冶金分析方法
在汽车行业，最近在使用减轻重量同时提高刚性的材料方面，各公司面临着激烈的竞争。随着高性能材料的采用，对金属结构观测和分析的精度、可用性和速度的要求也越来越高。
本节介绍了冶金分析的背景信息，以及使用传统显微镜时看到的问题。本节以使用KEYENCE的4K数字显微镜进行冶金分析的最新例子作为结束。
金相学的必要性
金属材料的应用范围很广，从汽车和航空到基础设施、电器和电子设备。根据不同的应用选择和使用不同的金属和合金。然而，即使使用完全相同的金属和合金组件，机械性能也会因金属结构的不同而不同。分析可以评估和判断材料的性能及其由于加工和热处理的变化，从而更好地选择合适的材料。
在汽车和航空航天中，部件失效可能会导致人员死亡，因此机械性能的评估是至关重要的。
金属材料的机械性能
机械性能，如强度、刚度、韧性、疲劳特性和耐磨性，由于热处理和加工而改变，即使使用相同的材料，包含相同的比例。
金属结构与温度变化
一般来说，金属结构是由原子有序排列的晶体结构组成的，但并不是所有的原子总是有序排列的。许多晶粒排列整齐的晶体结构称为多晶结构，原子排列不规则的区域的晶粒之间的边界称为晶界。
- 左:由许多颗粒组成的多晶金属
- 右:晶粒间的晶界
在晶体结构中，晶界的形状因热处理而改变。通过分析热处理后晶粒的形状、尺寸和分布的变化，可以了解其力学性能。
作为例子，不锈钢(SS材料)由于热处理的结构变化描述如下。
- 奥氏体(SS304)
- 虽然这种结构在室温下不存在，但Fe和C合金的结构在723℃或更高的温度下变得稳定。加入合金元素(Ni和Mn)可以提高淬透性，从而获得稳定的结构。淬火后钢中保持不变的奥氏体组织称为残余奥氏体。
- 马氏体(SS410)
- 快速冷却奥氏体结构而形成的硬而脆的结构。通过在100到200°C退火马氏体，Fe3C沉积，使该组织略坚韧，但更容易被腐蚀。处于这种状态的马氏体称为退火马氏体，以区别于淬火马氏体。
- 铁素体(SS430)
- 一种类似于纯铁的结构，在铁中含有高达0.02%的C。它是室温到780°C的铁磁铁，是铸铁和钢结构中最柔软的。
将钢在奥氏体状态下缓慢冷却而得到的结构称为珍珠岩。层与层之间的间隔因冷却速度而异。它之所以被称为珍珠岩，是因为极薄的铁素体和Fe3C交替层提供了类似珍珠壳的颜色。
用显微镜进行冶金分析
创建样品和使用显微镜分析的过程描述如下。
1.埋置
金属样品被放置在一个圆柱形容器中，树脂慢慢浇在上面使其变硬。在这一步中，需要密切注意防止气泡的形成。
2.抛光
用防水砂纸和表面抛光机对样品进行抛光。一般情况下，80 - 2400的SiC纸用于湿式抛光。在精密抛光中，使用喷有金刚石颗粒和润滑剂的合成丝对样品进行抛光，直到达到镜面般的光洁度。
3.蚀刻(腐蚀)
抛光后的表面浸泡在蚀刻溶液中，然后清洗、酒精浸泡、干燥。
4.用显微镜观察结构
用显微镜观察抛光表面的结构变化。先进的测量，如非金属夹杂物，球化和铁素体/珠光体比率需要计算。
冶金分析的最新实例
KEYENCE的VHX 4K数字显微镜大幅提高了观察和分析金属样品的效率，并使所有的测量工作只需要一台设备就能完成。
使用全聚焦图像的冶金分析
抛光表面通常不是完全平坦的，需要重新定位样品，并不断调整显微镜的焦点。
VHX系列有一个内置的深度合成功能，使整个样品聚焦和观察，即使表面不是平坦的。
清除4K HDR图像
传统显微镜通常缺乏观察微小微结构或浅色结构的分辨率。
VHX系列4K数码显微镜配备了HDR(高动态范围)功能，可以在不同的快门速度下捕捉多个高颜色渐变的图像。这使得通过具有更高细节和对比度的图像观察细节结构成为可能，而由于分辨率和对比度的限制，传统上无法观察到这些细节结构。
通过高速图像拼接获取大面积图像
传统显微镜可以捕捉高倍率的图像，但仅限于小视场。这使得很难理解图像来自样本的哪一部分。
VHX系列能够快速拼接多个图像(高达50,000 x 50,000像素)，没有错位。然后，可以使用该图像导航样本，并放大以捕获用于进一步分析的高倍率图像。
金属结构一键测量
用传统显微镜，你不能定量评价热处理铁氧体或珍珠岩的质量根据其面积比。
VHX系列4K数码显微镜具有自动面积测量功能。只需点击几下，VHX系列捕捉放大图像，自动量化金属结构的面积比和晶粒尺寸，并输出报告。
石墨球化观察与面积比测定
通常，诸如非金属夹杂物、石墨球化率和铁氧体/珍珠岩面积比等先进的测量方法都需要使用单独的专用软件。
VHX系列4K数码显微镜具有自动面积测量/计数功能。该功能操作简单，可在指定范围内测量和计数面积比。不需要的目标可以被排除，重叠的目标可以被分离。这使您能够在使用显微镜进行观察的同时，在表格或图表中查看高级测量值。
行业领导者所需的冶金分析
每家公司都力争成为新材料和加工技术领域的行业领导者。
通过使用VHX系列进行冶金分析，任何操作人员都可以在传统显微镜所需时间的一小部分内进行高精度的观察和测量。
配备了许多其他先进的功能，VHX系列可以是一个强大的工具，要求在材料选择的速度和准确性的行业。
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