1. 金相显微组织分析
应用原理
通过光学显微镜或电子显微镜观察金属材料的显微组织(如铁素体、马氏体、奥氏体、珠光体等),分析其相组成、分布及形态特征,揭示热处理工艺、加工缺陷或失效机理
取样要求 试样应尽可能在断裂或开始失效的部位截取。在截取金相试样之前,应完成对失效表面的研究,或者至少应完成记录失效的情况。然后在正常部位取样进行组织和性能对比。
位置:垂直于轧制/锻造方向取样,可观察样品表面至心部的组织变化
尺寸:典型试样尺寸为10-20mm³,需经打磨、抛光及化学腐蚀处理以清晰显示组织。
缺陷影响
组织不均匀(如带状偏析)会导致力学性能各向异性;
异常相(如粗大碳化物)易引发应力集中,降低材料韧性。
参考标准
GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》
ASTM E3-11《金相试样制备标准》
2. 晶粒度测定
应用原理
通过统计单位面积或长度内的晶粒数量/截距,评价晶粒尺寸大小及等级,晶粒度级别越高(数值越大),晶粒越细小。
取样要求
位置:锻件取横截面中心与边缘区域;铸件需避开缩孔、疏松区域。
粗晶(1-4级)导致强度、疲劳寿命下降;
超细晶(9-12级)可能降低高温蠕变抗力。
参考标准
GB/T 6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》
ASTM E112-13《平均晶粒度测定标准》
ISO 4499-2:2008《硬质合金晶粒度测量》
3. 非金属夹杂物检测
应用原理
识别钢中硫化物、氧化物、硅酸盐等非金属化合物,通过显微评级或扫描电镜分析其类型、尺寸及分布,评估冶炼工艺质量。
取样要求
方向:纵向取样(沿轧制方向),检测夹杂物延伸形态;
尺寸:试样需包含完整截面,抛光面积≥0.5mm²。
缺陷影响
条状硫化物引发各向异性断裂;大尺寸氧化物(如DS类)成为疲劳裂纹源,显著降低材料寿命。
参考标准
GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定法》
ASTM E45-18《夹杂物评级标准》
ISO 4967:2013《钢中夹杂物标准图谱法》
4. 宏观断口分析(失效分析应用)
应用原理
通过观察断口的纤维区、放射区及剪切唇特征,结合断口形貌(韧窝、解理、疲劳条纹等)判断失效模式(脆性断裂、疲劳、应力腐蚀等)。
取样要求
位置:包含断裂源区、扩展区及瞬断区;
保护措施:避免二次损伤,需对断口进行超声波清洗或复型处理。
缺陷影响
疏松、夹杂导致的断口粗糙度增加,加速裂纹扩展;
氢脆断口呈“冰糖状”,预示材料氢致脆化风险。
参考标准
GB/T 1814-2019《断口检验方法》
ASTM E340-15《宏观蚀刻试验方法》
ISO 3763:1976《钢材断口宏观评定方法》