有色合金彩色金相技术的研究与应用
朱锦艳王凤花
(太原重型机械集团公司，太原030024)
摘要：本文应用化学沉积着色法对铜、铝合金及双金属焊接接头的显微组织进行了上千次的着色试验。结果表明：彩色金相能够清晰地显示一般金相方法看不到的组织细节和特殊的相，其色彩鲜艳、分辩率高，给人们提供了很有意义的信息。同时还系统地介绍了化学沉积试剂的应用方法和试验操作技巧。
关键词：金相技术；着色；衬度；组织鉴别
O 引言
光学金相技术对揭示合金内部组织的奥秘起了十分重要的作用。随着科学技术的高速发展，普遍的金相方法限于其反着能力，已满足不了人类对金属材料微观世界的进一步探讨。由于电子金相技术的蓬勃兴起，使材料的研究进入一个新领域．作为基础的光学金相技术依然是解决生产实际问题所不可缺少的重要手段。人们为了提高光学金相的测试水平，必须从提高组织中各相间衬度入手，由此发展了一种崭新的显示方法——彩色金相。基于人眼对彩色差异的特殊敏感，利用彩色衬度来区分合金组织更为准确可靠，彩色金相已成为光学金相发展的方向。本文应用彩色金相的原理和方法对铝、铜合金等有色金属的显微组织进行了大量的试验和探讨工作，积累了较丰富的实践操作经验和技术，并研制出一册《有色合金彩色金相图谱》。
1 彩色金相原理及方法
彩色金相主要是通过物理或化学的方法，使试样表面形成一层干涉膜，利用光的薄膜干涉效应，使合金的显微组织产生鲜明的彩色衬度，以此来提高光学金相的鉴别能力。彩色金相显示合金组织的方法主要从两方面着手：一是改变样品表面状况的彩色侵蚀着色法、化学沉积着色法、热染法和真空蒸镀法等；二是不改变样品表面状况的纯光学方法，有偏光干涉法和分色法等，这些方法各有特点和局限性。本试验基于有色合金的特点及实验条件，主要选用化学沉积干涉膜着色法。
化学沉积着色的机理是，根据电化学原理，金属试样浸入到化学沉积试剂中时，必然会发生一系列的电化学过程，试样表面上的各区域按它们各自的稳定电位与试样综合稳定电位之差值，分为不同的阴极区域和阳极区域。如果选用了合适的试剂，则该试剂有能力，使不同区域上沉积不同厚度的干涉膜。不同的合金相其化学常数不同或膜的厚度不同，利用多重反射与薄膜干涉效应，使各相之间或位向与成份不同的晶体之间产生不同的干涉色，从而产生彩色图象，以达到辩认组织的目的。
2 试验结果与操作技术
2.1 铝合金
2.1.1 铸铝合金，使用含有铬酸钎、硫酸等配成的试剂于室温下浸蚀约10～60秒，肉眼观察试样表面有彩色，显微镜观察组织中各相分明、色彩丰富为止(可边观察、边试验，反复进行，直到满意)。染色后组织中α+Si二相共晶体呈兰紫色，清晰地显衬出白色初晶α。在黑白照片中同样为灰色的针状共晶Si和针杆状的T2(Al2Fe2Si2)相，着色后，共晶Si呈兰紫色，而T2相呈棕黄色，极易区分。
2.1.2 变形铝合金，使用马氏试剂于室温下浸入约5～20秒，当试样表面变灰并出现彩色为止。此试剂染色后的组织，不仅色彩艳丽，而且各相着成各种不同的颜色，对比度大，易于区分。马氏试剂是复杂铝合金较为理想的染色试剂，但使用时需把握好时间，方能得到满意效果。
2．2 铜及铜合金
2.2.1 特紫铜，先在10%过硫酸铵溶液中预侵蚀，再于室温下浸入硫代硫酸钠等配制的着色剂中，试样表面颜色即由黄色、红色、紫色、兰色、银白色逐次变化，当出现红紫色可得到最佳效果．着色后组织中树枝状偏析的a固溶体呈各色彩，各晶粒由于成分之差、位向不同着成不同色彩．
2.2.2 黄铜，使用与特紫铜相同的着色剂，方法同前．对于较为复杂的黄铜，其黑白照片中灰度反差不大的β相与a固溶体很难区分，而着色后，基体β相呈现兰色和浅兰色，而沿晶网络状及晶内针块状的α固溶体为桔红色，Fe相为白色，使组织一目了然，大大提高了光学金相的鉴别能力．
2.2.3 青铜，使用上述的着色剂，方法同前．锡青铜在铸态下a固溶体常呈树枝状偏析，染色后随含锡量的变化，呈各种不同的色彩，有黄色、粉色、紫色、兰色等，鲜明地显衬出分布于枝间浅色的角块状α+δ共析体，Fe相为白色小颗粒，Pb相呈黑色，组织中各相清晰可辨．铜及铜合金使用上述沉积着色试剂染色后，不仅组织清晰，色彩鲜艳，而且可使不同的相和未溶质点呈各种色彩，并显示出基底的芯型偏析、显微区域中的成份偏析、晶粒位向等，提供了更加丰富的显微组织及其很有意义的信息．所以说该试剂是铜及铜合金的理想染色剂。试剂使用过程中与时间和温度密切相关。
(1)此试剂按照成分配比可配制一种乳白色的溶液。需在半小时左右以内使用，最多只能用半天，时间稍久，由于溶液中硫化铅的沉淀，而变成灰色后就不能使用了。
(2)此试剂在使用时，对温度较敏感．温度太高，反应过快，组织细节不易显示，且染色容易过度。而温度太低，不易着色，甚至不着色．正确掌握好室温和时间可以说是试验成功的必要条件之一。
2.3 铜上堆铜
铜上堆铜是一种新型焊接工艺，尚处于试验开发阶段，由于焊接后显微组织情况复杂，又无参考资料，普通浸蚀剂显得无能为力．特用彩色金相方法予以尝试。
母材为ZQSn6-6-3青铜合金，为了保证质量，使用青铜和黄铜两种焊丝同时进行堆焊，分析焊缝的综合情况及焊缝与母材的熔合情况．使用硫代硫酸钠、乙酸铅等配制的沉积试剂，焊缝组织图中上下形态不同，下部有明显的树枝状偏析者为青铜焊丝组织α+(α+δ)共析体；而上部α+β是黄铜焊丝组织．中间为两种焊丝的共同熔合处，可清晰地分辩出其组织为α+(α+δ)+ β，由此可知两种焊丝堆焊后，青铜焊丝和黄铜焊丝部分相互熔合，部分仍保持原来组织状态，它们与母材没有明显过渡区，焊合情况良好．显然彩色金相又是显示复杂的复合材料的有效方法。
3 讨论和应用
由于黑白金相是依靠化学试剂蚀刻合金表面以造成浮凸，利用反射光的强弱不同所引起的黑白衬度来区分组织或相，它所能提供的信息是有限的．而彩色金相是根据合金相不同的物理性质，利用薄膜干涉效应，使金属或合金的组织显示成不同的颜色，即产生彩色衬度，有效地提高了鉴别组织能力，彩色金相与黑白金相相比具有许多优点，不仅色彩鲜艳，给人以美的享受，更重要的是其具有更高的鉴别能力，能够提供来自试样的更加丰富的有意义的信息．其中，化学沉积着色法是一种比较可靠、容易掌握、速度快、耗费少、不需要任何特殊设备的一种最有效的显示方法，在一般金相试验室中可以广泛应用。
3.1 应用范围
