金相檢驗(yàn)的地位、作用和檢驗(yàn)技術(shù)

王長(zhǎng)智

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷變化與發(fā)展，汽車工業(yè)的發(fā)展壯大以及機(jī)械行業(yè)向高精尖設(shè)備發(fā)展的轉(zhuǎn)型都大大推動(dòng)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)，文章主要針對(duì)金相檢驗(yàn)等技術(shù)在材料中的研究情況進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與總結(jié)，并重點(diǎn)闡述了金相檢驗(yàn)的地位極其重要作用，希望可以對(duì)特鋼工業(yè)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：金相檢驗(yàn)；發(fā)展；重要性

1 金相檢驗(yàn)在材料研究中的重要性

從某種意義上而言，金相檢驗(yàn)就是在人們主觀意識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)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(yùn)用到實(shí)際的操作過程中，針對(duì)其金屬以及合金的成分進(jìn)行檢驗(yàn)，性能的分析。

在進(jìn)行金相檢驗(yàn)之前必須做好以下兩個(gè)方面的準(zhǔn)備工作：一是針對(duì)材料的組成結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行大量的測(cè)試研究，通過理論化的數(shù)據(jù)完成對(duì)材料的認(rèn)識(shí)。二是根據(jù)材料的特性進(jìn)行相互之間的對(duì)比與規(guī)律性的研究，從而得知材料間的共性特點(diǎn)以及特殊性能，這對(duì)于金相檢驗(yàn)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(yàn)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(duì)材料進(jìn)行檢驗(yàn)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(duì)發(fā)展中的冶金材料、機(jī)械制造、能源建筑等都進(jìn)行了相關(guān)的檢驗(yàn)。它是材料研究中重要的組成部分之一，同時(shí)新材料的不斷出現(xiàn)，也大大促進(jìn)了金相檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。

2 金相檢驗(yàn)在現(xiàn)代材料研究中的作用

金相檢驗(yàn)主要是通過采用定量金相學(xué)原理，運(yùn)用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測(cè)量和計(jì)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(yàn)的準(zhǔn)確率更是提高了其速度，大大縮短了工作時(shí)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(yàn)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(jìn)行廉價(jià)生產(chǎn)的金屬材料。二是低合金鋼高強(qiáng)度熱軋鋼材；三是合金結(jié)構(gòu)鋼。這三種鋼材嚴(yán)格意義上來講都屬于在顯微結(jié)構(gòu)下進(jìn)行金相檢驗(yàn)的一種金屬材料。下面就針對(duì)這三種鋼材材料檢驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)的分析與總結(jié)。

2.1 化學(xué)成分與金相組織

首先在進(jìn)行化學(xué)成分分析與金相組織檢驗(yàn)的同時(shí)，必須清楚的了解什么是合金設(shè)計(jì)，其根本目的及其意義。在進(jìn)行合金設(shè)計(jì)的過程中，最主要的就是對(duì)組織設(shè)計(jì)進(jìn)行很好的測(cè)評(píng)，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(jìn)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(jìn)行金相組織檢測(cè)的同時(shí)必須清楚的掌控其材料的性能、化學(xué)成分。合金設(shè)計(jì)的目的就是為了將各個(gè)工程建設(shè)的各項(xiàng)性能有機(jī)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(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)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(yàn)是驗(yàn)證和解釋所設(shè)計(jì)成分是否合理的強(qiáng)有力的手段。

2.2 組織演變規(guī)律與工藝制度

在每一個(gè)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(yàn)技術(shù)針對(duì)每一個(gè)施工工藝及環(huán)節(jié)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷評(píng)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(jìn)行測(cè)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(duì)此必須加強(qiáng)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(jì)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(zhǎng)歷史，直到有了金相顯微鏡后才形成了當(dāng)今的冶金科學(xué)。顯微組織與宏觀力學(xué)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，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(xì)晶強(qiáng)化的理論依據(jù)，是20世紀(jì)下半葉與鋼的組織細(xì)化相關(guān)的5個(gè)重大成就之一。所以，必須依靠實(shí)際的金相研究和金相檢驗(yàn)工作，來證實(shí)材料設(shè)計(jì)的科學(xué)性，制定工藝的合理性。

金相檢驗(yàn)分析，不僅有組織識(shí)別還有評(píng)定，既有定性還有定量、半定量的檢測(cè)。金相檢驗(yàn)的內(nèi)容歸納起來有以下幾項(xiàng)：（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(yàn)來說，顯微組織檢驗(yàn)是通過一個(gè)二維截面視圖來建立一個(gè)三維結(jié)構(gòu)圖形的，這樣在顯微組織檢驗(yàn)中就分為4個(gè)級(jí)次。正確識(shí)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(yàn)的主要應(yīng)用技術(shù)

在金相檢驗(yàn)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(gè)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(yàn)項(xiàng)目，選用不同的試劑和方法進(jìn)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(chǎng)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(duì)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(duì)于金相檢驗(yàn)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(qiáng)專業(yè)知識(shí)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(yàn)技術(shù)中，不斷提高自身科學(xué)文化素質(zhì)，在工作中以認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度進(jìn)行材料的檢驗(yàn)與分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)要給予及時(shí)的處理與解決，保證其金相檢驗(yàn)在實(shí)際操作中的理論意義及其技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]董友珍，李超.付永麗金相檢驗(yàn)在鋼鐵企業(yè)中的意義及運(yùn)用[J].2007.

[2]洪達(dá)淺談圖像分析儀在金相檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2008，24（10）.