金相分析原理及技术

断口金相分析

一、实验目的

1、掌握断口宏观分析的方法，了解断口宏观分析的意义及典型宏观断口的形貌特征。 2、了解扫描电镜在断口分析中的应用，识别几种常见断口的微观形貌。

二、 实验设备及试样

1、实验设备：低倍体式显微镜、扫描电子显微镜。

2、试样：铸铁及低碳钢拉伸断口、氢脆断口、疲劳断口、系列冲击断口，过热过烧断口等等。

四、 实验内容

钢材或金属构件断裂后，破坏部分的外观形貌通称断口。断裂是金属材料在不同情况下当局部破断发展到临界裂纹尺寸，剩余截面不能承受外界载荷时发生的完全破断现象。由于金属材料中的裂纹扩展方向总是遵循最小阻力路线，因此断口一般也是材料中性能最弱或零件中应力最大的部位。断口型貌十分真实地记录了裂纹的起因、扩展和断裂的过程，因此它不仅是研究断裂过程微观机制的基础，同时也是分析断裂原因的可靠依据。断口分析中分宏观断口分析与微观断口分析两类，它们各有特点，相互补充，是整个断口分析中互相关联的两个阶段。 （一）宏观断口分观

宏观断口分析：用肉眼、放大镜、低倍实体显微镜来观察断口形貌特征，断裂源的位置、裂纹扩展方向以及各种因素对断口形貌特征的影响称断口宏观分析。从断裂机理可知，任何断裂过程

绪论

金相分析是研究金属及其合金内部组织及缺陷的主要方法之一，它在金属材料研究领域中占有很重要的地位。利用金相显微镜在专门制备的试样上放大100～1500倍来研究金属及合金组织的方法称为金相显微分析法，它是研究金属材料微观结构最基本的一种实验技术。显微分析可以研究金属及合金的组织与其化学成分的关系；可以确定各类合金材料经过不同的加工及热处理后的显微组织；可以判别金属材料的质量优劣，如各种非金属夹杂物－－氧化物、硫化物等在组织中的数量及分布情况以及金属晶粒度的大小等。

在现代金相显微分析中，使用的主要仪器有光学显微镜和电子显微镜两大类。本书以常用的光学金相显微镜为例进行介绍。

第一章 金相试样的制备 §1.1取样和镶嵌

一、纯金属的晶体结构 一、取样

（一）取样部位和磨面方向的选择

取样部位必须与检验目的和要求相一致，使所切取的式样具有代表性。

例如：

上图中1用于检验非金属夹杂物的数量、大小、形状；2用于检验晶粒的变形程度；3用于检验钢材的带状组织消除程度。

（二）取样方法 1.金相式样的形状

①Φ12×12mm的圆柱体。②12×12×12mm的立方体。③其他不规则的形状。

1

式样的棱边应倒圆，防止在磨制中划破砂纸和抛光织物。 2.取样方法

理化检验-物理分册PTCA(PART:APHYS.TEST.)2005年第41卷5

实验技术与方法

图像分割技术在金相分析中的应用

汤力琨,罗代升,王正勇,龙建忠

(四川大学电子信息学院,成都610065)

摘　要:介绍了常用的图像分割方法及其优缺点和金相图像分析中的图像分割方法。针对金相

图像分割中存在的问题,提出了两步分割的图像分割方法。这种方法是先用阈值分割法把目标从背景中分割开来,然后采用数学形态学、打孔、找凹点和连分割线的方法进行粘连分割。与已有的金相图像分割方法相比,这种方法具有较强的强健性、自适应性和非监督性。

