金相分析技術(shù)在材料失效分析中的應(yīng)用

十九世紀(jì)末，金相這一名詞獲得了新的意義，且與顯微鏡組織結(jié)下了不解之緣，金相顯微鏡也就成為了研究金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的重要工具。

金相學(xué)定義

金相技術(shù)：制樣、顯微鏡的使用、組織識別、定量測量及記錄等試驗(yàn)技術(shù)

金相檢驗(yàn)：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(xiàn)象、質(zhì)量控制中某種事件進(jìn)行廣泛的金相檢驗(yàn)后，運(yùn)用金相原理進(jìn)行綜合分析，得出科學(xué)結(jié)論

金相學(xué)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?yōu)橐罁?jù)的，金相技術(shù)則是相變研究的重要試驗(yàn)手段

2 揭示了材料成分、組織與性能之間的內(nèi)在關(guān)系

新材料開發(fā)和研制

質(zhì)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(zhì)、工藝、理化性能、規(guī)定功能、受力狀態(tài)及環(huán)境因素等進(jìn)行綜合分析，判明失效模式與原因，提出預(yù)防與糾正措施的技術(shù)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(fā)失效的原因，提出改進(jìn)或預(yù)防措施，防止同類失效事件再次發(fā)生，保障裝備的使用安全。

失效分析作用及意義

機(jī)械結(jié)構(gòu)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(xué)顯微鏡進(jìn)行失效分析的優(yōu)勢：

失效件損傷特征及位置可借助體視顯微鏡下作進(jìn)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(kuò)展方向、源區(qū)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(jù)。

金相檢驗(yàn)是失效分析中很重要的一項(xiàng)工作，包括宏觀檢驗(yàn)與微觀檢驗(yàn)利用光學(xué)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(jìn)行檢查分析。

低倍酸蝕檢驗(yàn)：檢查材料內(nèi)部偏析、疏松、夾雜、氣孔等缺陷；表面折疊、夾砂、斑疤等缺陷；內(nèi)裂紋、白點(diǎn)、過燒等；鍛造流線、焊接質(zhì)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(fā)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(yè)和材料樣品的分析要求

5. 使用成本低，維護(hù)簡單，占用空間少

6. 采購成本相對較低

光學(xué)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(diǎn)清晰區(qū)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(diǎn)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(shù)值孔徑、放大倍數(shù)成反比，要提高景深，最好選用數(shù)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(diào)和這一矛盾只能視具體情況而定。