金相基础培训.docx

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金相基础培训

聚金品保部金相基础培训

一、金相基础知识

金相分析是运用放大镜和显微镜，根据对金属材料的宏观及微观组织进行观察研究的方法，生产实际中常常称为金相检验。

宏观组织是用10倍以下的放大镜或者人眼睛直接观察到的金属材料内部所具有的各组成物的直观形貌，微观组织主要是指在光学显微镜下所观察到得金属材料内部具有的各组成物的直观形貌。

金相分析是根据有关标准和规定来评定金属材料质量的一种常规检验方法；并可用来判断零件生产工艺是否完善，有助于寻求零件产生缺陷的原因。

因此，它也是生产和科研中必不可少的一种手段。

1、进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规定进行试样制备。

若试样制备不当，则可能出现假象，例如：

金相抛光不干净，金相检验时金相照片会出现大量的黑点，影响判断，从而得出错误的结论，因此，金相试样的制备是金相分析的关键，在金相分析中占据十分重要的地位。

2、其次，从事金相分析的人员，必须具备一定的热处理基础知识，了解和熟悉常用金属材料在不同热处理制度下的相组成和组织组成。

3、我们常用的金属为晶体，以前说过非晶体，玻璃、陶瓷等，晶体种类繁多。

金属的晶体是由更小的晶格组成

二、金相常见组织

1、铁素体

定义：

碳溶于a-Fe中的间隙式固溶体称为铁素体，常用F表示。

铁素体含碳量很低，其性能接近纯铁，是一种塑性、韧性高和强度、硬度低的组织。

钢材中铁素体一般以片状（一般是在调质处理中出现）、块状（中低碳钢、中低合金钢中白色块状区域）、针状（一般指魏氏组织中的先共析针状铁素体）、网状（钢在缓冷时形成的渔网一样连续的组织）存在。

在我们常用的中低碳钢中，铁素体在我们金相照片上显示为白色块状。

铁素体在加工硬化方面不敏感，因此可以承受很大见面率的拉拔，且拉拔后硬度、抗拉强度上升较慢，适宜压力加工。

铁素体在770度以下有铁磁性，770度以上失去磁性。

另有一种铁素体在较高温度下出现，一般存在于1394度以上，因存在的温度较高，叫做高温铁素体，常温下少见。

2、渗碳体

定义：

渗碳体是铁与碳的化合物，常用Fe3C表示。

其硬度较高，塑性、韧性几乎为0，脆性极大。

钢种的渗碳体以各种形态出现，外形和成分有很大的差异，有块状、网状、针状、球状。

我们常说的珠光体就是由铁素体与渗碳体混合而成。

常温下，珠光体中的渗碳体含量较低，一般为11.2%左右。

渗碳体在钢中起到强化作用。

球化组织中的黑色小球就是渗碳体。

珠光体的片层结构中黑色的片层也是渗碳体。

3、珠光体

铁素体和渗碳体组成的机械混合物，因具有珍珠的光泽，因此叫做珠光体，常用P表示。

一般情况下，珠光体中铁素体和渗碳体呈片状交替分布，称为片状珠光体，其片层结构图片类似与人手指指纹，珠光体中铁素体含量占88%，其余12%为渗碳体，因此珠光体的基本组织的是铁素体。

通过球化热处理可以使渗碳体呈颗粒状分布在铁素体基体上，叫做球状珠光体或粒状珠光体。

珠光体性能介于铁素体和渗碳体之间，具有较高的强度、硬度与适中的塑性韧性，其综合性能优于其铁素体与渗碳体。

三、金相试样的制备

1、取样制样

有纵向取样与横向取样，我司常用横向取样，即在垂直于钢材锻轧方向取样。

主要检验内容：

显微组织状态是否均匀、晶粒度级别、碳化物分布、脱碳层深度、氧化层深度、裂纹深度、球化组织级别，是否有组织偏析、混晶、魏氏组织等。

纵向取样主要是检验夹杂物等。

试样尺寸以磨面面积小于400平方毫米，高度以适合人手拿捏抛磨为宜，一般高度为15—20mm。

试样可以用手锯、砂轮切割机、电火花切割机、车、铣、锯等方式。

不论使用何种方法切割，均应该注意不能使试样由于变形或受热导致组织发生变化。

对于使用高温切割的试样，必须除去热影响部分。

常用镶嵌方法有机械镶嵌法与树脂镶嵌法，我司采用后者。

3、磨抛

金相试样经切割或镶嵌后，需进行研磨才能得到光亮的磨面。

研磨的过程包括粗磨和细磨。

一般采用金相砂纸，磨料为碳化硅和氧化铝。

依次用不同规格的砂纸进行磨光，每更换一道砂纸，试样应转动90，并使前一道的磨痕彻底去除。

磨光时需要用水冷却，避免磨面过热，使磨面组织产生扰动变形，影响结果。

抛光有机械抛光与电解抛光。

机械抛光即我司使用的抛光方式。

点解抛光是采用电化学溶解作用，使试样达到抛光的目的。

抛光时先接通电源，然后夹住试样放置在电解液中，此时正确调整至额定抛光电流，并给予电解液充分的搅拌与冷却，抛光完毕后切断电源并放入水中冲洗、吹干。

4、腐蚀

腐蚀有化学腐蚀与电解腐蚀，化学腐蚀是利用化学试剂的溶液，借助于化学或电化学作用显示金属的组织，腐蚀剂常用的有硝酸酒精、苦味酸、盐酸+苦味酸、盐酸酒精、盐酸+硫酸铜、王水等。

