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铸件分析

铸造产品常见检测类别：

铸造产品品质内在质量主要有：化学成分、金相组织、冶金缺陷、物理力学性能、可靠程度、晶粒度（共晶团数）、共晶饱和度、致密度、纯度、连续度等。

这些内在质量会影响使用质量主要有：切削性能、焊接性能、运转性能、耐磨性能、耐蚀性能、耐温性能、工作寿命及其它工作条件要求等，而且其指标也在不断提高。

1、炉前铁液成份检测直读光谱分析仪：分析研究有害微量元素群-特别是气体元素N、0、H

2、铸造原材料质量检测

“X荧光能谱仪”就能在5分钟之内完成作为球化剂、孕育剂的各种铁合金、脱硫剂、炉渣、耐火材料、矿物等原材料的全分析。

便携式的“合金分析仪”即可在料库与车间现场5分种内完成各种黑色、有色合金原材料混料分件的检测难题等等。

3、金相组织与力学性能检测

通过金相分析仪来自动化、智能化的进行金相组织：定量定性分析；

采用“万能材料试验机”和“电子拉力试验机”对力学性能进行智能化分析；

4、铸件无损检测

常用设备有：磁粉探伤、射线探伤、超声探伤或球化率检测、硬度与基体检测、壁厚检测、水（气〕压试验等等，包括“在线自动检测”与“在线自动分选”的成套设备。

由于铸铁毛坯件其表面光洁度较差、材质较疏松、晶粒较粗大以及其内部石墨的存在等因素的影响，因此必须注意探伤方法的选择、仪器的选型、器材的配套、操作的技术与人员的经验等工作。

5、铸件表面质量检查

铸件表面缺陷的检查一般靠目视观察，包括使用小于十倍的放大镜方法、使用现代工业内窥镜方法等。为提高分辨率，还可采用荧光探伤、着色探伤、磁粉探伤等方法来发现表面上或靠近表面的缺陷。

7、炉气分析检测

一般采用：气相色谱仪、红外线气体分析仪等。特别是气相色谱仪，不仅能作炉气分析，还能分析铸铁中的N、O、H含量等。

8、炉前热分析法检测

“热分析法”不仅能快速予报球化率，而且能同时检测C、Si含量及铸铁的孕育效果、基体组织及力学性能等。然而，由于目前国内热电偶材料精度等多因素的影响，热分析法在测试精确度方面还不很令人满意。

