电镜的特点及其在钢铁研究中的应用

1、扫描电镜的特点及其在钢铁研究中的应用陈先华（武汉重工质检部）摘要：对扫描电镜的特点进行了简要的介绍，并结合实践检验简要的例举 几个应用实例，显示出扫描电镜在材料研究和质量控制方面的重要作用。扫描电子显微镜简称扫描电镜,它利用聚焦得非常细的高能 hi子朿在试样上扫描，激发出各种物理信息，通过对这些信息的 接收、放大和显示成像，以便对试样表面进行分析。1、扫描电镜的特点：扫描电镜有很人的景深，对粗糙的表面，例如凹h不平的金 属断口显示得很清楚，而且立体感很强，是研究固体试样表面形 貌特征的有力工具。通过与能谱仪和波谱仪等设备的配套使用， 还可以获得材料局部的化学成份等信息，扫描电镜试样制备简 单，

2、有的试样可以不经制作直接放入电镜观察，因此更接近物质 的自然状态，其放人倍数范围较宽，因而可以把宏观断口分析和 微观断口分析结合起来，这在失效分析时特别有用。由于扫描电 镜的最高放大倍数为数十万倍，远高于金相显微镜，因此还可以 辅助金相显微镜对组织进行分析，扫描电镜与试验室其他设备相 结合，可以较为全面的对材料进行分析，使缺陷和失效产生的原 因更为清楚和正确。断口如实地记泶了断裂的全过程和各种因素 对断口影响，通过电镜对断口的观察，可以找到许多缺陷和失效 产生的线索，因此扫描电镜是缺陷分析和失效分析的主要工具。我厂引进日本电子jsm-6490lv型扫描电镜，最高分辨率为 3.0nm,放人倍数为

3、5-300000倍，装有二次电子和背散射电子探 头，全新功能丰富的图形用户界面，能有效的对电镜进行操作， 方便的图像操作功能，能对图像特征进行测量，电镜还安装了能 谱仪，能对微区化学成份进行半定量分析，是当前投入使用的电 镜中较先进的设备。2、扫描电镜在钢铁研究中的应用。运用扫描电镜进行研究需要对金属材料的生产、使用、工况 等各种知识有一个全面的了解，特别是断口学有一个全面的掌 握，如：解理断裂是沿严格的晶面断裂，一般来说是脆性断裂， 具有河流花样，解理台阶等特征；微孔聚焦型断裂上有大量微坑 是一种延性破断；疲劳断u宏观为海滩花样，微观具有疲劳条纹 特征，毎一条疲劳条纹对应为一次受力循环；g点

4、裂纹低倍观察 有圆滑的边界，对g点内放大观察多具有碎条状准解理特征等。我厂的扫描电镜及能谱仪主要用于金属材料在生产过程中 的缺陷分析和使用过程中的失效分析。下面结合我厂电镜使用举几个实例：(1)连杆断口夹杂的分析60pm1电孑田僚1图1图 2锻后连杆锻件宽扁头处探伤发现大面积密集缺陷，底波严重 下降，经解剖分析后的肉眼和电镜观察断口试样，断口属于严重 的云片状断口，断口的形成与锻 造工艺及夹杂和夹渣的存在有 着密切的关系。图1上白色区域 为断口上的夹渣，对其进行能谱 分析见图2,从图中可以看到大 量的堆集碎石状夹渣，能谱分析 结果为98.2%a12o3微量tio2 feo等。结合我厂炼钢浇铸过

5、程 所使用的耐火材料认为夹渣来 源于高铝砖。这种云片状断口形 成原因为，断裂时裂纹首先在呈 平面分布夹杂物存在的地方朗 生，由于缺陷的地方应力集中， 而形成以夹杂为核心的解理断 裂，宏观则呈现出无数白亮小平 面断裂区，而后不同层次以夹杂 为核心的小平面相互以切断方 式连接后便在整个断口上显示出云片状特征。模块白点分析5crnimo模块探伤不合 格，经解剖并进行热处理拉断 后用肉眼观察发现在灰色的 断口上有银白色斑点，由此可 以判定白点区是拉断前就已 存在的裂纹缺陷，电镜低倍率 观察见图3,心部具有瓜子形 貌的就是白点区，白点区形貌 具有由心部向边缘的放射状 特征，白点区高倍下具观察见 图4,具有碎条状准解理形貌 特征，由以上特征可以判定引 起探伤不合格的原因是材料 中存在白点裂纹。35#钢螺栓疲劳断裂分析 拔伸杆螺栓圆周上八个 均布，其中一个发生断裂，断 口宏观具有海滩状花样，海滩 状花样收敛于表面一细小裂 纹处，对其进行电镜观察见图 5，发现具有典型的疲劳条纹 特征，通过对条纹间距进行测 量可知其受力循环约为16000 次，由此