钢铁金相图像分析仪在金相分析中的应用

                                                                             钢铁金相图像分析仪在金相分析中的应用

1.晶粒度测定

钢铁金相图像分析仪测量晶粒度是金相检验工作中经常进行的检验项目。传统的方法是参照有关标准（GB6394－2002）中的标准图片，采用与标准图片相比较的方法评定出晶粒度级别，此方法简便、速度快，但主观上的误差也比较大。若采用GB6394中规定的另外两种方法，即面积法和截点法（仲裁方法），虽然可获得准确的测量结果，但这两种方法使用起来很不方便，其繁琐程度令人望而生畏。如果使用图像分析仪采用截点法进行晶粒度测定，则可以直接而迅速地求出晶粒度级别。

截点法是通过统计给定长度的测量网格上的晶界截数来测定晶粒度的，其晶粒度级别指数G的计算公式为：

G=-3.2877+6.6439lg(MXN/L)

式中：L－所使用的测量网格长度（mm）

M－观察用的放大倍数

N－测量网格L上的截点数

L、M为已知数，只需测得N，图像分析仪就可以得出晶粒度级别。在实测工作时，由于晶粒内部可能存在各种析出物以及因腐蚀控制不当而造成晶界断裂，给准确测定带来一定的困难，需采用图像分析仪中的腐蚀与膨胀功能，去除晶粒内的析出物和对晶界进行重建，以得到完整的晶粒图像。

2.测定显徽组织的含量

钢铁金相图像分析仪定量地测定金属材料中的显微组织的百分比等参数，并研究其对机械性能的影响是图像分析仪在金相分析中的主要用途之一。例如：测定灰铸铁、球铁、铸钢及低碳钢中的铁素体和珠光体的百分比；双相钢中的马氏体与铁素体的百分比；渗碳淬火硬化层和奥贝球铁中的残余奥氏体含量；高磷闸瓦中的磷共晶含量；铸造铝合金中的共晶硅含量，抱轴瓦白合金中的beta相含量等。使用图像分析仪的基本功能很方便地完成这些工作。若对某种材料的不同基体组织进行定量金相分析，并与其机械性能对照，可深入研究显微组织与机械性能之间的定量对应关系。

3.测定镀层厚度及脱碳层、渗碳层深度

3.1 镀层厚度测定

由于镀层下基体材料表面粗糙度或电镀工艺的影响，使镀层存在着厚薄不均的现象，为解决因厚薄不均而产生的测量误差，图像分析仪在测量镀层时，首先在显示镀层截面形貌的屏幕上划许多条相互平行且垂直于镀层表面、并横贯镀层的直线，这样每一条直线均能测出一镀层厚度数据，然后将这些数据进行处理，便得到镀层的平均厚度、*大厚度、*小厚度等参数。若被测物是非常细小的金属丝，其圆周均有镀层，则取其横截面图像，从它的圆心出发呈不同角度沿径向划许多直线，同样可测得。

3.2 测定脱碳层及渗碳层深度

首先测定基体组织的铁素体含量，然后在屏幕上划一条平行于表面并可移动的直线，计算通过该直线的铁素体含量，随着直线向心部移动，当找到与基体组织中铁素体含量相符的区域时，该直线距表面的距离即为脱碳层或渗碳层深度。

4. 测定非金属夹杂物

钢铁金相图像分析仪用于分析非金属夹杂物，主要在两方面：其一为测定非金属夹杂物的数量、形态、尺寸、分布等参数，研究夹杂物与机械性能（特别是疲劳性能）之间的定量关系；其二是根据GB10561－89标准评定钢中非金属夹杂物级别。例如：机车车辆铸钢生产中的单渣冶炼工艺与双渣冶炼工艺相比，具有能耗少、生产效率高及成本低等特点，但由于单渣冶炼工艺无扩散脱氧处理，其冶炼的铸钢中非金属夹杂物在数量、形态、尺寸、分布等方面与双渣法冶炼的铸钢是否存在较大差异，并由此而影响铸钢的机械性能。戚墅堰所采用图像分析仪对此问题开展了研究，从两种工艺冶炼的铸钢件中各取12只试样（取自4个炉次），每个试样测量30个视场。测定结果表明，两种工艺冶炼的铸钢中的非金属夹杂物在数量、形态、颗粒尺寸、分散度和平均间距等方面基本上趋于一致；在显微组织相同的条件下，其机械性能也相近。这说明单渣冶炼工艺若控制适当，其铸钢中非金属夹杂物并不会增多。

根据GB10561《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准编制而成的夹杂物评级软件，其主要功能可对所要测定的夹杂物，依据GB10561标准中规定的4类夹杂物（即A类一硫化物类、B类一氧化铝类、C类一硅酸盐类、D类一球状氧化物类）进行分类，然后参照标准予以评级
5.计算球墨铸铁中石墨的球化率

金相图像分析仪球墨铸铁中石墨的球化率对其机械性能影响较大。因此，评定石墨球化率是金相检验中的一个重要项目。通常采用比较法评定，计算法则用于仲裁，GB9441标准中规定在计算球化率之前，须先求得视场中每一颗石墨的单颗石墨面积率（石墨实际面积与其*小外接圆面积之比），然后换算成每颗石墨的形状系数，再按标准中的公式计算该视场的球化率。

6.断口分形研究

Mand1brot等人于1984年首次将分形几何应用于研究材料的冲击断口，发现马氏体时效钢的冲击功随其断口的分形维数Df值增加而呈线性减少。此后，分形几何便进入材料的研究领域。

分形维数Df的测定方法为首先在断口上镀一层镍，在细砂纸上沿平行断口表面轻轻磨去一层，然后仔细抛光，凸起被磨光的部位在显微镜观察呈亮色，称为"岛"未磨到的凹下镀镍部分呈暗色，称为"湖"用图像分析仪测量每个"湖中之岛"的周长和面积，每个试样断口上分别测10至14个视场，将测得的一系列周长和面积输入计算机，打印出周长和面积的双对数图及线性回归直线的斜率，回归直线斜率的两倍便是分形维数Df。分形维数与材料的显微组织、断裂性能、疲劳门槛值等有着密切的关系，应用图像分析仪通过剖面小岛法测量断口的分形维数，可定量描述材料断口特征、研究和推断材料力学性能。