PDF《马红 旭,李友国》

第20卷第3期Vo 1.

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3 材料科学与工程Materia l s S c i e n c e &

En g i n e e r in g 总第79期Sep.2002 文章编号:1004.793X{

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0 4 硅钢中析出物的尺寸分布以及体积分数的测定马红旭,李友国(清华大学材料科学与工程系,北京100084)【摘要】 本 文利 用萃 取 复型技 术研 究 了硅 钢 中析 出物 的尺 寸分 布规 律 以及其 体 积分 数测 定 的方法 .设计 了用来分析电镜照片并给出析出物尺寸分布直方图的Wo o d P e c k e r 程序,结果表明硅钢中析出物尺寸符合We i b u l

1 分布规律,McCal1.Boyd法 测定析出物的体积分数是一种有效的方法.【关键词】析出物 ;

尺寸分 布;

体积分 数'

中图分类号:TM2

7 5 文献标识码:AMeasur e m e nt o f S i z e Di s t r i bu t i o n a n d Vo l u m e Fr a c t i o n o f Pr e c i pi t a t e s i n S i l i c o n S t e e l M A Ho n g - X U,LI Yo u - g uo ( De p a r t me n t o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g, Ts i n g h u a Un i v e r s i t y,Be i j i n g

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8 4, Ch i n a ) 【 Ab s t r a c t 】 T h i s p a p e r s t u d i e d t h e s i z e d i s t r i b u t i o n a n d t h e v o l u m e f r a c t i o n o f p r e c i p i t a t e s b y e x t r a c t i o n r e p l i c a m e t h o d i n s i l i c o n s t e e l s. P h o t o g r a ph s we r e e x a mi n e d wi t h a n a n a l ys i s s o f t wa r e p r o g r a m ca ll e d W o o d p e c ke r f o r e a c h s pe ci me n. Re s u l t s i nd i c a t e t h a t t h e s i z e d i s t r ibu t i o n o f p r e c i p i t a t e s a c c o r ds wi t h t h e W e i b u l l d i s t r i b ut i o n. a nd t h e v o l ume f r a c t i o n ca n b e me a s u r e d b y Mc Ca l l me t ho d e f fe c t i v e l y. 【 K e y w o r d s 】 p r e c i p i t a t e s ;

s i z e d i t r i b u t i o n ;

v o l u m e f r a c t i o n ― 口硅钢中析出物的大小、形状及其分布对电工钢的性能有很 大影 响 .如硅 钢基 体 内存在 细 小弥散 分布的亚稳 定第 二相质点或沿晶界偏聚的元素,其强烈阻碍初次再结晶晶粒的正 常长 大,当温 度足够高时少 数晶粒就能 克服阻力而发生异常长大,形成单一的Goss织构….对 于无取向电工钢来说,冷轧前如果其热轧带中的析出物量越多且尺寸粗大,则在冷轧 后 的再结 晶退 火 过程 中析 出量 就越 少,最终 成品的有 害织构 组 分就 弱,成品磁性 能 就好 . 因此精 确、有效地 测定 硅钢中析 出物 的尺寸 分布 是控 制工 艺参 数 及控制 硅钢性能的重要基础.酒井知彦 等在研究取向硅 钢内A1N析 出物时,分别使用 了化 学分 析、氢热萃取 和透 射 电镜 观察 萃取复型等方 法来检测A1N的析出.用 透射电镜观察A1N时,通过8O张 电镜照片来统计析出物粒子的尺寸分布以及体积分数,证明化学 分析、氢热 萃取 及萃取复型电镜 观察所得结果 非常一致.当统计足够多的视场,定量地计算析出物的体积分数就非常合理.收稿日期 :

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修订日期 :

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2 5 作者简介:马红旭(1976一),男,硕士在生产和科 研中,经常 需要分析 各种工艺 下析出物 的尺寸和体 积 分数 的变 化规 律 .本 文所提 供的电镜观 察萃 取复型方法是上述方法的改进.用新设计的Wo o d P e c k e r 程序来分 析 电镜 照片 并 直接 给 出析 出物尺寸分 布 的直 方图;

以析出物 尺寸 分布 是否符合We i b u l

1 分布规律 作为萃取 复型样品制 备好 坏 的判 据,保证样品制备 工艺的稳 定性.统 计萃取复 型样 品上

2 0 0个视场内的析 出物 数 目来 计算析出物 体 积分 数,不仅 保证 了结果 的可 靠性 , 同时 避免 了拍 摄 大量 的电镜 照片.

2 样 品制 备试样经金相抛光后腐蚀,用AA溶液(10%乙酰丙酮+l%四甲基 氯化氨+8

9 % 甲醇)腐蚀,然后在日立 H U S .

5 G B 型镀 膜机 上 镀一 层厚约30nm的碳膜,在小于10%高氯 酸酒精溶液中脱模.碳膜在清洗液(1%盐酸酒精)中浸泡5~lO分钟 , 再 在无 水 乙醇 中反 复 清洗 , 然后 将大小为2.5*

2 .

5 m m 碳膜捞到孔径为75m的小钢网上并置于滤纸上,干燥后即为电镜样品.维普资讯 http://www.cqvip.com 第2O卷第 3期 马红旭 , 等.硅钢中析 出物 的尺 寸分 布 以及体 积分 数 的测 定'

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3析出物尺寸分布分析利用H一800透 射电镜对每种样品随机选取lO个 以上的视场.保 证所选视场中总的析出粒子数大于100个 , 在适当放 大倍 数(20,000*) 下观察并拍摄照片,用作第二相的平均尺寸分布分析.图1为 经常化处理的试样的透射电镜照片.图1析出物形貌(2O,

0 0 0*) F i g.

