淺談金相顯微鏡在鋼材檢測中的應(yīng)用

張樹財

【摘 要】鋼材料作為鋼結(jié)構(gòu)的主要材料，其整體質(zhì)量和性能的好壞，都會直接對鋼結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。金相檢測是鋼材檢測中較為重要的一項內(nèi)容，是確定鋼材合金成分、組織及性能之間定量關(guān)系的重要方法，隨著現(xiàn)階鋼材檢測技術(shù)的不斷提升，越來越多的新型設(shè)備及技術(shù)被應(yīng)用其中，其中就包括金相顯微鏡?；诖?，本文就金相顯微鏡在鋼材檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討。

【關(guān)鍵詞】鋼材檢測；金相檢測；金相顯微鏡；應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代建筑較為常見的一種類型，在其施工建設(shè)過程中，最為常用的一類材料就是金屬鋼材料，因此，做好鋼材料的檢測工作就顯得特別的重要。對于現(xiàn)階段鋼材檢測而言，其所涉及到的檢測項目相對較多，例如無損檢測、金相檢測、力學(xué)性能檢測等等。其中金相檢測作為反映鋼材內(nèi)部成分的重要方法，其檢測質(zhì)量的好快會直接對后續(xù)無損檢測等相關(guān)工作產(chǎn)生較大的影響。近年來，隨著金屬材料金相檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多新型的技術(shù)和設(shè)備被應(yīng)用其中，比如金相顯微鏡。如何將金相顯微鏡應(yīng)用到金相檢測過程當(dāng)中，也成為了現(xiàn)階段檢測單位重點(diǎn)關(guān)注的一個問題。

一、金相檢測與金相顯微鏡概述

1、金相檢測概述

對于金相檢測而言，其主要指的就是通過對定量金相學(xué)原理、二維金相試樣磨面、薄膜金相顯微組織測量的應(yīng)用，來對合金三維空間形貌進(jìn)行計算和測量[1]，進(jìn)而對合金成分、組織以及性能間的定量關(guān)系進(jìn)行確定。其主要是對金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和分析，是金屬材料研究過程中較為重要的組成部分，在提升金相檢驗準(zhǔn)確率方面發(fā)揮著非常積極的作用。

2、金相顯微鏡結(jié)構(gòu)及工作原理

金相顯微鏡是現(xiàn)階段金相檢測過程中較為常用的一類設(shè)備，其主要是由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及機(jī)械系統(tǒng)三部分組成。其中光學(xué)系統(tǒng)主要是由光源、物鏡組、反光鏡、目鏡以及多組聚光鏡組成；照明系統(tǒng)主要是由底座低壓燈泡、聚光鏡組、孔徑光闌、反光鏡以及視場光闌組成；機(jī)械系統(tǒng)主要是由是視場光闌、接目鏡、試樣臺、粗調(diào)和微調(diào)手輪、物鏡轉(zhuǎn)換器、孔徑光闌等組成。對于金相顯微鏡而言，其主要工作原理與一般顯微鏡工作原理基本相同。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金相顯微鏡也得到了較大進(jìn)步，現(xiàn)階段檢測工作過程中常見的金相顯微鏡通常會具有瞬時高清抓拍及圖像處理功能，這樣一來，就可以在較大程度上實(shí)現(xiàn)金相檢測工作的提升。

二、鋼材金相檢測樣品制備

1、檢測樣品取樣

對于鋼材金相檢測工作而言，其檢測項目主要包括：樣品表面滲層檢測、硬化層及鍍層表面處理深度及組織結(jié)構(gòu)檢測；樣品中心邊緣組織分布及其漸變情況檢測；表面質(zhì)量缺陷檢測；珠光體組織及含量及分布檢測；鋼材晶粒度檢測等等。因此，在實(shí)際的檢測工作過程中，做好其樣品取樣工作也尤為重要。就現(xiàn)階段鋼材金相檢測工作而言，在進(jìn)行樣品取樣工作過程中，其主要依據(jù)的原則有兩種，一種為磨面為原構(gòu)件橫截面原則，一種為磨面為原構(gòu)件縱截面原則[2]。

2、檢測樣品磨制

在鋼材金相檢測工作過程中，樣品的磨制主要包括兩道工序，一道為粗磨工序，一道為細(xì)磨工序。首先是粗磨工序，這一工序的主要目的就是獲取受檢樣品相對平整的表面，主要適用砂輪進(jìn)行磨制，在磨制過程中切勿壓力過大；其次是細(xì)磨工序，這一工序的主要目的就是保證受檢樣品磨面的平整與光滑，以便后續(xù)拋光工作順利開展，在進(jìn)行細(xì)磨過程中，應(yīng)按照由粗到細(xì)的金相砂紙對磨面進(jìn)行磨光處理。隨著現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)的提升，機(jī)械磨制也成為了現(xiàn)階段金相試驗中檢測樣品磨制的一類方法。

3、檢測樣品拋光

檢測樣品拋光主要目的就是去除細(xì)磨過程中所產(chǎn)生的細(xì)小磨痕及變形部位，以便得到光滑的鋼材鏡面。在現(xiàn)階段拋光過程中，較為常見的拋光方式有三種，即：機(jī)械拋光、化學(xué)拋光以及電解拋光。其中使用最為廣泛的就是機(jī)械拋光。但是對于一些具有特殊要求或者材質(zhì)較為特殊的鋼材，則可以根據(jù)情況使用化學(xué)拋光或者是電解拋光。在實(shí)際拋光過程中，待拋光完成后，應(yīng)立即使用清水對其表面進(jìn)行清洗，并使用酒精將多余的水去除后，應(yīng)用吹風(fēng)機(jī)吹干。

