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1、Northeastern University第第4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 材材 料料 概概 论论 李李 阳阳东北大学东北大学2006 年年 11 月月Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 第第4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学显微镜、定量金相分析技术光学显微镜、定量金相分析技术4.2 X射线衍射分析射线衍射分析4.3 扫描电镜、透射电镜分析扫描电镜、透射电镜分析 4.4 表面成分分析表面成分分析4.5 电子显微技术的新进展电子显微技术的新进展4.6 差热分析差热分析4.7 超声波检测超声波
2、检测 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q 显微镜成像原理显微镜成像原理 q 显微镜的使用显微镜的使用 q 金相试样的制备金相试样的制备 q 金属显微组织的显示金属显微组织的显示 4.1.1 光学光学显微镜金相分析技术显微镜金相分析技术Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术4.1.2 特殊光学金相技术与显微硬度的测定特殊光学金
3、相技术与显微硬度的测定 q偏振光显微镜的原理、结构及应用偏振光显微镜的原理、结构及应用q相衬显微分析的基本原理和相衬显微镜的光学结构相衬显微分析的基本原理和相衬显微镜的光学结构q高温金相显微镜的结构和应用高温金相显微镜的结构和应用q显微硬度及其测定显微硬度及其测定 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术4.1.3 定量金相技术定量金相技术 q定量金相概述定量金相概述q定量金相的符号及测量基本原理定量金相的符号及测量基本原理q显微组织特征参数测量显微组织特征参数测
4、量 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术4.1.1 光学光学显微镜金相分析技术显微镜金相分析技术（1）显微镜成像原理）显微镜成像原理n显微镜种类显微镜种类 普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三大类。若普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和卧式三大类。若按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如偏光显微镜、相衬显微按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如偏光显微镜、相衬显微镜、干涉显微镜及高温、低温金相显微镜等。目前新型的金相显微镜镜、干涉显微镜及
5、高温、低温金相显微镜等。目前新型的金相显微镜已趋万能已趋万能(多种用途多种用途)。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 台式显微镜主要由一镜筒台式显微镜主要由一镜筒(包括上装目镜和下配物镜包括上装目镜和下配物镜)、镜体、镜体(包括座包括座架和调焦装置架和调焦装置)、光源系统、光源系统(包括光源、灯座及垂直照明器包括光源、灯座及垂直照明器)和样品台四部和样品台四部分组成。台式金相显微镜具有体积小、重量轻、携带方便等优点，其多分组成。台式金相显微镜具有体积小、重
6、量轻、携带方便等优点，其多用钨丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。用钨丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 立立式式金金相相显显微微镜镜是是按按倒倒立立式式光光程程设设计计的的，并并带带有有垂垂直直方方向向的的投投影影摄摄影影箱箱，与与台台式式显显微微镜镜相相比比，立立式式金金相相显显徽徽镜镜具具有有附附件件多多、使使用用性性能能广广泛泛可可做做明明视视场场、暗暗视视场场、偏偏光光观观察察与与摄摄影影等等。
7、某某些些显显微微镜镜有有多多种种光光源源，还还配配备备干干涉涉、相相衬衬装装置置及高温附件。及高温附件。 偏光显微镜59XANortheastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 大型卧式金相显微镜是按倒立式大型卧式金相显微镜是按倒立式光程设计的，并带有可伸缩水平投影光程设计的，并带有可伸缩水平投影暗箱。卧式金相显微镜由倒立式光程暗箱。卧式金相显微镜由倒立式光程镜体、照明系统和照相系统三部分组镜体、照明系统和照相系统三部分组成，并配有暗场、侗光、相衬、干涉成，并配有暗场、侗光、
8、相衬、干涉及显微硬度、低倍分析等附件，设计及显微硬度、低倍分析等附件，设计较为完善，具有优良的观察和摄影像较为完善，具有优良的观察和摄影像质。质。 NEOPHOT 32型大型卧式金相照相显微镜Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n金相显微镜成像原理金相显微镜成像原理 利用透镜可将物体的像放大，但单个透利用透镜可将物体的像放大，但单个透镜或一组透镜的放大倍数是有限的，为此镜或一组透镜的放大倍数是有限的，为此要考虑用另一透镜组将第一次放大的像再要考虑用另一透镜组将
9、第一次放大的像再进行放大，以得到更高放大倍数的像。显进行放大，以得到更高放大倍数的像。显微镜就是基于这一要求设计的。显微镜装微镜就是基于这一要求设计的。显微镜装有两组放大透镜，靠近物体的一组透镜称有两组放大透镜，靠近物体的一组透镜称为物镜，靠近观察的一组透镜称为目镜。为物镜，靠近观察的一组透镜称为目镜。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 物物体体AB置置于于物物镜镜的的一一倍倍焦焦距距(F1)之之外外但但小小于于两两倍倍焦焦距距之之内内。它它的的一一次次像
10、像在在物物镜镜的的另另一一侧侧两两倍倍焦焦距距之之外外，形形成成一一个个倒倒立立、放放大大的的实实像像A/B/ ；当当A/B/位位于于目目镜镜的的前前一一倍倍焦焦距距(F2)以以外外时时，目目镜镜又又使使映映像像A/B/放放大大，而而在在目目镜镜的的前前两两倍倍焦焦距距之之外外，得得到到的的正正立立虚虚像像A/ / B/ / 。因因此此，最最后后的的映映像像A/ / B/ /是是经经过过物物镜镜、目目镜镜两两次次放放大大后后得得到到的的。其其放放大大倍倍数数应应为为物物镜镜放大倍数与目镜放大倍数之积。放大倍数与目镜放大倍数之积。 Northeastern University材料概论：材料概论
11、： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n透镜像差及校正透镜像差及校正 透透镜镜在在成成像像过过程程中中，由由于于透透镜镜本本身身物物理理条条件件的的限限制制，使使像像变变形形和和像像模模糊不清。这种像的缺陷，称为光学系统的像差。糊不清。这种像的缺陷，称为光学系统的像差。 像像差差按按产产生生原原因因可可分分两两类类：一一类类是是单单色色光光成成像像时时的的像像差差，即即单单色色像像差差，如如球球差差、慧慧差差、像像散散、像像场场弯弯曲曲和和畸畸变变；另另一一类类是是多多色色光光成成像像时时，由由于于介介质质折折射射率率随随光
12、光的的波波长长不不同同而而引引起起的的像像差差即即色色差差。色色差差又又分分位位置置色色差差和和放放大大率率色色差差两两种种。各各种种像像差差的的存存在在从从不不同同方方而而影影响响显显微微镜镜的的成成像像质质量量，在在设设计中虽可尽量使之减小，但不可能完全消除。计中虽可尽量使之减小，但不可能完全消除。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（2）显微镜的使用）显微镜的使用 金相显微镜必须依靠附加光源进行工作。金相显微镜必须依靠附加光源进行工作。 照照明明系系统统
