金屬金相圖像分析儀在金相分析中的應用

1.晶粒度測定

金屬金相圖像分析儀測量晶粒度是金相檢驗工作中經常進行的檢驗項目。傳統的方法是參照有關標準（GB6394－2002）中的標準圖片，采用與標準圖片相比較的方法評定出晶粒度級別，此方法簡便、速度快，但主觀上的誤差也比較大。若采用GB6394中規定的另外兩種方法，即面積法和截點法（仲裁方法），雖然可獲得準確的測量結果，但這兩種方法使用起來很不方便，其繁瑣程度令人望而生畏。如果使用圖像分析儀采用截點法進行晶粒度測定，則可以直接而迅速地求出晶粒度級別。

截點法是通過統計給定長度的測量網格上的晶界截數來測定晶粒度的，其晶粒度級別指數G的計算公式為：

G=-3.2877+6.6439lg（MXN/L）

式中：L－所使用的測量網格長度（mm）

M－觀察用的放大倍數

N－測量網格L上的截點數

L、M為已知數，只需測得N，圖像分析儀就可以得出晶粒度級別。在實測工作時，由于晶粒內部可能存在各種析出物以及因腐蝕控制不當而造成晶界斷裂，給準確測定帶來一定的困難，需采用圖像分析儀中的腐蝕與膨脹功能，去除晶粒內的析出物和對晶界進行重建，以得到完整的晶粒圖像。

2.測定顯徽組織的含量

金屬金相圖像分析儀定量地測定金屬材料中的顯微組織的百分比等參數，并研究其對機械性能的影響是圖像分析儀在金相分析中的主要用途之一。例如：測定灰鑄鐵、球鐵、鑄鋼及低碳鋼中的鐵素體和珠光體的百分比；雙相鋼中的馬氏體與鐵素體的百分比；滲碳淬火硬化層和奧貝球鐵中的殘余奧氏體含量；高磷閘瓦中的磷共晶含量；鑄造鋁合金中的共晶硅含量，抱軸瓦白合金中的beta相含量等。使用圖像分析儀的基本功能很方便地完成這些工作。若對某種材料的不同基體組織進行定量金相分析，并與其機械性能對照，可深入研究顯微組織與機械性能之間的定量對應關系。

3.測定鍍層厚度及脫碳層、滲碳層深度

3.1 鍍層厚度測定

由于鍍層下基體材料表面粗糙度或電鍍工藝的影響，使鍍層存在著厚薄不均的現象，為解決因厚薄不均而產生的測量誤差，圖像分析儀在測量鍍層時，首先在顯示鍍層截面形貌的屏幕上劃許多條相互平行且垂直于鍍層表面、并橫貫鍍層的直線，這樣每一條直線均能測出一鍍層厚度數據，然后將這些數據進行處理，便得到鍍層的平均厚度、zui大厚度、zui小厚度等參數。若被測物是非常細小的金屬絲，其圓周均有鍍層，則取其橫截面圖像，從它的圓心出發呈不同角度沿徑向劃許多直線，同樣可測得。

3.2 測定脫碳層及滲碳層深度

首先測定基體組織的鐵素體含量，然后在屏幕上劃一條平行于表面并可移動的直線，計算通過該直線的鐵素體含量，隨著直線向心部移動，當找到與基體組織中鐵素體含量相符的區域時，該直線距表面的距離即為脫碳層或滲碳層深度。

4. 測定非金屬夾雜物

金屬金相圖像分析儀用于分析非金屬夾雜物，主要在兩方面：其一為測定非金屬夾雜物的數量、形態、尺寸、分布等參數，研究夾雜物與機械性能（特別是疲勞性能）之間的定量關系；其二是根據GB10561－89標準評定鋼中非金屬夾雜物級別。例如：機車車輛鑄鋼生產中的單渣冶煉工藝與雙渣冶煉工藝相比，具有能耗少、生產效率高及成本低等特點，但由于單渣冶煉工藝無擴散脫氧處理，其冶煉的鑄鋼中非金屬夾雜物在數量、形態、尺寸、分布等方面與雙渣法冶煉的鑄鋼是否存在較大差異，并由此而影響鑄鋼的機械性能。戚墅堰所采用圖像分析儀對此問題開展了研究，從兩種工藝冶煉的鑄鋼件中各取12只試樣（取自4個爐次），每個試樣測量30個視場。測定結果表明，兩種工藝冶煉的鑄鋼中的非金屬夾雜物在數量、形態、顆粒尺寸、分散度和平均間距等方面基本上趨于一致；在顯微組織相同的條件下，其機械性能也相近。這說明單渣冶煉工藝若控制適當，其鑄鋼中非金屬夾雜物并不會增多。

根據GB10561《鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法》標準編制而成的夾雜物評級軟件，其主要功能可對所要測定的夾雜物，依據GB10561標準中規定的4類夾雜物（即A類一硫化物類、B類一氧化鋁類、C類一硅酸鹽類、D類一球狀氧化物類）進行分類，然后參照標準予以評級
5.計算球墨鑄鐵中石墨的球化率

金相圖像分析儀球墨鑄鐵中石墨的球化率對其機械性能影響較大。因此，評定石墨球化率是金相檢驗中的一個重要項目。通常采用比較法評定，計算法則用于仲裁，GB9441標準中規定在計算球化率之前，須先求得視場中每一顆石墨的單顆石墨面積率（石墨實際面積與其zui小外接圓面積之比），然后換算成每顆石墨的形狀系數，再按標準中的公式計算該視場的球化率。

6.斷口分形研究

Mand1brot等人于1984年將分形幾何應用于研究材料的沖擊斷口，發現馬氏體時效鋼的沖擊功隨其斷口的分形維數Df值增加而呈線性減少。此后，分形幾何便進入材料的研究領域。

分形維數Df的測定方法為首先在斷口上鍍一層鎳，在細砂紙上沿平行斷口表面輕輕磨去一層，然后仔細拋光，凸起被磨光的部位在顯微鏡觀察呈亮色，稱為"島"未磨到的凹下鍍鎳部分呈暗色，稱為"湖"用圖像分析儀測量每個"湖中之島"的周長和面積，每個試樣斷口上分別測10至14個視場，將測得的一系列周長和面積輸入計算機，打印出周長和面積的雙對數圖及線性回歸直線的斜率，回歸直線斜率的兩倍便是分形維數Df。分形維數與材料的顯微組織、斷裂性能、疲勞門檻值等有著密切的關系，應用圖像分析儀通過剖面小島法測量斷口的分形維數，可定量描述材料斷口特征、研究和推斷材料力學性能。

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