隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷變化和發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)和機(jī)械產(chǎn)業(yè)向高科技化及精細(xì)化的生產(chǎn)發(fā)展轉(zhuǎn)變，極大地推動了鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和變革。

為滿足產(chǎn)業(yè)多樣化及裝備現(xiàn)代化對品質(zhì)、成本、穩(wěn)定性的需求，鋼鐵企業(yè)需要金屬測試來提升技術(shù)和工藝流程。金屬測試項(xiàng)目繁多，其中金相測試在其中起到了關(guān)鍵性的作用——它可以發(fā)現(xiàn)鋼鐵材料存在的缺陷和問題，促進(jìn)特殊鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。

針對金屬失效缺陷開裂和斷裂、化學(xué)熱處理缺陷、熱處理后的不正常組織、晶界脆性相析出、鋼過熱組織、鋼夾雜縮孔、鋁晶界出現(xiàn)復(fù)熔球等現(xiàn)象時，金相分析是最基礎(chǔ)及快速分析的手段，也是故障分析的重要根據(jù)。金相分析不僅可以用于評估產(chǎn)品質(zhì)量和性能，還可以幫助工程師了解材料在加工、使用和失效等各個階段中發(fā)生的變化情況，從而為改進(jìn)材料性能提供依據(jù)。

目前金相切片分析將實(shí)物金相表面畫面轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)圖像處理，具有準(zhǔn)確度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，由此可以更直觀呈現(xiàn)檢測結(jié)果，極大地提高工作效率。

不同的金屬或合金，具有完全不同的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。即便化學(xué)成分相同的材料，采用不同的加工工藝，也會得到性能差異明顯的產(chǎn)品，其根本原因是金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。金相分析是了解金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)最重要的方法，利用金相分析研究金屬材料結(jié)構(gòu)、成分、工藝與性能之間的變化規(guī)律，是生產(chǎn)研發(fā)、質(zhì)量控制或失效分析工作中必不可少的手段。

01、什么是金相分析？

金相分析是金屬學(xué)的重要分支，主要指借助金相顯微鏡、體視顯微鏡、掃描電子顯微鏡等對材料的顯微組織、低倍組織和斷口組織等進(jìn)行分析研究和表征的分析技術(shù)。金相分析主要工作內(nèi)容包括相及組織的識別定性、相及組織的定量分析等。 

金屬材料的金相試樣的加工制備根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目的不同有不同要求，但試樣加工過程都是相同的。金相試驗(yàn)包括試樣的切取、磨制、拋光、腐蝕、沖洗、吹干等過程；然后顯微鏡觀察、分析、結(jié)論。

不同材料的金相試樣，根據(jù)觀察要求，采用相應(yīng)不同的腐蝕劑。

02、金相試樣的制備方法

在正式進(jìn)行金相測試前，技術(shù)員需進(jìn)行被觀察樣品的制備——選取的金相試驗(yàn)樣品需客觀全面地代表被研究的材料。

具體制樣步驟如下：

1、取樣前觀察及記錄

針對失效分析中金相檢驗(yàn)項(xiàng)目，在取試樣前,應(yīng)完成對失效表面的研究及記錄失效的情況。除需要截取斷裂或開始失效的部位外，技術(shù)員還需在正常部位取試樣方便后續(xù)進(jìn)行組織和性能對比分析。

2.試樣的截取

試樣可用砂輪切制、電火花線切制、機(jī)加工(車、創(chuàng)、磨)、手鋸以及剪切等方法截取,必要時也可用氧乙快火焰氣割法截取，硬而脆的金屬可用錘擊法取樣。試樣截取時應(yīng)盡量避免截取方法對組織的影響(如變形、過熱等) 。在后續(xù)制樣過程中應(yīng)去除截取操作引起的影響層，如通過(打) 砂輪磨削等，也可在截取時采取預(yù)防措施(如使用冷卻液等) ，防止組織變化。

3.試樣的鑲嵌和固定

試樣尺寸較小(如薄板、絲帶材、細(xì)管等)，試樣過軟、易碎，試樣形狀不規(guī)則，檢驗(yàn)邊緣組織的試樣需要鑲嵌。所選用的鑲嵌方法不應(yīng)改變原始組織，鑲嵌時試樣檢驗(yàn)面一般朝下放置，根據(jù)實(shí)際需要，可選用熱鑲嵌法或冷鑲嵌法鑲嵌。

4.熱鑲嵌法

將試樣檢驗(yàn)面朝下放入熱鑲機(jī)的模子中，倒人樹脂應(yīng)超過試樣高度，封緊模子并加熱、加壓固化、冷卻，再打開模子，完成熱鑲。熱鑲的溫度、壓力、加熱及冷卻時間根據(jù)選用的樹脂而定-般加熱溫底不超過 180°C，壓力小于 30MPa，建議冷卻到 30°C后再解除壓力。