根据化学沉积着色技术的特点及实际应用情况，认为其具有下述几方面的实际价值和应用领域。3.1.1 相鉴别
相鉴别是化学沉积着色法的主要应用领域．由于其具有衬度大、灵敏度高及准确等特点，将在各种合金组织中相的鉴别方面发挥更大作用。
3.1.2 晶粒位向的显示
不同位向的晶面，进行蚀刻沉积时，所形成的沉积膜的厚度不同，加之膜下基底不同的倾斜面，可使不同位向晶粒呈现不同干涉色．利用化学沉积着色法可以简单迅速地测出不同位向晶粒的分布情况。3.1.3 成份偏析的显示
化学沉积着色法可使化学成份不均匀引起的组织结构不均匀分布。着成不同色彩；也可通过合金元素偏析造成的色彩不均匀来直接显示该元素的分布等。
3.1.4 显示组织细节
高度灵敏的化学沉积着色法的应用，往往会呈现一些常规金相中未能发现的现象和组织细节。
可见彩色金相技术是光学金相技术的重大创新，为传统的光学金相技术的发展展现了广阔的前景。
3.2 操作要点
根据我们的经验，在实际应用操作时，还应注意如下事项，以期得到满意的效果。
(1)首先，要制备好金相试样，并根据需要选择合适的着色剂．配制时应严格按顺序，前一种药品全部溶解后，才能放入后一种药品，以免发生其他反应使溶液失效。
(2)铝、铜等合金在试样制备过程中会造成一层氧化膜，对阳极起保护作用，因此大都要求在蚀刻前先预蚀。
(3)试样浸入溶液时不宜搅拌，以免造成人为的不均匀着色，影响正常的判别。
(4)试样成膜后，要水洗充分，并用热风吹干．在彩色金相中水斑可能会与正常的色彩变化相混。
(5)着色后的试样观察面不准进行擦试，观察时也应避免摩擦。
(6)照像时要注意显微镜的光源和曝光时间，我们所用的MM6广视域大型金相显微镜，采用氙弧光源，以满足显微照片上彩色所需要的色温，同时设备上具有控制曝光时间的功能，可根据经验，选择各种底片的正确曝光时间，色温和曝光时间都比较适度，放大冲洗后的照片颜色真实，以减轻放大时校正颜色的工作量。
第一讲金相分析技术之概述 1.1金相分析技术 金相分析技术是指用光学金相显微镜，观察，记录，分析，金属材料的微观组织结构的技术。 铁碳合金根据含碳量的不同分为亚共析钢，共析钢，过共析钢，白口铸铁等。不同成分的钢，它们的金相组织各不相同。另外成分相同的钢，根据热处理状态不同，它的组织结构也各不相同。组织不同，材料的性能也不相同。所以，成分，热处理状态等，决定了材料的组织，材料的组织结构，又决定着材料的各种性能。可见，研究材料组织结构的重要作用。 金属材料的结构，可分为：原子结构、晶体结构、组织结构和宏观结构。 我们所研究的主要是金属材料。要对这些材料进行合理地，有效地使用，充分发挥它们的潜力，必须要了解和掌握它们的某种或某些性能。为了达到这个目的，必须对材料进行测试。实际上金相分析技术应该是材料测试的一种。往往和其它测试手段共同进行，综合分析。 1.2材料的测试技术 材料的测试，从它的根本意义来说，它是属于信息技术的具体的应用。因为它是通过采用一定的方法，将材料的某种性能有关的内涵信息，进行提取，分离，输出，转换，处理，显示，记录，分析等等。经过这样一些过程，从而得到，我们所要探求的，真实的性能特征。 然后，将这些处理后的信息反馈到生产现场或实验室，对生产或实验进行指导或进行控制。 例如：最简单的是金属的拉伸试验……….。 近年来，由于近代物理，化学，光学，声学，及微电子，材料科学，计算机，自动控制等学科的迅速发展，提供了很多敏感元件，转换元件，检测器件，显示和记录装置等器材和技术，这样不仅使以前的测试方法和仪器有了很大的改进和更新。同时也开发了一些新的设备解决了以前所不能解决的问题。 如：硬度计。便携式，现场金相分析仪，高温金相分析仪及可以看到原子的扫描遂道电子显微镜，原子力显微镜，快速金相显微镜，可以看到动态变化的显微镜等等。 现在的检测技术要求：是向着快速，简便，精确，自动化，多功能，低费用的方向发展。 例如：以前化学分析到现在的光谱分析 以前洗相照相到现在的电脑，打印机输出。 1.2.1关于材料测试的重要意义： 我们可以从实际应用中的一些例子看出 1、在设计新的设备，或新的构件时就必须选用合适的材料，这就必须提供材料 有关的性能数据，特别需要提供设备或构件实际服役的性能，来作为设计的依据。如航空母舰的钢板。飞机发动机的材料。 2、在合成和制备新材料或制定新工艺时，要对材料的性能进行比较，筛选，和 确定最佳方案。如焊接工艺评定。 3、在工业生产中，对投产的原材料的质量，必须进行检查，用来了解它是不是 符合规格，用来保证产品的质量。如压力容器的生产。 4、在生产加工过程中要对各道工序前后的材料半成品，成品的性能进行监控，
金相取样及试样制作要点 第二章钢管和棒材金相（高低倍）试样截取和制备 一、试样选择和截取： 试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法，检验的目的进行。检验面的选取根据检验目的内容确定检验面。横向截面主要用以检验表面缺陷、检验组织从表面到中心的金相组织变化情况、脱碳、晶粒度显微组织等，而纵向截面主要用以检验非金属夹杂物数量、α－相等。试样尺寸以磨面面积大约为2002mm，高度15～20 mm为宜。详细取样部位和试样检验面详见有关标准规定。 二、非金属夹杂物取样 根据GB/T10561-2005钢中非金属夹杂物含量测定，用于检测夹杂物的试样面积约为200mm(20mm×10mm) 平行于钢材纵轴，位于钢材外表面到中心的中间位置。当产品的厚度或壁厚较保证检验面面积为200mm，当取样数量达到10个长10mm的试样作为一支试样时，检验面仍不足200mm2是允许的。 直径或边长大于40mm的钢棒或钢坯，检验面为钢材外表面到中心的中间位置的部分径向截面 直径或边长大于25mm、小于或等于40mm的钢棒或钢坯；检验面为通过直径的截面的一半
直径或边长小于25mm的钢棒；检验面为通过直径的整个截面，其长度应保证得到约200mm2的检验面积。 三、钢的脱碳层深度测定取样示意图
