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金相分析技术


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选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分 析的极其重要的一步,包括选择取样部位、检验面及 确定截取方法、试样尺寸等。
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取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加
一、取样部位的选择
工工艺过程及热处理过程,应选择有代表性的部位。生产中常规检
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相图
物质在温度、压力、成分变化时,其状态可以发 生变化. 相图:描述系统的状态、温度、压力及成分之间关 系的图解。 根据相图可确定在热力学平衡条件下,不同成分 的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、 成分及温度变化时可能发生的变化。
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相的分布、形状、大小对材料的影响
钢中的二次渗碳体硬脆相网状分布于晶界中,导致很大 的应力集中,造成早期断裂,影响晶粒的结合,并使晶 粒变形受阻而导致强度降低。
硬脆相
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相的分布、形状、大小对材料的影响
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2018宏观性能和内部组织结构的关系 相的形成过程 金属的内部组织结构对宏观性能的影响 研究金属组织结构的方法 金相样品的制备 结论
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晶粒尺度
试验表明,由于晶界强度高于晶内,在拉力作 用下,在晶界处呈竹节状。
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晶粒细化
在Al-Mg-Si合金材料 中加入Mg进行晶粒 细化
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相的分布、形状、大小对材料的影响
• 第二相粒子细小而弥散地 • 第二相粒子与基体晶粒尺寸 属同一数量级,称为聚合型 分布在基体晶粒中,称为 两相合金---第二相强化 弥散分布型两相合金---弥散强化。
验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定(详见有关行业 和国家颁布标准)。例如: 零件失效分析的试样,应该根据失效的原因,分别在材料失效部 位和完好部位取样,以便于对比分析。对铸件,必须从表面到心部 ,从上部到下部观察其组织差异,以了解偏析情况,以及缩孔疏松 及冷却速度对组织的影响。
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金相显微镜的成象原理
显微镜总的放大倍数
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金相显微镜的构造
任何一种金相显微镜均主 要由光学系统、照明系统、 机械系统、附件装置(包括摄 影或其它装置)组成。
1—载物台 2—镜臂 3—物镜转换器 4—微动座 5—粗动调焦手轮 6—微动调焦手轮 7—照明装置 8—底座 9—平台托架 10—碗头组 11—视场光阑 12—孔径光阑
度变化示意图。图中A、B、C均为变形层,越往里,变形 量越小,D为未受损伤的组织。此过程要注意防止金属过 分发热。
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不同的处理工艺对金属的影响
块状晶
针状晶
Al-12%Si合金 组织分析:块状晶+针状共晶 放大倍数:100X
Al-12%Si合金变质处理 组织分析:树枝状初晶+共晶 放大倍数:100X
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内容
金属的宏观性能和内部组织结构的关系 相的形成过程 金属的内部组织结构对宏观性能的影响 研究金属组织结构的方法 金相样品的制备 结论
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热处理对1235铝合金材料的影响
复熔共晶球
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回复与再结晶
回复:冷变形金属在低温加热时,其显微组织无可见变化,但 其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。 再结晶:冷变形金属被加热到适当温度时,在变形组织内部新 的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒,而使形变强化效应完全消 除的过程。
金相分析技术
前言
相是组成材料、影响材料性能的一种微观 结构单元,因此,为了得到具有理想性能的材 料,十分有必要对其进行了解和研究。
我们要求材料不仅在宏观上具有均匀统一 的组织结构,还要求其在微观上协调、均匀。 使材料在变形过程中各晶粒能够相互协调与配 合,从而表现出理想的力学性能。
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金相分析
金相分析是人们通过金相显微镜来研究金
属和合金显微组织大小、形态、分布、数量和
性质的一种方法。显微组织是指如晶粒、包含
物、夹杂物以及相变产物等特征组织。利用这
种方法来考查如合金元素、成分变化与显微组 织的关系;冷热及其它加工对组织的影响;应
用金相检验还可对产品进行质量控制和产品检
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不同的处理工艺对金属的影响
Cu --20%Ni的铜合金铸态组织:由于非 平衡结晶,呈现出树枝状晶体(枝晶偏 析) 放大倍数:100x