5.冷鑲嵌法

試樣檢驗(yàn)面朝下放入合適的冷鑲模子中，將樹脂及固化劑按合適比例充分?jǐn)嚢?攪拌過程中盡量避免出現(xiàn)氣泡》，注入模具，在室溫固化成型。對溫度和壓力敏感的材料要冷鎮(zhèn)，如不允許加熱的試樣、軟的試樣、形狀復(fù)雜的試樣以及多孔性試樣等。冷鑲材料有聚脂樹脂、丙烯酸樹脂環(huán)氧樹脂等，也可使用牙托粉和牙托水。冷鑲模具可用硬橡膠、聚四氟乙烯塑料、紙盒等。使用低真空實(shí)現(xiàn)真空冷鑲，鑲嵌材料容易滲入縫隙，適用于多孔試樣、細(xì)裂紋試樣、易脆試樣、脆性材料等。

6. 研磨

在磨拋機(jī)上分別經(jīng)過 180# 400# 800# 1200# 砂紙研磨，研磨后必須經(jīng)過認(rèn)真清洗，防止上一次研磨的顆粒進(jìn)入下一道研磨劃傷試樣。

7. 拋光

機(jī)械拋光:在拋光織物上均勻噴灑金剛石或懸浮氧化鋁液拋光噴霧，在磨拋機(jī)上拋光試樣金剛石用于鋼或硬質(zhì)材料或鍍層鍍膜拋光，懸浮氧化鋁用于鋁合金、鑄鐵、復(fù)合材料的拋光。

化學(xué)拋光:選擇合適的試劑在適當(dāng)?shù)碾妷夯螂娏飨逻M(jìn)行拋光。

8.浸蝕

使用化學(xué)試劑與試樣表面起化學(xué)溶解或電化學(xué)溶解的過程,以顯示金屬的顯微組織。

通過如上的步驟，試樣制作完畢。后續(xù)的樣品觀察需要用到專業(yè)的觀察設(shè)備-金相顯微鏡。

03、金相分析檢驗(yàn)

1. 觀察和采集

在金相顯微鏡上選擇合適的放大倍率觀察試樣，選取特征點(diǎn)拍照，對特定評級有其他要求的需按要求拍照取樣。

2.組織鑒別

例如：參考標(biāo)準(zhǔn)圖譜 (CB/T3409 艦船材料金相圖譜等) 結(jié)合冷、熱加工狀況鑒定組織種類。

04、金相分析測試項(xiàng)目包括

1、顯微組織

　  項(xiàng)目：常規(guī)鋼鐵金相、鑄鐵金相、鋁合金金相、鈦合金金相、銅合金金相、鎳合金金相、軸承鋼金相、高溫合金金相、高錳鋼金相、馬氏體評級、碳化物評級、粉末制品金相。

2、晶粒尺寸

　  項(xiàng)目：平均晶粒度、雙重晶粒度、晶粒尺寸。

3、非金屬夾雜

　  項(xiàng)目：鐵素體含量、不銹鋼α-相，定量金相，鈦合金α/β相。

4、宏觀低倍

　  項(xiàng)目：鋼的低倍、高溫合金低倍。

5、硬化層/滲碳滲氮層深度

　  項(xiàng)目：硬度法、金相法。

6、其他分析

　  項(xiàng)目：斷口分析、金相流線、焊接金相、PCB切片、末端淬透性、電鏡掃描、微觀評估等。

05、金相檢測標(biāo)準(zhǔn)

1.金屬顯微組織檢驗(yàn)方法 GB/T13298-20152. 變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法 第 1 部分顯微組織檢驗(yàn)方法 GB/T 3246.1-20123. 鋼的顯微組織評定方法 GB/T13299-19914. 鋼的共晶碳化物不均勻度評定法 GB/T 14979-19945. 艦船材料金相圖譜 CB/T3409-19916. 灰鑄鐵金相檢驗(yàn) GB/T7216-20097. 球墨鑄鐵金相檢驗(yàn) GB/T9441-20218. 不銹鋼中 a 相面積含量金相測定法 GB/T13305-20089. 鋼質(zhì)模鍛件 金相組織評級圖及評定方法 GB/T 13320-200710. 鋼件滲碳濟(jì)火回火金相檢驗(yàn) GB/T 25744-201011. 可鍛鑄鐵金相 GB/T 25746-201012. 蠕墨鑄鐵金相檢驗(yàn) GB/T 26656-201113. 鋼鐵零件滲氮層深度測定和金相組織檢驗(yàn) GB/T11354-200514. 鑄造鋁合金金相 第 1部分: 鑄造鋁硅合金變質(zhì) JB/T 7946.1-201715. 鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法 GB/T10561-200516. 金屬材料焊縫破壞性試驗(yàn) 焊縫宏觀和微觀檢驗(yàn)GB/T 26955-201117. 金屬材料焊縫的破壞試驗(yàn).焊縫的宏觀和微觀檢驗(yàn)ISO 17639:2003 (2022)18. 用系統(tǒng)手動點(diǎn)計(jì)數(shù)確定體積分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)測試方法 ASTM E562-19el