金相学的作用Word文件下载.docx

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1、金相显微镜

金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。

这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。

在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。

这种反射照明方式也广泛用于集成电路硅片的检测工作。

金相显微镜是金相分析的主要仪器。

20世纪初使用开始使用倒立式金相显微镜，影响成像质量的主要因素是像差，特别是色差和像域弯曲。

早期采用延长摄影距离的办法来改进，所以出现了大型的卧式显微镜，如东德的Neophot系列。

60年代后，金相专用的平场宽视域物镜的研制成功，无需长距离投影已经可以保证摄影质量。

目前金相显微镜采用立式投影，结构紧凑。

采用高分辨率的摄像头或更高分辨率的数码相机进行金相照片拍摄，既提高了效率，也降低了成本。

光学显微镜的景深与物镜的数值孔径成反比，随着放大倍数的加大，景深迅速下降。

尤其是用侵蚀法显示组织，试样上的凹陷深度一般为数微米，超出了油浸物镜的景深。

80年代后期推出“共焦激光扫描显微镜”利用激光束扫描试样，解决了光学显微镜景深浅的问题，分辨率也有所提高。

2、制样技术

金相试样绝大多数需要经过研磨、抛光、合适的组织显示，才能进行观察和分析。

如果使用不正确的制样程序，会造成假象，即观察到的图像并不是真正的内部组织状态，而是伪组织。

试样在机械研磨、抛光的过程中，表层发生了严重的塑性变形。

所以试样制备技术对于金相研究具有重要的意义，也是金相学中最活跃的研究领域。

侵蚀试剂是显示组织的重要手段。

至今金属和合金的侵蚀试剂已经有数百种。

另外还采用了真空沉积、电解阳极、热染、真空阳极及磁侵等侵蚀技术。

其中值得重视的是恒电位控制法，用于电解和抛光不同金属或不同状态的金属的同种金属，对显微组织中的析出相、碳化物进行侵蚀或进行选择性侵蚀。

比一般的侵蚀方法更有效、可靠，而且具有良好的重现性。

国外已经研制了系列化的制样设备，并推荐了适用于不同材料的制样规范，致力于压缩制样步骤，提高制样质量和缩短制样时间。

3、分析技术

金相组织的判定是金相分析的核心，它包括定性和定量两方面。

在常规的金相检验中，以各种金相检验标准作为判定的依据。

我国已经相继发布和修订了包括国标和部标在内的金相标准100余种，内容涉及钢铁、非铁材料冶金产品以及汽车，机械、焊接等各种典型零部件的金相检验标准。

金相组织的评定正在由定性分析向定量分析发展，并已逐步体现在金相检验标准中。

如YB27-77《钢的晶粒度测定法》对晶粒度的测定方法规定“一般采用比较法”，GB6394-1986《钢的平均晶粒度测定法》等效采用美国ASTME112-81，同时规定了采用比较法、面积法、截点法三种方法。

2002年根据ASTME112-96对GB/T6394重新起草发布。

由于测量误差正比于测量次数平方根的倒数，因此要提高测量精度，所需测量次数应以二次方律增长，而手工测量难以满足这一要求。

于是出现了图像分析仪。

利用计算机来完成成百上千次的重复测量和运算，从而为定量金相的应用创造了条件。

图像分析仪可以测出面积、周长、直径等参数。

把这些基本的参数进行不同组合，可完成复杂的图像识别功能。

再将处理结果进行转换，获得最终结果。

四、宏观组织检验

1、概述：

用肉眼或借助于30倍以下的放大镜对金属的组织结构和缺陷进行检查。

这是一种较古老的检验方法，也是控制金属材料和产品质量、研究铸造和加工工艺的一种重要而简便的方法，是其它仪器和手段所无法替代的。

目前通常的宏观组织检查的内容有：

断口检查、酸蚀试样、塔形试样、元素的接触印痕检查。

焊接接头主要检查焊接缺陷、熔深和焊角尺寸。

2、断口检验

在材料被折断的断口上，记录着许多有关材料质量方面的内容，如白点、过烧、过热、夹杂、气孔等。

断口检验包括宏观和微观（扫描电镜）两方面。

断口检验一般采用纵向断口。

《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第110条也规定了断口检验，但这和上面说的断口检验不同，这里是用压断的断口检验代替射线探伤，确定焊接的裂纹、未熔合、未焊透、内凹、气孔、夹渣等缺陷。