据国家标准GB/T224－2008钢的脱碳层深度测定的规定，选取试样的检验面应垂直于产品的纵轴。保留钢材的表皮。试样总的检测周长应不小于35mm。对于外径小于或等于25mm的钢管或边长不大于20mm的方钢要检验整个周边。对于直径大于25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢，为保证取样的代表性，可截取试样同一截面的几个部分，以保证总检测周长不小于35mm。 三、α－相面积取样示意图 根据GB／T13305-2008不锈钢中α相面积金相测定法；试样的检验面为平行于钢 材，截取纵截面,试样应在冷状态下用机械方法切取，如果采用气割或热切时， 必须将金属的熔化区，塑性变形区和热影响区完全去除。 四、钢管和棒材低倍组织检验取样示意图
金相分析软件介绍 检验类别模块名称功能说明 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 辅助评级【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法）自动评级【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法）自动评级【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 自动评级【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 自动评级【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 自动评级 4、脱碳层深度测定【004】脱碳层深度测定…GB 224-87 辅助评级 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 自动评级 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 自动评级 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 自动评级 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 自动评级【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 比较评级 【059】石墨长度…GB 7216-87 辅助评级【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 自动评级【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 比较评级 【186】碳化物数量…GB 7216-87 自动评级 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 比较评级【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 自动评级
实验二金相常识简介和铁碳合金平衡组织观察 一、目地要求 1 、了解试样制备过程、金相显微镜基本构造和原理等金相常识。 2 、研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 3 、分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。 二、实验内容：将制好的样品放在显微镜上观察，注意显微镜的正确使用，并分析样品制备的质量好坏，初步认识显微镜下的组织特征并分析成分对铁碳合金显微组织的影响。 三、实验设备：金相显微镜，抛光机易耗品：吹风器、样品、不同号数的砂纸、玻璃板，抛光粉悬浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等 四、实验步骤： 1.金相样品的制备方法。 2、样品硝酸酒精溶液腐蚀（即浸蚀）。
实验结论： 1画组织示意图 （1）画出下列试样的组织示意图 1）亚共析纲 2）过共析钢 3）亚共晶白口铸铁 4）过共晶白口铸铁 （2）画图方法要求如下 1）应画岩石记录表中的30—50直径的圆内，注明：材料名称、含碳量、 腐蚀剂和放大倍数。并将组织组成物用细线引出标明。如下图： 2．回答以下问题 （1）分析所画组织的形成原因。
（2）分析碳钢（任选一种成分）或白口铸铁（任选一种成分）凝固过程。
教学及实验方法： 1 、教师讲述和演示阶段： 用 1 5 分钟时间讲解试样制备、显微镜结构、反射原理和黑白成像等金相常识，用 2 0 分钟时间联系铁碳平衡图讲解、分析本次实验的 7 种铁碳合金在平衡状态下的显微组织，用电视显微镜向全体学生展示所有显微组织，用 5 分钟时间讲解绘制显微 组织的有关技巧。 2 、学生动手实验阶段： 学生用 5 0 分钟时间对 7 种铁碳合金平衡组织进行观察和分析，进一步建立成分和组织之间相互关系的概念，绘出所观察到的显微组织图，用箭头标明各显微组织，并在相应图下标出成分，确立组织和成分之间的关系。
计算题（初级） 计量技术知识 1.计算1.1× 2.233×0.3344的结果？（3分） 1.1× 2.233×0.3344 = 1.1×2.23×0.334 = 0.819 ≈ 0.82 2.计算104.29 6.15315.041 4.10 5.2???的结果？ 104.29 6.15315.0414.105.2???=104.06.1515.0 4.10 5.2???= 640 154=0.240≈0.24 3.计算3.142＋0.0059＋25.18＋13.2579的结果。（5分） 解：3.142＋0.0059＋25.18＋13.2579 ＝3.142＋0.006＋25.18＋13.258 ＝41.586 ≈41.59 金属学基础 1.体心立方晶胞和面心立方晶胞中原子数各是多少？（5分） 解：体心立方晶胞：N ＝1+8×81 ＝2 面心立方晶胞：N ＝6×21 ＋8×81 ＝4 答：体心立方晶胞原子数为2个，面心立方晶胞原子数为4个。 2.金相分析在生产、材料科学发展与材料研制中的作用有哪些？7分 答：（1）常规检测。常规的金相检测主要是控制材料和产品质量，包括原材料检验、生产过程中中间产品的抽查或在线检测以及最终产品的检测，以保证产品符合质量标准。 （2）失效分析。通过综合理化分析、找出失效原因，掌握失效机理，达到有效控制和解决非正常失效。 （3）组织与性能关系研究。金相检测对材料科学及新材料研制的重要作用，就是揭示材料内部组织和宏观性能之间的定性联系，揭示一些规律性，克服材料研制中的盲目性。 3.含碳量质量分数为0.40%的亚共析钢，试利用铁碳相图及杠杆原理计算先共析铁素体及珠光体含量。
