周 毅

新疆自治區(qū)特檢院，新疆烏魯木齊 830000

1 金相檢驗(yàn)在材料研究中的重要性

物理冶金學(xué)的任務(wù)在于研究金屬和合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系，而這些研究的深度與廣度主要依賴于人們對金屬內(nèi)在組織的結(jié)構(gòu)的識別，即金相檢驗(yàn)。

在材料的研究過程中：一方面，材料的確切組成、結(jié)構(gòu)和性能結(jié)果的獲得是通過大量的理化檢驗(yàn)研究和測試工作所完成的；另一方面，其材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能之間相互關(guān)系及變化規(guī)律的研究和確定也是大量的理化試驗(yàn)研究和測試工作的參與而得以實(shí)現(xiàn)的。在這兩個方面中，金相檢驗(yàn)占有重要的地位，只有通過金相檢驗(yàn)才能完整的解釋組成、結(jié)構(gòu)和性能之間的相互關(guān)系。許多制備具有優(yōu)異性能材料的重大進(jìn)展常?？勺匪莸綄τ谒鼈冿@微組織結(jié)構(gòu)的確定和控制。所有工藝的目的都是為了得到可控的微觀組織結(jié)構(gòu)，從而得到所需要的性能。金相學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展對冶金、機(jī)械制造、動力、能源、建筑、國防和其它許多部門無論現(xiàn)在還是將來都會產(chǎn)生巨大的影響。由此可見，在材料的研究與發(fā)展中，金相檢驗(yàn)是必不可少的，是材料研究的重要組成部分，這是金屬材料發(fā)展史上人們最深刻的體會。同時也促進(jìn)了金相檢驗(yàn)技術(shù)和檢測設(shè)備的發(fā)展。

2 金相檢驗(yàn)在現(xiàn)代材料研究中的作用

新一代鋼鐵重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目以3類典型鋼材作為代表開展研究。第一類為熱軋普碳鋼材，通過工藝優(yōu)化來優(yōu)化顯微組織結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)廉價的金屬材料；第二類為低合金鋼高強(qiáng)度熱軋鋼材；第三類為合金結(jié)構(gòu)鋼。在這3類鋼材研究開發(fā)的整個過程，始終貫穿一條主線，就是顯微結(jié)構(gòu)組織的確定和優(yōu)化控制。金相檢驗(yàn)在現(xiàn)代材料研究中的作用主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

2.1 化學(xué)成分與金相組織

合金設(shè)計的根本任務(wù)是滿足工程構(gòu)建或用戶提出的各項(xiàng)性能要求。而這些性能受控于成分、內(nèi)部顯微組織、雜質(zhì)和缺陷、表面組織及應(yīng)力狀態(tài)等，其中主要是成分和組織。成分和組織在很大程度上控制著所有組織敏感性能。合金設(shè)計中首先要做組織設(shè)計，選擇滿足性能要求的組織結(jié)構(gòu)。控制組織結(jié)構(gòu)的第一個因素就是化學(xué)成分。化學(xué)成分通過相變等方式控制組織中的相、體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)，如馬氏體形態(tài)、貝氏體形態(tài)等首先受控于碳的含量。低碳鋼淬火后得到板條狀馬氏體，而高碳鋼淬火后得到針狀馬氏體。所以，金相檢驗(yàn)是驗(yàn)證和解釋所設(shè)計成分是否合理的強(qiáng)有力的手段。

2.2 組織演變規(guī)律與工藝制度

化學(xué)成分確定之后，控制組織結(jié)構(gòu)的主要因素就是制造的裝備和制造工藝，包括冶煉、鑄造、鍛軋、熱處理等。從冶煉到成品各環(huán)節(jié)中，每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對最終產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)都起到至關(guān)重要的作用。金相檢驗(yàn)就是各種檢驗(yàn)、檢測儀器設(shè)備和一定的方法，顯示、判定、測量材料顯微組織隨工藝變化的規(guī)律，從而制定合理的工藝制度?，F(xiàn)代冶金工藝之一連鑄連軋一個重要組織因素就是鑄造樹枝晶的破碎和混晶。原始鑄造粗大的樹枝晶奧氏體再結(jié)晶不完整或再結(jié)晶組織不均勻是導(dǎo)致最終鐵素體組織混晶的主要原因。

2.3 金相學(xué)與材料科學(xué)