13、的的任任务务是是根根据据研研究究目目的的调调整整、改改变变采采光光方方法法并并完完成成光光线线行程的转换，其主要部件是光源与垂直照明器。行程的转换，其主要部件是光源与垂直照明器。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n光源的要求与种类光源的要求与种类 对对于于金金相相显显微微镜镜光光源源强强度度要要大大，并并可可在在一一定定范范围围内内任任意意调调整整(借借助助于于调调压压装装置置、滤滤光光片片或或光光阑阑)；光光源源的的强强度度要要均均匀匀(借借助助于于聚聚
14、光光镜镜、毛毛玻玻璃璃等等实实现现)；光光源源发发热热程程度度不不宜宜过过高高；光光的的位位置置(高高低低、前前后后、左左右右)可可以以调调整整。目目前前金金相相显显微微镜镜中中最最常常用用的的光光源源是是白白炽炽灯灯和和氙氙灯灯，此此外外还还有有碳碳弧弧灯灯、水水银银灯等。灯等。 一一般般中中、小小型型金金相相显显微微镜镜都都配配有有白白炽炽灯灯(即即钨钨丝丝灯灯)，其其工工作作电电压压6-12V，功功率率15-20W适适于于各各种种台台式式、立立式式显显微微镜镜观观察察及及短短投投射射距距离离的的金金相相摄摄影影，某某些些大大型型金金相相显显微微镜镜也也备备有有钨钨丝丝灯灯作作金金相相观观
15、察察之之用用。超超高高压压氙氙灯灯是是球球形形强强电电流流的的弧弧光光放放大大灯灯，具具有有亮亮度度大大、发发光光效效率率高高及及发发光光面面积积小小等等优优点点，近近年年来来被被广广泛泛采采用用，尤尤其其适适于于作作偏偏光光、暗暗场场、相相衬衬观观察察及及显显微微摄摄影影时时的的光光源，正常工作电压源，正常工作电压18V，额定电流额定电流8A。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n光源的使用方法光源的使用方法 光光源源由由于于集集光光透透镜镜位位置置不不同同
16、，使使光光程程中中集集光光情情况况不不同同，因因而而得得到到不不同同的的效效果果。金金相相显显微微镜镜中中光光源源常常用用的的使使用用方方法法为为临临界界照照明明、科科勒勒照照相、散光照明和平行光照明。相、散光照明和平行光照明。 (1) 临界照明临界照明 (2) 科勒科勒(Khler)照明照明 (3) 散光照明散光照明 (4) 平行光照明平行光照明临临界界照照明明又又称称奈奈尔尔雄雄(Nelson)照照明明，是是早早期期金金相相显显微微镜镜设设计计中中多多用用的的照照明明方方式式，因因其其灯灯源源成成像像在在试试样样表表面面而而对对显显微微照照相相会会产产生生很很不不均均匀匀的的照照明明，故故
17、目目前前很少使用。很少使用。 科科勒勒照照明明是是目目前前广广泛泛应应用用的的照照明明方方式式，其其特特点点是是：光光源源的的一一次次像像聚聚焦焦在在孔孔径径光光阑阑处处，孔孔径径光光阑阑同同光光源源的的一一次次像像一一起起聚聚焦焦在在接接近近物物镜镜的的后后焦焦平平面面上上。光光源源不不需需要要包包含含一一个个均均匀匀发发射射光光的的表表面面即即可可提提供供一一个个很很均匀的照明场，故对光源要求不甚严格。均匀的照明场，故对光源要求不甚严格。 如如用用绕绕丝丝灯灯作作为为临临界界照照明明的的光光源源，钨钨丝丝的的投投影影像像叠叠映映在在显显微微放放大大的的物物像像上上则则有有显显著著的的明明暗
18、暗差差别别。为为此此，在在第第二二透透镜镜组组前前面面放放置置一一块块毛毛玻玻璃璃使使毛毛玻玻璃璃中中央央得得到到较较大大面面积积的的均均匀匀照照明明，于于是是光光线线在在毛毛玻玻璃璃上上的的散散射射面面就就成成了了显显微微镜镜的的二二次次照照明明光光源源，使使之之最最终得到均匀照明的像域。终得到均匀照明的像域。 将将点点光光源源置置于于透透镜镜焦焦点点上上，经经透透镜镜后后将将得得到到平平行行的的光光束束。平平行行光光照照明明效效果果较较差差，主主要要用用于于暗暗视视场场照照明明。各类光源均可适用。各类光源均可适用。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4
19、 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n垂直照明器与光路行程垂直照明器与光路行程 金金相相显显微微镜镜的的光光源源一一般般位位于于镜镜休休的的侧侧面面，与与主主光光轴轴成成正正交交。故故需需一一个个“垂垂直直照照明明器器”起起光光路路垂垂直直换换向向作作用用。垂垂直直照照明明器器的的种种类类有有平平面面玻玻璃璃、全反射棱镜、暗场用环形反射镜等。全反射棱镜、暗场用环形反射镜等。 由由于于观观察察目目的的不不同同，金金相相显显微微镜镜对对试试样样的的采采光光方方式式要要求求也也不不相相同同，一一般般分分为为明明视视场场照照明明光光路路行行
20、程程和和暗暗现现场场照照明明光光路路行行程程。明明视视场场照照明明是是金金相相研研究究中中的的主主要要采采光光方方法法，暗暗视视场场则则适适于于观观察察平平面面视视野野上上细细小小的的浮浮雕雕微微粒，常用于鉴定非金属夹杂物。粒，常用于鉴定非金属夹杂物。 Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（3）金相试样的制备金相试样的制备 n金相试样的取样原则金相试样的取样原则 用用金金相相显显微微镜镜对对金金属属的的一一小小部部分分进进行行金金相相分分析析，其其成成功功与与
21、否否首首先先决决定定于于所所取取试试样样有有无无代代表表性性。在在一一般般情情况况下下，研研究究金金属属及及合合金金显显微微组组织织的的金金相相试试样样应应从从材材料料或或零零件件在在使使用用中中最最重重要要的的部部分分截截取取，或或在在偏偏析析夹夹杂杂等等缺缺陷陷最最严严重重的的部部位位截截取取。在在分分析析损损坏坏原原因因时时，则则应应在在损损坏坏的的地地方方与与完完整整的的部部位位分分别别截截取取试试样样，以以探探究究其其损损坏坏或或失失效效的的原原因因。对对于于有有些些产产生生长长裂裂纹纹的的部部件件，则则应应在在裂裂纹纹发发源源处处、扩扩展处和裂纹尾端分别取样，以分析裂纹产生的原因。
22、展处和裂纹尾端分别取样，以分析裂纹产生的原因。 对对于于大大型型的的金金相相分分析析项项目目或或较较重重要要的的金金相相检检验验项项目目，在在报报告告中中都都应应有有图图或或文字说明试样选取的部位及方向。文字说明试样选取的部位及方向。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 金金相相试试样样截截取取的的部部位位确确定定以以后后，需需进进一一步步明明确确选选取取哪哪个个方方向向、哪哪个个面面作作为为金金相相试试样样的的磨磨面面。按按照照在在金金属属或或钢钢材材上上所
23、所取取的的断断面面位位置置不不同同，可可分分为为横横向向试试样样(磨磨面面为为原原构构件件的横截面的横截面)和纵向试样和纵向试样(磨面为原构件的纵截面磨面为原构件的纵截面)。 横向试样常用于观察：横向试样常用于观察： (1)试样中心至边缘组织分布的渐变情况；试样中心至边缘组织分布的渐变情况； (2)表面渗层、硬化层、镀层等表面处理的深度及其组织；表面渗层、硬化层、镀层等表面处理的深度及其组织； (3)表面缺陷，如裂纹、脱碳、氧化、过烧等的深度；表面缺陷，如裂纹、脱碳、氧化、过烧等的深度； (4)非金属夹杂物在整个断面上的分布情况；非金属夹杂物在整个断面上的分布情况； (5)测定晶粒度等。测定晶
24、粒度等。 纵向试样常用于观察：纵向试样常用于观察： (1)非金属夹杂物大小、变形情况及其含量；非金属夹杂物大小、变形情况及其含量； (2)带状组织的存在或消除情况；带状组织的存在或消除情况； (3)塑性变形引起的晶粒或组织变形的情况。塑性变形引起的晶粒或组织变形的情况。 对于一些常规检验的取样部位、相关的技术标准中有明确规定，必须严格执行。对于一些常规检验的取样部位、相关的技术标准中有明确规定，必须严格执行。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n金相试样的截取