1 TE M mi e r o g r a p h o f p r e c i p i t a t e s 将照 片用扫描仪输入计算机,然后用自己编制的Wo o d P e c k e r 程序处理扫描的照片.Wo o d P e c k e r程序是在VISUALC+ +5 . 0平台上用c+ +语言编写而成,其基本思想是在以位 图(Bitma p ) 形式存储的样 品底 片中,根据代表不同析 出物 和碳 膜基体的象素的亮度值(用一小于65535的正整数表示)的差别来识别析出物,并根据其相邻关系来判断析出物 的大小 . 在程 序中,首先 对一定面积的照片中每个析 出物 的 面积 进 行计 算,然后折算 出每 个析出物等面Di a me t e r o f p r e c i pi t a t e s / n m ( a ) p r o c e s s i n g

1 # 积的圆的半径.该分析程序还可以按照第二相粒子的大小进行分组,做出粒子尺寸分布图,图2所 示为该程序给出的两个不同工艺 条件 下析出物 的尺寸 分 布直方 图.根据概率论基本概念,不同直径d对应的概率Pp:(1)式中:n为样本中析出物总数,n为样本中析出物直径小于d.的个数.许 多文献'

.指出,钢中第二相粒子大小分布是符 合We i b u l

1 分布 或 正态 分布 , 我们 的试 样 数据 表 明硅 钢 中热 轧析 出物更 符合 We i b u l

1 分布,We i b u l

1 分布函数为 : P ( d ) =l ―e 一(杀)(2)式中:b为 We i b u l

1 分布形状系数,d.为 特征直径即P( d) =

1 一e =6

3 .

2 % 所对应的直径.对上式两边取对数得:lnl i ― 二=blnd― b l n d . (

3 ) 由上式可知,We i b u

1 1 分布在lnln~I n d的坐标上为直线关系,且直线斜率为b.利用(1)式对图2中 的数据进行处理,所得结果如图3所示 .由此 可见 , 样品中析出物 尺寸都较好地 符合We i b u l

1 分布,利用 最 小二 乘法 拟合出直线 的斜 率 和截距 , 即可 换算 出参数 b和d.这 样就可以定 量地描述析出物 尺寸分布及能反映工艺变化对析出物尺寸及尺寸分布的影响,进而可分析工艺和组织的关系.在制备 萃取 复型的过 程中,样品电解 腐蚀的深浅对萃取析出物 及以后对析出物 的分析结果有很大的影响.通过检查析 出物 是 否符 合We i b u l

1 分布来检 测腐 蚀是否合 适,从而找出腐 蚀样品的最佳工艺条件.Di a me t e r o fp r e c i pi t a t e s / r i m ( b ) p r o ce s s i n g

2 # 图2析出物尺寸分布图Fig.

2 S i z e d i s t r i b u t i o n o f p r e c i p i t a t e s 维普资讯 http://www.cqvip.com 材料 科学与工程2002年9月.c, I 1一:,1一CC图3析出物尺寸的We i b u l

1 分布规律Fig.

3 We i b u l l d i s t r i b u t i o n o f s i z e o f p r e c i p i t a t e s

4 析出物体积分数测定钢中的析出物通常为MnS、A1N等,其体积分数的定量分析方法通常采用定压电解 法J.即试样用一定电解液电解.滤掉的残渣用一定溶液溶解后,过滤出溶解液,再测定过滤液中的锰量或铝量.然 而这种检测方法分析MnS、A1N等析 出物 , 对 于刚 开始析出阶段 生成 的 细小 第二相质点 来说可能有所损失,即化学方法中检测不到这些细小的析出物.而使 用透 射 电镜来 观察 萃取 复型 样 品则不 存 在这 种问题,因为萃 取 复型 可 以把细 小 的析 出物从 基体内萃 取 下来 , 放大适当倍数之后就可以清楚地观察到这些析出物,对透射电镜照 片进 行分 析就 可 以计算 出析 出物 的体积 分数 . 本文采 用Mc C a l l ― B o y d法来测定弥散 型第二相析出物的体 积 分数 .这 个方 法要求 在 电子 显微 镜照 片上 测 量一 个 已知 面积 中每个 析 出物 的直 径,换算出所 有析出物 的平 均直径,还要求计算析出物 数目.Mc C a l l ― B o y d 法测体积 分数 由下 式计 算::()・()㈩式中:D… 为粒子的平均直径,Ⅳ为析出物数目,为被测物体 总体 积.对于析出物直径,如上所述采用10张 左右照片就可以准确测量出析出物的平均直径,但对于测量每个照片内的析出物 数 目则 不够精确.所以除了拍下来的l0张电镜照片外,我们又在60,000*下统计了另外200个 视场内的析出物数目.由于肉眼分辨率有限,在20,000*下基本分辨不出lOnm左 右 的粒 子,放需要 在60,

0 0 0*下 观察 , 我们制作的萃取 复 型样 品尺寸为2.5*2 .

5 m m , 在透射电镜下统计析出物 数 目时 , 随机地选择 视场,这样保证 统计 数据 的准确性 ;

统计 尽量 多 的视场 又保 证了被测 物体总积体 比较 大,使统计数据更加接近于实际情况.在60,000*下随机观察时 , 视场内粒 子数目为 0的几 率为l5~2

0 % ;

而在20,000*下照 相时 , 由于要 测定 粒子的平均 直径 而使视场 内粒 子数目偏 大,故在60,000*下........