Cu --20%Ni合金均匀化退火组织 :多 边形晶粒 放大倍数:100x
枝晶偏析容易导致合金塑性,韧性下降; 易引起晶间腐蚀,降低合金的抗蚀性能。
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金相显微镜的成象原理
(2)目镜 当经第一级放大的倒立实象 处于目镜的主焦点以内时,人眼 可通过目镜观察到二次放大的 A3B3的正立虚象。观察物体的 细节经物镜放大后的实象落到目 镜主焦点以内后,人眼观察可看 到经两次放大后的虚象。A3B3 虚象就是经物镜和目镜两次放大 后的组合物象。
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验以及失效分析等。
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金相显微镜的成象原理
人眼的鉴别能力:0.15~ 0.30mm。 金相显微镜的放大原理: (1)物镜 细节AB通过物镜得到放大的倒 立实角A1B1。A1B1的细节虽已为 被区分开,但其尺度仍很小,仍不 能为人眼所鉴别,因此,还需第二 次放大。
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回复与再结晶
(a)黄铜冷加工变形量达到CW=38%后的组织 (b)经580º C保温3秒后的组织
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回复与再结晶
(c)580º C保温4秒后的金相组织(d)580º C保温8秒后的金相组织
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回复与再结晶
(e)580º C保温15分后的金相组织(f)700º C保温10分后晶粒长大的的金相组织
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晶粒尺度
金属及合金的晶粒大小与金属材料的机械性能、工艺 性能及物理性能有密切的关系。细晶粒金属的材料的机械 性能、工艺性能均比较好,它的冲击韧性和强度都较高, 在热处理和淬火时不易变形和开裂。粗晶粒金属材料的机 械性能和工艺性能都比较差。金属材料的晶粒大小与浇铸 工艺、冷热加工变形程度和退火温度等有关。金属材料的 强度在很大程度上取决于晶粒的大小,正如Hall-Petch公式 所描述的强度和晶粒尺寸之间的函数关系: σ=σ0+Kd-1/2 式中:σ为屈服强度; σ0 、 K为常数; d为晶粒直径;
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内容
金属的宏观性能和内部组织结构的关系 相的形成过程 金属的内部组织结构对宏观性能的影响 研究金属组织结构的方法 金相样品的制备 结论
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金属材料的结晶
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金属材料的结晶
结晶的基本过程:形核-长大。 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团,它 们时聚时散,称为晶胚。温度降低到一定时,一些 大尺寸的晶胚将会长大,称为晶核。 晶核形成后便向各方向生长,同时又有新的晶核产 生。晶核不断形成,不断长大,直到液体完全消失。每 个晶核最终长成一个晶粒,两晶粒接触后形成晶界。
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内容
金属的宏观性能和内部组织结构的关系 相的形成过程 金属的内部组织结构对宏观性能的影响 研究金属组织结构的方法 金相样品的制备 结论
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不平衡结晶
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热处理对1235铝合金材料的影响
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Al-Cu合金的性质
Al2Cu是一种强化相,参与固溶---沉淀强化,使合金再热处理后具 有较高的机械性能,其机械加工性能也得到了改善。但抗腐蚀性能 较差。
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Al-Mg-Si 合金
Mg2Si在Al中的固溶度: 共晶温度:1.85wt%, 500º C:1.05 wt % 200º C:0.09wt% Al-Mg2Si系合金有明显 的时效硬化效应
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磨光分为粗磨与精磨。

(1) 粗磨
粗磨的目的是为整平试样,并磨成合适的形状。 金相试样的磨光除了要使表面光滑平整外,更重要的是应尽 可能减少表层损伤。 该道工序本身应做到尽可能减少损伤,以便于进行下道工序。
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图为试样经过切割加工及磨光工序后,表面变形层厚
4×型金相显微镜的机械结构
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内容
金属的宏观性能和内部组织结构的关系 相的形成过程 金属的内部组织结构对宏观性能的影响 研究金属组织结构的方法 金相样品的制备 结论
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试样制备
试样制备工作包括许多技巧,需要有长期的实践经 验才能较好地掌握;同时它也比较费时和单调,往往使人 感到厌烦。 由于研究材料各异,金相显微制样的方法多种多样, 其程序通常可分为取样、镶样、磨光、机械抛光(或电解 概抛光、化学抛光)、腐蚀等几个主要工序,无论哪一个 工序操作不当,都会影响最终效果。因此,不应忽视任何 一个环节。不适当的操作可能形成“伪组织”导致错误的 分析。
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