有色合金彩色金相技术的研究与应用 朱锦艳王凤花 (太原重型机械集团公司，太原030024) 摘要：本文应用化学沉积着色法对铜、铝合金及双金属焊接接头的显微组织进行了上千次的着色试验。结果表明：彩色金相能够清晰地显示一般金相方法看不到的组织细节和特殊的相，其色彩鲜艳、分辩率高，给人们提供了很有意义的信息。同时还系统地介绍了化学沉积试剂的应用方法和试验操作技巧。 关键词：金相技术；着色；衬度；组织鉴别 O 引言 光学金相技术对揭示合金内部组织的奥秘起了十分重要的作用。随着科学技术的高速发展，普遍的金相方法限于其反着能力，已满足不了人类对金属材料微观世界的进一步探讨。由于电子金相技术的蓬勃兴起，使材料的研究进入一个新领域．作为基础的光学金相技术依然是解决生产实际问题所不可缺少的重要手段。人们为了提高光学金相的测试水平，必须从提高组织中各相间衬度入手，由此发展了一种崭新的显示方法——彩色金相。基于人眼对彩色差异的特殊敏感，利用彩色衬度来区分合金组织更为准确可靠，彩色金相已成为光学金相发展的方向。本文应用彩色金相的原理和方法对铝、铜合金等有色金属的显微组织进行了大量的试验和探讨工作，积累了较丰富的实践操作经验和技术，并研制出一册《有色合金彩色金相图谱》。 1 彩色金相原理及方法 彩色金相主要是通过物理或化学的方法，使试样表面形成一层干涉膜，利用光的薄膜干涉效应，使合金的显微组织产生鲜明的彩色衬度，以此来提高光学金相的鉴别能力。彩色金相显示合金组织的方法主要从两方面着手：一是改变样品表面状况的彩色侵蚀着色法、化学沉积着色法、热染法和真空蒸镀法等；二是不改变样品表面状况的纯光学方法，有偏光干涉法和分色法等，这些方法各有特点和局限性。本试验基于有色合金的特点及实验条件，主要选用化学沉积干涉膜着色法。 化学沉积着色的机理是，根据电化学原理，金属试样浸入到化学沉积试剂中时，必然会发生一系列的电化学过程，试样表面上的各区域按它们各自的稳定电位与试样综合稳定电位之差值，分为不同的阴极区域和阳极区域。如果选用了合适的试剂，则该试剂有能力，使不同区域上沉积不同厚度的干涉膜。不同的合金相其化学常数不同或膜的厚度不同，利用多重反射与薄膜干涉效应，使各相之间或位向与成份不同的晶体之间产生不同的干涉色，从而产生彩色图象，以达到辩认组织的目的。
《金相图象分析系统》是为从事金相检验的单位或个人专项开发的一套计算机软件系统。应用金相分析检验系统,用户可以迅速,准确地完成金相图像采集 ,图像处理，图像数据获取，评定级别以及资料的保存，打印等工作，不但大大提高工作效率，还能够完成许多过去用人工方法几乎无法完成的检验工作，是冶金行业生产，教学，科研人员的得力助手和必备工具。 主要功能： 图像采集：将显微镜的视场图像通过ＣＣＤ传感器+视频采集卡或数码相机输入计算机，保存为金相图片。同时提供用户按照指定的放大倍数打印图象的功能，这两项功能配合使用，可省去复杂烦琐的金相摄影、洗相等暗室工作，大大提高了工作效率。 图像处理：提供以下方法处理显微镜采集的视场图像，使其更加符合图像分析的需要 1、区域处理：从视频图像中选择任意一个分析区域，软件系统只对所选区域进行分析处理并评定级别，区域外的图像均被忽略。 2、亮度调整：加亮或变暗整个图像。 3、调整对比度：调整图像中明暗之间的差别。 4、颜色调整：单独调整图像中红，绿，蓝三种颜色的深浅。 5、转换为灰度图像：把彩色图像变换为有256种深度的灰色图像。 6、锐化：放大图像中色彩之间的差别，使图像中原来模糊的部分变得更清晰。 7、柔化：缩小图像中色彩之间的差别，使图像中原来清晰的部分变得更模糊。 8、过缘增强；加亮图像中色彩变化较大的分界线，同时把其他颜色变暗。 9、边缘检测：加亮图像中色彩变化较大的分界线。 10、中值滤波去噪：图像色彩变化较大时，增大其中色彩较暗的像素，缩小图像中色彩较亮的像素，使其保持中间值。 11、二值化处理：根据临界值把图像转换为只有黑色和白色两种颜色的图像。 12、去除杂点：把图像中独立的黑色点变成白色。 13、断线处理：把断开的线连接起来，或延长断线。
金相综合实验报告 实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程 班级: 材料11（1） 指导老师：席生岐高圆 小组组长: 仇程希 小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐 二〇一四年四月三日
一、实验目的 1.了解碳钢热处理工艺操作； 2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值； 3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法； 4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响； 5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。 二、实验内容 1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料； 2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度； 3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像； 4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。三、实验原理 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。 (一)碳钢热处理工艺 1.加热温度 亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。 淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、
