Page 95 - 理化检验-物理分册2023年第二期

见微知著 — 我的金相分析生涯

破解 “ 卡脖子 ” 难题，是国之大事，更是科学
院的责任担当，作为其中的一员，我有幸投身其中，
做出了应有的贡献。
多年来，我国制造高端工具和轴承的材料基本
上依赖于进口，该类 “ 卡脖子 ” 难题成为金属所的
攻关重点之一。如在新疆农场使用的农机具，该项

目被科学院列为 “ 耐磨农机具部件与示范推广项
目 ” 研究项目，项目团队由工艺研究、材料组织性
能分析、产品成型加工等几部分组建，我们重点负
图 4 现场试验场景
责材料的显微组织与性能的研究。在对比研究了进
金属研究所是国内材料领域的专业科研单位，
口与国产刀具的材料差异后，发现进口的高端工模
一直承担着国家重点项目，陆地上跑的工具也是我
具材料中的一次共晶碳化物的分布形态、尺度分布
们研究的范围。作为其中的一员，在一个个科学攻
以及显微组织中各种组织的比例控制都非常严格。
关的过程中，我也接受了无数次的挑战。
从事材料研究的学者都知道这些参数对材料的性能
当我国的嫦娥五号着陆器和上升器组合体在月
影响非常大，也都在解决这些问题。我们国家现有
球表面成功采集回来月壤时，举国欢庆，这背后是
的标准方法中，如 GB/T14979—1994 是对工具钢
我们无数科研人员和试验人员的付出。采集月壤的
中共晶碳化物分布形态的评级，虽然图谱比对方法
钻杆及其结构件的材料是我所研制项目之一，其金
是金相分析领域中定量表征的一种方法，其优点是
相显微组织分析是我的工作之一。要在月球的地表
可以将碳化物分布形态表征出来，但是对于分布的
面采样，其材料要求质量轻、强度高、耐磨性好、
韧性好。研制的用于实施钻采的材料是一种 SiC/Al 数量和尺度比较难准确表征。在我们现有的金相分
析手段中，图像分析仪是当下用于定量分析的必不
金属基复合材料，材料中包含大量的高硬度、高耐
可少的分析手段。而图像分析仪是依据析出相和显
磨性的强化相颗粒，二者的硬度相差十分悬殊，
微组织的灰度进行区分，如果析出相之间的灰度接
基体的硬度是 80 ～ 120HB，耐磨相的硬度大于
近，像一次碳化物与二次碳化物、下贝氏体和马氏
700HV，这给样品制备带来非常大的困难。为了解
体，图像分析仪则无法进行分辨。而准确测量一次
决这样的困难。我们通过调整磨料选择、磨削速度、
碳化物的尺寸、数量和显微组织中各类组织的比例
磨抛时间以及抛光时用的抛光料等样品制备参数，
是优化工艺的关键。为了解决各类组织定量的问题，
增加磨削时的润滑，可以高质量地制备出这类金相
我们用费雷特直径作为测量碳化物几何形状因子，
组织样品，为该材料研制的每一个工艺环节提供重
同时将碳化物的尺度也作为区分一次碳化物识别的
要的试验数据。SiC/Al 铝基复合材料显微组织形貌
特征参数。计算模型有了，但缺少必要的分析计算
如图 5 所示。
程序，又从编写分析程序入手解决了碳化物的识别
与计算，最后实现了一次碳化物的准确定量计算。
同时采用彩色金相方法将显微组织中的马氏体和下
贝氏体的混合组织清晰区分出来。通过对每一种工
艺中的显微组织进行准确分析与计算，优化制造工
艺，现在已经国产化的刀具寿命已经提高了 3 ～ 5
倍，甚至有的已达到或超过了进口材料的使用寿命
（见图 6 ～ 9）。

图 5 SiC/Al 铝基复合材料显微组织形貌

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