金相分析 概述

第一讲金相分析技术之概述

1.1金相分析技术

金相分析技术是指用光学金相显微镜，观察，记录，分析，金属材料的微观组织结构的技术。

铁碳合金根据含碳量的不同分为亚共析钢，共析钢，过共析钢，白口铸铁等。不同成分的钢，它们的金相组织各不相同。另外成分相同的钢，根据热处理状态不同，它的组织结构也各不相同。组织不同，材料的性能也不相同。所以，成分，热处理状态等，决定了材料的组织，材料的组织结构，又决定着材料的各种性能。可见，研究材料组织结构的重要作用。

金属材料的结构，可分为：原子结构、晶体结构、组织结构和宏观结构。

我们所研究的主要是金属材料。要对这些材料进行合理地，有效地使用，充分发挥它们的潜力，必须要了解和掌握它们的某种或某些性能。为了达到这个目的，必须对材料进行测试。实际上金相分析技术应该是材料测试的一种。往往和其它测试手段共同进行，综合分析。

1.2材料的测试技术

材料的测试，从它的根本意义来说，它是属于信息技术的具体的应用。因为它是通过采用一定的方法，将材料的某种性能有关的内涵信息，进行提取，分离，输出，转换，处理，显示，记录，分析等等。经过这样一些过程，从而得到，我们所要探求的，真实的性能特征。

然后，将这些处理后的信息反馈到生产现场或实验室，对生产或实验进行指导或进行控制。

例如：最简单的是金属的拉伸试验……….。

近年来，由于近代物理，化学，光学，声学，及微电子，材料科学，计算机，自动控制等学科的迅速发展，提供了很多敏感元件，转换元件，检测器件，显示和记录装置等器材和技术，这样不仅使以前的测试方法和仪器有了很大的改进和更新。同时也开发了一些新的设备解决了以前所不能解决的问题。

如：硬度计。便携式，现场金相分析仪，高温金相分析仪及可以看到原子的扫描遂道电子显微镜，原子力显微镜，快速金相显微镜，可以看到动态变化的显微镜等等。

现在的检测技术要求：是向着快速，简便，精确，自动化，多功能，低费用的方向发展。

例如：以前化学分析到现在的光谱分析

以前洗相照相到现在的电脑，打印机输出。

1.2.1关于材料测试的重要意义：

我们可以从实际应用中的一些例子看出

1、在设计新的设备，或新的构件时就必须选用合适的材料，这就必须提供材料

有关的性能数据，特别需要提供设备或构件实际服役的性能，来作为设计的依据。如航空母舰的钢板。飞机发动机的材料。

2、在合成和制备新材料或制定新工艺时，要对材料的性能进行比较，筛选，和

确定最佳方案。如焊接工艺评定。

3、在工业生产中，对投产的原材料的质量，必须进行检查，用来了解它是不是

符合规格，用来保证产品的质量。如压力容器的生产。

4、在生产加工过程中要对各道工序前后的材料半成品，成品的性能进行监控，

来明确每道工序是否稳定正常。如压力容器的锻件。

5、对设备和构件在服役条件下的安全和可靠性进行评估，以确保它在服役过程

中能够有效正常的工作。如蒸汽锅炉炉管。

6、对设备和构件故障和失效时要分析设备构件所使用的材料，在使用条件下性

能的变化并探讨故障和失效发生的原因，从而寻求解决和改进和途径。螺栓断裂失效。

7、在材料的宏观性能和微观组织结构中之间往往存在着密切的联系。目前材料

的微观组织结构与宏观性能之间的关系，也还仅限于定性。因为影响因素很多，内部的结构还只限于对性能的说明，解释。

人们一直都想通过物理测试的研究，来提示材料的组织结构和宏观性能之间的一些定量关系，并找出一些规律。近几年来，发展的比较快，虽然有些还不那么尽如人意，但前景还是很好的。

以前人们对材料的研究，很多是盲目的。如球墨铸铁的生产。所以，人们很想，很希望建立起微观组织结构和宏观性质上的这种定量的联系。但是实验和理论上都有很多困难，不过人们还是在不断地追求。

现在由于实验设备和技术的飞速发展人们已经能够用透射电镜和真空扫描遂道电子显微镜，直接看到原子的排列，但只是二维的平面排列。

最近正在研究用X射线激光，建立三维的X射线显微镜，进行三维的晶格全息照像。这样就能掌握了，原子的三维排列的细节。可以测原子的分布，缺陷，电子状态等。掌握每个原子周围的环境。如健角，健长等数据。

在理论上，最近发展的介观层次理论，把宏观，微观更现实地联系起来。介观：位错，位错胞等。微观：原子结构。宏观：射线，探伤，宏观照像。

另外计算机技术的发展：可以对原子层次的理论进行计算，结果与实验的结果很相近。

这样人们就可以把这些原子，电子层次的信息通过一系列的理论模型，计算出固体材料的宏观性质。如力学性质，热力学性质，电磁性质，光学性质等。这样建立起一个严格的定量的材料科学理论。我们在研究新材料时，就可以根据材料的使用要求，设计出它的成分，原子排列，电子状态，直到介观组织结构，最后，用适当的工艺手段把它生产出来。

不过现在还不行，要用常规的测试方法检验常规的材料性能。

1.2.2测试技术实际包括两个方面

一方面是性能测试，另一方面是是结构测试

1、性能测试包括：力学性能；化学性能；物理性能；加工性能等等。

2、结构测试包括：广义的结构概念包括材料的成分，组织，结构，状态等。

材料的性能，特别是宏观性能，最终都是由材料内在的结构决定的。内在的总是要真实的反应在外在的表面。

从宏观的金相晶粒尺度上，微观原子尺度上。原子的晶格类型介观的亚晶界，位错，纳米尺度上都会影响材料的性能。

研究金属结构对性能的影响，就可以对改善金属材料的性能提供线索和依据。对新材料的设计，提供性能的预测和考虑的思路。

1.2.3各个层次的组织结构测试方法

就一般材料的结构来说：可分为宏观，介观，微观三个层次。

介观结构以前不作为一个独立的层次，但现在逐步被人们所重视起来了。主要是纳米材料的研究，它是微观，宏观的连接点也是组织结构和性能关系的关健