金相分析技术

豫联集团
2018/3/8
38
取
样
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。
豫联集团
2018/3/8
39
取
样
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
豫联集团 2018/3/8
10
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。
豫联集团
2018/3/8
11
豫联集团
2018/3/8
28
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
豫联集团
2018/3/8
29
相的分布、形状、大小对材料的影响
豫联集团
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
豫联集团 2018/3/8
25
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。
豫联集团
2018/3/8
26
晶粒细化
在Al-Mg-Si合金材料 中加入Mg进行晶粒 细化
豫联集团
2018/3/8
27
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。
豫联集团
2018/3/8
34
金相显微镜的成象原理
显微镜总的放大倍数
豫联集团
2018/3/8
35
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。
豫联集团 2018/3/8
8
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
豫联集团
2018/3/8
9
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
2018/3/8
19
热处理对1235铝合金材料的影响
复熔共晶球
豫联集团
2018/3/8
20
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。
豫联集团
2018/3/8
豫联集团 2018/3/8
31
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
豫联集团
2018/3/8
7
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。
33
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。
豫联集团
2018/3/8
验以及失效分析等。
豫联集团 2018/3/8
32
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。
豫联集团
2018/3/8
豫联集团
2018/3/8
21
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
豫联集团
2018/3/8
22
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
豫联集团
2018/3/8
23
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
豫联集团
2018/3/8
24
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；
2
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
豫联集团 2018/3/8
3
金属材料的结晶
豫联集团
2018/3/8
4
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。
豫联集团 2018/3/8
16
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
豫联集团 2018/3/8
17
不平衡结晶
豫联集团
2018/3/8
18
热处理对1235铝合金材料的影响
豫联集团
豫联集团
2018/3/8
13
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。
豫联集团
2018/3/8
14
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
豫联集团 2018/3/8
42
磨
磨光分为粗磨与精磨。
光
(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。
豫联集团
2018/3/8
43
磨
光
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
豫联集团 2018/3/8
36
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
豫联集团 2018/3/8
37
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。