摘 要:介紹了彩色金相的顯示原理、方法及在其顯微組織分析中的應用,對比了雙相鋼、簾線 鋼彩色金相和黑白金相的顯微組織顏色、形貌及定量計算結果.結果表明:彩色金相因其具有艷麗 的色彩、強烈的對比度,可以明顯辨識出雙相鋼、簾線鋼各相顯微組織,雙相鋼的鐵素體組織呈淺黃 色、馬氏體和殘余奧氏體呈亮白色、貝氏體呈棕黑色,簾線鋼的珠光體呈亮白色,索氏體呈藍、黑、 棕、灰白等色,并能夠計算出各相顯微組織的面積分數(shù),進而實現(xiàn)定量分析,其分析精度遠高于傳統(tǒng) 黑白金相的.

關鍵詞:彩色金相;黑白金相;顯微組織;定量分析

中圖分類號:TG１４２．１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１８)０５Ｇ０３２２Ｇ０４

金相顯微組織是指金屬或合金的具體形態(tài),直 接反映了金屬或合金的微觀組織形貌,金相分析是 金屬材料研究工作的一種重要手段.傳統(tǒng)金相多是 黑白金相,即通過化學試劑侵蝕試樣表面,使金屬表 面產(chǎn)生凹凸不平,進而出現(xiàn)反光能力的差別,然后通 過不同顯微組織“黑白襯度”的不同來顯示材料微觀 組織的形貌特征,這容易導致那些反光能力相近的 不同顯微組織被忽略,也因襯度不足,不利于計算各 相顯微組織所占比例,不能滿足金相定量化研究的 需求;而彩色金相技術,因其艷麗的色彩,鮮明的襯 度,可大大提高金相鑒別能力,更加能夠對顯微組織 進行直觀反映,清晰可靠,可有力彌補傳統(tǒng)黑白金相 在顯微組織定量分析中的不足,故彩色金相在冶金 行業(yè)中越來越受到重視.

筆者闡述了彩色金相顯示原理及其在金相顯微 組織分析研究中的應用,并通過與傳統(tǒng)黑白金相對 比,進一步說明了彩色金相的優(yōu)勢,為廣大研發(fā)人員 提供參考.

１ 彩色金相顯示原理及方法

彩色金相,主要是指用化學或物理的方法,在金 屬材料試樣拋光面上形成一層特殊性質的薄膜,然 后利用入射光的多重反射和干涉現(xiàn)象顯示顯微組織,從而根據(jù)顏色襯度及顯微組織形貌來鑒別各種 合金相[１].彩色金相常用的侵蝕方法有化學染色 法、熱染色法、陽極化法、干涉蒸發(fā)膜真空沉積法、中 性活化離子濺射法、恒電位法等.以上方法中化學 染色法因其可操作性強、試驗方法簡單等,在鑄鐵、 碳鋼、合金鋼及有色金屬中應用較為廣泛[２Ｇ３].

化學染色法主要是將試樣浸入化學試劑中,使 二者充分接觸,試樣表面發(fā)生化學反應,從而在試樣 表面形成一層厚度不一的干涉膜.但因試樣中顯微 組織的不同及相同組織晶粒取向的不同,故形成的 干涉膜呈現(xiàn)的顏色不同,據(jù)此進行試樣顯微組織不 同相的鑒別.

針對不同試樣,配置成分及含量與試樣耐蝕性 相匹配的侵蝕劑,在化學染色法中至關重要.合適 的侵蝕劑有利于通過與試樣表面的化學反應,在試 樣表面形成干涉膜,否則不利于形膜,或形膜完成但 侵蝕時間不合適,在侵蝕過程中干涉膜又遭到破壞, 不利于后期觀察.

２ 彩色金相在顯微組織分析中的應用

２．１ 彩色金相在雙相鋼顯微組織分析中的應用

雙相鋼,具有加工成本低、初始加工硬化高、屈 強比低、強度高、延性好、無室溫時效現(xiàn)象等特點,既 能滿足車輛對安全性能的要求,又能減輕自重,降低 油耗,在環(huán)境問題和能源危機的當前,對節(jié)約資源, 減少車輛排放物和可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意 思,廣泛應用于汽車制造領域[４Ｇ５].

雙相鋼顯微組織包括鐵素體、貝氏體和馬氏體復合相,而各相所占面積分數(shù)對材料力學性能有較大影 響,各相顯微組織含量的檢測對調整生產(chǎn)工藝參數(shù)具 有指導意義.傳統(tǒng)金相為黑白金相,侵蝕劑一般為 ４％(體積分數(shù),下同)硝酸酒精溶液,獲得的雙相鋼顯 微組織中鐵素體呈現(xiàn)白色,貝氏體和馬氏體及殘余奧 氏體皆呈黑色.因貝氏體和馬氏體及殘余奧氏體在 形態(tài)上十分接近,顏色均為黑色,故對二者進行區(qū)分 存在較大困難,更不利于進行各相顯微組織含量的計 算,而彩色金相技術較好地解決了該問題.

２．１．１ 試驗材料及方法

試 樣 化 學 成 分 (質 量 分 數(shù),％)為:０．０７C, ０．０８２Si,１．３Mn,０．０１８P,０．０１S,０．４５Cr.生 產(chǎn) 工 藝 為:粗 軋 開 軋 (溫 度 １１５０ ℃)→ 精 軋 終 軋 (溫 度 ８１０ ℃)→兩段冷卻(第一段終冷溫度６９０ ℃)→卷 取(溫度２５０ ℃).

