检测能力 | 金相分析，金属材料生产、使用和科研中必不可少的手段

1863年，英国的H. C. Sorby首次用显微镜观察经抛光并腐刻的钢铁试片, 从而揭开了金相学的序幕，成为国际公认的金相学创建人。

 

一、什么是金相分析

 

所谓"相"就是合金中具有同一化学成分、同一结构和同一原子聚集状态的均匀部分。不同相之间有明显的界面分开。合金的性能一般都是由组成合金的各相本身的结构性能和各相的组合情况决定的。

 

 

 

金相分析是利用金相显微镜在专门制备的试样上放大100～1500倍来研究金属及合金组织的方法。它是是研究金属及其合金内部组织及缺陷的主要方法之一，在金属材料研究领域中占有很重要的地位。

 

 

二、金相分析的目的

 

金属的性能取决于它的成分和微观组织，其中微观组织对金属性能的影响最为直接，因此我们可以通过对金属微观组织的观察和分析（即金相分析技术）来预测和判断金属的性能，并分析其失效破坏的原因。

 

 

1、原材料检验

 

对原材料的冶金质量情况进行检查；对铸造材料的铸造疏松、气孔、夹渣组织均匀性进行检查；对锻造件的表面脱碳、过热、过烧、裂纹、变形等情况进行检查。

 

2、生产过程中的质量控制

 

金相分析可以提供调整工序及修改工艺参数的根据，指导生产。

 

3、产品质量检验

 

有些机械零件或产品除要求机械性能、物理性能指标外，还要求显微组织参数作为质量评定的技术指标。

 

4、失效分析

 

金相组织分析方法在机械失效分析方面应用广泛。

 

金相分析技术可用来判断零件生产工艺是否完善，有助于寻求零件产生缺陷的原因，因此它是涉及金属材料生产、使用和科研中必不可少的手段。

 

 

三、金相分析的原理

 

金相分析采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

 

 

四、金相试样的制备

 

进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规制制备试样，若金相试样制备不当，则可能得出错误的结论，因此金相试样的制备十分重要。金相试样的制备步骤主要有：取样—镶嵌—磨光—抛光一腐蚀。

 

Step 1：试样选取

 

取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到测试目的，因此应严格按照相应的标准规定执行。

 

Step 2：镶嵌

如果试样的尺寸太小或者形状不规则，则需将其镶嵌或夹持。

 

Step 3：试样粗磨

 

粗磨的目的是平整试样，磨成合适的形状。

 

Step 4：试样精磨

 

精磨的目的是消除粗磨时留下的较深的划痕，为抛光做准备。

 

Step 5：试样抛光

 

抛光的目的是把磨光留下的细微磨痕去除，成为光亮无痕的镜面。

 

Step 6：试样腐蚀

 

要在显微镜下观察到抛光样品的组织必须进行金相腐蚀。常用的方法是化学腐蚀。 

 

 

五、金相分析的应用

 

金相分析是现在生产，加工中的一道重要步骤。金相分析的应用主要体现在以下几个方面：

 

1、焊接金相检验

 

常见的焊缝缺陷主要包括未焊透、裂纹、疏松、夹杂及气孔等几种。因此需要对焊缝进行必要的金相检验来检出特定的焊接缺陷，确认焊接产品的质量是否存在问题。

 

2、铸铁金相检验

 

检验铸铁金相组织及组织评级。专用于评价铸铁的石墨形态，包括石墨的大小和形态，珠光体的数量，球化率等级等等。

 

3、热处理质量检验

 

热处理是机械制造中的重要环节之一，热处理质量的好坏，直接关系产品或零部件的内在质量和性能。在金相分析中常对产品进行如钢热处理后的纤维组织鉴别、显微缺陷检验、化学热处理的层深测定等等。

 

4、各种金属制品及原材料显微组织检验及评定

 

为研究新材料、新工艺，探讨组织与性能之间的关系，提供依据。金相分析检测技术是冶金和机械制造工厂鉴定金属材料的质量、判断生产工艺是否完善的常规手段。

 

5、铸铁、铸钢、有色金属、原材低倍缺陷检验

 

在产品验收、新品试制、工艺调整与控制方面占有十分重要的地位。低倍检验为金相检验的一部分，低倍相对高倍而言，包括酸蚀低倍、塔形发纹、S印、P印、流线等方法。

 

6、晶粒度评级、金属硬度（HV、HRC、HB、HL）测定

 

单位面积中晶粒的数量与晶粒的尺寸有关，晶粒的大小对金属的拉伸强度、韧性、塑性等机械性质有重大影响。检查材料晶粒尺寸大小，可以评估材料性能。

 

7、非金属夹杂物含量测定

 

钢中非金属夹杂物会降低钢的机械性能，特别是降低塑性、韧性及疲劳极限。因此，对重要用途的钢（如滚动轴承钢、弹簧钢等）要检查非金属夹杂物的数量、形状、大小与分布情况。

 

8、脱碳层/渗碳硬化层深度测定

 

检查构件经过表面渗碳、渗氮或硬化处理后，渗透深度及组织变化情况。

 

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金相分析检测技术能考察如合金元素、成分变化及其与显微组织变化的关系：冷热加工过程对组织引入的变化规律；还可对产品进行质量控制和产品检验以及失效分析等；是材料质量管控的关键环节之一。

 

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金相显微镜

 

试验项目

金相试验

 

能力范围

目镜：高眼点、超大视野目镜EW10X

物镜：4X、10X、20X、40X

 

 

参考标准

GB/T 13298-2015

IPC-TM-650-2007