利用好方法，轻松测定铝合金晶粒级别指数不再是问题！铝合金由于其优良的性能被广泛应用于交

什么影响着铝合金的品质

铝合金由于其优良的性能被广泛应用于交通、航空航天、电力、建筑等多种行业和领域。而这些性能主要取决于合金的组织和晶粒尺寸大小，因此，检验铝合金的晶粒尺寸或者测定铝合金的晶粒级别指数是铝合金性能分析的重要项目之一。

晶粒级别指数测定的主要依据

铝合金晶粒级别指数测定的主要依据是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》，其中包含了三种不同的晶粒级别指数判断方法，即比较法、平面晶粒计算法和截距法。

上述3种方法，虽然形式不同，但都遵循着ASTM E112-2013中关于晶粒级别指数的定义规范。根据ASTM E112-2013，晶粒级别指数G满足以下

式中：NAE为放大100倍时，1in2（645.16mm2）面积内包含的晶粒数，在英制换算为公制后，实际视场中1 mm2面积内的晶粒数等于NAE的15.5倍。

不管是比较法、平面晶粒计算法，还是截距法，测定结果最终都可以追溯到式（1）或式（2）。

为寻找一种方便快捷的晶粒级别指数测定方法，笔者将利用软件iTEM，采用平面晶粒计算法开展研究。

试样制备与试验方法1

试验材料与软件

试验用iTEM软件为德国SIS公司生产。

铝合金试样由经CNAS国家认可的一家能力验证实施机构所提供，试样晶粒级别指数标准值为3.8，允许误差为±0.5。

试样制备

按照GB/T 3246.1-2012将铝合金试样进行磨制、抛光，用6号侵蚀剂[氢氟酸（密度1.15g·mL-1）、盐酸（密度1.19g·mL-1）、硝酸（密度1.40g·mL-1）和纯水以2:3:5:190的体积比混合均匀所得溶液]进行充分侵蚀至晶界明显。

金相分析

将制备好的试样置于徕卡DM4000M型金相显微镜下观察，选择中心部位进行拍照，所得照片如图1所示。

图1 铝合金试样的金相图片

将拍摄的金相图片，在iTEM软件上对标尺进行转换，即将原始照片上标尺为100μm变换为10mm，变更标尺后的照片如图2所示。

图2 标尺更改后的金相照片

利用iTEM软件测量功能，在“测量工具卡”中选择“圆心半径圆”，可以在图2中的图片上做一个圆，软件会自动计算出圆的面积，如图3所示，测试中圆面积为6803.52mm2。再用“测量工具卡”中的“点计数”功能，可以计算出处于圆周内部的晶粒数n1，n1=58。然后，再计数与圆相交的晶粒n2，n2=32，如下图4所示。

图3 圆周内部晶粒计数图

试验结果与讨论

按照GB/T 3246.1-2012关于测量圆周内晶粒数量计算的原则，即有效晶粒数ng满足下式要求：

由上述测算结果可知，所做的圆周内总计的晶粒数ng=74。100倍下每平方毫米的晶粒数为0.01088，实际视场下则每平方毫米的晶粒数为108.8。按照上述所说的英制换算为公制后，实际视场中1平方毫米面积内的晶粒数等于NAE的15.5倍，那么NAE为7.0，再根据式（2），可以计算出该试样的晶粒级别指数G=3.8。

图4 与圆相交的晶粒计数图

试验用铝合金试样晶粒级别指数，采用标准推荐的截距法的计算结果为G=3.8±0.5。测试结果表明，采用iTEM软件处理计算的结果，与采用标准方法符合良好。

结论

铝合金晶粒级别指数测定，无论采用比较法、平面晶粒计算法，还是截距法，都需要考虑到真实倍率的问题。

比较法需要与标准图片进行对比，结果只能保留整数，不确定度较大。

后两种方法需要在显微镜的毛玻璃片上划圆或直线，操作起来不方便，而且当晶粒级别指数较大时，晶粒数过多会造成计数的极度不便，甚至错误。

iTEM软件，具备强大的测量功能，可以很方便的计数。无论金相图片的实际倍率是多少，都能通过改变标尺的名义尺寸，使照片在名义上处于100倍，然后直接根据晶粒级别指数的定义公式，无需对比和查阅标准中的表格数据，就能获取到准确、可靠的晶粒级别指数测定结果。

选自：《理化检验-物理分册》 Vol.53 2017.6

作者：李荣柱，高级工程师，中国铝业郑州有色金属研究院有限公司