4、檢測樣品浸蝕

待拋光完成后，如果直接的放置到金相顯微鏡下進(jìn)行檢測，其往往只能看到一片亮光，這樣只能對樣品表面雜質(zhì)或者空洞、裂紋進(jìn)行檢測，很難準(zhǔn)確的檢測出其形態(tài)特征及成分。因此，在實(shí)際的工作過程中，往往還需要對于樣品進(jìn)行浸蝕，這樣做主要目的就在于對鋼材金相形態(tài)特征及成分進(jìn)行檢測，現(xiàn)階段較為常用的檢測樣品浸蝕方法為化學(xué)浸蝕方法。

三、金相顯微鏡在金相檢測中的應(yīng)用

1、金相顯微鏡在鋼材組織及相研究中的應(yīng)用

對于金相顯微鏡而言，其在鋼材金相檢測過程中首先體現(xiàn)在鋼材組織及相研究方面。簡單來說，在實(shí)際的應(yīng)用過程中，應(yīng)首先對檢測樣品進(jìn)行處理，即取樣、磨制、拋光、浸蝕，經(jīng)過處理后，將其放置在金相顯微鏡下，就可以對其亞顯微組織情況進(jìn)行觀察。通常來說，鋼材晶界處由于受漫反射作用，在顯微鏡下多數(shù)呈現(xiàn)為黑色，這樣就可以對鋼材組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析；其次是鋼材相研究，通常來講，可鍛鑄鋼材為退火狀態(tài)，其石墨為外形較為規(guī)則的黑色團(tuán)絮狀組織，如果沒有經(jīng)過浸蝕且鋼材基體顯示為白色，就可以確定受檢樣品為白口鑄鐵生坯。對于通過退火的鋼材而言，其在金相顯微鏡下的石墨狀態(tài)為黑色片狀組織，但如果未經(jīng)過浸蝕，其石墨狀態(tài)呈白色，并且很難在顯微鏡下進(jìn)行顯示，對于石墨組織而言，其在集體分布狀態(tài)方面主要呈單獨(dú)片狀分布，但是石墨長度不同，其鋼材性能也不盡相同。

2、金相顯微鏡在鋼材雜質(zhì)分析中的應(yīng)用

金相顯微鏡可以對鋼材雜質(zhì)進(jìn)行定量分析，這也是金相顯微鏡在鋼材雜質(zhì)分析中最為主要的一個應(yīng)用。在具體應(yīng)用過程中，明視場可以實(shí)現(xiàn)對于雜質(zhì)狀態(tài)的觀察，例如顏色、大小、形態(tài)、分布等等；暗視場可以實(shí)現(xiàn)對于雜質(zhì)固有色彩及透明度進(jìn)行檢測；偏振光可以在正交狀態(tài)下通過對各類光學(xué)性質(zhì)的觀察來實(shí)現(xiàn)對于雜質(zhì)類型的判斷。通常來講，鋼材中的雜質(zhì)主要有硅酸鹽、氧化物以及硫化物，其中，硅酸鹽呈孤立形狀分布、氧化物呈串狀分布、硫化物呈沿晶界分布，通過對其分布的觀察，同樣可以對其雜質(zhì)進(jìn)行分析。

3、金相顯微鏡在鋼材相差分析中的應(yīng)用

金相顯微鏡在鋼材相差分析中的應(yīng)用大多數(shù)是適用偏光顯微鏡進(jìn)行分析。其主要檢測對象為鋼材組織中碰到反射光性能相同或者是相近組織的分析和檢測，在實(shí)際的檢測過程中，可以通過對環(huán)形光光闌和相板的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)對于相差的分析，其主要原理為：通過對鋼材透過管線后體現(xiàn)或者之后四分之一的波長，而產(chǎn)生相差，進(jìn)而完成對于相差的分析。

綜上所述，隨著現(xiàn)代金屬材料檢測技術(shù)的不斷提升，越來越多的檢測設(shè)備及檢測技術(shù)被應(yīng)用到實(shí)際的檢測工作過程當(dāng)中。金相檢測是金屬鋼材檢測過程中較為重要的一個項目，在保證后續(xù)檢測工作正常進(jìn)行方面發(fā)揮著非常積極的意義。金相顯微鏡具有設(shè)備簡單、操作方便、準(zhǔn)確率高等特點(diǎn)，現(xiàn)階段這件被應(yīng)用到金相檢測過程當(dāng)中。在實(shí)際的檢測工作開展過程中，檢測人員只有嚴(yán)格按照規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)中的具體要求開展相應(yīng)的檢測工作，并將金相顯微鏡應(yīng)用到鋼材組織及相、鋼材雜質(zhì)分析以及鋼材相差分析當(dāng)中，才能真正意義上將金相顯微鏡應(yīng)用到金相檢測過程當(dāng)中。

【參考文獻(xiàn)】

[1]莊明明，許崇濤.電站鍋爐常用金屬材料金相檢測及組織分析[J].中國特種設(shè)備安全，2018，34（03）：23-27.

[2]鄺朝羲.金相顯微鏡在鋼材檢測中的應(yīng)用[J].廣東建材，2017，33（06）：25-26.