金属材料金相组织检测

金相检测的目的与意义

1. 质量控制：检查材料是否符合预期的组织标准。

2. 工艺评定：验证热处理（如固溶、退火）、焊接、热加工等工艺是否正确。

3. 缺陷分析：识别非金属夹杂物、晶粒粗大、析出相、裂纹、孔洞等缺陷。

4. 失效分析：当零件发生断裂、腐蚀、变形时，通过观察断口和组织查找根本原因。

5. 材料鉴别与分类：辅助确认不锈钢的具体类型（如奥氏体、铁素体、马氏体、双相钢等）。

金相检测的基本流程

金相检测是一个严格的制样和观察过程，主要步骤包括：

1. 取样

• 使用线切割或其他切割方法从待检工件上截取有代表性的试样。

• 取样位置至关重要，例如分析焊缝时，要包含焊缝金属、热影响区和母材。

2. 镶嵌

• 对于小、薄、软或形状不规则的试样，需要用热固性塑料（如酚醛树脂）或冷镶嵌胶进行镶嵌，以便于后续的握持和磨抛。

3. 磨抛

• 粗磨：用砂轮或粗砂纸（如180#）将试样表面磨平。

• 细磨：依次使用由粗到细的金相砂纸（如400#， 800#， 1200#， 2000#）进行研磨，每换一道砂纸，需将试样旋转90°，以彻底去除上一道的划痕。

• 抛光：在专用的抛光机上使用绒布和金刚石抛光膏（如W1.5， W0.5）进行Zui终抛光，直至获得一个光亮无痕的镜面。这是观察显微组织的关键。

4. 侵蚀

• 抛光后的表面在显微镜下只能看到非金属夹杂物、裂纹和孔洞等。要观察晶界和相组织，必须进行化学侵蚀。

• 侵蚀原理：利用侵蚀剂对试样表面不同相或晶界的选择性腐蚀，在显微镜下产生反差。

• 常用侵蚀剂：

• 配方：盐酸 10ml + 硝酸 3ml（或比例 3:1）

• 作用：能清晰显示奥氏体、铁素体、双相钢的晶界和各种相。

• 王水：Zui常用的不锈钢通用侵蚀剂。

• 氯化铁盐酸溶液：特别适用于显示奥氏体不锈钢的晶界。

• 氢氧化钾电解侵蚀：用于显示σ相、碳化物等析出相。

5. 显微观察与分析

• 将处理好的试样放在金相显微镜下进行观察。

• 通常先使用低倍镜（如50x， 100x）观察整体情况，再使用高倍镜（如200x， 500x）观察细节。

• 现代分析通常会配合图像分析软件进行定量测量，如晶粒度评级、相比例测定等。

常见不锈钢的典型金相组织及观察要点

常见检测标准

• 国际：

• ASTM E112: 测定平均晶粒度。

• ASTM E45: 测定非金属夹杂物含量。

• ASTM E1245: 使用图像分析法定量测定夹杂物。

• 中国：

• GB/T 13305: 不锈钢中α-相面积含量金相测定法（主要用于奥氏体-铁素体双相钢）。

• GB/T 6401: 铁素体奥氏体型双相不锈钢中金属相面积含量测定方法。

• YB/T 4360: 双相不锈钢金相检验方法。

典型应用实例

• 焊接接头分析：

• 观察焊缝金属的凝固组织。

• 检查热影响区是否因焊接热循环而发生晶粒粗大或碳化铬析出（敏化）。

• 失效分析：

• 如果零件因腐蚀失效，在显微镜下可以清晰地看到腐蚀是沿着晶界（晶间腐蚀）还是穿晶进行，从而判断原因。

• 如果零件断裂，可以观察裂纹源区的组织是否存在缺陷、脱碳或异常析出相。

• 材料验证：

• 通过观察基体组织，可以快速判断一块不锈钢是奥氏体、铁素体还是双相钢。