25、金相试样的截取 金金相相试试样样较较理理想想的的形形状状是是圆圆柱柱状状或或正正方方柱柱体体，共共直直径径或或边边长长约约1020mm，高高约约10mm。一一般般由由实实际际情情况况决决定定，形形状状与与大大小小以以便便于于握握在在手手中中磨磨制制为为原原则则。对对于于要要进进行行镶镶嵌嵌的的试试样样，可可根据要求检测及镶嵌模子的尺寸选择适当大小根据要求检测及镶嵌模子的尺寸选择适当大小。 试试样样的的切切割割应应依依具具体体材材料料选选样样适适当当方方法法。无无论论用用何何种种方方法法切切割割试试样样，应应尽尽量量减减小小变变形形和和发发热热，以以保保证证所所取取试试样样组组织织与与原原金金相
26、相组组织织一一致致；软软钢钢、普普通通铸铸铁铁及及有有色色金金属属可可用用般般的的车车、铣铣、刨刨等等加加工工力力法法，也也可可用用手手锯锯或或锯锯床床切切取取；有有一一定定硬硬度度的的材材料料，如如淬淬火火处处理理后后的的钢钢铁铁材材料料，常常用用砂砂轮轮切切割割机机切切取取，某某些些试试样样也也可可用用电电火火花花切切割割；对对于于硬硬而而脆脆材材料料，如如白白口口铁铁可可先先将将其其击击碎，然后拣出合适形状和尺寸试样，或镶嵌成符合要求的金相试样。碎，然后拣出合适形状和尺寸试样，或镶嵌成符合要求的金相试样。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲
27、材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n金相试样的镶嵌金相试样的镶嵌 当当试试样样尺尺寸寸过过于于细细薄薄(如如钢钢板板、细细线线材材、细细管管材材等等)，磨磨光光抛抛光光不不易易持持拿拿，或或者者当当试试样样较较软软、易易碎碎又又需需要要检检验验边边缘缘组组织织以以及及为为了了便便于于在在自自动动磨磨光光和和抛抛光光机机上上研研磨磨的的试试样样，都都需需要要镶嵌或夹持。镶嵌是把试样镶入镶嵌料中，夹持是把试样夹入预先制备好的夹具内镶嵌或夹持。镶嵌是把试样镶入镶嵌料中，夹持是把试样夹入预先制备好的夹具内。 为为达达到到保保护护试试样样边边缘缘和和
28、便便于于手手持持操操作作的的目目的的，要要求求夹夹具具或或镶镶嵌嵌料料紧紧贴贴试试样样，没没有有空空隙隙；夹夹具具和和镶镶嵌嵌料料的的硬硬度度要要稍稍低低于于或或等等于于试试样样的的硬硬度度；夹夹具具和和镶镶嵌嵌料料在在浸浸蚀蚀时时应应不不影影响响试试样样的的化学浸蚀过程化学浸蚀过程。 镶镶嵌嵌分分为为冷冷镶镶嵌嵌和和热热镶镶嵌嵌。冷冷镕镕肤肤指指在在室室温温下下使使镶镶嵌嵌料料固固化化，反反内内式式为为：环环氧氧树树脂脂+固固化化剂剂聚聚合合物物+热热，船船适适于于不不宜宜受受压压的的软软材材料料及及组组织织结结构构对对温温度度变变化化敏敏感感或或熔熔点点较较低低的的材材料料。热热镶镶法法是
29、是把把试试样样和和镶镶嵌嵌料料一一起起放放入入钢钢模模内内加加热热压压，冷冷却却后后脱脱模模，反反应应式式为为：树树脂脂+压力压力+热热=聚合物。聚合物。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 进进行行冷冷镶镶嵌嵌时时，将将金金相相试试样样置置于于模模子子中中，注注入入冷冷镶镶剂剂，冷冷凝凝后后脱脱模模(也也有有部部分分不不脱脱模模的的)，编编号号后后即即可可进进行行下下道道工工序序操操作作；冷冷镶镶嵌嵌有有多多种种，有有“自自凝凝牙牙托托水水”和和“牙牙托托粉
30、粉”，调调成成糊糊状状即即可可使使用用。环环氧氧树树脂脂也也是是常常用用的的冷冷镶镶料料，加加人人适适当当的的固固化化剂剂后后，就就可可在在室室温温进进行行镶镶嵌嵌，并在室温固化。并在室温固化。 热热镶镶嵌嵌料料常常用用的的有有酚酚-甲甲醛醛树树脂脂，酚酚-糠糠醛醛树树脂脂，聚聚氯氯乙乙烯烯、聚聚苯苯乙乙烯烯，前前两两种种主主要要为为热热凝凝性性材材料料，后后两两种种为为热热塑塑性性材材料料。并并呈呈透透明明或或半半透透明明性性；在在酚酚-甲甲醛醛树树脂脂内内加加人人电电木木粉粉，可可以以染染以以不不同同颜颜色色。热热镶镶嵌嵌是是在在镶镶嵌嵌样样机机上上进进行行。它它主主要要包包括括加加压压设
31、设备备、加加热热设设备备和和压压模模三三部部分分。镶镶样样时时将将要要检检验验的的试试样样磨磨面面除除去去油油渍渍等等，向向下下放放在在下下模模上上，在在套套筒筒空空隙隙间间填填入入塑塑料料，放放入入上上摸摸，加加压压加加热热，待待温温度度和和压压力力分分别别达达到到规规定定要要求求时时停停止止加加热热，此此时时镶镶嵌嵌已已成成型型，稍待几分钟，即可取出镶嵌试样。稍待几分钟，即可取出镶嵌试样。 对对于于需需要要研研究究表表面面组组织织的的试试样样，为为防防止止倒倒棱棱，还还可可用用机机械械夹夹具具夹夹持持试试样样，夹夹具具应应选选择择与与试试样样硬硬度度、化化学学性性能能近近似似的的材材料料，
32、确确保保磨磨光光和和抛抛光光时时不不出出现现磨磨损损不不一一，以以及及浸浸蚀蚀时时不不出出现伪组织现伪组织。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n金相试样的磨制金相试样的磨制 磨磨光光是是为为了了消消除除取取样样时时产产生生的的变变形形层层。为为消消除除变变形形层层，一一般般先先用用砂砂轮轮磨磨平平，再再用用砂砂纸纸磨光。对于用砂轮锯或钼丝切割机截取的试样，表面平整光滑，可直接用砂纸磨光。磨光。对于用砂轮锯或钼丝切割机截取的试样，表面平整光滑，可直接用砂纸磨光
33、。（a）金相试样的磨光金相试样的磨光 机械磨光机械磨光 金金相相检检验验是是金金属属材材料料生生产产中中控控制制质质量量的的重重要要手手段段，大大量量金金相相试试样样的的磨磨光光，更更需需要要便便捷捷的的机机械械磨磨光光来来代代替替手手工工操操作作。机机械械磨磨光光前前一一般般将将各各种种粒粒度度的的砂砂纸纸粘粘附附在在电电动动机机带带动动的的圆圆盘盘或或蜡蜡盘盘上上，用用干干砂砂纸纸磨磨光光时时转转速速应应低低，用用水水砂砂纸纸磨磨光光时时转转速速可可以以高高些些。磨磨光光时时用用力力要均匀，注意试样不要发热要均匀，注意试样不要发热。蜡盘磨光速度快且效果好，故广泛用于大批量检验磨光。蜡盘磨光
34、速度快且效果好，故广泛用于大批量检验磨光。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 手动磨光手动磨光 将将砂砂纸纸平平铺铺在在玻玻璃璃板板上上，一一手手按按住住砂砂纸纸，手手将将试试样样磨磨面面轻轻压压在在砂砂纸纸上上并并向向前前推推磨磨，直直到到试试样样磨磨面面上上仅仅留留一一个个方方向向的的均均匀匀磨磨痕痕为为止止。密密光光过过程程中中应应均均衡衡加加力力，磨磨面面与与砂砂纸纸必必须须完完全全接触。在磨光回程中最好将试样提起拉回接触。在磨光回程中最好将试样提起
35、拉回，不与砂纸接触不与砂纸接触。 磨磨光光开开始始选选用用何何种种粒粒度度的的砂砂纸纸，这这主主要要与与磨磨平平或或截截取取试试样样表表面面的的粗粗糙糙程程度度有有关关。用用干干砂砂纸纸一一般般从从280号号开开始始，磨磨好好后后将将磨磨面面及及双双手手冲冲洗洗干干净净，换换上上较较细细一一号号40号号砂砂纸纸再再磨磨，第第三三次次换换用用28号号。般般磨磨到到20号号砂砂纸纸为为止止，此此时时砂砂纸纸留留下下的的磨磨痕痕很很容容易易在在抛抛光光时时消消除除：磨磨光光操操作作中中每每更更换换一一号号砂砂纸纸，磨磨面面磨磨削削方方向向应应与与前前次次磨磨痕痕方方向向成成90或或45 ，以以便便观
36、观察察前前道道较较粗粗磨磨痕痕的的消消除除情况。情况。 目目前前广广泛泛使使用用SiC水水砂砂纸纸磨磨金金相相试试样样效效果果很很好好，一一般般选选用用240，320，400和和600四四个个号号，磨磨光光操操作作与与使使用用干干砂砂纸纸基基本本相相同同。对对于于较较软软的的有有色色金金属属材材料料，可可磨磨到到粒粒度度800号号或或更更细细的的水水砂砂纸纸。由由于于流流水水冲冲刷刷砂砂纸纸上上脱脱落落的的磨磨粒粒，从从而而减减少少磨磨光光过过程程的的嵌嵌人人和和滚滚压压，故故用用水水砂砂纸纸磨磨较较软软的的有有色金属材料或色金属材料或18-8不锈钢等更有优点。不锈钢等更有优点。Northea