检查的内容基本与考规中的压断试验相同。

白点：

20Cr2Ni4，黑色裂缝为白点

34CrMo，锻造后冷却较快，氢不及逸出。

夹杂：

35#，破坏了基体的连续，降低力学性能

过热：

50#，铁素体呈等边三角形的魏氏组织

35#，铁素体互相垂直的魏氏组织

GCr15，呈魏氏组织的碳化物

20#渗碳后淬火，形成粗大马氏体

过烧：

20MnMo，锻造温度过高，网络状氧化物

45#，锻造过烧，晶界处分布氧化物网络

过烧裂纹：

60#，锻造镦粗时，出现橘皮状裂纹

断口晶粒极为粗大，并覆有氧化铁皮

皮下气泡形成的开裂

右图：

皮下气泡锻造是形成的表面裂纹

中心疏松：

2Cr13，轧制后退火，轧制压缩比不够。

疏松：

球墨铸铁，凝固时中心得不到液体补充。

方形液析：

38CrMoAl，浇注温度较高所致。

使钢材性能表面于内部不一致。

低碳钢管胚，轧制后，液析区保留在进钢胚表面处。

点状液析：

45#，热轧，承受交变载荷的部件，使用中极易断裂。

方形和点状液析：

沸腾钢，热轧

划痕：

40Cr，热轧时，轧槽内有毛刺，使通过的材料表面产生划痕

折叠：

40Cr，轧制时凸出的尖角未能及时去处，被压入主体金属内。

缝隙：

热轧时形成的表面缺陷，深度可达1mm。

大大降低材料的耐疲劳强度。

脱碳：

60Si2，热轧，氧化气氛中加热时间过长

3、酸蚀试验

有热酸蚀、冷酸蚀和电解酸蚀三种，以热酸蚀效果最好。

用于显示结晶或加工造成的组织特征细节、化学不均匀性，以及物理不均匀性。

4、塔形检验方法

将钢材车削制成不同直径的阶梯试样，用酸蚀或磁力探伤方法检验钢中发纹的情况。

发文是港内夹杂物、气孔、疏松和空隙沿加工方向伸展排列而成的线状缺陷。

解决发纹的根本途径是提高钢的纯净度。

手段如精炼、重熔等。

5、硫印试验

通过预先在硫酸溶液中浸泡过的相纸覆盖在钢样上，得到的印迹来确定钢中硫化物夹杂的分布位置。

原理是H2S析出使感光乳剂的卤化银转变为硫化银而变黑，从而显示出六的分布印迹。

6、钢中常见的宏观缺陷及评定原则

（1）一般疏松：

在整个试块商城均匀分布的细小暗点或空隙。

评定原则：

根据分散在整个截面上的暗点和空隙的数量、大小及分布状态，并考虑枝晶的促膝而定，分为4个级别。

（2）中心疏松：

暗点和空隙集中于试块的中心部位。

以暗点和空隙的数量、大小及密集程度而定，分为4个级别。

（3）缩孔：

在铸锭头部或铸件浇冒口，因最后凝固部位得不到液态金属的补充而形成的空洞。

根据裂缝和空洞大小而定，分为3级。

属于不允许存在缺陷。

（4）偏析：

化学成分不均匀。

方形偏析、点状偏析。

分4级。

（5）气泡：

铸锭在凝固过程中释放气体所造成的。

皮下气泡属不允许存在的缺陷。

内部气泡：

分3级。

（6）翻皮：

在横截面上呈现亮白色弯曲不规则的条带，在其周围常伴有气孔和夹杂物。

浇注过程中，因表面氧化膜卷入钢液，在凝固前未能浮出所致。

属于不允许存在的缺陷。

（7）白点：

钢中的氢和组织应力共同作用下产生的细微裂纹，常见于含有Cr、Ni、Mn

等的合金钢基地和金工具钢中，又是大型碳钢锻件中也有出现。

（8）轴心晶间裂纹和内裂：

一般出现在高合金不锈耐热钢中。

（9）夹杂物：

因冶炼或浇注系统的耐火草料、熔渣或其他脏物进入，也料操作不当、

合金料未熔化，或异金属混入钢中所致。

（10）其他宏观缺陷：

折叠、粗晶、热加工裂缝、分层、流线、脱碳、中心增碳、挤

压裂纹等。

五、铁碳相图及C曲线

金属和合金的组织通常是指它由那些相所组成，以及它们之间的相互配置（包括形状、数量大小和分布）。

“相”之组织中成分和性能均匀一致的部分。

相与相之间有明显的分界。

铁碳合金：

钢和铁是工业中应用最广泛的金属材料。

它主要由铁和碳组成的合金（其中也有少量Si、Mn、S、P）。

通常在分析和研究问题时，总是把钢和铁看作由铁和碳组成的二元合金。

铁碳合金相图是研究钢铁组织和性能的基础。

碳在钢中有三中存在形式：

与铁形成铁基的间隙固溶体；

与铁形成化合物Fe3C；

在一定条件下形成游离态的石墨。

铁碳相图中有4种合金相：

液态；

奥氏体；

铁素体；

渗碳体。

铁碳合金通常按含碳量分为3大类：

工业纯铁、钢、生铁。

铁碳合金中常见的基本形态如下：

铁素体（ferrite）：

碳和合金元素溶解在α-Fe中形成的固溶体。

在室温时碳溶解度约为0.006%。

硬度低、塑性好。

碳和合金元素在δ-Fe中形成的固溶体称为δ铁素体。

奥氏体（）：

碳和合金元素溶解在γ-Fe中形成的固溶体。

塑性高，屈服极限较低，无磁性。

例如20#，Ac1：

735℃；

Ar1：

680℃；

Ac3：

855℃，正火温度890-920℃。

珠光体（pearlite）：

铁素体和渗碳体形成的机械混合物。

在高温缓冷条件下，可得到粗片状的层状组织。

随着奥氏体过冷度的增大，片层逐渐变得

细密，硬度也逐渐增高。

珠光体的硬度比铁素提高，并具有一定的塑性。

片状珠光体常见于碳素钢的退火、正火组织中。

这也是我们锅炉行业最常见的组织。

过共析钢经球化退火热处理后得到球状珠光体。

贝氏体（Bainite）：

中温转变区域的产物。

一般地说，它是铁素体和碳化物的两相组织。

对大多数钢而言，贝氏体形成的上限温度Bs约550℃。

珠光体：

T10，1000℃炉冷

球状珠光体：

T8，球化退火

上贝：

T8，

低碳马氏体：

10CrMo910，980℃水冷

下贝：

T8，990℃保温，280℃盐浴等温，水冷

20#，910℃空冷，铁素体和珠光体

贝氏体的形态是多样的，一般有上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳贝氏体。