定量金相技術(shù)

時間：2013-04-08 15:38:28 來源：作者：

      在金相觀測中對金相組織進(jìn)行幾何學(xué)定量測定的技術(shù)，也稱立體金相。為了研究金屬材料的金相組織和性能的定量關(guān)系，常需將檢驗面上二維空間的組織參數(shù)，依立體幾何和體視學(xué)原理換算成三維空間參數(shù)進(jìn)行分析。1938年美國材料試驗協(xié)會制定ASTM-E八級晶粒度標(biāo)準(zhǔn)，定量金相技術(shù)就開始應(yīng)用于金屬材料的檢驗和研究。60年代，由于可自動測量的定量金相顯微鏡的制成和體視學(xué)的應(yīng)用，金相定量測定的技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展和推廣。在金屬和合金組織的各種形態(tài)參數(shù)的測量中，應(yīng)用定量金相技術(shù)來測定第二相體積分?jǐn)?shù)、第二相尺寸、質(zhì)點(diǎn)間距、對有方向性組織的取向程度、比相界面、近鄰率、連續(xù)性等。有比較法和測量法兩類。
   比較法  將所測相和標(biāo)準(zhǔn)圖片比較定出一個定量級別，用此法只能得到關(guān)于材料組織或缺陷的一個籠統(tǒng)的概念，準(zhǔn)確性差，但快速簡便。
   測量法  能得到所測相的準(zhǔn)確定量的數(shù)據(jù)，分為非自動測量法和自動測量法兩種。非自動測量法利用一般光學(xué)顯微鏡和一些簡單測量工具，測量可在金相組織照片或在金相顯微鏡投影屏上進(jìn)行，也可直接通過帶有測微標(biāo)尺的目鏡在試樣上測定。自動測量法使用定量儀器，測量既可直接在試樣檢驗面上進(jìn)行，也可在組織的電子圖象或金相組織照片上進(jìn)行，測量速度快，誤差小。
   非自動測量法  常用的有測量面積法、線分法和點(diǎn)標(biāo)法三種：①測量面積法。可用求積儀測量模板直接測量被測相在檢驗面上的面積，也可以把被測相從金相照片上剪下來，秤重以計算其重量而換算成面積。②線分法。利用測微標(biāo)尺測量被測相在單位測試線上所占的比率L、[kg2] kg2 單位測試線上的點(diǎn)數(shù)L和單位測試線上的相個數(shù)L。線分法測量實(shí)例見圖1[線分法測量實(shí)例圖]。[kg2] kg2 測得相在單位測試線上所占的比率L＝0.38，單位測試線上的點(diǎn)數(shù)L=8,[kg2] kg2 則單位測試線上的相個數(shù)L=4。線分法測量除用有刻度的標(biāo)尺外，還用已知周長的圓模板（圖2a[線分法測量模板]）

線分法測量模板

和標(biāo)有方位角的圓模板（圖2b[線分法測量模板]）

線分法測量模板

來測量有方向性的組織。③點(diǎn)標(biāo)法。用于測量第二相的百分?jǐn)?shù)等；一種是數(shù)出檢驗面上被測相的點(diǎn)數(shù)，例如位錯露頭的蝕坑、三個晶粒間的結(jié)點(diǎn)數(shù)等；另一種是用一個帶點(diǎn)的陣列,置于檢驗面上,數(shù)出落在被測相上的點(diǎn)數(shù)，除以陣列的總點(diǎn)數(shù)。陣列有正方形和正六方形等,按金相組織疏密程度選用（圖3[點(diǎn)標(biāo)法用測量陣列]）。

點(diǎn)標(biāo)法用測量陣列
測量面積法、線分法和點(diǎn)標(biāo)法可單獨(dú)應(yīng)用，也可聯(lián)合使用。圖4[聯(lián)合測量圖例]為正方形網(wǎng)格,全部網(wǎng)格測試線的總長度（單位測試線長度）為1mm,網(wǎng)格中有36個陣點(diǎn)（網(wǎng)格和被測相邊界相截出12個點(diǎn)，即單位測試線上的點(diǎn)數(shù)L=12），有6個網(wǎng)格的陣點(diǎn)落在被測相上，則其點(diǎn)數(shù)比P=6/36。
自動測量法主要是利用線分法，其測量原理是將組織的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再把電信號數(shù)字化成所需要的定量參數(shù)。從圖5[定量金相測量原理示意]可見,

定量金相測量原理示意電信號振幅大小反映相的灰度，而振幅寬窄則是相大小的量度。
定量金相顯微鏡線性掃描程序是由掃描點(diǎn)組成的掃描線,以回紋形軌跡對金相組織進(jìn)行掃描（圖6[線性掃描示意]），

線性掃描示意從不同相的光電流得到不同的電脈沖并由各相的計數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行累計。掃描結(jié)束后，如果掃過第二相的掃描點(diǎn)數(shù)為n，掃描點(diǎn)間距為K，被掃的第二相個數(shù)為N,[kg2] kg2 掃過第二相的掃描線總長度為L=nK，則第二相的平均截長為：
                [104-01]
   三維空間參數(shù)的換算  為了將二維平面參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維空間參數(shù)，根據(jù)體視學(xué)原理，把從二維平面中觀察到的相的不同形狀和特點(diǎn),借助簡單的幾何模型（圖7[推導(dǎo)公式的幾何模型]）及四個基本方程，將二維平面參數(shù)轉(zhuǎn)換成三維空間參數(shù)，進(jìn)而用數(shù)字表示出金屬組織的幾何形貌和分布特征。四個基本方程是：
            [104-02] 104-02 式中V為單位測試體積中被測相所占體積比；A為單位測試面積中被測相所占面積比；L為單位測試線上被測相線長所占的比；P為落在被測相上的點(diǎn)數(shù)與總測試點(diǎn)數(shù)之比；V為單位測試體積中被測相表面的曲面積；A為單位測試面積上被測相的長度；L為單位測試線上的點(diǎn)數(shù);[kg2] kg2 V為單位測試體積中被測相的長度；A為單位測試面積中的點(diǎn)數(shù)；V為單位測試體積中的點(diǎn)數(shù)。上述四個方程中的一些量能直接測量，另一些量不能直接測量，但可從方程間接得出。各量之間的關(guān)系見圖8 [各定量參數(shù)之間的關(guān)系]（畫圈的可直接測量，畫方框的必須通過計算才能得到）。
   定量金相顯微鏡  各國制造的定量金相顯微鏡，按其掃描類型分機(jī)械掃描和視頻掃描兩類。機(jī)械掃描是試樣相對物鏡移動，光電探測器接受的光束是由試樣表面一小塊面積反射發(fā)出，速度慢，誤差小；視頻掃描（即圖象分析）的光電探測器接受的光束，不直接由試樣表面反射發(fā)出，而由光電管上的電子圖象發(fā)出。這種掃描速度快，誤差較大。
   自動測量時要獲得準(zhǔn)確定量數(shù)據(jù)，必須①試樣表面平正無劃痕、浮凸和污染；②試樣浸蝕合宜，灰度差明顯；③測量儀器精度高。