金相分析技术在材料失效分析中的应用

金相学观察

十九世纪末，金相这一名词获得了新的意义，且与显微镜组织结下了不解之缘，金相显微镜也就成为了研究金属内部组织结构的重要工具

    
金相学定义

金相技术：制样、显微镜的使用、组织识别、定量测量及记录等试验技术

金相检验：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：对材料研究中的某种现象、质量控制中某种事件进行广泛的金相检验后，运用金相原理进行综合分析，得出科学结论

金相学作用

l 热处理工艺的研究：1 钢的热处理是以钢在加热和冷却过程中相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要试验手段

2揭示了材料成分、组织与性能之间的内在关系

l 新材料开发和研制

l 质量控制

l 失效分析

l 事故分析

失效分析以及目的、作用及意义

失效分析就是对失效件的宏观特征与微观特征、材质、工艺、理化性能、规定功能、受力状态及环境因素等进行综合分析，判明失效模式与原因，提出预防与纠正措施的技术与管理活动。

失效分析目的

确定失效分析的对象，判断失效件的失效模式，找出引发失效的原因，提出改进或预防措施，防止同类失效事件再次发生，保障装备的使用安全

失效分析作用及意义

机械结构失效的主要形式

l 变形失效

l 断裂失效

l 腐蚀失效

l 磨损失效

使用光学显微镜进行失效分析的优势：

失效件损伤特征及位置可借助体视显微镜下作进一步的观察与分析，全面地掌握失效件的宏观特征(断裂起源与扩展方向、源区形貌、腐蚀与磨损的深度与颜色、损伤痕迹与特征等)，为判断失效模式提供依据。

金相检验是失效分析中很重要的一项工作，包括宏观检验与微观检验利用光学显微镜对失效件的低倍组织、高倍组织、夹杂物及晶粒度等进行检查分析

低倍酸蚀检验：检查材料内部偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷；表面折叠、夹砂、斑疤等缺陷；内裂纹、白点、过烧等；锻造流线、焊接质量、磨削烧伤等。

显微组织分析：判断失效件的热处理或冷加工工艺是否正常。

分析失效件在工作条件下发生的腐蚀、磨损、氧化和表面加工硬化等

1、操作简单方便，察效率高

2、样品制备要求低

3、可见光图像模式

4、可以满足很多工业和材料样品的分析要求

5、使用成本低，维护简单，占用空间少

6、采购成本相对较低

  

光学显微镜鉴别能力

显微镜的鉴别能力主要决定于物镜，物镜的鉴别能力可分为平面和垂直鉴别能力。

平面鉴别能力：即物镜的分辨率，指物镜所具有的将显微组织中两物点清晰区分的Z小距离d的能力。d即为物镜的分辨能力（鉴别率）。两物点间Z小距离d愈小，物镜的分辨能力愈高。

d=λ/2NA

垂直鉴别能力：即物镜垂直分辨率又称景深，指物镜所具有在景深方面能清晰造像的能力，即垂直方面能清晰造像的景深深度，深度越大表示垂直鉴别率越大。景深h为:

h=n/(NA)M（0.15~0.30）

由此可见，物镜的垂直鉴别率与数值孔径、放大倍数成反比，要提高景深，可选用数值孔径小的物镜或减小孔径光阑以缩小物镜的工作孔径，但这样就会降低物镜的分辨能力。所以要调和这一矛盾只能视具体情况而定。