关键词:金相图像分析;图像分割;数学形态学;阈值分割;粘连分割

中图分类号:TG115.21　　　文献标识码:A　　　文章编号:100124012(2005)0520236204

IMAGESEGMENTATIONTECHNIQUEAPPLIEDIN

METALLOGRAPHICALANALYSIS

TANGLi2kun,LUODai2sheng,WANGZheng2yong,LONGJian2zhong

(SchoolofElectronicsandInformationEngineering,SichuanUniv.,Chengdu6100

金相检验 -低碳钢和铸铁的组织的观察与分析

实验指导书

（一）金相样品的制备方法概述

在用金相显微镜来检验和分析材料的显微组织时，需将所分析的材料制备成一定尺寸的试样，并经磨制、抛光与腐蚀工序，才能进行材料的组

织观察和研究工作。

一．金相样品的制备过程一般包括如下步骤：

取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀。分别叙述如下：

1．取样

（1）选取原则

应根据研究目的选取有代表性的部位和磨面，例如，在研究铸件组织时，由于偏析现象的存在，必须从表层到中心，同时取样观察，而对于轧制及锻造材料则应同时截取横向和纵向试样，以便分析表层的缺陷和非金属夹杂物的分布情况，对于一般的热处理零件，可取任一截面。 （2）取样尺寸

截取的试样尺寸，通常直径为12—15mm，高度和边长为12—15mm的圆柱形和方形，原则以便于手握为宜。 （3）截取方法

视材料性质而定，软的可用手锯或锯床切割，硬而脆的可用锤击，极硬的可用砂轮片或电脉冲切割。无论采取哪种方法，都不能使样品的温度过于升高而使组织变化。

2．镶嵌

当试样的尺寸太小或形状不规则时，如细小的金属丝、片、小块状或要进行边缘观察时，可将其镶嵌或夹持。见图1所示。 （1）热镶嵌

用热凝树脂（如胶木粉等），在镶嵌机上进行。

实验一 焊接接头的金相分析

一、实验目的

1. 初步掌握焊接接头金相试样的制备方法。

2. 了解低碳钢、管线钢焊接接头各区域金相组织及分布特点。 二、实验内容

1. 自制低碳钢焊接接头试样，观察与分析其金相组织。 2. 对实验室制备好的低碳钢、管线钢试样进行金相组织观察、分析和比对。 三、实验原理

金属材料焊接成型的过程中，焊接接头的各区域经受了不同的热循环过程， 因而所获得的组织也有很大的差异，从而导致机械性能的变化。对焊接接头进行金相分析，是对接头性能进行分析和鉴定的一个重要手段，它在科研和生产中已得到了广泛的应用。

焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两方面。

宏观分析的主要内容为：用肉眼、放大镜、或低倍显微镜（＜100×）观察与分析焊缝成形、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。图1-1是在50倍显微镜下所观察到的焊接接头的宏观照片：

图1-1 焊接接头的宏观照片 50X

显微分析是借助于光学显微镜或电子显微镜（＞100×）进行观察、分析焊缝的结晶形态、焊接热影响区的组织、分布特点以及微观缺陷等。 焊接接头由焊缝金属、焊接热影响区及母材等三部分组成。焊缝金属的结晶形态及焊接热影响区的组织变化不仅与焊接

金相检验 -低碳钢和铸铁的组织的观察与分析

实验指导书

（一）金相样品的制备方法概述

在用金相显微镜来检验和分析材料的显微组织时，需将所分析的材料制备成一定尺寸的试样，并经磨制、抛光与腐蚀工序，才能进行材料的组

织观察和研究工作。

一．金相样品的制备过程一般包括如下步骤：

取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀。分别叙述如下：

1．取样

（1）选取原则

应根据研究目的选取有代表性的部位和磨面，例如，在研究铸件组织时，由于偏析现象的存在，必须从表层到中心，同时取样观察，而对于轧制及锻造材料则应同时截取横向和纵向试样，以便分析表层的缺陷和非金属夹杂物的分布情况，对于一般的热处理零件，可取任一截面。 （2）取样尺寸

