金相分析技術在材料失效分析中的應用

十九世紀末，金相這一名詞獲得了新的意義，且與顯微鏡組織結下了不解之緣，金相顯微鏡也就成為了研究金屬內部組織結構的重要工具。

金相學定義

金相技術：制樣、顯微鏡的使用、組織識別、定量測量及記錄等試驗技術

金相檢驗：對試樣的金相組織作出定性鑒別和定量測量的過程

金相分析：對材料研究中的某種現象、質量控制中某種事件進行廣泛的金相檢驗后，運用金相原理進行綜合分析，得出科學結論

金相學作用

多熱處理工藝的研究：

1 鋼的熱處理是以鋼在加熱和冷卻過程中相變為依據的，金相技術則是相變研究的重要試驗手段

2 揭示了材料成分、組織與性能之間的內在關系

新材料開發和研制

質量控制

失效分析

事故分析

失效分析以及目的、作用及意義

失效分析就是對失效件的宏觀特征與微觀特征、材質、工藝、理化性能、規定功能、受力狀態及環境因素等進行綜合分析，判明失效模式與原因，提出預防與糾正措施的技術與管理活動。

失效分析目的

確定失效分析的對象，判斷失效件的失效模式，找出引發失效的原因，提出改進或預防措施，防止同類失效事件再次發生，保障裝備的使用安全。

失效分析作用及意義

機械結構失效的主要形式

變形失效

斷裂失效

腐蝕失效

磨損失效

使用光學顯微鏡進行失效分析的優勢：

失效件損傷特征及位置可借助體視顯微鏡下作進一步的觀察與分析，全面地掌握失效件的宏觀特征(斷裂起源與擴展方向、源區形貌、腐蝕與磨損的深度與顏色、損傷痕跡與特征等)，為判斷失效模式提供依據。

金相檢驗是失效分析中很重要的一項工作，包括宏觀檢驗與微觀檢驗利用光學顯微鏡對失效件的低倍組織、高倍組織、夾雜物及晶粒度等進行檢查分析。

低倍酸蝕檢驗：檢查材料內部偏析、疏松、夾雜、氣孔等缺陷；表面折疊、夾砂、斑疤等缺陷；內裂紋、白點、過燒等；鍛造流線、焊接質量、磨削燒傷等。

顯微組織分析：判斷失效件的熱處理或冷加工工藝是否正常。

分析失效件在工作條件下發生的腐蝕、磨損、氧化和表面加工硬化等。

1. 操作簡單方便，察效率高

2. 樣品制備要求低

3. 可見光的圖像模式

4. 可以滿足很多工業和材料樣品的分析要求

5. 使用成本低，維護簡單，占用空間少

6. 采購成本相對較低

光學顯微鏡鑒別能力

顯微鏡的鑒別能力主要決定于物鏡，物鏡的鑒別能力可分為平面和垂直鑒別能力。

平面鑒別能力：即物鏡的分辨率，指物鏡所具有的將顯微組織中兩物點清晰區分的最小距離d的能力。d即為物鏡的分辨能力（鑒別率）。兩物點間最小距離d愈小，物鏡的分辨能力愈高。

d=λ/2NA

垂直鑒別能力：即物鏡垂直分辨率又稱景深，指物鏡所具有在景深方面能清晰造像的能力，即垂直方面能清晰造像的最大景深深度，深度越大表示垂直鑒別率越大。景深h為：

h=n/(NA)M（0.15~0.30）

由此可見，物鏡的垂直鑒別率與數值孔徑、放大倍數成反比，要提高景深，最好選用數值孔徑小的物鏡或減小孔徑光闌以縮小物鏡的工作孔徑，但這樣就會降低物鏡的分辨能力。所以要調和這一矛盾只能視具體情況而定。