張哲語
(撫順特殊鋼股份有限公司,遼寧 撫順 113001)
金相檢驗(yàn)是指應(yīng)用定量金相學(xué)原理,應(yīng)用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯徽組織的測(cè)量和計(jì)算來分析合金組織的三維空間形貌,從而了解合金成分、組織、性能之間的關(guān)系。應(yīng)用這樣的技術(shù),能夠改變傳統(tǒng)金相檢驗(yàn)的不確定性,并且承受著金相檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)前金相檢驗(yàn)的速度也得到了很大的提高。
過去在定量金相學(xué)原理沒有被應(yīng)用以前,人們對(duì)于金相檢驗(yàn)的應(yīng)用方法為通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷,這種判斷斷方法過于主觀,并且難以較為清晰的描述出金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)。定量金相學(xué)原理是在物理技術(shù)、信息技術(shù)等科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,結(jié)合科學(xué)理論形成的金相檢驗(yàn)技術(shù)。人們?cè)趹?yīng)用這一理論進(jìn)行金相檢驗(yàn)以前,首先需要采集大量的材料,然后將材料以數(shù)據(jù)化的描述出來[1]。之后,人們通過采集施工中的材料,將獲得的數(shù)據(jù)與人們之前采集的材料數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,然后應(yīng)對(duì)比的方式尋找材料金相必相的共同點(diǎn)、特殊性能、規(guī)律性等,通過分析金相檢驗(yàn),人們能夠?qū)鹣嗖牧嫌卸考岸ㄐ缘恼J(rèn)知。
當(dāng)前人們已經(jīng)應(yīng)用了各種技術(shù),對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成份與金相組織進(jìn)行研究。對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分進(jìn)行研究,可以了解合金結(jié)構(gòu)鋼的性能是否達(dá)到了當(dāng)前施工設(shè)計(jì)的要求,了解了合金結(jié)構(gòu)鋼的性能調(diào)整方向以后,人們需要通過調(diào)整金相組織來改化合金結(jié)構(gòu)鋼的性能,讓合金結(jié)構(gòu)鋼能夠滿足人們的需求[2]。以表1中幾種常見金屬元素的握拳化物的物理性能為例。當(dāng)人們了解了這幾種金屬氧化物的物理性能以后,人們便能夠了解能不能把這些金屬元素融合在一起,然后通過調(diào)整金屬元素的比例,生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼,讓合金結(jié)構(gòu)鋼的氧化物的物理性能達(dá)到施工設(shè)計(jì)的要求。
表1 幾種常見金屬元素氧化物的物理性能
在開展合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)時(shí),人們需要系統(tǒng)的了解材料的施工設(shè)備和制造工藝,然后對(duì)施工的過程進(jìn)行監(jiān)測(cè),了解合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉、鑄造、熱處理的過程是科學(xué)合理,每道工序生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能否滿足人們的需求。
以人們應(yīng)用脫水處理、氧氣轉(zhuǎn)爐、銅包處理、除渣、脫氣的工來來對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的控制為例,人們應(yīng)用了檢測(cè)技術(shù),實(shí)時(shí)調(diào)查各金屬元素,令生產(chǎn)出來的合金結(jié)構(gòu)鋼能滿足施工的需求。表2為不同爐外精煉工藝達(dá)到的成分控制指標(biāo),從數(shù)據(jù)中可以看到,人們通過應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)來發(fā)現(xiàn)組織演變規(guī)律,優(yōu)化了工藝制度的制定。
表2 不同爐外精煉工藝達(dá)到的成分控制指標(biāo)