铜及铜合金的金相组织分析一）结晶过程的分析 结晶是以树枝状的方式生长，树枝状的结晶容易造成夹渣外，通常形成显微疏松。 取决于模壁的冷却速度外，还取决于合金成分、熔化与浇注温度等。 （二）宏观分析中常见缺陷 在浇注过程中往往产生缩孔、疏松、气孔、偏析等缺陷。 浇注温度和浇注方式的影响，铸锭、紫铜中容易出现气孔和皮下气孔。 由于合金元素的熔点、比重不一，熔炼工艺不当造成铸锭的成分偏析。 铸造时热应力可产生裂纹。 浇注工艺不当（浇注温度过低），浇注时金属液的中断会造成冷隔。 （三）微观分析 与铜相互作用的性质，杂质可分三类： 1. 溶解在固态铜中的元素（铝、铁、镍、锡、锌、银、金、呻、锑）。 2. 与铜形成脆性化合物的元素（硫、氧、磷等）。 3. 实际上不溶于固态铜中与铜形成易熔共晶的元素（铅、铋等）。 铋与铜形成共晶呈网状分布于铜的基体上，淡灰色。 铅含量很少时和铋一样呈网状分布于晶界，其颜色为黑色； 铅含量大时在铜的晶粒间界上呈单独的黑点。 暗场观察：铅点呈黑色，孔洞为亮点。 硫与氧的观察：均与铜形成化合物（Cu2S、Cu2O），又以共晶形式（Cu2S+ Cu、 Cu2O+ Cu）分布在铜的晶界上。 氯化高铁盐酸水溶液浸蚀：Cu2O变暗，Cu2S不浸蚀。 偏振光观察：Cu2O呈暗红色。 QJ 2337-92 铍青铜的金相试验方法 金相分析晶粒度检测金属显微组织分析，晶粒度分析，GB/T 6394-02 金属平均晶粒度测定方法 ASTM E 112-96（2004） 金属平均晶粒度测定方法
YS/T 347-2004 铜及铜合金平均晶粒度测定方法 GB/T13298-91 金属显微组织检验方法 GB/T 13299-91 钢的显微组织评定方法 GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 ASTM E45-05 钢中非金属夹杂物含量测定方法 GB/T 224-87 钢的脱碳层深度测定方法 ASTM E407-07 金属及其合金的显微腐蚀标准方法 GB/T 226-91 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法 GB/T 1979-2001 结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 5168-85 两相钛合金高低倍组织 GB/T 9441-1988 球墨铸铁金相检验 ASTM A 247-06 铸件中石墨微结构评定试验方法 GB/T 7216-87 灰铸铁金相 EN ISO 945:1994 石墨显微结构 GB/T 13320-07 钢质模锻件金相组织评级图及评定方法 CB 1196-88 船舶螺旋桨用铜合金相含量金相测定方法 JB/T 7946.1-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金变质 JB/T 7946.2-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金过烧 JB/T 7946.3-1999 铸造铝合金金相铸造铝 氧是铜中最常见的杂质，可产生氢脆。所以含氧量应严格规定。 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料 显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思 考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。 转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC) 珠光体型相 变珠光体 (P) >650 在400～500X金相显微镜下可以观察到 铁索体和渗碳体的片层状组织 ～20 (HBl80～200)索氏体 (S) 600～650 在800一]000X以上的显微镜下才能分 清片层状特征，在低倍下片层模糊不清 25～35 屈氏体 (T) 550～600 用光学显微镜观察时呈黑色团状组织， 只有在电子显徽镜(5000～15000X)下 才能看出片层状 35—40 贝氏体型相 变上贝氏体 (B上) 350～550 在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特 征 40—48 下贝氏体 (BT) 230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58
实验三偏光、暗场在金相分析中的应用(验证性) 一、实验目的及要求 1．了解偏振光和暗场的基本原理。 2．学会偏振光和暗场的操作方法和分析方法。 3．了解偏振光和暗场在钢中非金属夹杂物分析及多相合金的组织鉴别方面的应用。 二、实验原理 暗场和偏振光是金相分析方面应掌握的一种基本的分析手段，它们主要应用在一些组织、晶粒的鉴别，晶粒取向，形变织构的研究，特别是在非金属夹杂物的研究分析方面使用较广。 1、暗场 1）暗场与明场的区别 明场：入射光束通过物镜垂直照射到试样表面，反射光进入物镜成像。 暗场：入射光束绕过物镜，以极大的角度斜射到试样表面，散射光（漫射光）进入物镜成像。这样的光束是靠暗场折光反射镜和环形反射镜获得。 2）暗场的操作 使用暗场照明时的步骤： （a）孔径光栏、视场光栏都要开大； （b）将暗场遮光反射镜插入光路。入射光中插入暗场遮光反射镜后，使入射光变成环形光环。 （c）将暗场聚光镜套在物镜外面。入射光环不通过物镜，而经暗场聚光镜反射之后，以极大的倾斜角照射到试样表面，实现倾斜光照明。 （d）要将光路中明场用的平面半反射镜拉出来，它已不起作用。这样，使入射光不能