电解腐蚀与电解抛光原理相同，由于各相之间与晶粒之间的析出电位不一致，在微弱电流的作用下各相的侵蚀深浅不同，因而能显示各相的组织。

四、常见金相

1、脱碳

 脱碳是指钢表层含碳量降低的现象，脱碳分为部分脱碳、完全脱碳、有效脱碳和总脱碳。

部分脱碳指脱碳部位碳含量低于基体平均碳含量水平，完全脱碳是指脱碳处只有铁素体存在。

有效脱碳指的是从钢材表面到国家标准规定的最低的碳含量的点距离。

总脱碳层为完全脱碳层加部分脱碳层。

脱碳就是钢中的碳在高温下扩散并与氢或氧等发生反应生成甲烷或一氧化碳等，导致钢中碳含量降低的动态过程，脱碳是氧化与碳扩散相互作用的结果，当氧化速度大于或等于碳的扩散速度，不会有脱碳发生，当碳的扩散速度大于氧化速度，就会出现脱碳。

在氧化作用相对较弱的高温气氛中，可形成较深的脱碳层。

 脱碳层含碳量较正常组织低，渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少，故其强度或硬度较低，对大多数钢来说，脱碳会降低其性能。

对高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱碳是一种严重的失效。

在金相照片上脱碳部位因碳减少，会出现脱碳处晶粒粗大，脱碳处变亮。

脱碳对零件性能也有影响，钢的表面脱碳后，淬火时不发生马氏体转变或马氏体转变不完全，就得不到所要求的硬度。

脱碳层的测定方法有4种，金相法、硬度法、化学法、光谱法。

金相法主要适用于具有退火和正火组织的钢种。

使用金相法检测脱碳层时，当圆钢直径≤25mm时，要检测整个周边，当试样直径大于25mm时，要保证总检测周长不小于35mm。

检测脱碳层时并没有放大倍数的限制，放大倍数的选择主要取决于脱碳层的深度，根据实际情况可以使用任一放大倍数进行测量，一般选择能看到整个脱碳层的最大倍数。

测量脱碳层时会出现难以确认脱碳深度的情况，因为脱碳层与基体有个过渡层，遇到这种情况，需要用更高倍数去观测，确定过渡层后再在低倍下测量深度。

对于因为裂纹、凹陷、尖角效应等缺陷造成的脱碳层，不作为真实脱碳层深度测量。

当检测到最深脱碳层位置，进行测量时，需对最深处进行多次测量，一般不少于5次，脱碳层深度取其平均值。

若发现其他缺陷如裂纹、金属夹杂及异常脱碳点，不需要计算深度，但需要在记录中说明。

除了脱碳外，我司线材还存在聚碳现象。

2、球化组织

我司球化组织按5074标准执行，球化级别一共分1-6级，球化组织检测时需要放大400倍以上进行检测。

球化不充分的时候，球化体颗粒较少，存在大量的片状珠光体，此时球化评级较低，球化级别在1-4级。

球化充分的球化组织中基本不含有片状珠光体，仅存在球状或点状黑色渗碳体，组织中黑色的球或小点就是前面提到的渗碳体，白色基体为铁素体，整体情况就是一堆黑色小球均匀分散在白色的铁素体基体内。

球化越充分，球化级别就越高，这样线材的强度和硬度越低，塑性与韧性越好，越适合后期需要大的变形量加工要求，如加工螺丝螺栓等产品。

另外球化级别高，也能更好的进行淬火，得到均匀的淬火组织。

所以做紧固件的客户一般要求球化级别4-6级，紧固件使用条件越高，越需要好的球化组织。

但并不是所有生产加工的钢材都要求4-6级的球化级别，有些线材甚至要求球化级别低，高了不行，如一些自动机床用钢，其中易切削钢是1-4级，低中碳钢是球化1-3级。

球化金相检验时要观察3个以上的视野，并要考虑组织的形态、大小、数量及分布情况，综合考虑后给出评定级别。

低碳钢我司基本上都可以达到球化5级。

目前合金钢偶尔有球化不良存在。

3、粗晶

金相组织中部分晶粒超出标准规定的现象，标准指的是国家标准与客户标准。

按国标6394标准评级1-3级为粗晶粒，4-6级为中等晶粒，7-8级为细晶粒，我司做的是紧固件及汽车用钢丝，要求晶粒为细晶粒，即晶粒度在7级以上。

生产中，原材料过热、生产工艺不当及热处理工艺不合理均会导致粗晶出现。

粗晶线材，做螺丝时在打头环节会出现头部麻点现象，部分出现裂纹。

因为粗晶线材其力学性能较差，韧性及塑性较差，导致变形大时出现撕裂及晶界分离现象。

宏观上就是表面无光泽，有麻点。

当一个试样中出现大小晶粒共同存在的情况，我们称之为混晶，混晶的标志是一个基体内，大小晶粒混杂存在。

我司低碳钢中经常出现混晶现象，其原因1、钢厂原材料中有混晶存在，遗传到成品线材。

2、塑性加工不均匀，拉拔量处于临界变形，热处理后已出现粗晶现象。