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彩色金相的特點 日期:2018.07.23

計算機彩色金相的突出特點不僅是色彩豔麗,襯度鮮明、美麗悅目,更重要的是計算機彩色金相對組織的分辨能力較黑白金相高出了許多倍,大大提高了金相鑒別能力,增加了試樣表麵可提供的信息量,組織鑒別清晰,可靠性和重現性亦好,利用計算機彩色金相技術可以發現許多新的實驗現象,提示合金基體組織的一些重要細節,為發展新型高性能合金材料奠定了基礎,有利於揭示材料微觀世界的奧秘,為金相技術滿足現代科技的需要展現了廣闊的前景,隨著現代科學技術的飛躍發展,計算機彩色金相必將取代傳統黑白金相。

隨著材料科學的發展,要求研究者準確地顯示材料的顯微組織,而傳統的黑白金相分析法,往往由於金屬表麵顯微組織襯度不足,特征不清而難以區分和鑒別,甚至出現判誤。計算機彩色金相技術處理的合金試樣顏色色彩斑斕、襯度鮮明、美麗悅目,大大提高金相鑒別能力,增加了試樣表麵可提供的信息量,可靠性與重現性亦好,有利於揭示材料微觀世界的奧秘。

另外,高技術材料的重要性日益增加,這些材料的性能,在很大程度上取決與他們的微觀結構和組織,但是這些材料一般都具有較高的化學穩定性,因此用傳統黑白金相的方法做組織、結構的分析無能為力的。此外,這些材料往往有一定的透光能力,顯微鏡下觀察時襯度很差,觀察效果不好。初步的實驗結果表明,計算機彩色金相完全可能解決這些難題,成為這些新型材料的重要研究手段。

目前的金相分析係統都是建立在以黑白灰色調的基礎之上,這可作為元素含量或相組成的定性評析方法;而計算機彩色金相方法為元素或相組成定量分析和計算機金相圖像處理、金相圖像計算機管理提供了方便。

計算機彩色金相技術的發展為定量金相奠定了良好的基礎,材料的宏觀性能與其微觀組織結構之間的依賴關係,已經隨著材料科學的發展由定性評估過渡到定量分析的階段。目前在我國工廠中廣泛使用的等級標準(如晶粒度標準、碳化物標準等)隻能作為定性判斷材料組織合格與否的參考和初級判據,而不能由其確定材料性能與組織間的定量關係。計算機彩色金相由於能對相的類型、形貌、尺寸及分布提供較準確、較豐富的信息,從而使計算機彩色金相在建立組織與性能的定量關係中發揮出更大的作用。這對於材料科學的發展有極其深遠的意義。計算機彩色金相係統的開發具有較高的社會效益和經濟效益。

1、計算機彩色金相係統引入合金材料的金相檢測,可大大提高鑒別力及對各種組織的區分能力,對準確作出金相分析提供了依據,為探索新型合金的凝固機理開辟了一條嶄新的途徑。

2、利用計算機彩色金相技術,可清晰地突出Al-Si合金初生晶的成分偏析狀況,比較容易區分奧貝球鐵的各組成相,可以準確顯示Ni基合金的晶粒位向。

3、由於彩色金相具有鑒別能力強、組織顯示精確、信息量豐富等特點,為計算機處理金相圖像以及金相圖像計算機管理提供了方便。

隨著材料科學的發展,要求研究者準確地顯示材料的顯微組織,而常規的黑白金相分析法,往往由於金屬表麵顯微組織襯度不足、特征不清,而難以區分和鑒別甚至出現判誤。

計算機彩色金相技術,不僅僅是光學金相方法在顯示技術上的一個革新,事實證明,傳統的光學金相對許多組織的分辨率不高,不能完全歸因於放大倍數不夠,而恰是顯示精度的不足。因此,計算機彩色金相在顯示精度上的進步,帶來了光學金相的顯著改善,具有重要的意義和巨大的效益。此外,顯示方法的這種變革,在金相技術的理論上,開辟了一個新的領地:在實驗技術上,引入了一係列現代化實驗手段,大大豐富了光學金相的內容;計算機多媒體顯示方法的這一革新,增加了反映組織狀態的信息,充分挖掘了光學金相的潛力,開拓了新的應用領域,不能不說是一種新突破。