顯微鏡的發(fā)展給合金設(shè)計帶來了革命性的變化。眾所周知，人類冶煉金屬通過各種途徑了解合金工藝過程、特性以及使用性能的漫長歷史，直到有了金相顯微鏡后才形成了當(dāng)今的冶金科學(xué)。顯微組織與宏觀力學(xué)關(guān)系的認(rèn)識，為成分—組織—性能半定量或定量的研究和建立關(guān)系式創(chuàng)造了條件，為材料的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。其中，最典型的就是Hall—Petch關(guān)系式（σs=σo+kd-1/2）。該關(guān)系式是細(xì)晶強(qiáng)化的理論依據(jù)，是20世紀(jì)下半葉與鋼的組織細(xì)化相關(guān)的5個重大成就之一。所以，必須依靠實(shí)際的金相研究和金相檢驗(yàn)工作，來證實(shí)材料設(shè)計的科學(xué)性，制定工藝的合理性。

金相檢驗(yàn)分析，不僅有組織識別還有評定，即有定性還有定量、半定量的檢測。金相檢驗(yàn)的內(nèi)容歸納起來有一下幾項(xiàng)：1）材料基體相的組織結(jié)構(gòu)及其缺陷；2）顯微組織的取向和狀態(tài)的非均勻性，如帶狀、分布不均、晶粒度等；3）第二相的類型、結(jié)構(gòu)、組成、數(shù)量、形態(tài)、尺寸和分布；4）研究原子按鍵力分布的晶體結(jié)構(gòu)和電子按能量分布的原子、離子結(jié)構(gòu)。就顯微組織檢驗(yàn)來說，顯微組織檢驗(yàn)是通過一個二維截面視圖來建立一個三維結(jié)構(gòu)圖形的，這樣在顯微組織檢驗(yàn)中就分為4個級次。A正確識別是什么顯微組織；B定性的顯微組織狀態(tài)；C定量的顯微組織狀態(tài)；D顯微組織與性能之間的關(guān)系。

3 金相檢驗(yàn)的主要應(yīng)用技術(shù)

在金相檢驗(yàn)中主要應(yīng)用的技術(shù)有3種：1）顯像技術(shù)，應(yīng)用顯像技術(shù)來揭示材料的顯微組織、斷口形貌特征、各種缺陷形貌特征、表面狀態(tài)等。這種技術(shù)包括兩個方面即腐蝕技術(shù)、成像技術(shù)。腐蝕技術(shù)是根據(jù)不同受檢材料和檢驗(yàn)項(xiàng)目，選用不同的試劑和方法進(jìn)行腐蝕。成像技術(shù)就是利用顯微鏡成像原理如光學(xué)顯微鏡的暗場技術(shù)、偏光技術(shù)、干涉技術(shù)等，它主要記錄和顯示材料的二維平面微觀組織結(jié)構(gòu)特征；2）衍射技術(shù)，主要用來分析材料的晶體結(jié)構(gòu)。晶體缺陷及晶體位向關(guān)系等問題，衍射技術(shù)中經(jīng)常使用的設(shè)備是X-射線儀、電子衍射儀等；3）微區(qū)成分分析技術(shù)，利用化學(xué)成分分析來研究材料的基體、第二相、夾雜物以及腐蝕產(chǎn)物的組成，尤其是材料中微量元素對材料性能的影響等。它所使用的儀器有電子或離子探針、譜儀等。

在金相檢驗(yàn)項(xiàng)目中始終要遵循“金相組織應(yīng)當(dāng)能如實(shí)反映受檢試樣（件）真實(shí)組織”的原則，所拍照的組織圖像能代表整個試樣（件）。今年，數(shù)字成像系統(tǒng)大量應(yīng)用于顯微成像，它可以很容易地將數(shù)字化的圖像存儲在計算機(jī)內(nèi)，也可以隨時打成照片或通過電子郵件傳遞，免除了大量的暗室操作工作。但是，隨著數(shù)字化成像應(yīng)用的迅速普及，也帶來一個令人擔(dān)憂的問題，那就是利用圖像處理技術(shù)對金相組織圖片進(jìn)行處理，這樣做完全違背了金相檢驗(yàn)的原則，失去了組織的真實(shí)性，也失去了金相檢驗(yàn)的意義，同時對設(shè)備、社會、以及檢驗(yàn)人員自身和家庭埋下了極大的安全隱患。因此，所有從事金相檢驗(yàn)和研究的人員，應(yīng)不斷的提高自身的素質(zhì)素養(yǎng)，這包括專業(yè)技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度等多方面，這些都有待全社會、全行業(yè)共同的努力，是我們共同追求的最終目的和目標(biāo)。