Page 26 - 2017物理第四期

王 荣: 机械装备的失效分析( 续前)第 ４ 讲 金相分析技术( 下)

图 １４ 封头筒体焊缝缺陷显微形貌
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比较光滑, 有时可以观察到气体收缩时留下的条纹
４ 电子显微技术在失效分析中的应用
状痕迹; 粉末冶金孔隙的 SEM 形貌观察则可以看
光学金相显微镜一般只能观察平面试样, 较高 到细粉未彻底熔合而留下的微粉边界等; 微裂纹在
倍数观察时, 试样面轻微的不平整都会影响成像质 光学金相显微镜下观察, 往往就是一条黑线, 但在扫
量, 试样的边缘或者偶然掉落在检测面上的异物都 描电镜下观察则可以看到裂纹内部的情况.在利用
无法在光学显微镜下观察清楚, 除非使用图像采集 电子显微镜进行缺陷性质判断时, 还可以利用仪器
功能.扫描电子显微镜( SEM ) 具有景深大、 放大倍 上配置的能谱仪对缺陷区域进行微区成分分析, 辅
数高的特点, 其观察到的图像往往具有一定的立体 助判断缺陷性质.
感, 更加直观, 而且放大倍数可以到几万倍, 甚至更 地铁列车上的车钩钩头法兰为重要的结构受力
高, 在断口分析技术中起着非常重要的作用.在金 件, 设计为整体铸件, 不允许焊接和补焊.新品在投
相分析中, 只需解决因镶嵌带来的试样被绝缘问题, 入使用前的磁粉探伤中发现法兰接头处存在磁粉聚
就可以利用扫描电镜直接观察试样边缘的 细微特 集现象.为了分析磁粉聚集的原因, 从磁粉聚集区
征, 如试样表层的微裂纹或点腐蚀坑, 还可以区分材 域切取数个试样进行金相分析, 结果发现试验面有
料本身存在的夹杂物和落在检验面上的异物, 必要 焊接特征, 且焊缝的底部以及基体中均存在缺陷, 见
时还可以利用能谱仪进行微区成分分析作为辅助判 图１５ ( a ), 抛光态下缺陷的 SEM 形貌见图１５ ( b ), 可
断.但扫描电镜是利用二次电子成像, 以接受到反 见该缺陷为铸造疏松.事后调查得知, 钩头法兰的
射电子能量的多少作为成像依据, 一般得到的是黑 生产厂家铸造后发现了铸造疏松缺陷, 但舍不得报
白图像, 对于显微组织的辨别不如光学显微镜方便. 废该零件, 随后采用机械方法将缺陷挖除, 然后又采
而光学显微镜价格相对较低, 使用较为方便, 可以观 用焊接工艺焊补, 但由于铸造缺陷没有彻底挖除, 所
察到分析对象不同的色彩, 在显微组织辨别方面无 以在无损检测中被发现, 在随后的金相分析中也发
可替代, 特别是在现场金相分析中具有电子显微镜 现了补焊现象, 这是一起严重的质量责任事故.
无可比拟的作用和地位.认识了光学金相显微镜和 ４．２ 晶界析出物分析
电子显微镜的优、 缺点后, 在失效分析中应充分利用 电子显微镜具有更高的放大倍数和景深, 在金
各自的优势, 将两者结合起来使用往往会得到意想 相分析中有时具有光学显微镜无法比拟的效果.早
不到的效果. 期高温蠕变中三角晶界处的蠕变孔洞用金相显微镜
４．１ 疏松、 气孔、 裂纹等材料缺陷分析 观察, 很容易与原材料缺陷混淆, 但在扫描电子显微
铸造疏松、 气孔以及铸件、 粉末冶金构件中的孔 镜下观察, 根据蠕变孔洞独特的形貌特征就比较容
隙在光学显微镜下观察往往表现为颜色相对较深的 易区分.如某 ３０４ 不锈钢制品在服役过程中产生了
黑点或黑色区域, 无法观察到其细节特征, 只能看到 沿晶腐蚀开裂, 光学显微镜下放大 １０００ 倍观察, 只
缺陷分布的区域; 而在扫描电镜下观察, 则可以看到 可 观 察 到 晶 界 变 粗,疑 似 有 碳 化 物 析 出,见
其细微特征, 从而进一步判断出缺陷性质.如铸造 图 １６ ( a ); 但在扫描电镜下放大到２５０００ 倍, 则可以
疏松的 SEM 形貌往往显得比较粗糙, 有时还可观 清晰地观察到晶界上析出的碳化物形貌以及晶界的
察到颗粒状的最后结晶组织; 气孔类缺陷的底部则 开裂情况, 见图 １６ ( b ).
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