37、stern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（b）金相试样的抛光金相试样的抛光 金金相相试试样样经经磨磨光光后后，仍仍有有细细微微磨磨痕痕及及表表面面金金属属形形变变扰扰动动层层，这这将将影影响响正正确确的的显显示示组组织织，因因而而必必须须通通过过抛抛光光加加以以消消除除。抛抛光光的的基基本本方方法法有有机机械械抛抛光光、化化学学抛抛光光和和电电解解抛抛光光，或或者者它它们间的组合，其中机械抛光最为普遍。们间的组合，其中机械抛光最为普遍。机械抛光机械抛光电解抛光电解抛光化学抛光化
38、学抛光机机械械抛抛光光一一般般分分两两步步，即即试试样样磨磨光光后后先先粗粗抛抛，最最后后细细抛抛。抛抛光光时时先先拿拿牢牢执执平平试试样样并并与与抛抛织织物物接接触触，压压力力要要适适当当。若若用用力力过过大大，表表面面易易发发热热变变暗暗，使使形形变变扰扰动动层层加加厚厚，不不利利于于抛抛好好试试样样。共共次次，抛抛光光时时试试样样应应逆逆着着抛抛光光盘盘转转动动，同同时时也也要要出出从从抛抛光光盘盘边边到到中中心心住住复复移移动动。第第三三，抛抛光光时时要要不不断断添添洒洒磨磨料料和和润润滑滑液液并并保保持持造造当当抛抛光光织织物物上上的的湿湿润润度度，一一般般以以试试样样上上的的湿湿润
39、润膜膜从从抛抛光光盘盘上上拿拿起起来来25秒钟后能干燥为宜。当磨光和抛光正常操作时试样抛光秒钟后能干燥为宜。当磨光和抛光正常操作时试样抛光25分钟即能完成。分钟即能完成。电电解解抛抛光光是是把把待待抛抛光光的的金金相相试试样样放放入入电电解解液液中中，接接通通试试样样(阳阳极极)与与阴阴极极间间的的电电源源，在在一一定定条条件件下下可可使使试试样样磨磨面面产产生生选选择择性性的的溶溶解解(表表面面微微凸凸出出部部分分比比凹凹陷陷处处溶溶解解来来得得快快)，使使磨磨面面变变得得光光滑滑平平整整。电电解解抛抛光光对对机机械械抛抛光光有有困困难难的的硬硬度度低低且且易易加加工工硬硬化化的的金金属属材
40、材料料，如如高高锰锰钢钢、不不锈锈钢钢及及有有色色金金属属等等有有良良好好的的效效果果。不不过过，电电解解抛抛光光仍仍不不能能完完全全代代替替机机械械抛抛光光，因因为为它它对对金金属属材材料料化化学学成成分分的的不不均匀性及显微偏析特别敏感。均匀性及显微偏析特别敏感。化化学学抛抛光光是是将将试试样样浸浸入入适适当当的的抛抛光光液液中中，无无需需外外加加电电流流即即可可进进行行抛抛光光的的力力法法。试试样样经经砂砂纸纸磨磨光光到到粒粒度度号号320，清清洗洗干干净净后后放放在在抛抛光光液液中中，摆摆动动试试样样几几秒秒至至几几分分钟钟，表表面面的的粗粗糙糙痕痕迹迹去去掉掉，得得到到无无变变形形的
41、的抛抛光光面面、再再洗洗净净后后即即可可在在显显微微镜镜下检验。化学抛光过程兼有化学腐蚀。下检验。化学抛光过程兼有化学腐蚀。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（4）金属显微组织的显示金属显微组织的显示 抛抛光光好好的的金金相相试试样样要要得得到到有有关关的的显显微微组组织织信信息息、必必须须经经过过组组织织的的显显现现，即即浸浸蚀蚀或或腐腐蚀蚀。未未经经浸浸蚀蚀的的金金相相试试样样，只只有有组组织织组组成成的的反反光光能能力力差差别别大大于于10%者者才才能
42、能明明显显区区分分开开来来。多多数数情情况况下下，抛抛光光的的金金相相试试样样不不经经浸浸蚀蚀，不不能能显显示示其其显显微微组组织织。根根据据对对抛抛光光表表面面改改变变的的情情况况，组组织织显示方法分为光学法、化学显示方法分为光学法、化学(或电化学或电化学)法和物理法。法和物理法。 光光学学法法基基于于科科勒勒照照明明的的原原理理，借借助助于于显显微微镜镜上上某某些些特特殊殊装装置置，应应用用一一定定的的照照明明方方式式显显示示组组织织，包包括括暗暗场场、偏偏光光、干干涉涉和和相相衬衬(参参阅阅本本书下节书下节)。 化学法包括化学或电化学腐蚀，电解浸蚀和恒电位浸蚀等。化学法包括化学或电化学腐
43、蚀，电解浸蚀和恒电位浸蚀等。 物理法显示组织包括阴极浸蚀、真空沉积镀膜等。物理法显示组织包括阴极浸蚀、真空沉积镀膜等。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n化学显示化学显示纯纯金金属属与与单单相相合合金金的的显显微微组组织织由由许许多多金金属属晶晶粒粒组组成成。浸浸蚀蚀剂剂首首先先把把磨磨面面表表层层很很薄薄的的变变形形层层溶溶解解掉掉，接接着着就就对对晶晶界界起起化化学学溶溶解解作作用用。由由于于晶晶界界原原子子排排列列特特别别紊紊乱乱，其其自自由由能能较较
44、高高，故故晶晶界界处处较较易易受受浸浸蚀蚀而而呈呈沟沟凹凹，在在显显微微镜镜下下就就可可看看到到单单相相合金或纯金属的多面体颗粒。合金或纯金属的多面体颗粒。继继续续浸浸蚀蚀，则则会会对对晶晶粒粒产产生生溶溶解解作作用用。各各晶晶粒粒中中金金属属原原子子的的溶溶解解多多是是沿沿原原于于排排列列最最密密的的晶晶面面进进行行，由由于于金金相相试试样样一一般般都都是是多多晶晶体体，磨磨面面上上备备品品粒粒的的取取向向不不会会一一致致，所所以以每每个个晶晶粒粒溶溶解解的的速速度度并并不不一一样样。它它们们都都把把浸浸蚀蚀后后的的原原子子密密排排面面露露在在表表面面，即即浸浸蚀蚀后后显显露露出出来来的的晶
45、晶面面相相对对于于原原来来的的抛抛光光而而倾倾斜斜了了一一定定角角度度，这这就就是是垂垂直直照照明明下下晶晶粒粒显显示明暗程度不同的原因。示明暗程度不同的原因。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术两两相相合合金金的的浸浸蚀蚀过过程程主主要要是是电电化化学学浸浸蚀蚀过过程程。不不同同相相出出于于成成分分结结构构不不同同而而具具有有不不同同的的电电极极电电位位，在在浸浸蚀蚀液液中中形形成成了了许许多多微微电电池池，具具有有较较高高负负电电位位的的相相为为阳阳极极，
46、浸浸蚀蚀时时发发生生溶溶解解，抛抛光光面面上上该该微微区区逐逐渐渐凹凹洼洼；具具有有正正电电位位的的相相为为阴阴极极，基本不受浸蚀，保持原有光滑状态。基本不受浸蚀，保持原有光滑状态。前前者者在在光光学学显显微微镜镜下下显显示示暗暗黑黑色色，后后者者则则显显示示亮白色，于是可把两相组织区分开来。亮白色，于是可把两相组织区分开来。多多相相合合金金的的侵侵蚀蚀同同样样也也是是电电化化学学溶溶解解的的过过程程，但但多多相相合合金金电电化化学学溶溶解解过过程程远远比比两两相相合合金金的的电电化化学学溶溶解解过过程程复复杂杂得得多多，因因而而很很难难用用一一种种试试剂剂清清晰晰地地显显示示出出各各种种相相
47、。与与两两相相合合含含相相似似，浸浸蚀蚀后后在在显显微微镜镜下下通通常常只只显显示示黑黑白白两两种种颜颜色色，这这是是由由于于多多相相合合金金浸浸蚀蚀时时，负负电电位位的的各各相相都都发发生生溶解，而只有正电位最高的一相未被浸蚀的结果。溶解，而只有正电位最高的一相未被浸蚀的结果。在这种情况下，鉴别各相只能根据有关的金相知识和实践经验，从形状特征上区分。在这种情况下，鉴别各相只能根据有关的金相知识和实践经验，从形状特征上区分。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术
48、n电解显示电解显示 电电解解浸浸蚀蚀是是将将抛抛光光试试样样浸浸入入合合适适的的化化学学试试剂剂溶溶液液(电电解解浸浸蚀蚀剂剂)中中、通通以以较较小小的的直直流流电电进进行行浸浸蚀蚀。电电解解浸浸蚀蚀原原理理和和电电解解抛抛光光一一样样，只只是是电电解解浸浸蚀蚀操操作作规规范范选选择择在在电电解解抛抛光光特特性性曲曲线的浸蚀线的浸蚀(抛光前抛光前)一段，工作电压为一段，工作电压为26V之间，工作电流密度约为之间，工作电流密度约为0.050.3A/cm2。 电电解解浸浸蚀蚀主主要要用用于于化化学学稳稳定定性性较较高高的的合合金金，如如不不锈锈钢钢、耐耐热热钢钢和和镍镍基基合合金金等等。这这些些合
49、合金金用用化化学学浸浸蚀蚀很很难难得得到到清清晰晰的的组组织织，而而用用电电解解浸浸蚀蚀效效果果好好，设设备备也也不不复复杂杂，按按有有关关于于册册所所给试剂和操作规范进行即可。给试剂和操作规范进行即可。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n其它显示其它显示阴极真空真空浸蚀阴极真空真空浸蚀 阴阴极极真真空空浸浸蚀蚀方方法法始始于于30年年代代，在在一一般般方方法法难难以以显显示示组组织织的的情情况况下下，用用此此法法往往往往得得到到较较好好的的结结果果，目目前
