材料小博士:金屬研究的葵花寶典,你了解金相分析嗎?

2020-08-28 材料小博士


故事的起端是:1863年,英國的H. C. So rby (以下簡稱索氏)首次用顯微鏡觀察經拋光並腐刻的鋼鐵試片, 從而揭開了金相學的序幕,成為國際公認的金相學創建人。



他在鍛鐵中觀察到類似魏氏(Widmanstabtten)在鐵隕石中觀察到的組織,稱之為魏氏組織,後來又進一步完善了金相拋光技術,並在攝影師的協助下拍攝了鋼與鐵的顯微像, 基本上搞清了其中的主要相, 並對鋼的淬火、回火等相變作了到現在看來還基本正確的解釋。後來隨著理論的完善和觀察手段的改進,金相學逐漸成為一門新的學科並滲透到其他領域中,金相技術被廣泛用於金屬的研究。

或許,你用過萬花筒,通過轉換角度能看到光怪陸離的微觀世界,而在金相顯微鏡下,你能看到金屬的千奇百怪。


(金相顯微鏡下金屬材料的微觀組織)


大家一定很好奇,到底什麼是金相學呢?

金相學是一門主要研究金屬材料組織的學科,通過顯微鏡對金屬材料的宏觀和微觀組織研究不同的結構組份,即各個晶體(相)或晶體群(共晶體,共析體等)的含量、大小、形狀、顏色、位向和硬度。



說起研究,都是比較複雜的。金相學過去曾定義為研究金屬及合金的成分組織結構以及它們同性能之間關係的科學,隨著這一學科研究的深入,其領域不斷擴大。利用 X射線衍射或電子衍射等進行的金屬結構分析、利用各種電子光學儀器進行的金屬微區成分分析,有時也包括在金相學所研究的範疇內。
鋼熱處理工藝的研究:鋼的熱處理原理是以鋼在加熱和冷卻過程中的相變為依據的,金相技術則是相變研究的重要實驗手段。



形狀記憶合金的研製:形狀記憶合金也是通過金相分析而發現的。
產品的質量控制:產品生產過程中的每一個環節,從原材料驗收,到加工工藝控制,直至半成品及成品質量評定等,都可以用到金相技術。
失效分析:機械裝備和零件在使用過程中難以避免失效(如變形、斷裂磨損、腐蝕等),利用金相檢驗可以找出原因,並加以預防。



事故分析:在火災原因鑑定領域,可用來協作火災事故的分析、舉證。

聽起來技術實用性很強,金相檢驗到底是怎麼做的?

很有趣,就像以前在化學實驗室搗騰一樣,來看看下面這個流程圖:



金相分析是通過金相組織檢測,分析和推斷金屬材料結構和性能的重要手段。從上圖我們可以看到金相分析的主要程序有——取樣、鑲嵌、磨製、拋光、浸蝕、觀察、分析、判斷、報告等,每個步驟操作和所需儀器有別。



(金相檢驗)


(「金相組織檢驗與老化評定」能力驗證)


雖然今天材料小博士給大家大致講了如何做金相分析實驗,但我們還是要記得找專業機構去檢測,這樣檢測的結果才能更準確。


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