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金相顯微組織分析-第二節 回複與再結晶 (晶粒尺寸及相的相對量測定) 日期:2016.11.01
材料的性能與其顯微組織特征有密切的聯係。描述顯微組織特征的參數有晶粒尺寸、位錯密度、相的相對量及第二相粒子的間距等等。僅對這些特征參數作定性的分析,巳不能滿足科學日益發展的要求。欲達到合理地設計合金、控製及評定材質、減少繁重的試驗工作量的目的,需要精確了解組織與性能間的關係及其變化規律,建立它們之間的定量關係。人們已建立了一些組織參數與性能之間的理論或經驗的關係式,如霍爾—配奇(Hall-Petch)經驗關係式

式中σs為屈服強度;d為晶粒的平均直徑;σ0 K為與材料有關的常數。式(5-1)表明了晶粒大小與屈服強度間的定量關係。

顯微組織參數需要利用定量金相的方法來測量和計算。定量金相就是用點、線、麵和體積要素來定量地表明組織特征。定量金相的基礎是體視學和數理統計。由於微觀組織上的不均勻性,對某一特征參數不能隻用一個視場的數據來決定,而需要用統計的方法,在足夠多的視場下進行多次測量才能保證結果的可靠性。因此,用人工進行定量金相測定是很費時的,如采用自動圖象儀,則可使定量工作迅速方便地進行。

定量測量的方法有計點法、截線法、麵積法等,即根據一定的規則數點數、量長度或測出麵積,然後將所得結果代入相應的關係式進行計算。對各關係式的推導,因涉及專門的數學問題,可參閱有關著作。注意測量前應確定采用何種測量方法和測量參數,所取試樣要能反映材料的客觀情況,精心製備試樣的測試麵,並選取足夠多的視場進行測試。一般每個試樣上不應少於5個視場。

一、晶粒尺寸的測定

 晶粒大小是一個重要的組織參數,它可以用晶粒的平均直徑或麵積表示,也可用標準的晶粒度級別來評定。由於直徑的概念隻有對球體才有明確的意義,故對形狀不規則的晶粒,常用平均截線長度來表示晶粒的直徑。平均截線長度是指在截麵上任意測試直線穿過每個晶粒長度的平均值。現將幾種求晶粒尺寸的方法說明於下:

(一)求晶粒的平均截線長度L: 當測量的晶粒數足夠多時,二維截麵上晶粒的平均截線長度等於三維空間晶粒的平均截線長度。若用已知長度的測試線,在放大M倍的顯微組織圖象或照片上隨機作截線,截線的總長度為LT、截取的晶粒總數為N,見圖134 ,截線與晶界的總交點數為P,則晶粒的平均截線長度L可由式(5-2)求得:

     圖1—34 a)為單相晶粒組織,此時所截得的晶粒數N等於截線與晶界的交點數P,即P=N。若所測的是分散分布在基體上的第二相顆粒的尺寸,見圖1—34 b), 則P=2N。故欲求晶粒的平均截線長度 ,可數被截線切割的晶粒數N或是交點數P。若用P計算時,對單相晶粒組織,用式 (5-3),對有第二相分布的組織用式(5-4)     

     當測試用線的端點落在晶界上時,以0.5點計,若正好通過三叉晶界交點,則按1.5點計。線段兩端未完全被截割的晶粒數以0.5計。
     測試用線可以是已知長度的單根直線或一組直線,也可以是一個單圓或一組同心圓。同心圓適用於實際晶粒隨位置不同而有明顯變化的組織。為保證一定的精度,用直線單次測試,需獲得約50個交點,並應任選5~10個視場進行測量。
(二)求晶粒度:可用麵積法、截距法、比較法。
1.麵積法:將晶粒大小按每平方毫米內晶粒數的多少進行分級,即為晶粒度等級。按定義,1級晶粒度是在放大1倍下,每平方毫米內有16個晶粒。設每平方毫米內的晶粒數為n,晶粒度級別為G,則隻要測出每平方毫米內的晶粒數,即可求得G。

 

2.截距法:晶粒度級別按晶粒的平均截線長度來分。定義為:在放大100倍下,當晶粒的平均截線長度 =32mm時,晶粒度G=0。不同截線長度的晶粒度級別可按下式計算:

3.比較法:實際生產上多采用比較法,即將晶粒大小與標準級別圖片比較,以最接近的級別作為所求晶粒度。
二、相的相對含量測定
     在金相研究中常需確定組織中某一相或組織組成物的相對含量,此相對含量是指該相(或組織組成物)的體積百分數Vv

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