在金屬材料的表麵上,影響各種組織結構因素可以概括為如下幾個方麵:

1、成分的差別;

2、晶體結構的差別;

3、晶體位向的差別;

4、晶體缺陷的差別;

5、應力應變狀態的差別;

這些差別可以獨立存在的,而大多數情況下則是交叉並存的,例如,不同的合金相,成份、結構、位向、晶體缺陷、應力應變狀態都可有或多或少的差別;對於成份顯微偏析而言,則主要是成份的差別;對如某些非擴散型相變產物而言,例如馬氏體和殘餘奧氏體,則成分上沒有差別,而在晶體結構、位向和晶體缺陷方麵存在差別;對於片狀馬氏體和板條狀馬氏體而言,成份和結構都無差別,隻在亞結構或晶體缺陷上存在差別;所有這些組織結構的因素,我們都是通過顏色襯度利用計算機成像技術反映出來。

1、成分偏析的顯示:

實踐證明,計算機彩色金相係統為偏析現象的研究提供了極為有效的手段,如前所述,薄膜幹涉所產生的顏色襯度對基體組織的成分最為敏感,所以計算機彩色金相係統對於成分偏析的顯示很有特色,無論枝晶偏析、帶狀偏析,都可產生鮮明的顏色襯度,即使是微小的晶內偏析,或者擴散型相變中相界附近的成分不均勻性,也可能顯示出顏色的差別,而且各種偏析顯示,不會被基體組織所掩蓋,組織和成分偏析能同時顯示清楚,這是計算機彩色金相技術最重要的特點之一。由於合金的大多數相變都是擴散型相變,在相變過程中都發生著成分重新分布,因此,在微觀區域中,普遍地存在著成分不均勻的現象,而彩色襯度把它們鮮明地顯示出來。這使計算機彩色金相係統提供的信息量大大增加。

2、馬氏體、貝氏體和殘餘奧氏體識別:

鋼中馬氏體和下貝氏體組織都是針狀葉,在黑白金相中難以清楚區分開來,在中低碳合金鋼中,殘餘奧氏體也很難顯示出來,然而彩色金相通過顏色襯度利用計算機圖像識別技術,使這些問題得到了較好的解決。因為通過計算機彩色圖像顯示,下貝氏體呈黃青色針,馬氏體為棕紅色,殘餘奧氏體為淺橙色。

3、鑄鐵組織的彩色顯示:

鑄鐵的性能不僅取決於其中石墨的形態和分布,也取決於基體的組織結構,為了獲得一些特殊的性能,往往在鑄鐵中加入某些合金元素,形成合金鑄鐵,鑄鐵或合金的組織往往比鋼還要複雜。用傳統黑白金相的方法,鑄鐵組織中的細節是顯示不清楚的。計算機彩色金相係統卻可以幫助人們認識到鑄鐵中各種複雜的組織狀態,對進一步研究組織和性能的關係提供了極大的方便。

4、用彩色金相方法顯示晶體位向:

在計算機彩色金相技術的實踐中發現,顏色襯度對晶體的不同位向有很好的表現。在單向合金中,用適當的彩色顯示方法,可以把不同的晶粒染成不同的顏色,通過用蝕坑的方法,判定不同的顏色,對應於不同的晶粒位向。建立彩色金相的薄膜幹涉基礎理論之後,上述現象可以得到很好的解釋:

(l)由於晶體的各向同性,不同位向晶粒的表麵有不同的光學性質;

(2)不同位向晶粒的表麵能量不同,在化學方法形膜時,化學反應速度不同、膜的沉澱速度不同,結果有不同的位向晶粒表麵,形成不同厚度的幹涉膜;

(3)在金屬表麵形成幹涉膜時,不論何種方法,在薄膜與金屬的界限上,一般總是傾向於使界麵上具有最小的錯配度,即具有最低界麵能;因此,在不同晶粒位向的晶粒上外延生成的薄膜,可能有不同的取向。

以上諸方麵,都可造成幹涉條件的變化,從而造成不同的幹涉色。

 
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