材料的微观组织决定了材料的性能，金相分析是研究材料微观组织和成分的重要手段之一。通过金相照片可以直观的表征材料的组织组成物、材料的相、晶粒、夹杂物等，同时金相分析也是评价材料工艺的优良和查找失效及缺陷原因的有效手段。

 

一、金相实验技术

金相实验技术包括试验的制备技术、试样显示技术和图像分析技术等。注试验的制备技术金相试样变形层的产生原因及其消除方法，检验表层组织结构的金相样品的镶嵌技巧。

 

1 金相技术在PCB生产中的应用

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印制电路板质量可靠与否必须通过过程中检验和成品检验。常用的检验手段有用放大镜目检。作为检验手段之一的金相制样技术，因其投资小，应用范围广，而被印制板生产厂家采用。金相制样是一种破坏性测试可测试印制板的多项性能。

 

2 金相分析的基本技术与理论

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钢在加热和冷却过程中会发生复杂的相变，合金元素对相变产生重要的影响。加热时的相变主要是铁素体向奥氏体转变；冷却时的相变主要是奥氏体的分解，如珠光体转变。贝式体转变及马氏体转变等。

钢的淬火后回火转变则是马氏体的分解。各种转变将形成各种不同显微组织。钢的金相检验主要内容是非金属夹杂物类型及数量、晶粒度评定及各种显微组织鉴别，以及在各生产工序中出现的缺陷组织等。

 

3 铸铁金相分析

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铸铁金相检验的主要内容包括：1，对石墨形态、大小和分布的分析；2，对基体中各种组织组成物形态、分布和数量及其相互影响的分析；3，对铸造、热处理及其他工艺因素所引起的缺陷的判别和分析；4、对铸铁断口的宏观和微观分析；5、对铸铁的成分、组织、性能和生产工艺的综合分析。

 

4 表面处理金相分析

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零件的表面处理方法比较多，广泛采用的有碳氮共渗、渗硼、渗铝和渗铬等化学处理；此外，还有对零件表面直接火焰加热、感应加热、激光加热等淬火樱硬化处理和表面电镀和喷镀等工艺。表面处理金相检验主要是观察表层显微组织特征和渗层深度。

 

5 焊接金相分析

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焊接过程是一个时间短、变化复杂而完整的物理冶金过程。它具有加热温度高，加热速度快、高温停留时间短、局部加热及温差大、冷却条件复杂、偏析现象严重、组织差别大等特点。由此直接影响到焊缝基金苏和热影响区的宏观组织和显微组织，焊接缺陷及焊接接头的性能。焊接接头金相检验则主要分析焊缝各区组织和焊接缺陷。

 

6 有色金属及高温合金金相分析

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有色金属和高温合金的范围很广，包括铝合金，镁合金、轴承合金以及镍基、钴基高温合金等。它们的金相检验，无论是样品制备、侵蚀试剂的选择还是合金组织的鉴别，都有其各自的特点。在进行有色金属和高温合金的金相分析时，要充分发挥相图的作用，注意分析合金中的各种相。

 

7 粉末冶金与硬质合金金相分析

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粉末冶金是将金属粉末或金属粉末和非金属粉末混合成经成形和烧结，主要是粉末的物理、化学性能的测定，孔隙大小、数量和形态的测量，多孔态（包括近于致密的烧结体）物理、力学性能的测定等。

 

8 断口及裂纹分析

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金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌，称断口。断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方，记录着有关断裂全过程的许多珍贵资料，所以在研究断裂时，对断口的观察和研究一直受到重视。通过断口的形态分析去研究一些断裂的基本问题：如断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等。

 

二、力学性能分析测试

常用的力学性能试验方法：包括拉伸，压缩，冲击，硬度，弯曲，扭转，剪切，持久，蠕变，松弛，疲劳，断裂，磨损和工艺性能等。

力学性能的标准体系有52个：

硬度、拉伸试验时常规检测中最常用的分析手段。

硬度：HB、HRC、HV

拉伸试验：σb、σ0.2、σ

 