50、前广广泛泛用用来来显显示示各各种种材材料料的的显显微微组组织织，如如金金属属、金金属属陶陶瓷瓷、陶陶瓷瓷和和半半导导体体等等。其其原原理理是是在在辉辉光光放放电电的的环环境境中中，用用正正离离子子轰轰出出抛抛光光好好的的试试样样表表面面。使使试试样样表表面面上上的的原原子子有有选选择地去掉，从而显露了组织。择地去掉，从而显露了组织。 影响阴极真空浸蚀效果的主要因素是气压、电压、时间及保持阴极试样有低的温度。影响阴极真空浸蚀效果的主要因素是气压、电压、时间及保持阴极试样有低的温度。恒电位浸蚀恒电位浸蚀 恒恒电电位位侵侵蚀蚀是是电电解解浸浸蚀蚀的的进进一一步步发发展展。一一般般电电解解浸浸蚀蚀时时
51、，试试样样的的阳阳极极电电位位是是发发生生变变化化的的，难难以以掌掌温温显显露露组组织织的的过过程程。恒恒电电位位显显示示组组织织，采采用用恒恒电电位位仪仪保保证证浸浸蚀蚀过过程程阳阳极极电电位位恒恒定定，这这样就可对组织中特定的相、根据其极化条件进行选样浸蚀或着色处理。样就可对组织中特定的相、根据其极化条件进行选样浸蚀或着色处理。 恒恒电电位位显显示示组组织织的的原原理理是是以以合合金金中中各各相相的的极极化化曲曲线线为为依依据据。极极化化曲曲线线是是以以铂铂为为阴阴极极，试试样为阳极借助外电源使电极极化，得到阳极电位的电流密度的曲线，即极化曲线。样为阳极借助外电源使电极极化，得到阳极电位的
52、电流密度的曲线，即极化曲线。 恒恒电电位位显显示示织织织织法法多多用用于于多多相相合合金金的的相相鉴鉴定定。多多相相合合金金中中的的每每个个相相，在在一一定定的的电电解解液液中中，都有它自己的电位都有它自己的电位-电流密度关系曲线，比较各相的极化曲线，就能选出合适的浸蚀电位。电流密度关系曲线，比较各相的极化曲线，就能选出合适的浸蚀电位。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术4.1.2 特殊光学金相技术与显微硬度的测定特殊光学金相技术与显微硬度的测定 （1）偏振光
53、显微镜的原理、结构及应用）偏振光显微镜的原理、结构及应用 物物质质发发出出的的光光波波具具有有一一切切可可能能的的振振动动方方向向，且且各各方方问问振振动动矢矢量量的的大大小小相相等等，称称为为自自然然光光。与与自自然然光光不不同同，当当光光矢矢量量在在一一个个固固定定的的平平面面内内只只沿沿一一个个固固定定方方向向作作振振动动，这这种种光光称称为为偏偏振振光光。偏偏振振光光的的光光矢矢量量振振动方向和传播方向所构成的面称为振动面。动方向和传播方向所构成的面称为振动面。 自自然然光光通通过过偏偏振振棱棱镜镜(常常用用尼尼科科尔尔棱棱镜镜)或或人人造造偏偏振振片片可可获获得得偏偏振振光光。利利用
54、用偏偏光光原原理理，可可对对某某些些物物质质具具有有的的偏偏光光性性进进行行观观察察的的显显微微镜镜，就称为偏振光显微镜。就称为偏振光显微镜。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 一一般般大大型型光光学学金金相相显显微微镜镜和和部部分分台台式式金金相相显显微微镜镜均均带带有有偏偏光光装装置置附附件件，可可同同时时进进行行明明现现场场、暗暗视视场场、偏偏光光等观察。等观察。 显显微微镜镜的的偏偏光光装装置置就就是是在在入入射射光光路路和和观观察察镜镜筒筒内内各各
55、加加入入一一个个偏偏光光镜镜而而构构成成，前前一一个个偏偏光光镜镜称称“起起偏偏镜镜”，作作用用是是把把来来自自光光源源的的自自然然光光变变成成偏偏振振光光。后后一一个个偏偏光光镜镜为为“检检偏偏镜镜”，其其作作用用是是分分辨辨被被偏偏振振光光照照射射于于金金属属磨磨面面后出射光的偏振状态。后出射光的偏振状态。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n应用应用（a）组织与晶粒的显示组织与晶粒的显示 各各向向异异性性金金属属的的多多晶晶体体，共共晶晶粒粒在在正正交交
56、偏偏振振光光下下可可看看到到不不同同亮亮度度。亮亮度度不不同同，表表明晶粒位向不同，而具有相同亮度的两个晶粒，有相同的位向。明晶粒位向不同，而具有相同亮度的两个晶粒，有相同的位向。（b）多相合金的相分析多相合金的相分析 两相合金中一相为各向同性，另一相为各向异性，极易由偏振光鉴别。两相合金中一相为各向同性，另一相为各向异性，极易由偏振光鉴别。 两两相相都都属属各各向向同同性性。经经适适当当的的化化学学侵侵蚀蚀后后，使使一一相相被被浸浸蚀蚀后后具具有有光光学学各各向向异异性性，而而对对另另一一相相并并不不发发生生浸浸蚀蚀作作用用。例例如如55SiMnMo钢钢正正火火后后的的组组织织为为马马氏氏体
57、体加加贝贝氏氏体体，因因马马氏氏体体较较贝贝氏氏体体难难于于被被浸浸蚀蚀，所所以以经经4%的的硝硝酸酸酒酒精精适适度度浸浸蚀蚀后后，贝贝氏氏体体形形成成倾倾斜斜的的晶晶面面，在在正正交交偏偏振振光光下下倾倾斜斜的的晶晶面面将将引引起起椭椭圆圆偏偏振振，故故可可观观察察到到明明暗暗不不同同的的贝贝氏氏体体；因马氏体未被侵蚀，不能引起椭圆偏振，呈一片黑暗。因马氏体未被侵蚀，不能引起椭圆偏振，呈一片黑暗。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（c）非金属夹杂物的鉴别非
58、金属夹杂物的鉴别 金金属属中中常常存存在在各各种种类类型型的的非非金金属属夹夹杂杂物物，它它们们具具有有各各种种光光学学持持性性，如如反反射射能能力力、透透明明度度、固固有有色色彩彩、均均质质及及非非均均质质性性等等。利利用用偏偏振振光光可可观观察察到到这这些些夹夹杂杂物物的的特特性性。如如鉴鉴别别钢钢中中非非金金属属夹杂物。夹杂物。（d）塑性变形、择优取向及晶粒位向的测定塑性变形、择优取向及晶粒位向的测定 如如果果多多晶晶体体金金属属受受外外界界条条件件的的影影响响，晶晶粒粒以以一一位位向向排排列列起起来来例例如如塑塑性性变变形形后后，或或塑塑性性变变形形再再结结晶晶后后晶晶粒粒的的择择优优
59、取取向向即即形形变变织织构构成成再再结结晶晶织织构构)，由由于于多多晶晶体体位位向向的的一一致致排排列列，在在同同金金属属磨磨面面上上将将有有一一致致的的光光轴轴方方向向，故故在在正正交交偏偏振振光光下下整整个个视视野野内内明明暗暗程程度度应应趋趋于于一一致致近于单晶体的偏振效果，或整个视野明亮，或整个视野黑暗。近于单晶体的偏振效果，或整个视野明亮，或整个视野黑暗。 可可以以利利用用光光度度计计测测量量整整个个视视野野反反射射光光的的总总强强度度，记记录录它它随随载载物物台台转转动动时时的的变变化化。无无择择优优取取向向的的多多晶晶体体反反射射光光的的总总强强度度不不随随载载物物台台转转动动而
60、而变变化化，有有择择优优取取向向的的多多晶晶体体反反射射光光强强度度将将随随载载物物台台在在转转动动周周中中交交替替产产生生四四次次明明亮亮四四次次黑黑暗暗的的变变化化。明明暗暗差差别别越越显显著著，表表明明择择优优取取向向程程度越高。度越高。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（2）相衬显微分析的基本原理和相衬显微镜的光学结构相衬显微分析的基本原理和相衬显微镜的光学结构 相相衬衬显显微微镜镜是是利利用用装装在在物物镜镜内内的的相相位位板板，使使不不向向位位相
61、相的的反反射射光光和和绕绕射射光光发发生生干干涉涉或或叠叠加加，把把相相位位差差转转换换成成振振幅幅差差，以以鉴鉴别别金金相相组组织织。故故又又常称为常称为“相差显微镜相差显微镜”。 试试样样表表面面具具有有微微小小高高度度差差，其其反反射射能能力力相相似似，在在一一般般明明场场下下不不能能分分辨辨(因因衬衬度度太太低低)，而而通通过过相相衬衬观观察察可可以以进进行行辨辨别别。一一般般认认为为高高度度差差在在10150nm范范围围内内用用相相衬衬显显微微镜镜辨辨别别较较适适宜宜，若若采采用用特特殊殊相相位位板板可可分分辨辨到到5nm左左右右。近近20年年来来国国外外生生产产的的大大型型金金相相
