金相圖像分析儀在金相分析中的應(yīng)用

金相圖像分析儀在金相分析中的應(yīng)用

1.晶粒度測(cè)定金相圖像分析儀測(cè)量晶粒度是金相檢驗(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)（GB6394－2002）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(jiǎn)便、速度快，但主觀上的誤差也比較大。若采用GB6394中規(guī)定的另外兩種方法，即面積法和截點(diǎn)法（仲裁方法），雖然可獲得準(zhǔn)確的測(cè)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。如果使用圖像分析儀采用截點(diǎn)法進(jìn)行晶粒度測(cè)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(zhǎng)度的測(cè)量網(wǎng)格上的晶界截?cái)?shù)來測(cè)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+6.6439lg(MXN/L) 式中：L－所使用的測(cè)量網(wǎng)格長(zhǎng)度（mm） M－觀察用的放大倍數(shù) N－測(cè)量網(wǎng)格L上的截點(diǎn)數(shù) L、M為已知數(shù)，只需測(cè)得N，圖像分析儀就可以得出晶粒度級(jí)別。在實(shí)測(cè)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(cè)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。

 2.測(cè)定顯徽組織的含量金相圖像分析儀定量地測(cè)定金屬材料中的顯微組織的百分比等參數(shù)，并研究其對(duì)機(jī)械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(cè)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；雙相鋼中的馬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，抱軸瓦白合金中的beta相含量等。使用圖像分析儀的基本功能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，并與其機(jī)械性能對(duì)照，可深入研究顯微組織與機(jī)械性能之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系。

 3.測(cè)定鍍層厚度及脫碳層、滲碳層深度

 3.1 鍍層厚度測(cè)定由于鍍層下基體材料表面粗糙度或電鍍工藝的影響，使鍍層存在著厚薄不均的現(xiàn)象，為解決因厚薄不均而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，圖像分析儀在測(cè)量鍍層時(shí)，首先在顯示鍍層截面形貌的屏幕上劃許多條相互平行且垂直于鍍層表面、并橫貫鍍層的直線，這樣每一條直線均能測(cè)出一鍍層厚度數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，便得到鍍層的平均厚度、*大厚度、*小厚度等參數(shù)。若被測(cè)物是非常細(xì)小的金屬絲，其圓周均有鍍層，則取其橫截面圖像，從它的圓心出發(fā)呈不同角度沿徑向劃許多直線，同樣可測(cè)得。

 3.2 測(cè)定脫碳層及滲碳層深度首先測(cè)定基體組織的鐵素體含量，然后在屏幕上劃一條平行于表面并可移動(dòng)的直線，計(jì)算通過該直線的鐵素體含量，隨著直線向心部移動(dòng)，當(dāng)找到與基體組織中鐵素體含量相符的區(qū)域時(shí)，該直線距表面的距離即為脫碳層或滲碳層深度。

 4. 測(cè)定非金屬夾雜物金相圖像分析儀用于分析非金屬夾雜物，主要在兩方面：其一為測(cè)定非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)、尺寸、分布等參數(shù)，研究夾雜物與機(jī)械性能（特別是疲勞性能）之間的定量關(guān)系；其二是根據(jù)GB10561－89標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定鋼中非金屬夾雜物級(jí)別。例如：機(jī)車車輛鑄鋼生產(chǎn)中的單渣冶煉工藝與雙渣冶煉工藝相比，具有能耗少、生產(chǎn)效率高及成本低等特點(diǎn)，但由于單渣冶煉工藝無擴(kuò)散脫氧處理，其冶煉的鑄鋼中非金屬夾雜物在數(shù)量、形態(tài)、尺寸、分布等方面與雙渣法冶煉的鑄鋼是否存在較大差異，并由此而影響鑄鋼的機(jī)械性能。戚墅堰所采用圖像分析儀對(duì)此問題開展了研究，從兩種工藝冶煉的鑄鋼件中各取12只試樣（取自4個(gè)爐次），每個(gè)試樣測(cè)量30個(gè)視場(chǎng)。測(cè)定結(jié)果表明，兩種工藝冶煉的鑄鋼中的非金屬夾雜物在數(shù)量、形態(tài)、顆粒尺寸、分散度和平均間距等方面基本上趨于一致；在顯微組織相同的條件下，其機(jī)械性能也相近。這說明單渣冶煉工藝若控制適當(dāng)，其鑄鋼中非金屬夾雜物并不會(huì)增多。根據(jù)GB10561《鋼中非金屬夾雜物顯微評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)編制而成的夾雜物評(píng)級(jí)軟件，其主要功能可對(duì)所要測(cè)定的夾雜物，依據(jù)GB10561標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的4類夾雜物（即A類一硫化物類、B類一氧化鋁類、C類一硅酸鹽類、D類一球狀氧化物類）進(jìn)行分類，然后參照標(biāo)準(zhǔn)予以評(píng)級(jí)

 5.計(jì)算球墨鑄鐵中石墨的球化率金相圖像分析儀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，GB9441標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在計(jì)算球化率之前，須先求得視場(chǎng)中每一顆石墨的單顆石墨面積率（石墨實(shí)際面積與其*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(chǎng)的球化率。

 6.斷口分形研究 Mand1brot等人于1984年*將分形幾何應(yīng)用于研究材料的沖擊斷口，發(fā)現(xiàn)馬氏體時(shí)效鋼的沖擊功隨其斷口的分形維數(shù)Df值增加而呈線性減少。此后，分形幾何便進(jìn)入材料的研究領(lǐng)域。分形維數(shù)Df的測(cè)定方法為首先在斷口上鍍一層鎳，在細(xì)砂紙上沿平行斷口表面輕輕磨去一層，然后仔細(xì)拋光，凸起被磨光的部位在顯微鏡觀察呈亮色，稱為"島"未磨到的凹下鍍鎳部分呈暗色，稱為"湖"用圖像分析儀測(cè)量每個(gè)"湖中之島"的周長(zhǎng)和面積，每個(gè)試樣斷口上分別測(cè)10至14個(gè)視場(chǎng)，將測(cè)得的一系列周長(zhǎng)和面積輸入計(jì)算機(jī)，打印出周長(zhǎng)和面積的雙對(duì)數(shù)圖及線性回歸直線的斜率，回歸直線斜率的兩倍便是分形維數(shù)Df。分形維數(shù)與材料的顯微組織、斷裂性能、疲勞門檻值等有著密切的關(guān)系，應(yīng)用圖像分析儀通過剖面小島法測(cè)量斷口的分形維數(shù)，可定量描述材料斷口特征、研究和推斷材料力學(xué)性能。

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