三、失效分析基础

产品丧失规定的功能称为失效。

判断失效的模式，查找失效原因和机理，提出预防再失效的对策的技术活动和管理活动称为失效分析。

失效分析的分类一般按分析的目的的不同可分为;

（1）狭义的失效分析主要目的在于找出引起产品失效的直接原因。

（2）广义的失效分析不仅要找出引起产品失效的直接原因，而且要找出技术管理方面的薄弱环节。

（3）新品研制阶段的失效分析对失效的腌制品进行失效分析。

（4）产品适用阶段的失效分析对失效的研制品进行失效分析。

（5）定型产品使用阶段的失效分析对失效的定型产品进行失效分析。

（6）修理品使用阶段的师兄啊分析对失效的修理品进行失效分析。

 

四、标准应用

金相分析的最基本的依据就是标准

 

国内主要金相检验标准

 

（一 ）钢材

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（1）低倍检验

1 GB/T 226-1991 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法

2 GB/T 1979-2001 结构钢低倍组织缺陷评级图

3 GB/T 4236-1984 钢的硫印检验方法

4 GB/T 1814-1979 钢材断口检验法

5 YB/T 2971-1982 碳素钢和低合金钢断口检验方法

6 YB/T 4002-1992 连铸钢方抷低倍组织缺陷评级图

7 YB/T 4003-1991 连铸钢板坏缺陷硫印评级图

8 YB/T 153-1999低质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织缺陷评级图

9 YB/T 3031-2002 铁路用辗钢整体车轮径向全截面低倍组织缺陷的评定

10 CB/T 3380-1991 船用钢材焊接头宏观组织缺陷酸蚀试验法

11 HB/Z 210-1991 涡喷型发动机涡轮内、外轴锻件低倍组织标准

12 QJ 2541-1993 不锈钢棒低倍锭形偏析检验方法

 

（2）基础标准

1 GB/T 13298-1991 金属纤维组织检验方法

2 GB/T 224-1987 钢的脱碳层深度测定法

3 GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法

4 GB/T 6394-2002 金属平均粒度测定方法

5 GB/T 13299-1991 钢的显微组织（游离渗碳体、带状组织及魏式组织）评定方法

6 GB/T 13302-1991 钢中石黑碳显微评定方法

7 GB/T 低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法

8 JB/T 5074-1991 低、中碳钢球化体评级

9 JB/T 9211-1999 中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级

10 DL/T 652-1998 金相复型技术工艺导则

 

（三）不锈钢

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1 GB/T 6401-1986 铁素体奥式体型双相不锈钢σ—相面积含量金相测定法

2 GB/T 1954-1980 铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测定方法

3 GB/T 13305-1991 奥氏体不锈钢中σ—相面积含量金相测定方法

4 CB/T 1209-1992 0Cr17Ni4Nb（17-4PH）+马氏体沉淀硬化不锈钢金相检验

 

（三 ）化学热处理及感应淬火

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1 GB/T 11354-2005 钢铁零件 渗碳层深度测定及金相组织检验

2 GB/T 9450-2005 钢间渗碳共渗或薄层碳钢件显微组织检测

3 JB/T 7710-1995 薄层渗碳共渗或薄层渗碳钢件显微组织检测

4 QCn 29018-1991 汽车渗碳共渗齿轮金相检验

5 QC-T 262-1999 汽车渗碳齿轮金相检验

6 TB/T 2254-1991 机车牵引用渗碳淬硬齿轮金相检验

7 JB/T 6141.1-1992 重载齿轮 渗碳层球化处理后金相检验

8 JB/T 6141.2-1992重载齿轮 渗碳质量检验

9 JB/T 6141.3-1992重载齿轮 渗碳金相检验

10 JB/T 6141.2-1992重载齿轮 渗碳表面碳含量金相判别法

11 GB/T 5617-2005 钢的感应淬火或火焰有效硬度层深度的测定

12 GB/T 9451-2005 钢的感应淬火或火焰淬火有效硬度层深度的测定

13 JB/T 9204-1999 钢件感应淬火金相检验

14 JB/T 9205-1999珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验

15 NJ 305-1983 渗碳齿轮感应加热淬火金相检验

16 QC/T 502-1999 汽车感应淬火零件金相检验

17 CB/T 3385-1991 钢铁零件渗氮层深度测定方法

 