进入物镜，提高了成像质量。暗场环形反射镜已固定在光路里，将暗场遮光反射镜造成的环形光束反射到置于外面的“暗场聚光镜”表面上，然后以极大的倾斜角反射到试样表面上。 倾斜光照射到试样表面平坦部位反射光会以相同的角度反射回去，这部分反射光不能到达物镜，视场内是暗黑的。而使光线产生漫反射的凹凸处、透明夹杂物处等，因漫反射使部分光线可到达物镜，在视场内观察到是明亮的，因此形成在暗黑的基体上有部分明亮的映像。因此称这种照明方式为暗场照明。 3）暗场照明的特点及应用 （1）暗场照明提高了显微镜的实际分辨能力和衬度 暗场采用倾斜光照明，充分利用了物镜的孔径角，而且暗色基体衬度好，实际的分辨能力提高了。 例如取一含有珠光体的试样，在明场观察时，有许多珠光体领域由于细密使物镜分辨不清的片层。而转换成暗场照明，同一部位的片层状清晰可见，这说明暗场下，物镜的实际分辨能力提高了。 另外，钢中有许多超显微的粒子，明场时无法辨认，有的可见隐约小点。但若用暗场照明，由于消除了跌加在这些微粒散射光成像的亮背景，从而加强了这些粒子衍射象的衬度可看到在暗黑的基体上分布着很多小亮点，有的还呈现出各种色彩，使小质点清晰可辨。就像晚上可看到星星一样，我们虽不能分辨这些粒子的细节，却可察觉到这些微粒子的存在。 （2）鉴别钢中的夹杂物和固有色彩 明场观察时，金属基体反射光很强，夹杂物处的反射光或漫射光或汇合，其固有色彩被掩盖。暗场照明，透明、半透明夹杂物由于内反射的结果，在暗场下是明亮的，同时还可以观察到它的固有色彩。一般情况下，暗场下越明亮，其透明度越好。例Al2O3等氧化物。明场下为暗黑色。暗场为白亮色，说明其透明度很好，色彩也呈现出来了。不透明的夹杂物，
金相检测国家标准总结
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检验类别 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法） 【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法） 【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 4、脱碳层深度测定【004】钢的脱碳层深度测定法…GB/T 224-2008 【130】脱、渗碳层深度测定…GB 224-87 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 【059】石墨长度…GB 7216-87 【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 【186】碳化物数量…GB 7216-87 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 【190】基本组织特征…GB 7216-87 【235】石墨长度（自动分析）…GB 7216-87 【251】灰铸铁多图多模块评级：石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团 【255】灰铸铁金相＿基本组织特征（灰度法） 【256】石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团（灰度法）…GB 7216-87 【316】灰铁金相等级图_石墨类型…SS 2007-6 【317】灰铁金相等级图_石墨尺寸…SS 2007-7 【318】灰铁金相等级图_铁素体的大约百分含量…SS 2007-8 【319】灰铁金相等级图_珠光体的大概间隔…SS 2007-9 【320】灰铁金相等级图_碳化物及磷化物共晶体大致含量…SS 2007-10 9、定量金相测定方法【009】定量金相测定方法…GB/T 15749-95 10、钢的显微组织评定方法
金相检测国家标准汇总文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
检验类别 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法） 【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法） 【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 4、脱碳层深度测定【004】钢的脱碳层深度测定法…GB/T 224-2008 【130】脱、渗碳层深度测定…GB 224-87
5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 【059】石墨长度…GB 7216-87 【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 【186】碳化物数量…GB 7216-87 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 【190】基本组织特征…GB 7216-87 【235】石墨长度（自动分析）…GB 7216-87 【251】灰铸铁多图多模块评级：石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团【255】灰铸铁金相＿基本组织特征（灰度法）
PMG3型光学金相显微镜与金相图像分析系统使用规则 主要技术参数： OLYMPUS PMG3型倒置式光学金相显微镜同自动显微摄影系统PM20型的曝光控制装置一起使用，除可完成不同倍率的金相组织观察与用大版照相机背或35mm照相机背显微摄影外，还可与北京中科科仪计算技术有限责任公司开发的SISC IAS.V8.0金相图像分析系统配套使用。 SISC IAS.V8.0金相图像分析系统拥有通用图像分析模块和专用定量金相分析模块。其功能可分为基本功能、主要功能、辅助功能和专用功能。 基本功能包括图像的采集、存取及打印等。 主要功能包括图像标尺的标定、原始图像的阈值分割、原始图像的校正增强处理等。 辅助功能包括各项参数、属性的设定、操作过程控制、编辑等。 专用功能①比较图法一即人工评定法，是把金相标准图谱与当前采集图像以相同倍率在同一个屏幕上显示，由人眼对照标准图谱确定当前图像的组织级别；②定量金相分析法一是使用图像测量技术测量金相图像得出定量化数据，从而评定组织级别的方法，如晶粒度测量、夹杂物评定、深度测量、球墨铸铁金相检验和粒度分析等。 主要技术规格： 放大倍数：物镜10X、40X 目镜10X (其中一个待测维尺） 照明系统：6V、20W卤素灯，亮度可调电源电压：交流220V，50HZ 载物台尺 寸：200X 152mm 载物台移动范围：15X15mm 瞳距调节范围：53?75mm 使用范围： 适于一般的金相组织观察及简单的定量测量（如渗碳层深度）。 使用规则： 使用前必须熟悉使用说明及显微镜各部分的作用。 保持显微镜及实验桌的清洁，样品在全部干燥后方可放在显微镜的载物台上，使用前必须将手洗净擦干。 清洁显微镜应先用驼毛刷再用擦镜纸。 不得在显微镜上任何部分使用酒精，清除浸油物镜上的油时只能用二甲苯或笨。 除驼毛刷或擦镜纸外，禁止任何物品接触物镜和目镜，不得用手触及其玻璃部分。 显微镜筒上必须放置镜头或套帽，以免灰尘进入其内部。
