微波物理學

[拼音]:dingliang jinxiang jishu

[英文]:quantitative metallography technique

在金相觀測中對金相組織進行幾何學定量測定的技術(見金相學),也稱立體金相。為了研究金屬材料的金相組織和效能的定量關係,常需將檢驗面上二維空間的組織引數,依立體幾何和體視學原理換算成三維空間引數進行分析。1938年美國材料試驗協會制定ASTM-E八級晶粒度標準,定量金相技術就開始應用於金屬材料的檢驗和研究。60年代,由於可自動測量的定量金相顯微鏡的製成和體視學的應用,金相定量測定的技術得到進一步發展和推廣。在金屬和合金組織的各種形態引數的測量中,應用定量金相技術來測定第二相體積分數、第二相尺寸、質點間距、對有方向性組織的取向程度、比相介面、近鄰率、連續性等。有比較法和測量法兩類。

比較法

將所測相和標準圖片比較定出一個定量級別,用此法只能得到關於材料組織或缺陷的一個籠統的概念,準確性差,但快速簡便。

測量法

能得到所測相的準確定量的資料,分為非自動測量法和自動測量法兩種。非自動測量法利用一般光學顯微鏡和一些簡單測量工具,測量可在金相組織照片或在金相顯微鏡投影屏上進行,也可直接通過帶有測微標尺的目鏡在試樣上測定。自動測量法使用定量儀器,測量既可直接在試樣檢驗面上進行,也可在組織的電子圖象或金相組織照片上進行,測量速度快,誤差小。

非自動測量法

常用的有測量面積法、線分法和點標法三種:

(1)測量面積法。可用求積儀測量模板直接測量被測相在檢驗面上的面積,也可以把被測相從金相照片上剪下來,秤重以計算其重量而換算成面積。

(2)線分法。利用測微標尺測量被測相在單位測試線上所佔的比率

L

L、單位測試線上的點數

P

L和單位測試線上的相個數

N

L。 線分法測量例項見圖1。測得α相在單位測試線上所佔的比率

L

L=0.38,單位測試線上的點數

P

L=8,則單位測試線上的相個數

N

L=4。線分法測量除用有刻度的標尺外,還用已知周長的圓模板(圖2a)和標有方位角的圓模板(圖2b)來測量有方向性的組織。

(3)點標法。用於測量第二相的百分數等;一種是數出檢驗面上被測相的點數,例如位錯露頭的蝕坑、三個晶粒間的結點數等;另一種是用一個帶點的陣列,置於檢驗面上,數出落在被測相上的點數,除以陣列的總點數。陣列有正方形和正六方形等,按金相組織疏密程度選用(圖3)。

測量面積法、線分法和點標法可單獨應用,也可聯合使用。圖4為正方形網格,全部網格測試線的總長度(單位測試線長度)為1mm,網格中有36個陣點(網格和被測相邊界相截出12個點,即單位測試線上的點數

P

L=12),有6個網格的陣點落在被測相上,則其點數比

P

P=6/36。

自動測量法

主要是利用線分法,其測量原理是將組織的光訊號轉變成電訊號,再把電訊號數字化成所需要的定量引數。從圖5可見,電訊號振幅大小反映相的灰度,而振幅寬窄則是相大小的量度。

定量金相顯微鏡線性掃描程式是由掃描點組成的掃描線,以回紋形軌跡對金相組織進行掃描(圖6),從不同相的光電流得到不同的電脈衝並由各相的計數系統進行累計。掃描結束後,如果掃過第二相的掃描點數為n,掃描點間距為

K

,被掃的第二相個數為

N

,掃過第二相的掃描線總長度為

L

=n·

K

,則第二相的平均截長為:

三維空間引數的換算

為了將二維平面引數轉換為三維空間引數,根據體視學原理,把從二維平面中觀察到的相的不同形狀和特點,藉助簡單的幾何模型(圖7)及四個基本方程,將二維平面引數轉換成三維空間引數,進而用數字表示出金屬組織的幾何形貌和分佈特徵。四個基本方程是:

式中

V

V為單位測試體積中被測相所佔體積比;

A

Α為單位測試面積中被測相所佔面積比;

L

L為單位測試線上被測相線長所佔的比;

P

P為落在被測相上的點數與總測試點數之比;

S

V為單位測試體積中被測相表面的曲面積;

L

Α為單位測試面積上被測相的長度;

P

L為單位測試線上的點數;

L

V為單位測試體積中被測相的長度;

P

Α為單位測試面積中的點數;

P

V為單位測試體積中的點數。上述四個方程中的一些量能直接測量,另一些量不能直接測量,但可從方程間接得出。各量之間的關係見圖8(畫圈的可直接測量,畫方框的必須通過計算才能得到)。

定量金相顯微鏡

各國製造的定量金相顯微鏡,按其掃描型別分機械掃描和視訊掃描兩類。機械掃描是試樣相對物鏡移動,光電探測器接受的光束是由試樣表面一小塊面積反射發出,速度慢,誤差小;視訊掃描(即圖象分析)的光電探測器接受的光束,不直接由試樣表面反射發出,而由光電管上的電子圖象發出。這種掃描速度快,誤差較大。

自動測量時要獲得準確定量資料,必須①試樣表面平正無劃痕、浮凸和汙染;

(2)試樣浸蝕合宜,灰度差明顯;

(3)測量儀器精度高。

參考書目

G.E.彼裡西阿,S.M.浦迪著,孫惠林、馬繼畲譯:《體視學和定量金相學》,機械工業出版社,北京,1980。