62、显显微微镜镜大大都都备备有有相相衬衬装装置置，以鉴别某些组织时使用。以鉴别某些组织时使用。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 相相衬衬显显微微镜镜的的特特点点是是在在一一般般金金相相显显微微镜镜中中加加两个特殊的光学部件。两个特殊的光学部件。 在在光光源源系系统统光光阑阑的的位位置置上上更更换换一一块块单单环环或或同同心心双双环环遮遮板板、在在物物镜镜后后焦焦面面上上放放置置一一块块“相相板板”，它它是是一一块块透透明明的的玻玻璃璃片片，在在对对应应于于圆圆
63、环环遮遮板板透透光光的的狭狭缝缝处处，真真空空喷喷镀镀两两层层不不同同物物质质的的镀镀膜膜，称称为为“相环相环”，它起着移相利降低振幅的作用。，它起着移相利降低振幅的作用。 当当光光线线经经遮遮板板狭狭缝缝后后呈呈环环形形光光束束射射入入显显微微镜镜，借借助助透透镜镜调调遮遮板板使使圆圆环环狭狭缝缝A恰恰好好聚聚焦焦在在相相板板B上上，即即使使射射入入的的环环形形光光束束与与板板上上的的环环状状涂涂层层完完全全吻吻合合。为为了了凋凋方方便便，实实际际相相板板上上的的环环状状涂涂层层略略大大于于狭狭缝缝的投影。的投影。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4
64、讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 环环形形光光束束通通过过相相环环后后经经物物镜镜投投射射在在试试样样表表面面上上，若若试试样样为为一一个个平平整整光光滑滑的的磨磨面面，则则反反射射光光进进入入物物镜镜光光线线(直直射射光光)必必然然仍仍旧旧与与相相环环吻吻合合；若若磨磨面面有有凸凸凹凹差差别别，则则不不同同部部位位的的反反射射结结果果不不同同，凸凸出出部部分分的的反反射射光光是是直直射射光光，经经物物镜镜后后又又投投在在相相环环上上，透透过过相相环环进进入入目目镜镜，而而凹凹陷陷部部分分的的反反射射光光包包括括直直射射光光、衍衍射
65、射光光两两部部分分，其其中中直直射射光光透透过过相相环环而而衍衍射射光光则则由由各各个个方方向向进进入入物物镜镜，投射在相板的整个平面上。投射在相板的整个平面上。 可可见见，借借助助遮遮板板与与相相板板的的配配合合使使反反射射光光中中的的直直射射光光与与衍衍射射光光在在相相板板上上通通过过不不同同区区域域，叫叫直直射射光光通通过过相相板板上上相相环环部部分分而而衍衍射射光光则则通通过过相相板板整整个个平平面面(衍衍射射光光通通过过相相环环面面积积比比起起整整个个而而积积小小得得多多，故故可可忽忽略略)，通通过过相相环环部部分分的的直直射射光光可可借借相相环环移移相相和和降降低低振振幅幅，达达到
66、提高衬度的效果。到提高衬度的效果。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（3）高温金相显微镜的结构和应用高温金相显微镜的结构和应用 金金相相分分析析一一般般是是在在室室温温下下进进行行，但但大大多多数数金金属属及及其其合合金金都都随随温温度度的的变变化化而而发发生生组组织织转转变变，如如再再结结晶晶、晶晶粒粒长长大大、第第二二相相析析出出以以及及相相变变等等。如如果果要要研研究究这这些些组组织织的的变变化化规规律律，观观察察转转变变过过程程，就就需需要要一一种种
67、能能在在一一定定温温度度范范围围内内进进行行加加热热或或冷冷却却，可可连连续续观观察察组组织织的的专专用用设设备备。要要在在高高温温下下观观察察金金属属组组织织，除除备备有有加加热热装装置置外外，还还应应将将试试样样置置于于真真空空的的环环境境中中。因因为只有在真空中加热，试样表面才不致被氧化，才能直接观察磨面的组织变化。为只有在真空中加热，试样表面才不致被氧化，才能直接观察磨面的组织变化。 金金属属和和合合金金磨磨面面在在高高温温、高高真真空空条条件件下下，试试样样表表面面的的原原子子易易产产生生选选择择性性蒸蒸发发，即即因因晶晶界界上上点点阵阵畸畸变变，原原于于处处于于高高能能状状态态，同
68、同时时晶晶界界富富集集杂杂质质，所所以以磨磨面面上上晶晶界界处处原原子子的的蒸蒸发发要要比比晶晶体体表表面面强强烈烈，在在晶晶界界处处形形成成凹凹沟沟而而显显示示出出晶晶界界。金金属属和和合合金金在在加加热热或或冷冷却却时时发发生生相相变变，因因母母相相和和新新相相比比容容差差异异或或膨膨胀胀系系数数不不同同，在在试试样样磨磨面面上上形形成成浮浮凸凸，所所以以利利用用高高温温显显微微装装置置能能观观察察到到金金属属的的再再结结晶晶过过程程、晶晶粒粒长长大大和和钢钢的的奥奥氏氏体体化化过过程程等等。这这种种在在高高温温中中研研究究金金属属组组织的方法就称高温技术。织的方法就称高温技术。 研研究究
69、金金属属和和合合金金在在真真空空中中加加热热(或或冷冷却却)时时的的显显微微组组织织，有有两两种种基基本本方方法法：一一种种是是在在真真空空中中将将试试样样加加热热并并保保温温，使使试试样样表表面面形形成成能能表表征征高高温温组组织织的的浮浮凸凸，当当试试样样冷冷至至室室温温后后，从从真真空空室室取取出出再再在在显显微微镜镜下下观观察察，这这是是一一种种间间接接的的研研究究方方法法，又又叫叫热热蚀蚀法法。另另一一种种方方法法是是应用高温金相显微镜，直接在加热的试样表面上连续观察和拍摄组织的变化。应用高温金相显微镜，直接在加热的试样表面上连续观察和拍摄组织的变化。Northeastern Uni
70、versity材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n结构结构（a）真空高温台真空高温台 真真空空高高温温台台是是安安放放试试样样和和进进行行加加热热、冷冷却却的的装装置置。根根据据金金相相显显微微镜类型不同，真空高温台有两类：镜类型不同，真空高温台有两类：装装置置在在台台式式显显微微镜镜上上使使用用的的观观察察窗窗口朝上；口朝上；装装置置在在立立式式或或卧卧式式显显微微镜镜上上使使用用的的观察窗口向下观察窗口向下。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结
71、构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（b）真空系统真空系统 真真空空系系统统包包括括机机械械真真空空泵泵和和油油扩扩散散泵泵两两级级抽抽真真空空装装置置，加加热热室室的的真真空空度度应应保保处处在在10-410-5 mmHg范围之内。范围之内。（c）物镜物镜 一一般般金金相相显显微微镜镜使使用用的的是是透透射射式式物物镜镜，其其焦焦距距越越短短，放放大大倍倍数数越越大大，物物镜镜至至试试样样的的工工作作距距离离也也越越短短。而而高高温温金金相相显显微微镜镜的的物物镜镜与与被被研研究究试试样样之之间间隔隔有有石石英英平平板板，就就不不能能使使用用一一般
72、般的的物物镜镜，而而必必须须使使用用特特殊殊设设计计的的长长焦焦距距、长长工工作作距距离离的的物物镜镜。目目前前高高温温显显微微镜镜上上采采用用的的物物镜镜主主要要有有如下两大类：长焦距透射式物镜和反射式物镜。如下两大类：长焦距透射式物镜和反射式物镜。（d）供电系统供电系统 供供电电系系统统包包括括真真空空高高温温台台用用的的低低压压供供电电装装置置、其其中中泵泵及及仪仪表表用用的的电电源源及及显显微微镜镜光光源源使使用用的的电源等。电源等。 此外，还附有摄影部件或电影摄影机，后者往往需要在订货时选购此附件。此外，还附有摄影部件或电影摄影机，后者往往需要在订货时选购此附件。Northeaste
73、rn University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n应用应用 (a)高高温温组组织织的的观观察察及及高高温温相相晶晶粒粒长长大大的的研研究究：某某些些金金属属及及合合金金的的高高温温相相极极不不稳稳定定，无无法法由由快快冷冷“冻冻结结”下下来来，所所以以这这些些金金属属组组织织只只能能在在高高温温下下进进行行观观察察。例例如如奥奥氏氏体体组组织织利利用用高高温温显显微微镜镜不不仅仅可可以以观观察察奥奥氏氏体体，而而且且还还可可以以对对其其聚聚焦焦再再结结晶晶过过程程的的某某些些规规律律进进行行
