金相檢驗的地位、作用和檢驗技術(shù)

王長智

摘 要：隨著國民經(jīng)濟的不斷變化與發(fā)展，汽車工業(yè)的發(fā)展壯大以及機械行業(yè)向高精尖設(shè)備發(fā)展的轉(zhuǎn)型都大大推動了特鋼行業(yè)的發(fā)展變化，隨著品種的多樣化，設(shè)備的齊全化，目前我國特鋼產(chǎn)量占世界比例的15-20%左右，對于特鋼產(chǎn)品的研發(fā)以及自主創(chuàng)新的發(fā)展模式更是提出了更高的要求及標準，文章主要針對金相檢驗等技術(shù)在材料中的研究情況進行簡要的分析與總結(jié)，并重點闡述了金相檢驗的地位極其重要作用，希望可以對特鋼工業(yè)的發(fā)展起到一定的推動作用。

關(guān)鍵詞：金相檢驗；發(fā)展；重要性

1 金相檢驗在材料研究中的重要性

從某種意義上而言，金相檢驗就是在人們主觀意識的基礎(chǔ)上對于金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究與分析，將物理冶金學(xué)理論運用到實際的操作過程中，針對其金屬以及合金的成分進行檢驗，性能的分析。

在進行金相檢驗之前必須做好以下兩個方面的準備工作：一是針對材料的組成結(jié)構(gòu)以及性能進行大量的測試研究，通過理論化的數(shù)據(jù)完成對材料的認識。二是根據(jù)材料的特性進行相互之間的對比與規(guī)律性的研究，從而得知材料間的共性特點以及特殊性能，這對于金相檢驗有著極其重要的指導(dǎo)意義。在許多工業(yè)的發(fā)展過程中，金相檢驗都得到了很好的發(fā)展并發(fā)揮了極其重要的地位，尤其是在對材料進行檢驗的過程中更是發(fā)揮了不可替代的重要作用。利用顯微組織結(jié)構(gòu)的特性以及控制手段對發(fā)展中的冶金材料、機械制造、能源建筑等都進行了相關(guān)的檢驗。它是材料研究中重要的組成部分之一，同時新材料的不斷出現(xiàn)，也大大促進了金相檢驗技術(shù)的發(fā)展。

2 金相檢驗在現(xiàn)代材料研究中的作用

金相檢驗主要是通過采用定量金相學(xué)原理，運用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。這種技術(shù)不僅僅大大提高了金相檢驗的準確率更是提高了其速度，大大縮短了工作時間。

隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，文章主要以以下三種常用的鋼材為例闡釋金相檢驗在材料研究中的重要意義及其作用。一是熱軋普碳鋼材，這種鋼材是可以通過優(yōu)化工藝進行廉價生產(chǎn)的金屬材料。二是低合金鋼高強度熱軋鋼材；三是合金結(jié)構(gòu)鋼。這三種鋼材嚴格意義上來講都屬于在顯微結(jié)構(gòu)下進行金相檢驗的一種金屬材料。下面就針對這三種鋼材材料檢驗進行詳細的分析與總結(jié)。

2.1 化學(xué)成分與金相組織

首先在進行化學(xué)成分分析與金相組織檢驗的同時，必須清楚的了解什么是合金設(shè)計，其根本目的及其意義。在進行合金設(shè)計的過程中，最主要的就是對組織設(shè)計進行很好的測評，了解成分與組織之間的相互敏感度，必須選擇滿足特性需要的組織結(jié)構(gòu)進行分析控制。這些性能的好壞與受控成分、表面組織以及應(yīng)力情況等有著直接的關(guān)系。所以在進行金相組織檢測的同時必須清楚的掌控其材料的性能、化學(xué)成分。合金設(shè)計的目的就是為了將各個工程建設(shè)的各項性能有機的結(jié)合在一起，將其性能最優(yōu)化。將組織結(jié)構(gòu)的性能配置控制在可操作的范圍之內(nèi)。這樣不僅僅能夠準確的進行測算更加能有效的解決資源。如馬氏體形態(tài)、貝氏體形態(tài)等首先受控于碳的含量。低碳鋼淬火后得到板條狀馬氏體，而高碳鋼淬火后得到針狀馬氏體。所以，金相檢驗是驗證和解釋所設(shè)計成分是否合理的強有力的手段。