 

（四）轴承钢

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1 GB/T 18254-2002 高碳铬轴承钢

2 GB/T 2086-1982 高碳个不锈钢承钢技术条件

3 JB/T 1255-2001高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件

4 JB/T 1460-1992高碳铬不锈滚动轴承零件热处理技术条件

 

（五）工具钢

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1 GB/T 1298-1986 碳素工具钢

2 GB/T 1299-2000 合金工具钢

3 GB/T 14979-1994钢的共晶碳化物不均匀评定法

4 GB/T 4462-1984高速工具钢大块碳化物评级图

5 GB/T 9943-1988高速工具钢棒技术条件

 

（六）铸铁

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（1）基础标准

1 GB/T 7216-1987灰铸铁金相

2 GB/T 9441-1988球墨铸铁金相检验

3 JB/T 3892-1999蠕墨铸铁金相标准

4 JB/T 2212-1977铁素体可锻铸铁金相标准

 

（2）表面处理

1 GB/T 4677.6-1984 金属和氧化覆盖厚度测试方法—截面金相法

2 GB/T 5929-1986 轻工产品金属镀层和化学处理层的厚度测试

3 GB/T 6462-2005 金属和氧化物覆盖层—横断面厚度显微镜测量方法

4 GB/T 6463-1988 金属和其他无机覆盖层—厚度测量方法评定

5 GB/T 9790-1988 金属覆盖层及其有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验

6 GB/T 11250.1-1989 复合金属覆盖层度测—金相法

 

（七）铝合金及铜合金

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1 GB/T 3246-1982 铝及铝合金加工制品显微组织检验方法

2 GB/T 3247-1982 铝及铝合金加工制品低倍组织检验方法

3 GB/T 7998-1987 铝合金晶间腐蚀测定法

4 GB/T 8014-1987 铝及铝合金阳极氧化阳极氧化膜厚度的定义和有关测量厚度的规定

5 GB/T 3508-1983 内燃机铸造铝活塞金相检验

6 JB/T 5108-1991 铸造黄铜金相

7 QJ 2337-1992 铍青铜的金相检验方法

8 YS/T 247-2004 铜及铜合金 平均晶粒度测定方法

9 YB/T 731-1970 电真空器件用无氧铜含氧量金相检验法

 

国外部分金相检验标准

ASTM E3-2001金相试样制备规程

ASTM E7-2003有关金相学的术语

ASTM E1558-1999（2004）金相实验电解抛光指南

ASTM E 2014-1999（2005）金相实验室安全指南

ASTM E 340—2000e1金属和合金宏观浸蚀的试验方法

ASTM E 407-1999微观浸蚀合金和金属的试验方法

ASTM E45-1997（2002）测定钢中夹杂物含量的规程

ASTM E768-1999（2005）钢夹杂物自动检验用试样的制备及评定规程

ASTM E2142-2001用扫描电子显微镜评定和分类钢中夹杂物的试验方法

ASTM E2283-2003钢和其他大结构零件中非金属夹杂物的试验方法

ASTM E 112-1996（2004）测定平均粒径的试验方法

ASTM E 930-1999评估冶金相学部分重观测到最大粒径的试样方法

ASTM E 1382-1997用半自动和自动成像分析法测定平均粒度的试验方法

ASTM E1077-2001（2005）评估钢样品脱碳层深度的试验方法

 

五、小结

金相样品的制备成功与否是分析测试的基础

 

