案例分析丨金相制样解决方案之非金属夹杂物与晶粒度测定

非金属夹杂物是钢中不可避免的杂质，它的存在使金属基体的均匀连续性受到破坏。

钢中非金属夹杂物按其来源和大小，大体可分为两大类：

1.显微夹杂物或称内在夹杂物，这类夹杂物是钢冶炼和凝固过程中，由于一系列物理和化学反应所生成。例如，在冶炼过程中，由于加入脱氧剂而形成氧化物和硅酸盐等。这些夹杂物来不及完全上浮进入钢渣，而残留在钢液中，即为内在夹杂。

另外，钢在凝固冷却过程中，S、N等元素，由于溶解度的降低而生成硫化物、氮化物等也将残留在钢中。

2.宏观夹杂物或称外来夹杂物，这类夹杂物是在钢的冶炼或浇铸过程中，由于耐火材料等外来物混入造成。其特点是大而无固定形状。

非金属夹杂在钢中的形态、含量和分布情况都不同程度地影响着各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。

因此，非金属夹杂物的测定与评定引起人们的普遍重视。夹杂物的含量和分布状况等往往被认为是评定钢的冶金质量的一个重要指标，并被列为优质钢和高级钢的常规项目之一。

晶粒度(grain size)是表示晶粒大小的尺度，是评估钢材晶粒尺寸的重要指标，常用的检测方法包括金相显微镜法、X射线衍射法和电子背散射衍射法。

金相显微镜法通过对钢材切片进行显微观察，测量晶粒尺寸。

X射线衍射法利用X射线的衍射现象，通过测量衍射峰的宽度来计算晶粒尺寸。

电子背散射衍射法利用电子束与晶体的相互作用，通过测量衍射斑的形状和大小来确定晶粒尺寸。

这些方法可以提供准确的晶粒度数据，帮助评估钢材的质量和性能。

晶粒尺寸大小对金属的机械性能和工艺性能有很大的影响。一般情况下晶粒越小，屈服强度越高，而且塑性、韧性也好。

因此，评价金属中的非金属夹杂物和晶粒度对于理解材料的微观结构、预测材料的性能、控制材料的质量以及优化生产工艺等方面都具有重要意义。

上交大（徐州）新材料研究院实验室配备了德国Zeiss公司生产制造的科研级全自动金相显微镜，配备电动Z轴聚焦、全自动组件识别功能，可对物镜和滤色片的设置进行识别，600万像素高分辨率彩色数码冷摄像头，大尺寸载物台搭配自动聚焦测量模式，可实现图像拼接功能，进行检测项目如钢中晶粒度评定、氮化层厚度、脱碳层深度、双相不锈钢相含量评定、灰铸铁、球墨铸铁评定等诸多金相检测项目。

近期，我院实验室受上海某高校教师委托，对奥氏体不锈钢中的非金属夹杂物和晶粒度进行检测分析。

前期制样在金相显微镜进行金属夹杂物检测和晶粒度检测中扮演着至关重要的角色，其质量直接影响后续显微镜观察的清晰度和准确性。

通过对样品进行切割、打磨和抛光处理，去除表面的粗糙层和氧化层，露出材料的真实微观结构，有助于减少检测过程中的干扰因素，提高夹杂物检测的准确性。

抛光过程中将金刚石悬浮液（多晶或单晶），在步骤切换过程中，清洗完成后务必及时吹干试样表面，防止水分的长时间停留而导致腐蚀生锈。

制备后的样品↓

制备后观察到的典型夹杂物↓

制备后观察到的金属晶粒度↓