铝合金金相组织观察 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
北京工业大学 实验报告 模块（课程）名称：材料工程基础综合实验 实验名称：铝合金金相组织观察 学号：08090206 姓名：左迎雪
一、实验目的 ⒈了解铸造、固溶处理、轧制及时效处理4种加工条件对铝合金的组织特征的影响； ⒉分析不同材料加工工艺对铝合金力学性能的影响； 3. 深入了解材料四要素之间的内在联系。 二、实验内容 1. 铝合金铸造、固溶处理、轧制及时效处理后金相组织的观察； 2. 不同工艺处理后铝合金静态拉伸实验； 3. 实验报告撰写。 三、实验过程 1. 制样 每一位同学根据名单选取相应工艺的样品，根据《光学技术实验平台》中对于金相样品制备的学习，按照金相样品制备的一般要求进行。磨光过程经历200、400、600、800等四种牌号的水砂纸，然后抛光、腐蚀。 制样的要点： A 缩短在砂纸上停留的时间（包括全过程及每次接触） B 挡水盘距离盘面1cm，请节约用水 C 样品抛光前必须在粗砂纸上修出倒角 D 抛光膏的使用原则是微量、多次；注水少量、恰当 E 抛光时，用力避免过大，应当适中，可以任意方向抛光 2. 组织观察
3. 结果分析 （1）请同学写出自己制备样品（铸造、固溶、轧制或轧制时效处理）的简要生产工艺过程； （2）观察图片，分析铸造、固溶处理、轧制、轧制时效工艺处理后，形成的组织的特点、原因（注意放大倍数的影响）； （3）分析自己制备样品的质量。 图中所示为铝合金铸态组织，主要由α-Al固溶体 与晶界上和枝晶间的低熔点共晶组成。晶粒基本 呈等轴状，在晶界处和晶内均分布有大量的第二 相颗粒，并且在晶界上还能看到存在一些显微疏松组织，可能是由于铸造过程中的收缩或气体含量过高造成的。此外， 由于铸造过程中的过冷度很大，成分偏析十分严重，这种偏析在会在晶 界处富铸造组织50× 集，越靠近晶界附近合金元素含量越高区域偏析越严重。晶粒细小。 图中所示为铝合金固溶处理组织，可以明显看出合 金晶粒粗化，再结晶组织增多，粗大的第二相组织 基本溶解。同时成分偏析得到一定消除，组织趋于 均匀。
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。 在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V 1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V 2 。时(相当于空冷)， 得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马 氏体；当冷却速度增大至V 4、V 5 ，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后， 瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V 4 )称为淬火的临界冷却速度。
亚共析钢的C 曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V 1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即V 3>V 2>V ，时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此，V 1的组织为铁素体+珠光体；V 2的组织为铁素体+索氏体； V 3，的组织为铁素体+屈氏体。当冷却速度为V 4，时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体(有时可见到少量贝氏体)，奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体(如图3-3)；当冷却速度V 5，超过临界冷却速度时，钢全部 转变为马氏体组织(如图3-6，3-7)。 过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。 ① 珠光体（P ） 珠光体的组织形态主要有两种：片状珠光体和颗粒状珠光体。片状珠光体由一片片相互交错排列的铁素体和渗碳体所组成形成珠光体的先行条件是事先形成均匀的奥氏体，而后缓慢冷却在A1以下附近温度形成。片状珠光体似手指纹的层状结构，它是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物（见图3-1）。颗粒状珠光体是在铁素体的基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织（见图3-2）。 图3-1片状珠光体500×4%硝酸酒精 图3-2 颗粒状珠光体500×4%硝酸酒精 ② 索氏体(s) 是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍(700倍以上)显微放大时才能分辨(见图3-3)。 ③ 屈氏体(T) 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图3-4)。 图3-3 索氏体500×4%硝酸酒精 图3-4 屈氏体+马氏体500×4%硝酸酒精