金相抛光剂的作用

金相抛光剂的作用主要是
除某些非金属夹杂物、铸铁中的石墨相、粉末冶金材料中的孔隙等特殊组织外，经抛光后的试样磨面，必须用浸蚀剂进行“浸蚀”，以获得（或加强）图象衬度后才能在显微镜下进行观察。获得衬度的方法很多，
据获得衬度过程是否改变试样表面，可分为不改变表面方法，如光学法，和改变试样表面方法，如电化学浸
蚀法、物理浸蚀法两大类。
最常用的浸蚀方法是化学浸蚀法。纯金属或单相金属的浸蚀是一个化学溶解过程。晶界处由于原子排列混乱，能量较高，所以易受浸蚀而呈现凹沟。各个晶粒由于原子排列位向不同，受浸蚀程度也不同。因此，在垂直光线照射下，各部位反射进入物镜的光线不同，从而显示出晶界及明暗不同的晶粒。两相或两相以上合金的浸蚀则是一个电化学腐蚀过程。由于各相的组织成分不同，其电极电位亦不同，当表面覆盖一层具有电解质作用的浸蚀剂时，两相之间就形成许多“微电池”。具有负电位的阳极相被迅速溶解而凹下；具有正电位的阴极相则保持原来的光滑平面。试样表面的这种微观凹凸不平对光线的反射程度不同，在显微镜下就能观察到各种不同的组织及组成相。
浸蚀时可将试样磨面浸入浸蚀剂中，也可用棉花粘取浸蚀剂擦拭试样表面。根据组织特点和观察时的放大倍数，确定浸蚀的深浅，一般浸蚀到试样磨面稍发暗时即可。浸蚀后立即用清水冲洗，必要时再用酒精清洗。最后用吸水纸吸干，或用吹风机吹干。
某些贵金属及其合金，化学稳定性很高，难以用化学浸蚀法显示出组织，可采用电解浸蚀法。如纯铂，纯
银，金及其合金，不锈钢，耐热钢，高温合金，钛合金等。此外还有其他的显示法如阴极真空浸蚀法、恒电
位显示法、薄膜干涉显示法等。对不同的材料，需选用不同的浸蚀
常用浸蚀剂可参考下表：
成分工作条件用途
硝酸 1~5mL ，酒精 100mL 几秒--1min 碳钢、合金钢、铸铁
苦味酸 4g ，酒精 100mL 几秒--几分钟显示细微组织
盐酸 5mL ，苦味酸 1g ，酒精 100mL 几秒--1min ， 15min 奥氏体晶粒，回火马氏体
盐酸 15mL ，酒精 100mL 几分钟氧化法晶粒度
硫酸铜 4g ，盐酸 20mL ，水 20mL 浸入法不锈钢，氮化层
苦味酸 2g ，氢氧化钠 25g ，水 100mL 煮沸 15min 渗碳体染色，铁素体不染色
盐酸 3 份，硝酸 1 份静置 24h 浸入法奥氏体及铬镍合金
盐酸 10mL ，硝酸 3mL ，酒精 100mL 2--10min 高速钢
苦味酸 3~ 5g ，酒精 100mL 浸入法 10--20min 铝合金
氢氟酸 2mL,盐酸 3mL,硝酸 5mL,水 95mL 浸蚀法5~10分钟铝材及铝合金材料
盐酸 10mL ，硝酸 10mL < 70 ℃ 铜合金
盐酸 2~5mL ，酒精 100mL 几秒--几分钟巴氏合金
氯化铁 5g ，盐酸 50mL ，水 100mL 几秒--几分钟纯铜、黄铜、青铜
盐酸 2mL ，水 100mL 室温镁合金
硝酸 10mL ，盐酸 25mL ，水 200mL > 1min 铅及铅锡合金
30%双氧水，20%氨水 1：1混合 5~6秒银及合金

热处理后的金相组织评级的相关标准

一慨述

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。

1850～1880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。

二金属热处理的工艺

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。

热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。

例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。

三钢的分类

钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。

由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：

（一）．按用途分类

按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

1.结构钢：

（1）.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。

（2）．用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。

2.工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。

3.特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。

（二）．按化学成分分类

按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。

合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。

（三）．按质量分类

按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量含硫量≤0.030%）。

此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。

钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、

四金属材料的机械性能

金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。

1．强度

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。

2．塑性

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。

3．硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。

4．疲劳

前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。

5．冲击韧性

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

五退火--淬火--回火

(一)．退火的种类

1．完全退火和等温退火

完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。

2．球化退火

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

3．去应力退火

去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

(二)．淬火

为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。

(三)．回火

1．降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。

2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。

3．稳定工件尺寸

4．对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。

六常用炉型的选择

炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定

1．对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多的，要求工艺上具有通用性、

多用性的，可选用箱式炉。

2．加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。

3．小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。

4．对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉。

5．对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚动炉，辊底炉。

6．对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉）

7．小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。

8．钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。

9．有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可用空气循环加热炉。

金相学和材料显微组织定量分析技术

摘要 在OpenGL 图形环境下开发出半固态金属金相组织的计算机分析软件。该软件能分析半固态金属金相组织中的固相组分及晶粒尺寸。并具有识别效果好、适应性强、运行速度快、操作简易等特点,已成功地用于镁合金半固态组织的

分析。

关键词: 半固态Mg 合金分析软件固相组分晶粒尺寸

在镁合金或铝合金的半固态成形技术研究中,非枝晶组织分数与晶粒尺寸是两项衡量半固态制备工艺效果的重要参数,也是间接表征材料性能的重要指标。人工目测虽能区分金相照片中的固相组分,但无法准确估计固相分数。随着计算机技术的飞速发展,利用计算机来分析金相组织已成为可能。如果将人工初步目测的固相组织交给计算机计算,就能大大提高识别精度。本文基于这种思想开发了一套半固态金相组织计算机分析软件。

