非金属夹杂物在显微镜下的主要性征

各类夹杂物都具有独特的属性，用金相法鉴定夹杂物时主要依据的是它的光学特性、形态分布、力学性质、化学性质等。

1. 夹杂物的形态与分布

很多夹杂物具有特定的外形，这种特定的外形和分布方式与夹杂物的类型、来源有关。夹杂物若形成时间早，并以固态形式出现在钢液中，一般多具有一定的几何形状(如磨面上TiN夹杂呈方形、三角形)；夹杂物若以液态的第二相存在于钢液中，由于表面张力的作用多呈球状(如一些硅酸盐及玻璃)；若夹杂物析出较晚，则多沿晶界分布。按夹杂物与晶界浸润情况不同，夹杂物或呈颗粒形(如FeO)，或呈薄膜状(如FeS)；经形变后的材料中，脆性夹杂物(如Al₂O₃)多呈点链状分布，而塑性夹杂物(如一些硫化物及含SiO₂低于60%的硅酸盐)则沿变形方向呈条带状。

此外，金属材料中往往是多种夹杂物共存，它们在冷凝过程中相互影响，形成几种夹杂物的固溶体或机械混合物。如FeS与MnS组成固溶体，FeO与2FeO•SiO₂组成球状共晶夹杂。

2. 夹杂物的光学特性

夹杂物的光学特性是指它对光的反射能力，自身的透明度及色彩，是否具有光学各向异性效应及对光的干涉效应等，这是利用光学显微镜鉴定夹杂物的重要手段。

(1) 夹杂物的反光能力

辨认夹杂物的反光能力是在普通光学显微镜的明视场下进行的，根据夹杂物的大小选用中倍或高倍放大观察。夹杂物若对光的反射能力差表现为暗黑、深灰色；若对光的反射能力强，则接近金属基体光泽，呈亮黄色、金黄色。各类夹杂物在明视场下观察都具有一定的色彩，如SiO₂呈暗灰色，MnS呈蓝灰色，CrS呈灰黄色，VN呈淡粉色，TiN为金黄色。

(2) 夹杂物的透明度与颜色

夹杂物的透明度与体色是借助暗视场显微镜(或偏振光显微镜)进行观察的。透明夹杂物在暗视场下是发亮的，因为光线透过透明夹杂物以后，在夹杂物与金属交界面上产生反射，反射光经过夹杂物后而射入镜筒内。光线的强度取决于夹杂物的透明程度，并能反映出夹杂物的体色。不透明夹杂物在暗视场下为暗黑，有时看到夹杂物的边沿有亮细线，这是边沿处对光产生漫散射的结果。如Al₂O₃为透明、亮黄色；MnO•Al₂O₃为半透明、棕红色；FeS为不透明、边界处有亮细线。

各向同性的透明夹杂物在偏振光下观察到的颜色和暗视场下的颜色一致，都是透射光所呈的颜色。各向异性的透明夹杂物，所观察到的颜色包括体色和表色，只有在消光位置才能观察到夹杂的体色，即暗场下的颜色。

(3) 夹杂物的光学各向异性效应

夹杂物在偏振光下的各向异性效应也是区别夹杂物的重要标志之一。

各向异性夹杂物在正交偏振光下观察时，转动显微镜载物台，每转一周(360°)交替出现光强度的四次极大和极小的变化。对弱各向异性夹杂，每转一周交替出现二次光强度的极大和极小，其余二次未能察觉。对各向同性的夹杂，转动载物台仅能看到一片黑暗。凡立方晶系的夹杂物均属光学各向同性，而正方、六方、斜方晶系的夹杂物均具有光学各向异性性质。因此，在偏光显微镜下极易鉴别夹杂物的各向异性性质。如FeO，立方晶系，各向同性；FeS六方晶系，各向异性。

各向异性效应不仅同夹杂物的结晶性质及位向有关，同时受观察条件的影响。例如用油浸物镜观察时，不透明夹杂物的各向异性效应会加强，而透明夹杂物的各向异性会被掩盖。样品抛光面的缺陷会降低各向异性效应，样品的平面与物镜的光轴垂直度不够精确时、也会影响各向异性效应的强度。

(4) 特殊光学效应

在明视场显微镜下，球状透明夹杂物的象上可看到等色环效应。夹杂物愈接近理想球形，等色环效应愈明显。

而在正交偏振光下观察球状、透明夹杂物时，除等色环外，还可在夹杂物的象上看到黑色十字叉效应(见第三章)。

这两种光学效应仪与夹杂物的形状、透明度有关。而具有球状的透明夹杂物的为数是不多的，进而又使我们缩小了夹杂物的辨认范围。能观察到这两种光学效应的夹杂如玻璃质的SiO₂，复杂的铁锰硅酸盐。

附录五表A按光学特性给出了鉴定夹杂物的程序。

3. 夹杂物的力学性质

在这里我们所讨论的力学性质包括硬度，塑性变形能力及抛光性。对各类夹杂物的力学性质差异的研究，不仅可以分析夹杂物对质量的影响，而且也是鉴定夹杂物类型的辅助手段。

关于夹杂物的硬度可由显微硬度计测定。从附录五表A给出的显微硬度值可知：硫化物的硬度最低，约180～260HM；氧化物(除少数简单氧化物)硬度高，约1000～3500HM；硅酸盐的硬度位于两者之间，约600～800HM。应该指出：夹杂物的表面状态、大小、厚薄、各向异性夹杂的晶体取向及测定时所加负荷均会影响测定的硬度值。为减少其影响，应选取较大的夹杂和合适的载荷进行测定。测量方法见第13章。

夹杂物的塑性变形能力，直接影响压力加工后夹杂物的形状、分布和与金属基体的联结情况，从而影响夹杂所能引起的应力集中程度。如塑性好的MnS，轧制时被拉成条状，造成材料性能的宏观各向异性。加入稀土或钙，将产生不变形的球形夹杂，消除了材料的宏观各向异性。又如以硬度低的(RE)AlO₃夹杂取代硬度高的氧化铝及铝酸盐夹杂，可显著提高齿轮的疲劳寿命。显而易见，夹杂物的力学行为与材料质量有密切关系，这正是在生产检验中按夹杂物塑性及分布特性分类评定的原因所在。

此外，金属磨面上的抛光性能在一定程度上也能估计夹杂物的硬度和脆性。如硬而脆的夹杂物易于剥落，或高出磨面，有时会在磨面上留下状若“彗星尾”的擦伤痕。

4. 夹杂物的化学性质

根据化学稳定性鉴定夹杂物的方法为化学浸蚀法。即用各种化学试剂(酸、盐、碱等)在一定时间和温度下对样品抛光面进行浸蚀，考查夹杂物受选定浸蚀剂的作用所发生的变化：(1)不被浸蚀；(2)弱浸蚀，并显示出夹杂物的组织；(3)使夹杂物显色；(4)夹杂物被溶蚀，留下坑洞。从而达到鉴别和进一步研究的目的。浸蚀方法一般采用从显露不稳定夹杂的试剂开始，逐步改用更强的腐蚀性试剂。

附录五表C给出了化学浸蚀与金相法配合，系统地鉴定夹杂物的步骤及方法。