傳統(tǒng)金相多是黑白金相，即通過化學(xué)試劑侵蝕試樣表面，使金屬表面產(chǎn)生凹凸不平，進(jìn)而出現(xiàn)反光能力的差別，然后通過不同顯微組織“黑白襯度”的不同來顯示材料微觀組織的形貌特征，這容易導(dǎo)致那些反光能力相近的不同顯微組織被忽略，也因襯度不足，不利于計(jì)算各相顯微組織所占比例，不能滿足金相定量化研究的需求；而彩色金相技術(shù)，因其艷麗的色彩，鮮明的襯度，可大大提高金相鑒別能力，更加能夠?qū)︼@微組織進(jìn)行直觀反映，清晰可靠，可有力彌補(bǔ)傳統(tǒng)黑白金相在顯微組織定量分析中的不足，故彩色金相在冶金行業(yè)中越來越受到重視。

本文闡述了彩色金相顯示原理及其在金相顯微組織分析研究中的應(yīng)用，并通過與傳統(tǒng)黑白金相對(duì)比，進(jìn)一步說明了彩色金相的優(yōu)勢(shì)，為廣大研發(fā)人員提供參考。

彩色金相相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

彩色金相，主要是指用化學(xué)或物理的方法，在金屬材料試樣拋光面上形成一層特殊性質(zhì)的薄膜，然后利用入射光的多重反射和干涉現(xiàn)象顯示顯微組織，從而根據(jù)顏色襯度及顯微組織形貌來鑒別各種合金相。

彩色金相常用的侵蝕方法有化學(xué)染色法、熱染色法、陽極化法、干涉蒸發(fā)膜真空沉積法、中性活化離子濺射法、恒電位法等。以上方法中化學(xué)染色法因其可操作性強(qiáng)、試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單等，在鑄鐵、碳鋼、合金鋼及有色金屬中應(yīng)用較為廣泛。

化學(xué)染色法主要是將試樣浸入化學(xué)試劑中，使二者充分接觸，試樣表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而在試樣表面形成一層厚度不一的干涉膜。但因試樣中顯微組織的不同及相同組織晶粒取向的不同，故形成的干涉膜呈現(xiàn)的顏色不同，據(jù)此進(jìn)行試樣顯微組織不同相的鑒別。針對(duì)不同試樣，配置成分及含量與試樣耐蝕性相匹配的侵蝕劑，在化學(xué)染色法中至關(guān)重要。合適的侵蝕劑有利于通過與試樣表面的化學(xué)反應(yīng)，在試樣表面形成干涉膜，否則不利于形膜，或形膜完成但侵蝕時(shí)間不合適，在侵蝕過程中干涉膜又遭到破壞，不利于后期觀察。

彩色金相在顯微組織分析中的應(yīng)用

雙相鋼顯微組織包括鐵素體、貝氏體和馬氏體復(fù)合相，而各相所占面積分?jǐn)?shù)對(duì)材料力學(xué)性能有較大影響，各相顯微組織含量的檢測(cè)對(duì)調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)具有指導(dǎo)意義。傳統(tǒng)金相為黑白金相，侵蝕劑一般為4％(體積分?jǐn)?shù)，下同)硝酸酒精溶液，獲得的雙相鋼顯微組織中鐵素體呈現(xiàn)白色，貝氏體和馬氏體及殘余奧氏體皆呈黑色。因貝氏體和馬氏體及殘余奧氏體在形態(tài)上十分接近，顏色均為黑色，故對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分存在較大困難，更不利于進(jìn)行各相顯微組織含量的計(jì)算，而彩色金相技術(shù)較好地解決了該問題。

試驗(yàn)材料及方法

試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為：0.07C，0.082Si，1.3Mn，0.018P，0.01S，0.45Cr。

生產(chǎn)工藝為：粗軋開軋(溫度1150℃)→ 精軋終軋(溫度810℃)→兩段冷卻(第一段終冷溫度690℃)→卷取(溫度250℃)。

對(duì)試樣取平行樣，磨、拋后一個(gè)試樣用4％硝酸酒精溶液作為侵蝕劑進(jìn)行侵蝕，另一個(gè)試樣用2％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)偏重亞硫酸鈉試劑作為侵蝕劑進(jìn)行侵蝕，直至侵蝕面呈淺藍(lán)色，鏡面消失。然后用蔡司LSM700激光共聚焦顯微鏡觀察試樣表面顯微組織形貌，用Pro Image軟件計(jì)量顯微組織中各相含量。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

雙相鋼試樣用4％硝酸酒精溶液侵蝕后的顯微組織形貌如圖1所示，可見其為白色基體上分布著粒狀或島狀的黑色組織。其中白色區(qū)域組織為鐵素體，黑色區(qū)域可能為貝氏體或殘余奧氏體和馬氏體，從形狀和顏色上無法將二者區(qū)分開來。

