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金相人--真正的工業醫生

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人氣:-發表時間:2022-05-18 09:45【

有了精湛嫻熟的制樣技術,又具有了在顯微鏡下識別金相組織的能力,看到了神秘又夢幻的金相組織,那么金相制樣的目的就是為了呈現真實的組織形貌嗎?

金相顯微組織圖片

答案當然不是這么簡單,更重要的還金相制樣的目的是為了準確鑒別金相組織,因為金相組織是表征金屬材料力學性能合格以及生產工藝正確的重要指標。不同的組織有不同的力學性能 (強度、硬度、塑性和韌性)。比如鐵素體強度硬度低,塑性韌性好;而珠光體強度硬度比鐵素體高,塑性韌性又比鐵素體低;同種組織大晶粒的脆性相對較高,小晶粒韌性相對較好;不銹鋼的耐腐蝕性好,金子在潮濕的空氣中仍然熠熠生輝,而鋼鐵材料卻銹跡斑斑;金剛石和石墨中碳的質量分數都是100%,但金剛石是目前公認的自然界硬度最高的物質,而石墨的硬度幾乎為零,等等。到底是哪些因素影響著材料的各種性能呢?這就是材料人孜孜不倦探索的金相學所研究的范疇。

任何一個學科脫離生產實際去進行研究都是沒有任何意義的,金相學也不例外。唯有當我們結合生產實踐,了解金屬和合金的組織結構以及它們變化的基本規律,才能切實控制和改善金屬或合金的性能,正確對金屬或合金進行加工處理,針對實際應用需要合理選擇和使用金屬材料。

金相顯微鏡MA100

對金相組織的鑒別、分析與判定,就叫金相檢驗,是實際生產中不可缺少的一個環節。金相檢驗分為生產過程中的常規檢驗和零件的失效分析。

常規檢驗就象我們一年一度的例行體檢。大多數人總是處于“小病不斷,大病不犯”的狀態,也有個別人偶爾會體檢出一些不能為人所接受的疾病。這時醫生就會發揮很大的作用,對病人追根問底,甚至排查其遺傳及祖傳病史等等。

生產過程中的常規檢驗包括原材料入廠的宏觀檢驗,比如硫印試驗是檢驗金屬材料中硫元素分布情況,酸蝕試驗是檢驗中心疏松、錠型偏析等等。生產過程中對工藝的實時監控,比如化學熱處理中滲碳層深度的在線快速檢驗,當滲碳時間基本達到工藝要求的時間后,要立即對隨爐試樣進行滲碳層深度的測定,判斷是否達到技術要求的指標,如果達到了就可以馬上出爐,如果還未滿足要求,就根據實際情況延長相應的保溫時間。再如鑄造過程中石墨的大小、分布以及數量的檢驗等。

失效的概念由來已久,其內涵和定義隨主體而定。以人為例,人的生老病死就是失效,動物、植物均有失效。零件的失效分析包括服役前的廢品和服役后的失效件。

服役前的廢品,即生產制造過程中發生質量問題的零件,比如零件在熱處理淬火時發生了開裂,究竟是純粹的熱處理問題,還是熱處理前鍛造的問題,或是鍛造前原材料的問題,對這類問題的分析、歸納總結,防止同類缺陷的再發生就是防患于未然。服役后發生故障的失效件,是環境、使用、安裝等問題,還是生產制造過程中的問題,對這類問題的解剖、分析、判定就是死后驗尸。在廢品和失效件的分析中,通過“望、聞、問、切”,再根據鑒別和判斷,給生產工藝和使用過程提出改進意見和建議,金相組織檢驗在這里無疑發揮著極其重要的作用。當然了,還有一項更值得投入的事情,那就是新材料研發過程的檢驗,從預想、預知、預測入手,制訂詳細的實驗過程,擬訂比較準確的工藝參數,通過耐心細致的操作,再經過全面精準的檢測,最后綜合優化就可以達到滿意的效果,這可以叫未卜先知吧。因此,金相檢驗始終貫穿于新材料的研發、零件的加工生產以及整個服役過程之中。所以我們金相人也可以自豪地說我們是真正的工業醫生!

金相檢驗注定是一個追根問底,相當辛苦的過程,在這個過程中,需要我們金相人永遠秉承公平、公正的原則,不為環境因素所左右。

金相組織的正確反映依賴于高水平的制樣技術,制樣技術對金相組織鑒別的影響。以下的圖9、11、13是出現的制樣缺陷,圖10、12、14則是相應材料的真實組織形貌。

球墨鑄鐵(非正常狀態)

(圖9 )球墨鑄鐵未拋干凈遺留在試樣表面的小黑點,嚴重污染了真實組織,給準確鑒別組織帶來很大影響。

球墨鑄鐵(正常)

(圖10)球墨鑄鐵中真實的組織,白色不規則多邊形的鐵素體和灰色球狀石墨。簡單清晰,眉清目秀,給人賞心悅目的感覺。

工業鐵(非正常)

(圖11)工業純鐵表面的變形層,使鐵素體嚴重失真,這種假象已經使真實形貌無法辨識了。

工業鐵(正常)

(圖12)工業純鐵中的真實的鐵素體,是白色不規則的多邊形。看上去一目了然,清新舒適。

20鋼(非正常)

(圖13)制樣過程中殘留在20鋼試樣表面的外來臟物,如箭頭所示。它和正常組織不在一個平面,屬于比較簡單、也好鑒別的制樣缺陷。

正常20鋼

圖14 20鋼中真實的組織形貌。是由白色不規則多邊形鐵素體和深色沿晶界分布的珠光體組成。清爽干凈,不脫泥帶水,讓人耳目一新。


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