截取的试样尺寸，通常直径为12—15mm，高度和边长为12—15mm的圆柱形和方形，原则以便于手握为宜。 （3）截取方法

视材料性质而定，软的可用手锯或锯床切割，硬而脆的可用锤击，极硬的可用砂轮片或电脉冲切割。无论采取哪种方法，都不能使样品的温度过于升高而使组织变化。

2．镶嵌

当试样的尺寸太小或形状不规则时，如细小的金属丝、片、小块状或要进行边缘观察时，可将其镶嵌或夹持。见图1所示。 （1）热镶嵌

用热凝树脂（如胶木粉等），在镶嵌机上进行。

金相检验 -低碳钢和铸铁的组织的观察与分析

实验指导书

XX大学

（一）金相样品的制备方法概述

在用金相显微镜来检验和分析材料的显微组织时，需将所分析的材料制备成一定尺寸的试样，并经磨制、抛光与腐蚀工序，才能进行材料的组织观察和研究工作。

一．金相样品的制备过程一般包括如下步骤：

取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀。分别叙述如下：

1．取样

（1）选取原则

应根据研究目的选取有代表性的部位和磨面，例如，在研究铸件组织时，由于偏析现象的存在，必须从表层到中心，同时取样观察，而对于轧制及锻造材料则应同时截取横向和纵向试样，以便分析表层的缺陷和非金属夹杂物的分布情况，对于一般的热处理零件，可取任一截面。 （2）取样尺寸

截取的试样尺寸，通常直径为12—15mm，高度和边长为12—15mm的圆柱形和方形，原则以便于手握为宜。 （3）截取方法

视材料性质而定，软的可用手锯或锯床切割，硬而脆的可用锤击，极硬的可用砂轮片或电脉冲切割。无论采取哪种方法，都不能使样品的温度过于升高而使组织变化。

2．镶嵌

当试样的尺寸太小或形状不规则时，如细小的金属丝、片、小块状或要进行边缘观察时，可将其镶嵌或夹持。见图1所示。 （1）热镶嵌

用热凝树脂（如胶木粉等），在镶

金相组织分析原理：采用定量金相学原理,由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌,从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

金相组织分析原理

金相组织分析原理：

采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

通俗的说就是热处理后会得到不同的组织，每种组织有自己的形貌特征。每种组织的耐腐蚀性也有差异，因此通过制样，腐蚀，微观组织会出现不同的衬度或者说灰度，也就是说腐蚀后的金相试样微观表面是坑坑洼洼的，很多沟壑。这样我们就能在金相显微镜下区分和识别各种组织了。

金相组织分析方式：

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,

金相组织分析原理：采用定量金相学原理,由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌,从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

金相组织分析原理

金相组织分析原理：

采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。

通俗的说就是热处理后会得到不同的组织，每种组织有自己的形貌特征。每种组织的耐腐蚀性也有差异，因此通过制样，腐蚀，微观组织会出现不同的衬度或者说灰度，也就是说腐蚀后的金相试样微观表面是坑坑洼洼的，很多沟壑。这样我们就能在金相显微镜下区分和识别各种组织了。

金相组织分析方式：

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,

1 前言

双相不锈钢发展应用开始于20世纪30年代，至今已发展了三代双相不锈钢。第一代双相不锈钢：

(1) 以美国在20世纪40年代开发的AISI329钢为代表，含高Cr、Mo，耐局部腐蚀性能好，但含碳量较高（C≤0.10%），焊接后其接头耐腐蚀性和韧性都较差，使钢在应用上受到限制，只适用于铸锻件。

(2) 日本在美国329钢基础上降低了含碳量，开发了SUS329J1钢，可作为焊接用钢。

(3) 60年代中期，瑞典开发了著名的3RE60钢，特点是超低碳，含Cr量为18%。焊接及成型性能良好，使之成为第一代双相不锈钢的代表钢种。 第二代双相不锈钢：

(1) 20世纪80年代瑞典先开发了不含Mo的超低碳型双相不锈钢。代表钢种为SAF2304钢。

(2) 而后在第一代双相钢的基础上开发了含氮的超低碳型双相不锈钢。典型钢种是瑞典开发的SAF2205钢，使双相钢应用范围很广。 第三代双相不锈钢：

(1) 20世纪50年代后期发展了超级双相不锈钢，其特点是含碳量低（≤0.03%）含Mo、N量高（Mo约为4%，N约为0.3%）；钢中铁素体含量达到40~45%；具有优良的抗点蚀能力，其PRE值大于40。代表钢种为SAF2507钢。

双相不锈钢作为一种