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當(dāng)前位置:首頁(yè)技術(shù)文章金屬的結(jié)構(gòu)特性

金屬的結(jié)構(gòu)特性

更新時(shí)間:2025-05-09點(diǎn)擊次數(shù):283

金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由稱為“晶粒"的單個(gè)晶體區(qū)域組成的。 這些晶粒的結(jié)構(gòu)、尺寸和方向取決于材料的成分(合金)和材料的制造方法(如鍛造、鑄造或增材制造)。 這些晶粒是在熔融物質(zhì)凝固、與其他物質(zhì)和其他成分(如相和污染物)相互作用時(shí)形成的。 通常,晶粒結(jié)構(gòu)要調(diào)整為適合技術(shù)應(yīng)用。

晶粒的尺寸、方向和其他結(jié)構(gòu)特性直接關(guān)系到這些材料的機(jī)械和技術(shù)性能。 結(jié)構(gòu)特性還取決于后續(xù)的外部影響。 這些影響包括:

化學(xué)影響(如腐蝕)

化學(xué)和/或物理影響(如熱處理工藝)

機(jī)械影響(如成形過程后的鍛造、軋制、彎曲等)

微觀結(jié)構(gòu)

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圖 1: 經(jīng)過蝕刻的純銅,DIC

微觀結(jié)構(gòu)只能通過顯微鏡(體視顯微鏡、使用反射光的光學(xué)顯微鏡、數(shù)碼顯微鏡或掃描和透射電子顯微鏡)進(jìn)行評(píng)估。 通常,觀測(cè)到的特征尺寸范圍從幾毫米到微米,甚至納米。 顯微結(jié)構(gòu)觀測(cè)廣泛用于各種研究,例如,測(cè)定晶粒尺寸、檢查缺陷、微電子目標(biāo)制備、各種焊接和失效分析。

宏觀結(jié)構(gòu)

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圖 2: 蝕刻鑄鐵塊的純銅宏觀斷面部分

宏觀結(jié)構(gòu)可通過肉眼、放大鏡或體視顯微鏡觀察。 這些觀察不如微觀結(jié)構(gòu)研究普遍。 觀察到宏觀結(jié)構(gòu)的應(yīng)用通常有焊接、某些有色金屬的鑄造件,或者鑄造件或鍛造件上的變形和分離。 涂層或幾何形狀的粗略評(píng)估也可以是宏觀結(jié)構(gòu)研究的主題。

了解合金

如今實(shí)際應(yīng)用中用到的材料是各種化學(xué)元素的混合物,通常也稱為“合金"。 例如,鋼和鑄鐵本質(zhì)上是以鐵 (Fe) 和碳 (C) 為基礎(chǔ)的合金,它們決定了有色材料的硬度。 微觀結(jié)構(gòu)分析讓我們能夠得出有關(guān)合金性能的結(jié)論,包括其強(qiáng)度、硬度和韌性

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圖 3: 含片狀石墨的珠光體鑄鐵,經(jīng)硝酸乙醇蝕刻。 碳主要以片狀石墨的形式存在,結(jié)果導(dǎo)致強(qiáng)度降低。 珠光體基體本身具有足夠高的硬度。ZEISS Axio Imager 成像,50x 物鏡,明場(chǎng)照明

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圖 4: 含球形石墨的鐵素體鑄鐵,經(jīng)硝酸乙醇蝕刻。 碳主要以球形石墨的形式存在。 與片狀石墨鑄鐵相比,球形石墨鑄鐵的強(qiáng)度有所提高,但由于純鐵素體基體中缺少滲碳體,其硬度較低。ZEISS Smartzoom 5 成像,約 500x 放大

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圖 5: 約含 0.1% C 的鐵素體鋼,經(jīng)硝酸乙醇蝕刻。 碳主要以滲碳體的形式存在,在鐵素體晶粒之間有少量的珠光體。 因此,基體幾乎*全是鐵素體,硬度較低,但韌性很好。ZEISS Smartzoom 5 成像,約 500x 放大,同軸光照明,環(huán)形光比例較低

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圖 6: 約含 0.2 % C 的鐵素體-珠光體鋼,要硝酸乙醇蝕刻。 碳主要以片狀滲碳體的形式,存在于鐵素體晶粒旁邊較硬的珠光體部分。 這導(dǎo)致滲碳體出現(xiàn)條紋。 珠光體晶粒反射的光比鐵素體晶粒少,因此看起來(lái)更暗。 這種基體硬度較高,但韌性較低。ZEISS Axiolab 成像,50x 物鏡,明場(chǎng)照明


用于晶粒結(jié)構(gòu)分析的光學(xué)顯微鏡設(shè)備


微觀結(jié)構(gòu)分析是金相學(xué)中極為有用的工具,因?yàn)樗梢越沂敬罅坑嘘P(guān)金屬結(jié)構(gòu)特性及其特點(diǎn)的信息。 它可以用于評(píng)估金屬設(shè)計(jì)和加工階段,也可用于質(zhì)量控制和失效分析。 但是,觀察金屬的結(jié)構(gòu)特性時(shí),必須使用特殊的光學(xué)設(shè)備,因?yàn)榧ぐl(fā)和物體照明都是通過相同的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行的。 相機(jī)還必須能夠處理高對(duì)比度的值。

反射光顯微鏡用于顯示幾毫米到大約 1 μm 范圍的結(jié)構(gòu)(材料顯微鏡的典型物鏡為 10x / 20x / 50x / 100x)。 這種顯微鏡可以直立或倒置。 但是,對(duì)于大型試樣,或在觀察試樣夾具座夾持的試樣時(shí),倒置比較有利。

高分辨率體視顯微鏡較少用于解釋結(jié)構(gòu)。 顯微鏡生成的圖像必須如實(shí)呈現(xiàn),并適合集成到當(dāng)前文檔系統(tǒng)中。




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