1 系统工作原理

系统由三大部分组成:图像采集、图像识别、结果输出。图像采集可以使用数码相机对试样照相后将数据输入计算机中,也可以将金相照片通过扫描仪扫描后输入计算机中。图像识别采用人机交互的方法,首先对组织图像金相照片进行人工目测,分辨图中的半固态固相组织,利用软件提供的工具将半固态组织的颜色范围选取出来,计算机根据该颜色范围从图中筛选出半固态非枝晶组织,并计算半固态组织固相率与晶粒尺寸。结果输出部分将金相图片与计算结果在计算机屏幕上显示出来或打印输出。系统流程如图1 所示。

图1 系统流程图

1. 1 图像数据采集

将金相图照片输入计算机后,由于金相照片一般为黑白灰度照片,为了加快处理速度,可用GrayScale 模式(灰度模式) 存储像素。以GrayScale 模式存储像素时,每个像素点只占一个字节,取值范围为[0 ,255 ]之间的整数,当像素点取值越大,其亮度值越高,整幅图片最多可分为256 个灰度等级。

1. 2 固相组织筛选

半固态金相照片中,不同组分有较明显的颜色差别,若由人工借助软件工具目测选取出固相组织的颜色范围为[C1 , C2 ] ,则由计算机根据[C1 , C2 ]从图像数据中筛选出半固态组织。为了对比显示筛选效果,将原图与筛选后的图像同时显示出来。实际应用中发现,并非所有筛选出来的像素都为半固态组织。有些非半固态组织由于颜色处于[C1 , C2 ]范围而被选取,而有些半固态组织由于照片亮度不均等原因使其颜色值处于[C1 ,C2]之外而被过滤,对于这种情况可进行过滤校正处理。为了滤去细小分散的非半固态组织,设定一个尺寸阀值D ≥0 ,如果某一亮点的尺寸小于D ,则该亮点被过滤。对于少量尺寸较大的非半固态组织与被滤去的半固态组织可运用软件提供的工具进行人工修正。经过校正后固相率为:剩余像素个数/ 总的像素个数。

1. 3 晶粒尺寸计算

经过颜色过滤后,剩余半固态组织为孤立的白色团球状亮块。为了统计过滤后的图片中所有团球大小,对图片从左下角开始由下至上由左至右逐行扫描。当扫描到团球中的第一个像素时,给该团球一个编号,并从第一个像素开始逐行扫描该团球中所有像素。

如图2 所示虚线圈内为一团状非枝晶固相组织,当扫描到像素1 时,给该团球编号为i ,从像素1 开始向上逐行扫描,依次得到团球中2 至9 像素,并记录该团球包含的像素个数。

图2 编号为i 的团球中的像素

由于计算机中晶粒的尺寸单位为像素,为了将像素转化为实际尺寸,必须知道缩放倍数。设a 为金相照片放大倍数、b 为扫描缩放倍数,则总缩放参数c 为a ×b ,则平均晶粒尺寸为: c ×所有晶粒像素之和/ 晶粒个数。

2 软件编制

软件的界面如图3 所示,左边为原始金相照片,右边为筛选后的金相照片。该软件在VisualC + + 6. 0 环境中采用OpenGL 图形API 接口编程。软件有两个主要模块,过滤计算模块与图形显示模块。

图3 软件界面

过滤计算模块负责对图片数据进行过滤处理。程序首先将图片文件读入内存,并将数据做一备份用以保存原图, 然后对数据进行处理。图形显示模块凭借OpenGL 高性能图形处理能力,能快速地将图片与计算结果显示出来。用户可以框选原始图片中的任意区域进行分析,并可对图片任意缩放。使用软件提供的工具,用户能够方便地挑选出固相组织的颜色区间,并能快速修正筛选结果。

