什么是定量金相技术?

什么是定量金相技术?

[拼音]：dingliang jinxiang jishu

[外文]：quantitative metallography technique

在金相观测中对金相组织进行几何学定量测定的技术（见金相学），也称立体金相。为了研究金属材料的金相组织和性能的定量关系，常需将检验面上二维空间的组织参数，依立体几何和体视学原理换算成三维空间参数进行分析。1938年美国材料试验协会制定ASTM-E八级晶粒度标准，定量金相技术就开始应用于金属材料的检验和研究。60年代，由于可自动测量的定量金相显微镜的制成和体视学的应用，金相定量测定的技术得到进一步发展和推广。在金属和合金组织的各种形态参数的测量中，应用定量金相技术来测定第二相体积分数、第二相尺寸、质点间距、对有方向性组织的取向程度、比相界面、近邻率、连续性等。有比较法和测量法两类。

比较法

将所测相和标准图片比较定出一个定量级别，用此法只能得到关于材料组织或缺陷的一个笼统的概念，准确性差，但快速简便。

测量法

能得到所测相的准确定量的数据，分为非自动测量法和自动测量法两种。非自动测量法利用一般光学显微镜和一些简单测量工具，测量可在金相组织照片或在金相显微镜投影屏上进行，也可直接通过带有测微标尺的目镜在试样上测定。自动测量法使用定量仪器，测量既可直接在试样检验面上进行，也可在组织的电子图象或金相组织照片上进行，测量速度快，误差小。

非自动测量法

常用的有测量面积法、线分法和点标法三种：

（1）测量面积法。可用求积仪测量模板直接测量被测相在检验面上的面积，也可以把被测相从金相照片上剪下来，秤重以计算其重量而换算成面积。

（2）线分法。利用测微标尺测量被测相在单位测试线上所占的比率LL、单位测试线上的点数PL和单位测试线上的相个数NL。 线分法测量实例见图1。测得α相在单位测试线上所占的比率LL＝0.38，单位测试线上的点数PL=8，则单位测试线上的相个数NL=4。线分法测量除用有刻度的标尺外，还用已知周长的圆模板（图2a）和标有方位角的圆模板（图2b）来测量有方向性的组织。

（3）点标法。用于测量第二相的百分数等；一种是数出检验面上被测相的点数，例如位错露头的蚀坑、三个晶粒间的结点数等；另一种是用一个带点的阵列，置于检验面上，数出落在被测相上的点数，除以阵列的总点数。阵列有正方形和正六方形等，按金相组织疏密程度选用（图3）。

测量面积法、线分法和点标法可单独应用，也可联合使用。图4为正方形网格，全部网格测试线的总长度（单位测试线长度）为1mm，网格中有36个阵点（网格和被测相边界相截出12个点，即单位测试线上的点数PL=12），有6个网格的阵点落在被测相上，则其点数比PP=6/36。

自动测量法

主要是利用线分法，其测量原理是将组织的光信号转变成电信号，再把电信号数字化成所需要的定量参数。从图5可见，电信号振幅大小反映相的灰度，而振幅宽窄则是相大小的量度。

定量金相显微镜线性扫描程序是由扫描点组成的扫描线，以回纹形轨迹对金相组织进行扫描（图6），从不同相的光电流得到不同的电脉冲并由各相的计数系统进行累计。扫描结束后，如果扫过第二相的扫描点数为n，扫描点间距为K，被扫的第二相个数为N，扫过第二相的扫描线总长度为L=n·K，则第二相的平均截长为：

三维空间参数的换算

为了将二维平面参数转换为三维空间参数，根据体视学原理，把从二维平面中观察到的相的不同形状和特点，借助简单的几何模型（图7）及四个基本方程，将二维平面参数转换成三维空间参数，进而用数字表示出金属组织的几何形貌和分布特征。四个基本方程是：

式中 VV为单位测试体积中被测相所占体积比；AΑ为单位测试面积中被测相所占面积比；LL为单位测试线上被测相线长所占的比；PP为落在被测相上的点数与总测试点数之比；SV为单位测试体积中被测相表面的曲面积；LΑ为单位测试面积上被测相的长度；PL为单位测试线上的点数; LV为单位测试体积中被测相的长度；PΑ为单位测试面积中的点数；PV为单位测试体积中的点数。上述四个方程中的一些量能直接测量，另一些量不能直接测量，但可从方程间接得出。各量之间的关系见图8（画圈的可直接测量，画方框的必须通过计算才能得到）。

定量金相显微镜

各国制造的定量金相显微镜，按其扫描类型分机械扫描和视频扫描两类。机械扫描是试样相对物镜移动，光电探测器接受的光束是由试样表面一小块面积反射发出，速度慢，误差小；视频扫描（即图象分析）的光电探测器接受的光束，不直接由试样表面反射发出，而由光电管上的电子图象发出。这种扫描速度快，误差较大。

自动测量时要获得准确定量数据，必须①试样表面平正无划痕、浮凸和污染；

（2）试样浸蚀合宜，灰度差明显；

（3）测量仪器精度高。

参考书目

G.E.彼里西阿，S.M.浦迪著，孙惠林、马继畲译：《体视学和定量金相学》，机械工业出版社，北京，1980。