补充金相标准，请注意及时查新

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通用标准

1.GB/T6394-2002 金属平均晶粒度测定法

2.ASTM E112-2013 测定平均粒径的标准试验方法

3.GB/T 15749-2008 定量金相测定方法

4.GB/T 13298-2015 金属显微组织检验方法

5.GB/T 11354-2005 钢铁零件 渗氮层深度测定和金相组织检验

6.JB/T 2798-1999 铁基粉末冶金烧结制品金相标准

 

钢材

7.GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法

8.GB/T 224-2008 钢的脱碳层深度测定法

9.GB/T 13299-1991 钢的显微组织评定方法

10.GB/T 1814-1979 钢材断口检验法

11.HB 5022-1994 航空钢制件渗氮、氮碳共渗金相组织检验标准

12.GB/T 5617-2005 钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定

13.JB/T 9204-2008 钢件感应淬火金相检验

14.GB/T 13320-2007 钢质模锻件 金相组织评级图及评定方法

15.JB/T 5074-2007 低、中碳钢球化体评级

16.JB/T 9211-2008 中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级

17.GB/T 14979-1994 钢的共晶碳化物不均匀度评定法

18.GB/T 1299-2014 工模具钢

19.GB/T 4335-2013 低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法

20.GB/T 1979-2001 结构钢低倍组织缺陷评级图

21.GBT 10516-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定方法

 

不锈钢

22.GB/T 13305-2008 不锈钢中α-相面积含量金相测定法

 

铝及铝合金

23.JB/T 7946.1-2017 铸造铝合金金相 第1部分：铸造铝硅合金变质

24.JB/T 7946.2-2017 铸造铝合金金相 第2部分：铸造铝硅合金过烧

25.JB/T 7946.4-2017 铸造铝合金金相 第4部分：铸造铝铜合金晶粒度

26.GB/T 3246.1-2012 变形铝及铝合金制品组织检验方法 第1部分:显微组织检验方法

27.GB/T 3246.2-2012 变形铝及铝合金制品组织检验方法 第2部分:低倍组织检验方法

28.QJ 1675-1989 变形铝合金过烧金相试验方法

29.QJ 1676-1989 铸造铝合金过烧金相试验方法

30.JB/T 6289-2005 内燃机 铸造铝活塞 金相检验

 

铸铁

31.GB/T 7216-2009 灰铸铁金相检验

32.GB/T 9441-2009 球墨铸铁金相检验

33.JB/T 9205-2008 珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验

34.ISO 945-1-2008 铸铁的显微结构 第1部分:用目视分析进行石墨分类

 

铜及铜合金

35.YS/T 347-2004 铜及铜合金 平均晶粒度测定方法

36.GB 3490-1983 含铜贵金属材料氧化铜金相检验方法

37.QJ 2337-1992 铍青铜的金相试验方法

 

镁及镁合金

38.GB/T 4296-2004 变形镁合金显微组织检验方法

39.GB/T 4297-2004 变形镁合金低倍组织检验方法

 

钛及钛合金

40.GB/T 5168-2008 α-β钛合金高低倍组织检验方法

41.GB/T 6611-2008 钛及钛合金术语和金相图谱

42.GB/T 13810-2007 外科植入物用钛及钛合金加工材

43.QJ 2917-1997 钛及钛合金金相检验方法

 

其他有色金属材料

44.GB/T 4197-1984 钨,钼及其合金的烧结坯条,棒材晶粒度测试方法

 

其他

45.QC/T 262-1999 汽车渗碳齿轮金相检验

46.JB/T 8118.2-2011 内燃机 活塞销 第2部分:金相检验

47.JB/T 1255-2014 滚动轴承 高碳铬轴承钢零件 热处理技术条件

48.JB/T 5175-2006 柴油机喷油泵 喷油器总成 主要零件 金相试验

49.JB/T 6141.1-1992 重载齿轮 渗碳层球化处理后金相检验