對試樣取平行樣,磨、拋 后 一 個 試 樣 用 ４％ 硝 酸酒精溶液 作 為 侵 蝕 劑 進 行 侵 蝕,另 一 個 試 樣 用 ２％(質量分數(shù),下同)偏重亞硫酸鈉試劑作為侵蝕 劑進行侵蝕,直至侵蝕面呈淺藍色,鏡面消失.然 后用蔡司 LSM７００激光共聚焦顯微鏡觀察試樣表 面顯微組織形貌,用 ProImage軟件計量顯微組織 中各相含量.

２．１．２ 試驗結果及分析

雙相鋼試樣用４％硝酸酒精溶液侵蝕后的顯微 組織形貌如圖１所示,可見其為白色基體上分布著 粒狀或島狀的黑色組織.其中白色區(qū)域組織為鐵素 體,黑色區(qū)域可能為貝氏體或殘余奧氏體和馬氏體, 從形狀和顏色上無法將二者區(qū)分開來.

雙相鋼試樣用２％偏重亞硫酸鈉試劑侵蝕后的 顯微組織形貌如圖２所示,可見鐵素體呈淺黃色,馬 氏體和殘余奧氏體呈亮白色,貝氏體呈棕黑色,從顏 色上即能夠區(qū)分出各 相.經(jīng) 用 ProＧImage軟 件 測 定,２個視場各相含量見表１.經(jīng)統(tǒng)計,試驗雙相鋼 鐵素體含量為８９．５％,馬氏體和殘余奧氏體含量為 ３．７％,貝氏體含量為６．８％.

２．２ 彩色金相在簾線鋼顯微組織鑒別中的應用

簾線鋼因其具有較高的抗拉強度、延伸率、斷面 收縮率等力學性能,被廣泛應用于建筑、橋梁及汽車 行業(yè)中.因其顯微組織中索氏體與珠光體含量及分 布均對材料力學性能有較大影響,故成為衡量材料 力學性能好壞的一個重要指標[６Ｇ７].力學性能較好 的鋼樣顯微組織中,索氏體團面積相對較大,珠光體 團面積則相對較小,且片層間距較小,呈細片狀珠光體,分布彌散.一般來說,簾線鋼抗拉強度隨著索氏 體含量的增加而增加,準確測定簾線鋼中索氏體和 珠光體含量(一般在５００倍下)具有重要作用.

２．２．１ 試驗材料及方法

選?。罚睞 簾線鋼進行試驗,其化學成分(質量 分 數(shù),％)為:０．７２C,０．５３Mn,０．２５７Si,０．００３６S, ０．００７５P和 少 量 的 銅、鋁、鈦、鉻 等. 取 兩 個 ?６．５mm圓柱狀試樣,磨、拋后一個試樣用４％硝酸 酒精溶液作為侵蝕劑進行侵蝕,另一個試樣用２％ 偏重亞硫酸鈉試劑作為侵蝕劑進行侵蝕,直至侵蝕 面呈淺藍色,鏡面消失.然后用蔡司 LSM７００激光 共聚焦 顯 微 鏡 觀 察 其 表 面 顯 微 組 織 形 貌,用 Pro Image軟件計量組織中各相顯微組織的含量.

２．２．２ 試驗結果及分析

簾線鋼試樣用４％硝酸酒精溶液侵蝕后的顯微組 織形貌如圖３所示,可見組織呈現(xiàn)黑、白、灰３種顏色,較細片層珠光體不能被很好地區(qū)分辨別.因在黑白金 相中,部分索氏體呈亮白色,珠光體顏色也呈亮白 色,二者在顏色上十分接近,軟件不能將二者區(qū)別開 來,故不能準確計算兩相含量.另外,部分片層間距 較細的珠光體顏色較深,在黑白金相中不易被識別.

雙相鋼試樣用２％偏重亞硫酸鈉試劑侵蝕后的 顯微組織形貌如圖４所示,可見彩色金相下珠光體 呈亮白色,索氏體呈藍、黑、棕、灰白等色,二者對比 度明顯,且珠光體組織一目了然,即使較細片層珠光 體,因其鮮明的對比度,也很容易識別.

用 ProImage軟件分別計量簾線鋼試樣４處視 場在黑白金相和彩色金相下的索氏體和珠光體含 量,結果見表２.由表２可知 ,黑白金相下統(tǒng)計的索 氏體含量與彩色金相下統(tǒng)計的偏差較大.因為黑白 金相顏色單一,組織對比度低,部分索氏體和珠光體 都呈白色,統(tǒng)計軟件不能將二者區(qū)分.另外,在黑白 金相下,一些片層較細的珠光體不易辨別,也加大了 統(tǒng)計結果的不準確性.而彩色金相,顏色鮮艷,對比 度強,珠光體和索氏體界限分明,有利于軟件對各相 的區(qū)分和精確計量.

另外,若想得到更加精確的索氏體和珠光體含 量,可以用制圖軟件(如Photoshop、美圖秀秀等)將彩 色金相中全部珠光體用更加鮮明的色彩標記出來,再 用ProImage軟件計量珠光體和索氏體的含量.

３ 結論

彩色金相色彩艷麗,顏色襯度高,可有效彌補傳 統(tǒng)黑白金相的不足.彩色金相可用于雙相鋼馬氏體 和貝氏體等組織的鑒別,馬氏體及殘余奧氏體為白 色,貝 氏 體 為 棕 黑 色,通 過 彩 色 金 相 技 術 和 Pro Image軟件可以實現(xiàn)雙相鋼鐵素體、馬氏體和貝氏 體含量的計算,進而實現(xiàn)定量分析.彩色金相下,相 比傳統(tǒng)黑白金相,７２A 簾線鋼索氏體和珠光體的對 比度更強,有效提高二者含量計算精度.

參考文獻:

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文章來源——材料與測試網(wǎng)