铝合金平均晶粒度测定——ASTM E112-13标准详解
ASTM E112-13《Standard Test Methods for Determining Average GrainSize》是金属材料（包括铝合金）晶粒度测定的国际通用标准，适用于铸造、轧制、锻造等不同加工状态的铝合金（如6061、7075、A356等）。
1. 适用范围
材料：铝合金、铜合金、钢铁等金属及合金。
晶粒类型：等轴晶、柱状晶、孪晶（需特殊标注）。
晶粒度范围：
0~10级（ASTM晶粒等级，对应晶粒尺寸约5~500 μm）。
超细晶（纳米晶）需结合电子显微镜（SEM/TEM）。
2. 检测原理
通过金相显微镜观察抛光腐蚀后的样品，采用以下方法之一定量晶粒度：
截点法（Intercept Method）：统计单位长度内晶界交点数。
面积法（Planimetric Method）：计算单位面积内晶粒数量。
比较法（Comparison Chart）：与标准图谱（如ASTM E112附图）对比。
Zui常用方法：截点法（精度高，适用于非等轴晶）。
3. 检测流程（ASTM E112-13）
(1) 样品制备
取样：
铸件：取典型部位（如壁厚中心）。
轧制件：沿纵向（L）、横向（T）、法向（S）三方向取样。
镶嵌：不规则样品用树脂冷镶或热镶。
研磨抛光：
砂纸逐级研磨（#180→#1200 SiC）。
Zui终抛光（0.05 μm氧化铝或金刚石悬浮液）。
腐蚀：
Keller试剂（2% HF + 3% HCl + 95% H₂O，5~30秒）显示晶界。
阳极覆膜（必要时，增强晶界对比度）。
(2) 显微镜观察
放大倍数：100×~500×（确保视场内≥50个晶粒）。
校准：使用标准刻度尺校正放大倍数误差。
(3) 截点法操作步骤
叠加测试网格：
圆形网格（3~5个同心圆，总周长≥500 mm）。
直线网格（至少5条平行线，间距≥晶粒直径）。
统计截点数：
计算测试线与晶界的交点数量（�P）。
避免重复计数同一晶界。
计算平均截距（�‾L）：
�‾=���⋅�L=P⋅MLT
��LT：测试线总长度（mm）。
�M：放大倍数（如100×记为100）。
ASTM晶粒等级（�G）：
�=(−6.644log10�‾)−3.288G=(−6.644log10L)−3.288
（�‾L单位为mm）
示例：
测得�‾=0.05 mmL=0.05mm → �≈7.5G≈7.5。
4. 结果表示与误差控制
(1) 晶粒度表示
ASTM等级（G）：如G=7。
平均晶粒直径（μm）：可通过�‾L换算。
各向异性：需分别报告L、T、S方向的晶粒度。
(2) 精度要求
视场数：至少5个不同区域取平均值。
重复性：同一操作者误差≤±0.5级。
再现性：不同实验室误差≤±1.0级。
5. 替代方法对比
| 方法 | 适用场景 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 截点法 | 非等轴晶、大晶粒 | 精度高、可测各向异性 | 操作复杂 |
| 比较法 | 快速筛查、等轴晶 | 简单直观 | 主观性强 |
| 图像分析 | 自动统计（如SEM/EBSD） | 高效、可测纳米晶 | 设备成本高 |
6. 验收标准（参考）
铝合金晶粒度通常根据应用需求制定，例如：
航空件（如7075-T6）：G≥5（晶粒尺寸≤90 μm）。
汽车件（如A356-T6）：G=4~6（保证强度与韧性平衡）。
7. 检测报告要求
样品信息：合号、热处理状态、取样方向。
检测标准：ASTM E112-13。
设备参数：显微镜型号、放大倍数、网格类型。
数据记录：截点数、平均截距、ASTM等级。
结论：晶粒度是否达标（如G=7±0.5）。
8. 注意事项
腐蚀控制：过度腐蚀会导致晶界模糊，影响计数。
代表性取样：避免在变形剧烈区（如焊缝）单独取样。
非等轴晶：需分别报告不同方向的晶粒度（如G_L、G_T）。