圖1 雙相鋼黑白金相顯微組織形貌

雙相鋼試樣用2％偏重亞硫酸鈉試劑侵蝕后的顯微組織形貌如圖2所示，可見鐵素體呈淺黃色，馬氏體和殘余奧氏體呈亮白色，貝氏體呈棕黑色，從顏色上即能夠區(qū)分出各相。經(jīng)用Pro-Image軟件測(cè)定，2個(gè)視場(chǎng)各相含量見表1。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)雙相鋼鐵素體含量為89.5％，馬氏體和殘余奧氏體含量為3.7％，貝氏體含量為6.8％。 

簾線鋼因其具有較高的抗拉強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁及汽車行業(yè)中。因其顯微組織中索氏體與珠光體含量及分布均對(duì)材料力學(xué)性能有較大影響，故成為衡量材料力學(xué)性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。力學(xué)性能較好的鋼樣顯微組織中，索氏體團(tuán)面積相對(duì)較大，珠光體團(tuán)面積則相對(duì)較小，且片層間距較小，呈細(xì)片狀珠光體，分布彌散。一般來說，簾線鋼抗拉強(qiáng)度隨著索氏體含量的增加而增加，準(zhǔn)確測(cè)定簾線鋼中索氏體和珠光體含量(一般在500倍下)具有重要作用。

試驗(yàn)材料及方法

選取72A簾線鋼進(jìn)行試驗(yàn)，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為：0.72C，0.53Mn，0.257Si，0.0036S，0.0075P和少量的銅、鋁、鈦、鉻等。 取兩個(gè)?6.5mm圓柱狀試樣，磨、拋后一個(gè)試樣用4％硝酸酒精溶液作為侵蝕劑進(jìn)行侵蝕，另一個(gè)試樣用2％偏重亞硫酸鈉試劑作為侵蝕劑進(jìn)行侵蝕，直至侵蝕面呈淺藍(lán)色，鏡面消失。然后用蔡司LSM700激光共聚焦顯微鏡觀察其表面顯微組織形貌，用Pro Image軟件計(jì)量組織中各相顯微組織的含量。

試驗(yàn)結(jié)果及分析

簾線鋼試樣用4％硝酸酒精溶液侵蝕后的顯微組織形貌如圖3所示，可見組織呈現(xiàn)黑、白、灰3種顏色，較細(xì)片層珠光體不能被很好地區(qū)分辨別。因在黑白金相中，部分索氏體呈亮白色，珠光體顏色也呈亮白色，二者在顏色上十分接近，軟件不能將二者區(qū)別開來，故不能準(zhǔn)確計(jì)算兩相含量。另外，部分片層間距較細(xì)的珠光體顏色較深，在黑白金相中不易被識(shí)別。

雙相鋼試樣用2％偏重亞硫酸鈉試劑侵蝕后的顯微組織形貌如圖4所示，可見彩色金相下珠光體呈亮白色，索氏體呈藍(lán)、黑、棕、灰白等色，二者對(duì)比度明顯，且珠光體組織一目了然，即使較細(xì)片層珠光體，因其鮮明的對(duì)比度，也很容易識(shí)別。

用Pro Image軟件分別計(jì)量簾線鋼試樣4處視場(chǎng)在黑白金相和彩色金相下的索氏體和珠光體含量，結(jié)果見表2。

表2 簾線鋼各相含量(面積分?jǐn)?shù))

由表2可知，黑白金相下統(tǒng)計(jì)的索氏體含量與彩色金相下統(tǒng)計(jì)的偏差較大。因?yàn)楹诎捉鹣囝伾珕我唬M織對(duì)比度低，部分索氏體和珠光體都呈白色，統(tǒng)計(jì)軟件不能將二者區(qū)分。另外，在黑白金相下，一些片層較細(xì)的珠光體不易辨別，也加大了統(tǒng)計(jì)結(jié)果的不準(zhǔn)確性。而彩色金相，顏色鮮艷，對(duì)比度強(qiáng)，珠光體和索氏體界限分明，有利于軟件對(duì)各相的區(qū)分和精確計(jì)量。

另外，若想得到更加精確的索氏體和珠光體含量，可以用制圖軟件(如Photoshop、美圖秀秀等)將彩色金相中全部珠光體用更加鮮明的色彩標(biāo)記出來，再用Pro Image軟件計(jì)量珠光體和索氏體的含量。

結(jié)論

彩色金相色彩艷麗，顏色襯度高，可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)黑白金相的不足。彩色金相可用于雙相鋼馬氏體和貝氏體等組織的鑒別，馬氏體及殘余奧氏體為白色，貝氏體為棕黑色，通過彩色金相技術(shù)和Pro Image軟件可以實(shí)現(xiàn)雙相鋼鐵素體、馬氏體和貝氏體含量的計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定量分析。彩色金相下，相比傳統(tǒng)黑白金相，72A簾線鋼索氏體和珠光體的對(duì)比度更強(qiáng)，有效提高二者含量計(jì)算精度。