2.2 組織演變規(guī)律與工藝制度

在每一個生產(chǎn)工序中，都必須先確定其材料的化學(xué)成分，然后再系統(tǒng)的了解材料的施工設(shè)備、制造工藝。這里面所指的主要是冶煉、鑄造、熱處理等技術(shù)。采用唯一的金相檢驗技術(shù)針對每一個施工工藝及環(huán)節(jié)進行準確的判斷評估，可以通過儀器了解到顯微組織結(jié)構(gòu)的變化以及特征。最早的應(yīng)用技術(shù)主要是存在于鑄造樹枝晶的制作與混合中，但是原有的晶體制造工藝并不是很完善，并不能很好的進行測試，這也是導(dǎo)致某些工藝技術(shù)鐵素體不完整的主要原因，對此必須加強這種工藝制度的完整性以及組織規(guī)律變化的考察研究。

2.3 金相學(xué)與材料科學(xué)

顯微鏡的發(fā)展給合金設(shè)計帶來了革命性的變化。眾所周知，人類冶煉金屬通過各種途徑了解合金工藝過程、特性以及使用性能的漫長歷史，直到有了金相顯微鏡后才形成了當今的冶金科學(xué)。顯微組織與宏觀力學(xué)關(guān)系的認識，為成分-組織-性能半定量或定量的研究和建立關(guān)系式創(chuàng)造了條件，為材料的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。其中，最典型的就是Hall-Petch關(guān)系式（σs=σo+kd-1/2）。該關(guān)系式是細晶強化的理論依據(jù)，是20世紀下半葉與鋼的組織細化相關(guān)的5個重大成就之一。所以，必須依靠實際的金相研究和金相檢驗工作，來證實材料設(shè)計的科學(xué)性，制定工藝的合理性。

金相檢驗分析，不僅有組織識別還有評定，既有定性還有定量、半定量的檢測。金相檢驗的內(nèi)容歸納起來有以下幾項：（1）材料基體相的組織結(jié)構(gòu)及其缺陷；（2）顯微組織的取向和狀態(tài)的非均勻性，如帶狀、分布不均、晶粒度等；（3）第二相的類型、結(jié)構(gòu)、組成、數(shù)量、形態(tài)、尺寸和分布；（4）研究原子按鍵力分布的晶體結(jié)構(gòu)和電子按能量分布的原子、離子結(jié)構(gòu)。就顯微組織檢驗來說，顯微組織檢驗是通過一個二維截面視圖來建立一個三維結(jié)構(gòu)圖形的，這樣在顯微組織檢驗中就分為4個級次。正確識別是什么顯微組織；定性的顯微組織狀態(tài)；定量的顯微組織狀態(tài)；顯微組織與性能之間的關(guān)系。

3 金相檢驗的主要應(yīng)用技術(shù)

在金相檢驗中主要應(yīng)用的技術(shù)有三種：（1）顯像技術(shù)，應(yīng)用顯像技術(shù)來揭示材料的顯微組織、斷口形貌特征、各種缺陷形貌特征、表面狀態(tài)等。這種技術(shù)包括兩個方面即腐蝕技術(shù)、成像技術(shù)。腐蝕技術(shù)是根據(jù)不同受檢材料和檢驗項目，選用不同的試劑和方法進行腐蝕。成像技術(shù)就是利用顯微鏡成像原理如光學(xué)顯微鏡的暗場技術(shù)、偏光技術(shù)、干涉技術(shù)等，它主要記錄和顯示材料的二維平面微觀組織結(jié)構(gòu)特征；（2）衍射技術(shù)，主要用來分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。晶體缺陷及晶體位向關(guān)系等問題，衍射技術(shù)中經(jīng)常使用的設(shè)備是X-射線儀、電子衍射儀等；（3）微區(qū)成分分析技術(shù)，利用化學(xué)成分分析來研究材料的基體、第二相、夾雜物以及腐蝕產(chǎn)物的組成，尤其是材料中微量元素對材料性能的影響等。它所使用的儀器有電子或離子探針、譜儀等。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷變化與發(fā)展，信息化的不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化成像技術(shù)的普及對于金相檢驗而言更是一種全新的挑戰(zhàn)，所以這就要求其相關(guān)的技術(shù)人員必須加強專業(yè)知識的學(xué)習(xí)與完善，不斷將新的技術(shù)、新的理念融入于金相檢驗技術(shù)中，不斷提高自身科學(xué)文化素質(zhì)，在工作中以認真負責的態(tài)度進行材料的檢驗與分析，當發(fā)現(xiàn)問題時要給予及時的處理與解決，保證其金相檢驗在實際操作中的理論意義及其技術(shù)水平。

參考文獻

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