74、研研究究。直直接接在在高高温温下下进进行行观观察察，并并使使人人们们认认识识到到，各各种种钢钢的的奥奥氏氏体体再再结结晶晶过过程程可可以以按按照照四四种种不不同同的的动动力力学学进进行行，有有的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大的的过过程程是是连连续续的的，有有的的则则是是“跳跳跃跃式式”的的，有有的的在在某某一一温度下还会缩小等。温度下还会缩小等。 (b)相变过程的观察，包括加热时高温相的形成。相变过程的观察，包括加热时高温相的形成。 (c)直接观察钢与铸铁在真空高温加热时的石墨溶解过程。直接观察钢与铸铁在真空高温加热时的石墨溶解过程。 (d)高高温温下下承承受受负负荷荷的的金金属属的的内内部部
75、组组织织研研究究，加加高高温温断断裂裂、高高温温蠕蠕变变组组织织的的研研究究。高高温温显显微镜是研究高温蠕变机理的有效工具。微镜是研究高温蠕变机理的有效工具。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（4）显微硬度及其测定显微硬度及其测定 硬硬度度的的测测试试是是在在材材料料力力学学性性能能研研究究中中最最简简便便、最最常常用用的的一一种种方方法法，若若用用小小的的载载荷荷把把硬硬度度测测试试的的范范围围(相相或或结结构构组组分分)缩缩小小到到显显微微尺尺度度以以内
76、内就就称为显微硬度。称为显微硬度。 显显微微硬硬度度的的测测试试与与一一般般维维氏氏硬硬度度测测试试相相仿仿，是是将将具具有有一一定定几几何何形形状状的的金金刚刚石石压压头头，施施力力(11000N)压压入入试试样样表表面面，然然后后对对一一条条或或两两条条压压痕痕对对角角线线进进行行光光学学测测量量。由由于于留留在在试试样样中中的的压压痕痕尺尺度度极极小小(一一般般几几微微米米至至几几十十微微米米)，必必须须在在显显微微镜镜下下测测量量，因因而而使使评评定定某某一一相相或或结结构构组组分分的的硬硬度成为可能，进而为材料组织或性能分析提供依据。度成为可能，进而为材料组织或性能分析提供依据。No
77、rtheastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n原理原理 显显微微硬硬度度测测试试采采用用的的是是压压入入法法，所所标标志志的的硬硬度度值值实实质质上上是是金金属属表表面面抵抵抗抗因因外外力力压压入入所所引引起起的的塑塑性性变变形形抗抗力力的的大大小小。硬硬度度值值与与其其它它静静载载荷荷下下的的力力学学性性能能指指标标间间存存在在着着一一定定的的关系，可借以获得其它性能的近似情况。关系，可借以获得其它性能的近似情况。 显显微微硬硬度度试试验验一一般般采采用用136金金刚刚
78、石石角角锥锥压压头头，还还可可以以采采用用克克努努普普(Knoop)压压头头。当当采采用用136金金刚刚石石角角锥锥压压头头时时，其其原原理理和和测测维维氏氏硬硬度度一一样样，即即显显微微硬硬度度值值是是以以所所加加的的负负荷荷与与压压痕痕表表面面积积之之比比来来确确定定的的。如如负负荷荷 P 以以 N 计计算算、压压痕痕对对角角线线 d 以以 m 计计算算，则则显显微微硬硬度度值分别为值分别为Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 当当采采用用克克努努普普压压
79、头头时时，显显微微硬硬度度是是以以施施加加的的负负荷荷与与未未恢恢复复压压痕痕投投影影面面积积之之比比来来确确定定的的，此此投投影影面面积积则则根根据据长长对对角角线线 l 来来汁汁算算的的。如如负负荷荷 P 以以 N 计计算算，压压痕痕对对角角线线 l 以以 m 计计算算，则则显微硬度值分别为显微硬度值分别为 由由于于显显微微硬硬度度试试验验所所产产生生的的压压痕痕很很小小，所所以以对对试试样样和和金金刚刚万万压压头头的的要要求求更更高高。如如在在维维氏氏硬硬度度宏宏观观试试验验中中，要要求求压压头头对对面面夹夹角角误误差差为为13630，横横刃刃小小于于2 m。但但在在显显微微硬硬度度试试
80、验验中中，则则要要求求压压头头夹夹角角力力13620 ，横横刃刃小小于于0.5 m，对对其其棱棱边边的的直直线线性性和和表表面面光光洁洁度度的的要要求求也也更更高。高。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n显微硬度测试要点显微硬度测试要点试样的表面状态试样的表面状态加载部位的选择加载部位的选择测量压痕尺度时压痕像的调焦测量压痕尺度时压痕像的调焦试验载荷试验载荷压痕的弹性回复压痕的弹性回复 被被评评定定试试样样表表面面直直接接影影响响测测试试结结果果的的可可靠靠
81、性性。用用机机械械方方法法制制备备的的金金相相磨磨面面，由由于于抛抛光光时时表表层层有有微微量量的的塑塑性性变变形形，引引起起加加工工硬硬化化，而而且且磨磨面面表表层层氧氧化化膜膜的的形形成成也也会会造造成成硬硬度度值值升升高高，故故欲欲测测显显微微硬硬度度的的试试样样最最好好采采用用电电解解抛抛光光，抛抛光光好好的的磨磨面面经经适适度度浸浸蚀蚀后后立立即即进进行行显微硬度测定。显微硬度测定。 压压痕痕在在被被测测晶晶粒粒上上的的部部位位及及被被测测晶晶粒粒的的厚厚度度对对显显微硬度值均有影响，故必须正确选择加载部位；微硬度值均有影响，故必须正确选择加载部位； 压压痕痕过过分分与与晶晶界界接接
82、近近甚甚至至延延至至晶晶界界以以外外，则则测测量量结结果果将将受受到到晶晶界界或或相相邻邻第第二二相相的的影影响响。如如被被测测晶晶粒粒薄薄，压压痕痕陷陷入入下下部部晶晶粒粒，也也将将产产生生同同样样影影响响。为为了了获获得得正正确确的的显显微微硬硬度度值值，规规定定压压痕痕位位置置距距晶晶界界至至少少为为一一个个压压痕对角线长度，晶粒厚度至少痕对角线长度，晶粒厚度至少10倍于压痕深度。倍于压痕深度。 所所以以在在选选择择测测量量对对象象时时应应取取较较大大截截面面的的晶晶粒粒，因因为较小截面的晶粒其厚度有可能是较薄的。为较小截面的晶粒其厚度有可能是较薄的。 在在光光学学显显微微镜镜下下测测得
83、得压压痕痕对对角角线线数数值值与与成成像像条条件件有有关关。孔孔径径光光阑阑减减小小，基基体体与与压压痕痕的的衬衬度度提提高高，压压痕痕边边缘缘渐渐趋趋清清晰晰。一一般般认认为为、最最佳佳的的孔孔径径光光阑阑位位置置是是使使压压痕痕的的四四个个角角变变成成黑黑暗暗，而而四四个个棱棱边边清清晰晰。对对同同一一组组测测量量数数据据，为为获获得得一一致致的的成成像像条条件件，应使孔径光阑保持相同数值。应使孔径光阑保持相同数值。 为为保保证证测测量量的的准准确确性性，试试验验载载荷荷应应尽尽可可能能大大，且且压压痕痕大大小小必必须须与与晶晶粒粒大大小小成成一一定定比比例例。特特别别在在测测软软基基体体
84、上上硬硬质质点点的的硬硬度度时时，被被测测质质点点截截面面直直径径必必须须四四倍倍于于压压痕痕对对角角线线长长，否否则则硬硬质质点点可可能能被被压压通通，使使基基体体性性能能影影响响测测量量数数据据。此此外外测测定定脆脆性性相相时时，角角上上有有裂裂纹纹的的压压痕痕表表明明负负荷荷已已超超出出材材料料的的断断裂裂强强度度，需需调调整整负负荷荷重重新新测量。测量。 金金刚刚石石压压头头受受一一定定负负荷荷的的力力而而被被压压入入材材料料表表面面，产产生生个个压压痕痕，卸卸载载后后压压痕痕将将因因金金属属的的弹弹性性回回复复而而稍稍微微减减小小。由由于于这这种种弹弹性性回回复复与与产产生生压压痕痕
85、的的荷荷重重无无关关、即即不不管管荷荷重重如如何何、压压痕痕大大小小如如何何，弹弹性性回回复复几几乎乎是是一一个个定定值值。因因此此、荷荷重重小小时时压压痕痕很很小小，但但压压痕痕因因弹弹性性回回复复而而收收缩缩的的比比例例就就比比较较大大，这这样样测测得得的的显显微微硬硬度度值值就就比比较较高高。为为克克服服压压痕痕弹弹性性回回复复对对测测试试结结果果的的影影响响，以以使使在在不不同同荷荷重重下下测测得得的的硬硬度度值值基基本本一一致致，还还应应参参阅阅相相应的显微硬度值比较标难。应的显微硬度值比较标难。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料
