是否存在缺陷和发纹等等.

3金相微观实验技术及发展趋势

微观实验技术借助的是小于3200倍的放大倍数较高的金相显微镜,以此来观察金属存在的缺陷和金属组织的结构.一般来说,金属材料的性质是由所存在的组织来决定的.观察金属材料的组织,是金相显微镜在研究方面所发挥的突出的作用.在今后很长一段时间它仍然是金属实验室中经常采用的一种工具和方法.

3.1金相显微镜

显微镜是由物镜、目镜以及与光源相关联的一些辅助系统来组成的.物体是通过目镜和物镜的双重放大所得到的较高倍数的放大影像.人们在分析中将样品进行抛光处理和侵蚀之后,把它放在金相显微镜下进行观察,可以呈属在不同状态下的显微组织,经过显微镜的观察能够了解在这些不同状态下金属组织的形貌,以此能够更好的对金属与合金进行摸索,总结出相变规律,通过找寻各种缺陷的根源从而能够判断出造成金属构建损坏的原因所在,以此能够选择更为合适的加工艺和热处理技术.此外,还可以根据所选的不同的照明方式来提高所呈影像的立体感.

3.2偏光显微镜

偏光显微镜是通过检偏器和起偏器二者的配合来进行工作的.将起偏器放在光源后和物镜前,能够把光的震动限制在与光的传播方向相垂直的平面的某一方向上就可以获得偏振光.把检偏器放在样品的反射光之后,通过二者的相对转动,二者的震动面就可以转到相互垂直的位置上.非金属夹杂物和金属材料按照光学的性能划分为两类：一是,各向同性；二是,各向异性.

3.3显微硬度

在研究领域中显微硬度已经成为了研究金属学所不可缺少的工具.尤其是在对金属金热处理进行研究和表面处理进行研究上都得到了比较广泛的应用.显微硬度对化学成分分布不均匀的相距有很高的鉴别能力,显微硬度对扩散层性能进行研究时是一个广泛采用的比较好的方法.

【参考文献】

[1]姚鸿年.金相实验技术的现状及其发展[J].理化检验：物理分册,2009.

[2]许顺生.金属X射线学[M].上海科技出版社,1962.

[责任编辑：张涛]