3 应用举例

该系统已经应用于镁合金半固态的金相分析中,实践证明该系统能很好地分析镁合金半固态金相组织非枝晶固相率及晶粒尺寸。如图3 所示为采用流变压铸法制备的AZ91D 镁合金半固态金相组织图,金相照片放大100 倍,扫描比例1∶1 ,图中白色球状部分为初生α-Mg 非枝晶组织,黑色部分为基体组织。经分析固相率为53 % ,平均晶粒尺寸为52μm。

图4 镁合金半固态组织分析

图4 所示为采用同样的方法制备而工艺参数变化后的镁合金半固态组织,利用该软件分析表明,此时半固态组织固相率为21 % ,平均晶粒尺寸为30μm。

该系统还可应用于铝硅合金的金相分析中,如分析组织中初晶硅与共晶硅的固相率,以及初晶硅颗粒平均尺寸。本软件也可以用于复合材料中增强相的统计与分析,如可分析SiC/ Al₂Si 等颗粒增强复合材料中SiC 颗粒的固相率及尺寸大小。

金相试验检验的意义何在

金相显微镜的使用系列－－金相试验（检验）的意义众所周知，合金的成分、热处理工艺、冷热加工工艺直接影响金属材料的内部组织、结构的变化，从而使机件的机械性能发生变化。
因此用金相分析的方法来观察检验金属内部的组织结构是工业生产中的一种重要手段，常用的金相观察检验主要可分为以下几个方面：
1．原材料检验：对原材料的冶金质量情况如偏析、非金属夹杂物分布类型与级别检查；对铸造材料的铸造疏松、气孔、夹渣组织均匀性检查；对锻造件的表面脱碳、过热、过烧、裂纹、变形等情况检查。
2．生产过程中的质量控制：金相分析可以提供调整工序及修改工艺参数的根据，指导生产，如热处理淬火加热温度、保温时问、冷却速度等是否合适（正确）；化学表面热处理工艺参数的控制；锻造的起始和终锻温度是否合适等。
3．产品质量检验：有些机械零件或产品除要求机械性能、物理性能指标外，有的还要求显微组织参数，作为质量评定的技术指标之一。
4．失效分析：金相组织分析方法在机械失效分析方面广泛应用，对一些常见的弊病鉴定很方便。如机件表面脱碳；显微裂纹的形貌及分布特征；化学热处理缺陷；热处理后的不正常组织；晶界脆性相析出等。这些金相分析的结果常作为故障分析的根据

金相显微镜操作规程

相显微镜属于精密光学仪器，为了保证金相显微镜系统正常的发挥功能，特制定本规程。
　　金相显微镜由专人使用，专人负责日常维护、保养。任何人未经许可，不得调试该设备。
金相显微镜系统的操作步骤及日常维护、保养注意事项如下：
一、显微镜部分
　　 1、去掉防尘罩，打开电源。
　　 2、将试样置于载物台垫片，调整粗/微调旋钮进行调焦，直到观察到的图像清晰为止。
　　 3、调整载物台位置，找到关心的视场，进行金相分析。
二、计算机及图像分析系统
　　将金相显微镜上的观察/照相切换旋钮调至PHOT位置，金相显微镜里观察到的信息便转换到视频接口和摄像头，打开计算机，启动图象分析软件，即可观察到来自金相显微镜的实时的图像，找到关心的视场后将其采集、处理。
三、日常维护、保养及注意事项
　　为保证系统的使用寿命及可靠性，注意以下事项：
　　 1.试验室应具备三防条件：防震（远离震源）、防潮（使用空调、干燥器）、防尘（地面铺上地板）；电源：220V±10%，50HZ；温度：0°C—40°C。
　　 2.调焦时注意不要使物镜碰到试样，以免划伤物镜。
　　 3.当载物台垫片圆孔中心的位置远离物镜中心位置时不要切换物镜，以免划伤物镜。
　　 4.亮度调整切忌忽大忽小，也不要过亮，影响灯泡的使用寿命，同时也有损视力。
　　 5.所有（功能）切换，动作要轻，要到位。
　　 6.关机时要将亮度调到最小。
　　 7.非专业人员不要调整照明系统（灯丝位置灯），以免影响成像质量。
　　 8.更换卤素灯时要注意高温，以免灼伤；注意不要用手直接接触卤素灯的玻璃体。
　　 9.关机不使用时，将物镜通过调焦机构调整到最低状态。
　　 10.关机不使用时，不要立即该盖防尘罩，待冷却后再盖，注意防火。
　　 11.不经常使用的光学部件放置于干燥皿内。
　　 12.非专业人员不要尝试擦物镜及其它光学部件。目镜可以用脱脂棉签蘸1:1比例（无水酒精：乙醚）混合液体甩干后擦拭，不要用其他液体，以免损伤目镜。