86、的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术4.1.3 定量金相技术定量金相技术 测测量量晶晶粒粒大大小小，复复相相合合金金中中各各组组织织(或或相相)的的相相对对量量、界界面面曲曲率率、位位错错密密度度、第第二二相相粒粒子子尺尺寸寸及及分分布布等等都都属属于于定定量量金金相相的的范范畴畴。我我们们可可通通过过显显微微组组织织特特征征参参量量的的定定量量测测量量，建建立立组组织织参参数数、状状态态及及性性能能问问的的定定量量关关系系，寻寻求求其其变变化化规规律律，从从而而达到合理设计合金、预报、控制、评定材料质量及从事理论研究等目的。达到合理设计合金、预
87、报、控制、评定材料质量及从事理论研究等目的。 定定量量金金相相的的基基础础是是体体视视学学，即即用用二二维维组组织织图图像像来来解解释释三三维维组组织织图图像像。进进行行定定量量测测量量时时可可用用于于显显示示显显微微组组织织图图像像的的工工具具多多种种多多样样，如如光光学学显显微微镜镜、电电子子显显微微镜镜、场场离离子子显显微微镜镜等等，其其中中光光学学显显微微镜镜的的使使用用较较为为广广泛泛。测测量量可可通通过过装装在在目目镜镜上上的的测测量量模模板板直直接接测测量量观观察察到到的的组组织织，也也可可在在投投影影显显微微镜镜的的投投影影屏屏幕幕上上或或显显微微组组织织照照片片上进行测量。测
88、量可由人工进行，出可借助专门的图像分析仪进行。上进行测量。测量可由人工进行，出可借助专门的图像分析仪进行。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（1）基本符号及其定义）基本符号及其定义Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（2）定量测量基本原理）定量测量基本原理Northeastern University材料概论：材料概论： 第
89、第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术n测量和计算量的关系测量和计算量的关系Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术（3）显微组织特征参数测量）显微组织特征参数测量q晶粒大小晶粒大小q分散分布的第二相粒子分散分布的第二相粒子q片层状组织片层状组织q界面曲率界面曲率q有向组织参数有向组织参数Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测
90、4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q晶粒大小晶粒大小1. 平均截线长平均截线长三三维维物物体体的的截截线线长长度度用用L3表表示示，它它是是指指随随机机截截取取三三维维物物体体时时在在物物体体内内截截线线长长度度的的平平均均值值，测测量量次次数数足足够够多多时时，二二维维截截面面的的平平均均戴戴线线长长L2等等于于L3。用用随随机机直直线线截截取取晶晶粒粒，若若测测量量线线总总长长度度为为LT，截截过品粒数为过品粒数为N，则对连续分布的单相晶粒则对连续分布的单相晶粒对于第二相粒子对于第二相粒子Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4
91、讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 2晶粒平均面积晶粒平均面积表示截面上晶粒面积的平均值，即表示截面上晶粒面积的平均值，即 3晶粒度晶粒度 晶晶粒粒度度是是用用来来描描述述单单相相合合金金晶晶粒粒大大小小及及复复相相合合金金中中连连续续分分布布的的基基体体相相晶晶粒粒大大小小的的，按按晶粒度的定义晶粒度的定义式式中中，G为为晶晶粒粒度度级级别别；n为为线线放放大大倍倍数数是是100X时时每每平平方方英英寸寸上上的的晶晶粒粒个个数数。当当换换算算成成每每平平方毫米上的晶粒个数方毫米上的晶粒个数NA时时故已知故已知NA或或 ，即可评出晶粒
92、级别。，即可评出晶粒级别。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q分散分布的第二相粒子分散分布的第二相粒子1. 平均自由程平均自由程 平平均均自自由由程程 是是指指截截面面上上沿沿任任意意方方向向的的第第二二相相边边缘缘到到另另一一个个第第二二相相边边缘缘间间的的平平均均距距离离。平平均均自自由由程程 是是个个很很重重要要的的特特征征参参量量，对对材材料料机机械械性性能能有有较较大大影影响响，如如钢钢中中碳碳化化物物粒子的粒子的 值越小，钢的屈服强度越高。由平均
93、自由程的定义可得值越小，钢的屈服强度越高。由平均自由程的定义可得Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术2. 粒子的平均距离粒子的平均距离 t粒子的平均距离是指相邻粒子中心间距离的平均值。由定义可得粒子的平均距离是指相邻粒子中心间距离的平均值。由定义可得 这里分母为单位长度侧度线上截过第二相粒子的个数。这里分母为单位长度侧度线上截过第二相粒子的个数。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4
94、.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术3平均截线长平均截线长L3Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术 4形状因子形状因子Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术5第二相粒子空间参量第二相粒子空间参量(1)空间尺寸相同的粒子空间尺寸相同的粒子Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4
95、 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术(2)空间尺寸相同的粒子空间尺寸相同的粒子 通通常常可可将将粒粒子子按按截截面面尺尺寸寸分分级级，测测出出每每级级粒粒子子的的 VV 值，得到截面上粒子的尺寸分市，如图。值，得到截面上粒子的尺寸分市，如图。 引引入入一一个个参参量量 m 。m 为为粒粒子子在在截截面面上上直直径径倒倒数数的平均值，此时有的平均值，此时有Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q片层状组
96、织片层状组织 1片层平均距离片层平均距离 t 2平均自由程平均自由程 3片层内界面片层内界面 SVNortheastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q有向组织参数有向组织参数 材料的组织由于相变或加工等原因，可能产生方向性。材料的组织由于相变或加工等原因，可能产生方向性。 例例如如魏魏氏氏组组织织，加加工工后后晶晶粒粒沿沿加加工工方方向向伸伸长长、位位错错在在滑滑移移面面排排列列等等，都都是是具具有一定方向性的组织。有一定方向性的组织。 当当出出现现有有方方向向性性的的组组
97、织织时时，若若用用常常规规方方法法测测量量 LA、LV 和和 SV 等等组组织织参参数数，会会产生很大误差。因此，需要用特殊的方法来确定它们。产生很大误差。因此，需要用特殊的方法来确定它们。 此此时时，通通常常用用两两种种操操作作测测量量，一一是是垂垂直直于于组组织织的的规规则则方方向向测测量量，另另一一是是平平行行于于组组织织的的规规则则方方向向的的测测量量。用用这这两两个个方方向向的的测测量量分分别别计计算算出出规规则则部部分分及及不不规规则则部部分分的的量量，二二者者之之和和就就是是测测量量的的总总量量。把把规规则则部部分分的的量量和和总总量量之之比比作作为为组组织织有有向向程程度的量度。度的量度。Northeastern University材料概论：材料概论： 第第4 4讲讲 材料的结构检测材料的结构检测 4.1 光学光学显微微镜、定量金相分析技、定量金相分析技术q界面曲率界面曲率