在沒有顯微鏡以前,人們難以了解合金結(jié)構(gòu)鋼的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)細(xì)節(jié),而當(dāng)顯微鏡被發(fā)明以后,人們開始對(duì)合金生產(chǎn)工藝進(jìn)行更加深入的研究,在科學(xué)家逐漸積累和整合理論經(jīng)驗(yàn)以后,人們形成了冶金科學(xué)。在物理力學(xué)理論發(fā)展以后,人們將物理力字理論融入到冶金科學(xué)中,提出了成分-組織-性能半定量或定量的研究,并給出了材料形成的公式。比如Hall-Petch關(guān)系式(σs=σo+kd-1/2)提出以后,人們便能夠根據(jù)需求,就用冶煉技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品。這一公關(guān)系式的提出,推進(jìn)了金相研究和金相檢驗(yàn)的發(fā)展,它讓材料設(shè)計(jì)更為科學(xué),也為優(yōu)化材料工藝設(shè)計(jì)提出了宏觀的理論依據(jù)。應(yīng)用金相檢驗(yàn)理論,來形成檢測(cè)技術(shù),當(dāng)前人們提出了定性、定量、半定量的檢測(cè)技術(shù),這些技術(shù)歸納起來可描述如下:①材料基體相的組織結(jié)構(gòu)及其缺陷,即分析當(dāng)前材料是否滿足人們的需要;②顯微組織的取向和狀態(tài)的非均勻性,即人們需要通過檢查材料的帶狀、分布不均、晶粒度等了解材料靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的變化,為使用材料提供數(shù)據(jù)理論依據(jù)。③第二相的類型、結(jié)構(gòu)、組成、數(shù)量、形態(tài)、尺寸及分布,比如人們需要了解鋼鐵材料中的合金元素與碳生產(chǎn)的不同類型的碳化物,在不同的熱處理過程中使其以不同的形態(tài)析出,是否已達(dá)到強(qiáng)化基體的目的。④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)等,隨著物理技術(shù)的發(fā)展,人們已經(jīng)可以觀察到原子和分子結(jié)構(gòu),然后通過控制原子和分子的方式來對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)進(jìn)行控制,從而這種合金結(jié)構(gòu)鋼不能滿足人們的需求,當(dāng)前人們已經(jīng)將超聲波技術(shù)應(yīng)用于合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接技術(shù)中,它能過改變合金結(jié)構(gòu)鋼的原子結(jié)構(gòu)來進(jìn)行焊接,這種焊接方式能夠突破傳統(tǒng)焊接方式的不足,這一技術(shù)當(dāng)前正在發(fā)展中。
信息技術(shù)的發(fā)展,讓合金結(jié)構(gòu)鋼的檢測(cè)技術(shù)變得可視化。比如當(dāng)前人們已經(jīng)開始應(yīng)用超聲波來檢測(cè)合金結(jié)構(gòu)鋼材料的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)等,了解它的生產(chǎn)是否滿足了人們發(fā)展的需求,及在生產(chǎn)的過程中是否存在質(zhì)量問題[3]。應(yīng)用了超聲波技術(shù),人們可以把合金鋼材料的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)以三維圖形的方式呈現(xiàn)出來,讓合金結(jié)構(gòu)鋼的檢測(cè)更加實(shí)時(shí)化,直觀化是這一技術(shù)未來發(fā)展的方向。
在量子力學(xué)發(fā)展以后,人們開始深刻的了解原子和分子材料的變化能夠讓合金結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)生變化,那么人們可以應(yīng)用這一原理,利用控制原子和分子來改變合金結(jié)構(gòu)鋼,比如人們已經(jīng)可汗以應(yīng)用X-射線儀、電子衍射儀來對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的部分原子與分子進(jìn)行了控制。
當(dāng)前人們可以把傳感設(shè)備植物到對(duì)象中,然后利用各種微束或探針技術(shù)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料的變化。應(yīng)用了這一技術(shù)以后,人們可以動(dòng)態(tài)的了解合金鋼結(jié)構(gòu)的基體、第二相、夾雜物、腐蝕產(chǎn)物相關(guān)信息,然后結(jié)合生產(chǎn)需求對(duì)它們產(chǎn)生影響的因子進(jìn)行控制,這一技術(shù)的發(fā)展將優(yōu)化合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)
因?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展的需求,所以人們創(chuàng)立和發(fā)展了金相檢驗(yàn)理論,并發(fā)展出了金相檢測(cè)技術(shù)。然而當(dāng)前的金相檢驗(yàn)理論及金相檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)不能完全滿足人們的需求,人們需要將更多的科學(xué)技術(shù)融入到金相檢驗(yàn)理論及金相檢測(cè)技術(shù)中,促進(jìn)理論的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。