金相制样技术三大工序

切割

■将有代表性的试样用湿式的砂轮片切割机切割下来；
■试样切割面平整，变形最小，组织不发生损伤和改变；
■保证切割面具有最小的后续工序；
■湿式砂轮切割速度快，精度高而且经济；
■为使切割有高的效率，切割试样时可用专门冷却液进行喷淋冷却；
■选用适当的切割砂轮片进行高效的切割；
■用快速、稳定的夹具系统来夹紧试样，以保证切割的质量。

镶嵌

对太小的试样、形状复杂的试样、需要保护边缘的试样、多孔的试样、有裂纹的试样，或需要有一定标准尺寸或形状的试样可用镶嵌的方法将试样进行镶嵌，以便于用手或在试样座里进行研磨和抛光。

选择方法有二：

■热镶嵌：将需镶嵌的试样放入一定尺寸和形状的模具，用树脂在加热状态，将试样镶嵌在树脂里，这种试验方法要用一台热镶样机来进行，而且每次只能镶1~2个试样，耗时约8min左右。

■冷镶嵌：将欲镶嵌的试样放在模具里，将冷环氧树脂加固化剂搅拌后，使被镶试样在树脂中固化，约8h就可将已固化试样取出。这种冷镶样的方法可进行大批量镶样，不需固定设备，仅需冷镶树脂和模具即可，这种方法尤其适用于热敏材料镶嵌。为了能适应具有孔隙的粉末冶金试样和有裂纹的试样，可用冷镶机进行镶样。

这二种方法各具优缺点，但一般来说，热镶嵌的质量及硬度都优于冷镶嵌。

研磨、抛光

在九十年代前，金相试样的研磨，一般都用碳化硅或氧化铝磨料的金相砂纸来进行研磨，一般砂纸研磨消耗较大，且磨样的质量较差，从粗到细要更换5~6种砂纸，时间约10~15min；尤其大面积的试样，耗时更长。抛光一般用氧化铬或氧化铝磨料，抛光约5~10min，一般抛光质量无法保证，都是根据经验来制备试样。

金相制样-----铝合金腐蚀方法

金相制样-----铝合金腐蚀方法
	一、低倍检验截取试样后经磨床磨光后用汽油或酒精清除表面油污后进行浸蚀。常用浸蚀剂： 1）15%NaOH水溶液显示铝合金低倍组织及硬铝晶粒度，显示铸造铝合金的针孔等缺陷。 2）（5ml）HF+（25ml）HNO₃+（75ml）HCl 显示纯铝、防锈铝等软合金的晶粒度。 3）（10ml）HF+（5ml）HCl+（5ml）HNO₃+（380ml）H₂O 显示退火态的硬铝晶粒度。试样经上述试剂浸蚀后，在30%HNO₃水溶液中进行“中和”，去除表面氧化膜。试样制备过程为：去油—浸蚀—冲洗—中和—冲洗—吹干二、高倍检验 1. 试样制备在需要分析的部位截锯试样后用锉刀锉平，锯断面较平齐时也可用粗砂纸逐渐整平，不能用力过大，以免形成较深的形变层，粗磨时注意切勿将粗砂粒带到下一道砂纸上，以免留下很深的划痕。由于铝合金质软，砂纸上的粗磨粒在磨制过程中会随时剥落，最好在砂纸上洒些汽油，其到润滑作用。 2. 试样抛光抛光盘的转速以400~500/分为宜。粗抛：粗海军呢、帆布，氧化铬或W3~W5金刚石研磨膏，施加压力大些。精抛：细海军呢、丝绒，氧化镁悬浮液或W1~W2金刚石研磨膏，时间约10分钟。试样最好放在抛光盘的近中心部位，作往返移动，不要旋转，精抛到样品表面极光亮，无磨痕时即可进行腐蚀、观察。