实验名称：计算机辅助定量金相显微分析实验实验类型： 一、实验目的和要求（必填）二、实验原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.掌握金属材料组织结构与力学性能之间的关系,能够根据材料组织判定其力学性能。 2.掌握定量金相显微分析系统的正确操作方法，能利用设备进行金相组织的初步定量分析。 二、实验原理 材料成分、组织和性能之间定量关系的确定对于材料的研究、生产和使用具有理论指导和实际应用意义。定量金相方法是完成该任务的必要方法之一，即通过先确定材料组织的数量、大小、形状和分布，然后分析组织特征参数与成分或性能之间的内在联系，从而建立它们之间的定量关系。精确测定硬度计试验的压痕尺寸也是定量显微测量的应用之一。 常用的定量金相测量方法主要有比较法和测量法两种。 1.比较法 此法是将测量对象与标准图样进行比较以确定金相组织的级别，如晶粒度级别、夹杂物级别、石墨级别等，目前光学金相中的目视评级法属于比较法。比较法所用的标准图片由国家有关部门统一颁布。这种方法简单、快捷、易行，对于判断钢材一般的质量和性能趋势较为有效，在工矿企业中至今仍在沿用。 2.测量法 测量法主要通过测定组织的某些特征参数并进行计算，得到所需的各种数据。它不直接评定金相组织的级别。测量可以通过显微镜在试样的视场中直接进行，也可以在显微照片、投影屏或工业电视的显示屏上进行。显微组织的参数很多，通常只要测量最基本、最易获得、又能够由此推导出其他数据的有关参数，如点、线、面等。常用的测量方法有面积法、截线法、计点法和联合测量法。 传统的金相分析是人工分析法，重现性差、速度慢、效率低、劳动强度大，容易导致工作者的视觉疲劳，引起测量和计算误差。目前市场上出现的半自动、全自动金相分析仪的工作效率可比人工测量提高十几到几十倍。 IS100A系列金相图像分析系统是基于现代显微镜制造技术、理化检验中材料科学和计算机图像分析技术发展起来的现代金相分析工具。系统的软件依据数字图像处理技术，结合光学、电子学、数学、摄影技术、计算机科学等学科知识，采用面向对象的程序设计方法，实现对金相图像的专业分析处理，满足材料专业工作者对材料金相检验的需要。 IS100A系列金相图像分析系统应用了多种图像处理技术和数学方法，主要包括以下三个方面： 1)图像的数字化和编码，把图像从连续形式变换为离散形式，以进行计算及处理，并尽量节省存储空间 和信息容量； 2)图像的增强和恢复，即改善图像质量，降低噪音； 3)图像的分割和描述，把图像变换为简化的“图形”，以进行定量参数测量和性质描述。 三、主要仪器设备 计算机辅助定量金相分析系统 四、实验步骤 （一）、金相摄像 1、打开桌面IS200W多媒体显微实验互动系统。 2、打开电子显微镜，在载物台上放置金相试样（每组两个：灰口铸铁和球墨铸铁）。
金相学和材料显微组织定量分析技术 摘要：金相学被认为是金属学的先导，是金属学赖以形成与发展的基础，亦曾 被用作早期金属学的代名词；金属材料与热处理专业在过去相当一段时期内则被 简称为“金相专业”。同样，光学显微镜技术对于无机非金属材料学和其它材料分 支学科的重要作用亦类同于其对于金属学；国际上亦有建议采用材相学（materia lography）取代金相学之称，以反映其研究对象已从金属材料拓展到无机非金属 材料和高分子材料、复合材料这一现实。 关键词：金相学；图像分析；计算机仿真；材料显微组织； 介绍了材料显微组织几何形态的定量表征与分析技术及其标准化、显微组织 仿真及设计、以及金相研究时应注意的材料显微组织的若干特性等内容。对金相学、材相学、体视学、图像分析、虚拟金相学、显微组织仿真及其相互关系亦予 以讨论。 一、材料显微组织的计算机仿真与虚拟金相学 光学金相技术可以提供材料制备、加工和热处理过程中相变和显微组织演变 的许多定性和定量信息。然而，由于不透明材料三维微观组织的不直接可视性， 许多涉及三维显微组织的材料理论模型的验证，难以实际实现的显微组织演变过 程研究。基于模型的材料体视学研究、显微组织的三维可视化研究、材料显微组 织的虚拟设计等仍然需要寻求新的辅助研究方法。材料显微组织结构的计算机辅 助模型化与仿真设计即这样一种方法。利用这些既遵从材料显微组织形成和演变 规律，又已数字化且可视化的显微组织仿真的静态或动态模型，可以进行晶粒或 任何组织组成物及其动态演变过程的直观分析和定量研究（将其称为“ 虚拟金相学”），获得若干真实金相学所无法获得的组织表征信息和含时间变量的动力学显微组织数据，将有助于我们对真实材料显微组织及其各种演变过程的进一步了解，是近年来材料显微组织学的一个前沿研究方向。目前需要解决的技术问题是实现 仿真的实时间化和实尺寸化，以便将仿真模型用于实际材料及实际过程。 二、金相技术、图像分析和体视学应用的标准化 美国材料试验学会（ASTM）最早确认光学显微镜是研究和检验金属材料组织 的有效手段，并一直极为重视金相检测标准的制定，对世界各国（包括我国）金 相标准的制定和实施产生的影响非常大。以下给出与金相检测和显微组织观察相 关的一些ASTM标准供读者参考。例如，ASTM StandardE3-95为金相样品的标准 制备操作规程；E7-99a为金相学标准术语；E807-96为金相实验室评估标准操作 规程；E1351-96为现场金相复膜的制作和评价的标准操作规程；E1558-99为金相 样品电解抛光的标准指南；E1920-97为热喷涂层金相制备的标准指南；E1951-98 为标度线和光学显微镜放大倍数标定的标准指南；E2014-99为金相实验室安全标 准指南；E2015-99为显微组织观察用塑料和高分子样品制备的标准指南；等等。 在相应的科学研究与材料金相检测中，建议对这些标准以及本国的相应标准予以 高度重视。目前国际上已存在一系列利用体视学和图像分析方法进行材料 显微组织或非金属夹杂物定量分析的标准。例如，ASTM Standard E112为 确定平均晶粒尺寸的标准操作规程；E562为采用系统人工计点法确定体积分数的 标准操作规程；E768为钢中夹杂物自动评定用样品的制备与测定的标准操作规程；E930为估计金相磨面上观察到的最大晶粒的标准测定方法；E1122为采用自动图 像分析获得JK夹杂物级别的标准操作规程；E1181为表征双重晶粒尺寸的标准操 作规程；E1245为采用自动图像分析确定钢和其它金属中夹杂物数量的标准操作