第1章 金相检验综述.docVIP

金相检验 第1章 引言 伴随着钢铁材料在人类社会的出现和发展，人们处于对钢铁材料研究开发和制造的需要逐渐对其物质的内部构造和组织状态越来越感兴趣，于是金相学的萌芽开始出现。然而，直到光学显微镜和照相等技术的发明才在真正意义上使人们对钢铁材料显微结构的分析成为必要和可能。今天随着计算机技术、电子技术和信息技术的迅猛发展，新材料研究的不断深入，金相学范畴也发生了巨大的变化并有了新的内涵，从最初简单的形貌观察转向结合电子化、信息化手段对物质的变化进行细微深入的分析和探究，不断推动材料的革命性发展和创新。可以说，在一定程度上金相学的发展也是社会发展和科学技术发展的一个缩影。 概括起来金相学的应用领域和重要性主要体现在下述几个方面： 选材：材料的显微组织与性能存在一定的对应关系，据此，设计过程应选择能够满足设计要求的材料，确保成品零件或构件达到设计的性能要求和满足服役环境。 较核：包括原材料较核和工艺较核。前者用以判断原材料是否满足国家或协议规定的技术标准。后者则用以对新产品试制过程或新工艺方法进行检验，以判定工艺过程的正确性、合理性和先进性。 抽检：产品制造流程对半成品进行金相检验，确保产品的显微组织满足下道工序的加工要求，对产品进行中间过程的质量监控。 工艺评定：判定和鉴别产品制造工艺的合格与否以及是否满足相应的工艺标准和规范。 在役评价：在役条件下，零件受环境条件的影响和作用其内部和表面的显微组织会发生一定的变化，如微裂纹、腐蚀、蠕变等。金相检验可以提供微观组织的定量变化，从而为在役零件的安全性、可靠性以及零件的在役寿命评价提供科学依据。 失效分析：金相检验是失效分析的重要手段之一。金相检验能够发现工艺性和材料性缺陷，从而为失效原因的分析提供宏观和微观的分析根据。 研究手段：通过研究材料微观组织的变化，可以分析和推测材料性能的演化规律，为调整研究方向和工艺提供重要的依据。 21世纪科学技术的高速发展为金相学带来了新的机遇和发展契机。航空、航天、国防等对新材料新技术的开发和研制需求凸现，从这个意义上讲，金相以及金相检验技术发挥作用的空间和潜力将是巨大的。 金相学发展 金相学包括金相技术、金相检验和金相分析三方面的内容。金相技术主要是指金相试样的制备，光学显微镜及其附件的使用，金相组织的识别、定量测量及记录(摄像、录像、数字化图像处理和暗室技术)等实验技术。金相检验是指对试样的金相组织作出定性鉴别和定量测量的过程。金相分析通常是指在对材料研究中各种现象、质量控制中某种事件进行较广泛的金相检验后，把所得的资料运用金相原理加以综合分析，以得出科学的结论，如失效分析及材料热处理工艺确定等。 金相及其检验的基础和根据是金相学。纵观人类社会发展的历史，以工具为标志可以把人类社会历史分成石器时代、青铜器时代和钢铁时代，进入21世纪人类社会进入了以计算机技术为载体的高速发展的信息时代。金相学也由简单的观察描述发展到多学科、多系统集成的复杂学科。金相学在发展过程不同时期融入了不同学科的知识与技术。现代金相技术已经包括了光学、电子光学及其他物理方法。但最普遍日常使用的金相研究方法仍然是传统的光学显微镜法。传统金相发展十分活跃，包括制样新技术、设计精良的金相显微镜及近现代金相研究方法。 1.1 金相学概述 1721年，英文金相学（Metallography）这一单词出现于牛津《新英语词典》中，不过那时这个名词的含义是金属及其性能的学问，并未涉及组织结构。1774年，瑞典的Rinmen尝试用化学试剂腐刻金属显示其内部组织，其研究论文“铁与钢的腐刻”在瑞典皇家科学院院报上发表。当时尚未采用制片及抛光技术。1808年，Atoys von Widmansttten (魏氏)第一个采用切片、抛光和腐刻方法对金属进行显微组织观察，发现了至今被称作魏氏的显微结构。然而，当时尚未有照相技术，显示图像采用了印制技术。魏氏的著名试验为金相学的创建起了开路的作用。1863年英国冶金学家索比（H．C.Sorby） 首次用反射式显微镜观察抛光腐刻的钢铁试祥，观察到珠光体中的渗碳体和铁素体的片状组织，从而揭开了金相学研究的序幕。这一时期，金相学发展非常迅速得益于两方面的原因：①1856-1864年平妒炼钢新方法相继问世，钢铁价格下降产量猛增，促进了断裂事故和对钢铁的断口、低倍及内部显微组织结构的研究。②晶体学研究也有了长足的进展，如32个晶类(1830年)及14个布拉菲点阵（1849年）为金相学研究矿物与金属的内部组织结构奠定了理论基础。1885年索比(H．C.Sorby)在650倍下观察到清晰珠光体组织的层片状结构，并推测其中软的层片为纯铁，硬的层片为碳化铁。随后的研究指出，钢中的珠光体是高温下的单相组织在缓冷时的分解产物；速冷(淬火)时钢的这一分解过程被抑制，并获得高的硬度