金相学基本常识

金相学基本常识
	金相是什么？金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。金相砂纸有什么用？是做金相分析用的砂纸,另砂纸的分类有干磨和耐水之分,普通粘结剂和树脂粘结剂之分,棕刚玉,白刚玉,碳化硅,锆刚玉等磨料之分。金相专用砂纸以精选的、粒度均匀的、磨削效果极佳的碳化硅磨粒为磨料，采用静电植砂工艺制造出的金相专用耐水砂纸，具有磨粒分布均匀、磨削锋利、经久耐用的特点。金相砂纸就是指那些目数极细的可以用于抛光的砂纸，这些砂纸可以用于平整样块的表面，经过平整后的表面就能通过金相显微镜或其它什么设备看这个样块的金相组织了，所以又叫“金相砂纸”。什么是金相抛光？在制备金相试样过程中,抛光是一道主要工序,经过磨光的试样,在抛光机上抛光后可获得光亮如镜的表面. 能改善表面层金相组织状态，提高表面显微硬度，形成耐磨损、抗疲劳的致密金属层。什么是金相式样切割机？金相式样切割机是用于切割一般金相、岩相试样材料，机内设有冷却通道及开关在切割时可通过配置好的冷却液来带走在切割种所产生的热量，避免试样过热而烧伤组织。该机操作使用方便，安全可靠，是实验室制样必备设备之一。什么是金相抛光剂？广泛应用于宝石、玻璃、陶瓷、硬质合金及淬火钢材的高光亮度研磨抛光，经研磨抛光后的试样更真实地显示其金相组织。粒度：W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1、W0.5 金相抛光织物系列的组成？金相抛光织物系列由抛光层、存储磨料层、保护层等多层组成，其中最重要的一层是真正用于抛光的抛光织物层。该层精选了高强度的、不同绒毛长度和布纹的、适合于金相抛光用的优质织物为材料。从而使本抛光织物具有优良的抛光效果和很长的使用寿命。金相机械设备有哪些？金相切割机、金相砂带机、金相磨平机、镶嵌机、金相磨抛机（也可以用金相沙纸）金相腐蚀剂金相显微镜是用来观测的

金相显微镜应用实例说明

金相显微镜主要用来观察金相组织的专业仪器，同时可以观察不透明物体表面的状态。具有稳定性好、成像清晰、分辨率高、视场大而平坦的特点。而且还可以鉴别和分析各种金属和合金的组织结构，可以广泛地应用在工厂或实验室进行铸件质量的鉴定。原材料的检验或原材料处理后金相组织的研究分析等工作。

1、集成电路检测能用金相显微镜吗？
答：可以，但还要看集成电路有多大，工件大小是多少，要求多大倍数，在这种工件检测方面还可以用到体视显微镜，他的工作距离比金相显微镜大，景深也比较大，便于大工件的观测。不过集成电路通常都用金相显微镜做些缺陷检测,如果是成品外观用立体显微镜比较多。

2、测一下渗炭层的厚度，是不是得用金相显微镜啊？
答：可以。每次渗碳操作应同时放一个试件，热处理后可将试件取一定角度用磨床磨出一个斜面，有经验的认可通过观察或硬度测试，测出表面渗碳层的斜面长度，用三角函数关系计算渗碳层的厚度。或通过观察组织，最内层就是珠光体和铁素体。它的组织图不知道也好办，可以从试件中心向外看，第一次发现和中心组织不同时即是。再向外和珠光体和铁素体组织不同即是另一种组织。但还有一个问题渗碳层的厚度的概念不是表面到珠光体和铁素体的层内侧的距离而是表面到珠光体和铁素体层的1/2的距离。

3、什么是金相、金相组织？
金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。