直播回顾|金相分析技术在材料失效分析中的应用

金相学观察

十九世纪末，金相这一名词获得了新的意义，且与显微镜组织结下了不解之缘，金相显微镜也就成为了研究金属内部组织结构的重要工具

金相学定义

金相技术：制样、高倍金相显微镜的使用、组织识别、定量测量及记录等试验技术

金相检验：对试样的金相组织作出定性鉴别和定量测量的过程

金相分析：对材料研究中的某种现象、质量控制中某种事件进行广泛的金相检验后，运用金相原理进行综合分析，得出科学结论

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金相学作用

• 热处理工艺的研究：1 钢的热处理是以钢在加热和冷却过程中相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要试验手段

        2揭示了材料成分、组织与性能之间的内在关系

• 新材料开发和研制
• 质量控制
• 失效分析
• 事故分析

失效分析以及目的、作用及意义

失效分析就是对失效件的宏观特征与微观特征、材质、工艺、理化性能、规定功能、受力状态及环境因素等进行综合分析，判明失效模式与原因，提出预防与纠正措施的技术与管理活动。

失效分析目的 

确定失效分析的对象，判断失效件的失效模式，找出引发失效的原因，提出改进或预防措施，防止同类失效事件再次发生，保障装备的使用安全

失效分析作用及意义

机械结构失效的主要形式

• 变形失效
• 断裂失效
• 腐蚀失效
• 磨损失效 

使用光学显微镜进行失效分析的优势：

失效件损伤特征及位置可借助体视荧光显微镜下作进一步的观察与分析，全面地掌握失效件的宏观特征(断裂起源与扩展方向、源区形貌、腐蚀与磨损的深度与颜色、损伤痕迹与特征等)，为判断失效模式提供依据。

金相检验是失效分析中很重要的一项工作，包括宏观检验与微观检验利用光学显微镜对失效件的低倍组织、高倍组织、夹杂物及晶粒度等进行检查分析

低倍酸蚀检验：检查材料内部偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷；表面折叠、夹砂、斑疤等缺陷；内裂纹、白点、过烧等；锻造流线、焊接质量、磨削烧伤等。

显微组织分析：判断失效件的热处理或冷加工工艺是否正常。

分析失效件在工作条件下发生的腐蚀、磨损、氧化和表面加工硬化等

1、操作简单方便，察效率高

2、样品制备要求低

3、可见光独有的图像模式

4、可以满足很多工业和材料样品的分析要求

5、使用成本低，维护简单，占用空间少

6、采购成本相对较低

光学显微镜鉴别能力

显微镜的鉴别能力主要决定于物镜，物镜的鉴别能力可分为平面和垂直鉴别能力。

平面鉴别能力：即物镜的分辨率，指物镜所具有的将显微组织中两物点清晰区分的最小距离d的能力。d即为物镜的分辨能力（鉴别率）。两物点间最小距离d愈小，物镜的分辨能力愈高。

          d=λ/2NA

垂直鉴别能力：即物镜垂直分辨率又称景深，指物镜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，深度越大表示垂直鉴别率越大。景深h为:

         h=n/(NA)M（0.15~0.30）

由此可见，物镜的垂直鉴别率与数值孔径、放大倍数成反比，要提高景深，最好选用数值孔径小的物镜或减小孔径光阑以缩小物镜的工作孔径，但这样就会降低物镜的分辨能力。所以要调和这一矛盾只能视具体情况而定。

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课程内容简介：

• 金相分析技术简述
• 失效分析概述
• 失效分析思路
• 失效分析程序
• 案例分析

主讲人：杨力

主讲人简介：

• 上海市机械工程学会失效分析专业委员会  副主任兼秘书长
• 中国机械工程学会失效分会 失效分析专家
• 全国铸造标准化技术委员会 铸铁分技术委员会 委员
• 全国钢标准化技术委员会 金相分技术委员会 委员
• 《物理测试》杂志编辑委员会 委员
• 《金属加工》杂志编辑委员会 委员
• 长期从事金相检验以及失效分析工作