摘要：金相分析中具體參數(shù)的測定不能依靠人眼在顯微鏡下測定一個(gè)或幾個(gè)視場來確定，需要對(duì)視場進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)工作，才能保證測量結(jié)果的可靠性。目前在試驗(yàn)中為了得到可靠的結(jié)果，均采用先進(jìn)的彩色金相分析系統(tǒng)對(duì)金屬或其它材料的晶粒度、顯微組織含量、球墨鑄鐵球化率等進(jìn)行精確分析。

關(guān)鍵詞：顯微組織；金相分析；晶粒度；球墨鑄鐵；球化率；顯微結(jié)構(gòu)分析

前言

圖像分析技術(shù)目前在金相分析中應(yīng)用較為廣泛，改變了傳統(tǒng)的金相分析技術(shù)，使金相分析技術(shù)從定性或半定量的工作狀態(tài)已經(jīng)向定量的金相分析方向發(fā)展。傳統(tǒng)的金相分析一般通過顯微鏡觀察拋光的金相試樣表面來定性地描述金屬材料的顯微組織特征或采用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)中的各種標(biāo)準(zhǔn)圖片比較來評(píng)定顯微組織、晶粒度等，這種方法精確性不高，評(píng)定時(shí)帶有很大的主觀性，其結(jié)果的重現(xiàn)性也不好。金相分析系統(tǒng)的應(yīng)用能定性的評(píng)定材料的組織，能更科學(xué)有效的評(píng)價(jià)材料的特性。

1. 金相分析系統(tǒng)在分析中的應(yīng)用

1.1 晶粒度測定

晶粒度測量是金相檢驗(yàn)工作中經(jīng)常進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目。傳統(tǒng)的方法是參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T6394-2002^[2])中的標(biāo)準(zhǔn)圖片，采用與標(biāo)準(zhǔn)圖片相比較的方法評(píng)定出晶粒度級(jí)別，此方法簡便、速度快，但主觀上的誤差也比較大。若采用GB/T 6394-2002中規(guī)定的另外兩種方法，即面積法和截點(diǎn)法，雖然可獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，但這兩種方法使用起來很不方便．其繁瑣程度令人望而生畏。如果采用截點(diǎn)法進(jìn)行晶粒度測定，則可以直接而迅速地求出晶粒度級(jí)別。截點(diǎn)法是通過統(tǒng)計(jì)給定長度的測量網(wǎng)格上的晶界截?cái)?shù)來測定晶粒度的，其晶粒度級(jí)別指數(shù)G的計(jì)算公式為G=-3.2877+6.64391g(M×N／L)式中， M為觀察用的放大倍數(shù)；N為測量網(wǎng)格上的截點(diǎn)數(shù)；L為所使用的測量網(wǎng)格長度L(mm)。L、M為已知數(shù)，只需測得N，圖像分析儀就可以得出晶粒度級(jí)別。在實(shí)測工作時(shí)，由于晶粒內(nèi)部可能存在各種析出物以及因腐蝕控制不當(dāng)而造成晶界斷裂，給準(zhǔn)確測定帶來一定的困難，需采用圖像分析儀中的腐蝕與膨脹功能，去除晶粒內(nèi)的析出物和對(duì)晶界進(jìn)行重建，以得到完整的晶粒圖像。

圖1. 金相分析系統(tǒng)測定晶粒度圖片

1.2 測定顯微組織的含量^[3]

定量地測定金屬材料中顯微組織的百分比等參數(shù)，并研究其對(duì)力學(xué)性能的影響是圖像分析儀在金相分析中的主要用途之一。例如：測定灰鑄鐵、球鐵、鑄鋼及低碳鋼中的鐵素體和珠光體的百分比：雙相鋼中的奧氏體與鐵素體的百分比；滲碳淬火硬化層和奧貝球鐵中的殘余奧氏體含量：高磷閘瓦中的磷共晶含量；鑄造鋁合金中的共晶硅含量，巴氏合金中的相含量等。使用圖像分析儀的基本功能會(huì)很方便地完成這些工作。若對(duì)某種材料的不同基體組織進(jìn)行定量金相分析，并與其力學(xué)性能對(duì)照，可深入研究顯微組織與力學(xué)性能之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2. 金相分析系統(tǒng)測定碳鋼中珠光體含量

圖3. 金相分析系統(tǒng)測定雙相不銹鋼中α相含量

1.3 計(jì)算球墨鑄鐵中石墨的球化率

球墨鑄鐵中石墨的球化率對(duì)其機(jī)械性能影響較大。因此，評(píng)定石墨球化率是金相檢驗(yàn)中的一個(gè)重要項(xiàng)目。通常采用比較法評(píng)定，計(jì)算法則用于仲裁，GB/T 9441^[4]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在計(jì)算球化率之前．需先求得視場中每一顆石墨的單顆石墨面積率(石墨實(shí)際面積與其最小外接圓面積之比)，然后換算成每顆石墨的形狀系數(shù)，再按標(biāo)準(zhǔn)中的公式計(jì)算該視場的球化率。

圖4. 金相分析系統(tǒng)測定球墨鑄鐵中石墨的球化率

總結(jié)

圖像分析技術(shù)代替人眼觀察及統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可以迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行有統(tǒng)計(jì)意義的測定及數(shù)據(jù)處理，同時(shí)具有精度高、重現(xiàn)性好，避免了人為因素對(duì)金相評(píng)定結(jié)果的影響等特點(diǎn)，已成為定量金相分析中不可缺少的手段。圖像分技術(shù)在金相分析中的應(yīng)用，拓展了金相檢驗(yàn)的檢測項(xiàng)目，促進(jìn)了檢測水平的提高。

本文中圖像處理的軟件均采用蔡司材料顯微鏡圖像分析系統(tǒng)應(yīng)用程序。

參考文獻(xiàn)

[1] 于久灝，莫淑華，王國星. 金相分析系統(tǒng)在金相分析中的應(yīng)用.

[2] GB/T6394-2002 金屬平均晶粒度測定方法

[3] GBT 18876.1-2002 應(yīng)用自動(dòng)圖像分析測定鋼和其它金屬中金相組織、夾雜物含量和級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 第1部分鋼和其它金屬中夾雜物或第二相組織含量的圖像分析與體視學(xué)測定

[4] GB/T9441-2009 球墨鑄鐵金相檢驗(yàn)

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