冶金分析方法
最近，在汽车行业，各企业在使用减轻重量、提高硬度的材料方面展开了激烈的竞争。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越来越高。
本节介绍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KEYENCE的4K数字显微镜用于金相分析的最新示例作为总结。
金相学的必要性
金属材料被广泛应用于汽车、航空、基础设施、电器和电子设备等领域。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性能及其变化，由于加工和热处理，使更好地选择合适的材料。
在汽车和航空航天领域，部件失效会造成人员伤亡，因此机械性能的评估至关重要。
金属材料的力学性能
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变化，即使使用相同的材料，包含相同的比率。
金属结构及其随温度的变化
一般来说，金属结构由晶体结构组成，其中原子有规律地排列，但并不是所有的原子都有规律地排列。许多晶粒有序排列的晶体结构称为多晶结构，在原子不规则排列的区域中，晶粒间的晶界称为晶界。
- 左:由许多晶粒组成的多晶金属
- 右:晶粒间的晶界
在晶体结构中，热处理改变了晶界的模式。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)由于热处理而发生的结构变化如下所述。
- 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，从而得到稳定的结构。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)
- 通过迅速冷却奥氏体组织而形成的硬而脆的组织。通过在100 ~ 200℃退火马氏体，沉积Fe3C，使该组织略硬，但更容易腐蚀。这种状态下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。室温至780℃为铁磁体，韧性好，是钢铁结构中最柔软的一种。
在奥氏体状态下缓慢冷却钢材所得到的组织称为珍珠岩。层间间隔根据冷却速度不同而不同。它被称为珍珠岩，因为极薄的交替层铁氧体和Fe3C提供了珍珠贝壳般的颜色。
使用显微镜进行冶金分析
创建样品并使用显微镜进行分析的过程如下所述。
1.埋置
将金属试样放在一个圆柱形容器中，然后将树脂慢慢倒在上面使其变硬。在这一步中，需要密切注意防止气泡的形成。
2.抛光
样品用防水砂纸和表面抛光机抛光。通常，SiC纸在80到2400之间，用于湿法抛光。在精密抛光中，用喷有金刚石颗粒和润滑剂的合成丝对样品进行抛光，直到达到镜面抛光效果。
3.蚀刻(腐蚀)
抛光后的表面浸泡在蚀刻液中，然后清洗、浸泡在酒精中并干燥。
4.用显微镜观察结构
用显微镜观察抛光表面，观察结构的变化。需要计算先进的测量方法，如非金属夹杂物、球化和铁素体/珠光体比率。
冶金分析的最新实例
KEYENCE公司的VHX 4K数字显微镜极大地提高了观察和分析金属样品的效率，并且可以通过一个设备完成所有的测量。
使用全聚焦图像的冶金分析
抛光的表面通常不是完全平坦的，这需要样品重新定位，显微镜的焦点需要不断调整。
VHX系列具有内置深度合成功能，即使表面不平坦，也可以对整个样品进行聚焦和观察。
清晰的4K HDR图像
传统的显微镜通常缺乏观察小的微观结构或暗颜色结构的分辨率。
VHX系列4K数字显微镜配备了HDR(高动态范围)功能，可以在不同的快门速度下捕捉高颜色分级的多幅图像。这使得观察具有更高细节和对比度的图像的详细结构成为可能，而传统上由于分辨率和对比度的限制无法观察到这些图像。
通过高速图像拼接获取大面积图像
传统的显微镜可以捕捉到高倍放大的图像，但仅限于很小的视场。这使得很难理解图像来自样本的哪一部分。
VHX系列能够快速地将多个图像(高达50,000 x 50,000像素)拼接在一起，而不会出现错位。然后可以使用该图像导航样本，并将其放大以捕获高倍图像以进行进一步分析。
一键式测量金属结构
在常规的显微镜下，你不能根据其面积比定量地评价热处理铁素体或珍珠岩的质量。
VHX系列4K数字显微镜具有自动面积测量功能。只需几次点击，VHX系列捕捉放大的图像，自动量化金属结构的面积比例和晶粒尺寸，并输出报告。
石墨球化观察及面积比测量
传统上，非金属夹杂物、石墨球化率和铁素体/珍珠岩面积比等高级测量都需要使用独立的专用软件。
VHX系列4K数字显微镜具有自动面积测量/计数功能。该功能操作简单，可以在指定范围内测量和计数面积比。不需要的目标可以排除，重叠的目标可以分离。这使您可以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。
冶金分析要求行业领导者
每一家公司都努力成为新材料和加工技术领域的行业领导者。
通过使用VHX系列用于冶金分析，任何操作人员都可以在传统显微镜所需的一小部分时间内进行高精度的观察和测量。
VHX系列配备了许多其他先进的功能，可以是一个强大的工具，在材料选择的速度和精度要求。
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