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研究金相時應(yīng)注意的材料和顯微鏡組織的若干特性

時間:2013-10-30閱讀:1398
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在實際金相分析研究中,適當(dāng)注意材料顯微組織的如下特點(diǎn)是很有好處的,尤其有助于實驗方案設(shè)計的系統(tǒng)性和嚴(yán)謹(jǐn)性,以及減少對表觀顯微組織形態(tài)的誤解和不合理分析的可能性。
(1)材料顯微組織結(jié)構(gòu)的方向性:包括晶粒形態(tài)各向異性,低倍組織的方向性,晶體學(xué)擇尤取向,材料宏觀性能的方向性等多種方向性,應(yīng)予以分別分析和表征;
(2)材料顯微組織結(jié)構(gòu)的多尺度性:原子與分子層次,位錯等晶體缺陷層次,晶粒顯微組織層次,細(xì)觀組織層次,宏觀組織層次等;
(3)材料顯微組織結(jié)構(gòu)的不均勻性:實際顯微組織常常存在幾何形態(tài)學(xué)上的不均勻性,化學(xué)成分的不均勻性,微觀性能(如顯微硬度、局部電化學(xué)位)的不均勻性等;
(4)材料顯微組織結(jié)構(gòu)非定量研究的局限性:雖然顯微組織的定性研究有時尚可滿足材料工程的需求,但材料科學(xué)分析研究總是還需要對顯微組織幾何形態(tài)的科學(xué)進(jìn)行定量測定以及對所得定量分析結(jié)果的進(jìn)行誤差分析(隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗差);
(5)材料顯微組織結(jié)構(gòu)的多變性:化學(xué)組成改變,外界因素及時間變化引起相變和組織演變等均可能導(dǎo)致材料顯微組織結(jié)構(gòu)變化,從而,除需要對靜態(tài)顯微組織形態(tài)進(jìn)行定性、定量分析外,應(yīng)注意是否存在對固態(tài)相變過程、顯微組織演變動力學(xué)和演變機(jī)理研究的必要;
(6)材料顯微組織結(jié)構(gòu)可能具有的分形(fractal)特性和特定金相觀測可能存在的分辨率依賴特性:可能導(dǎo)致其顯微組織定量分析結(jié)果強(qiáng)烈依賴于圖像分辨率,當(dāng)進(jìn)行材料斷口表面組織形態(tài)進(jìn)行定量分析以及對顯微組織數(shù)字圖像文件進(jìn)行存儲和處理時更應(yīng)注意這一點(diǎn);
(7)材料顯微組織結(jié)構(gòu)截面或投影觀測的局限性等等。鑄鐵片狀石墨及珠光體三維結(jié)構(gòu)的深蝕觀測已表明該類局限性極易導(dǎo)致人們對截面圖像或投影圖像的錯誤解讀。
應(yīng)當(dāng)注意,對截面圖像(如光學(xué)金相和掃描電鏡圖像)和投影圖像(如透射電鏡圖像)必須采用不同的體視學(xué)原理和關(guān)系式,且投影圖像的體視學(xué)分析要困難得多[2]。
針對(6)和(7)兩類局限性,深蝕法、晶?;虻诙喾蛛x法、射線照相法、立體視覺、共聚焦顯微鏡、原子力顯微鏡、場離子顯微鏡、顯微CT及相關(guān)技術(shù)、從系列截面圖像重建三維組織結(jié)構(gòu)等方法均曾被用于材料三維顯微組織的直接成像與實驗觀測。但大多數(shù)或僅適用于極特殊情況,或工作量極大,或只能對樣品表面成像和觀測。其中,工業(yè)顯微CT 技術(shù)對材料內(nèi)部具有明顯密度差異的較大尺寸缺陷的無損檢測很有效,有可能成為一個新的研究發(fā)展方向,但用于材料顯微組織結(jié)構(gòu)的觀測時分辨率尚待提高(目前其zui高分辨率為微米級別)。當(dāng)有可能實驗獲取系列截面金相圖像時,三維重建和計算機(jī)仿真技術(shù)對于三維直接觀察則很有幫助。另外,直接觀察并不總是意味著可以直接測量。值得注意的是:在未能實現(xiàn)材料組織三維可視化或雖已可視化但尚無法獲得其定量表征數(shù)據(jù)的情況下,體視學(xué)分析可以用很小的代價獲得三維組織結(jié)構(gòu)的無偏的定量測量,從而成為*的、值得大力推廣的顯微組織定量分析與表征工具。
材料微觀組織結(jié)構(gòu)圖像的獲取、存儲和傳輸新方法以及更好的圖像處理、分析方法的不斷出現(xiàn)和改進(jìn),體視學(xué)原理與實驗技術(shù)的不斷發(fā)展和普及應(yīng)用,計算機(jī)硬件與軟件能力的高速發(fā)展均為材料顯微組織形態(tài)學(xué)由定性表征向定量表征、由二維觀測向三維幾何形態(tài)信息測試的發(fā)展和應(yīng)用提供了難得的機(jī)遇。實驗方法的高度自動化和大量顯微組織定量數(shù)據(jù)的輕易獲取也導(dǎo)致了某些*圖像分析實驗方法的誤用或不必要的使用提供了更多的可能性,亦不能不引起高度重視。 

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