金相檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

1、創(chuàng)新永無(wú)止境，永遠(yuǎn)追求更好 金相檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn) 主講：xxxx 2010-11-02 金相基礎(chǔ)知識(shí) 1 目錄 金相檢驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)述 2 金相試樣的制備 3 課 程 大 綱 常用鋼號(hào)的分類(lèi) 4 金相基礎(chǔ)知識(shí) 1 金相分析是運(yùn)用放大鏡和顯微鏡，根據(jù)對(duì)金屬材料的宏觀 及微觀組織進(jìn)行觀察研究的方法，生產(chǎn)實(shí)際中常常稱(chēng)為金相 檢驗(yàn)。宏觀組織是用10倍以下的放大鏡或者人眼睛直接觀察 到的金屬材料內(nèi)部所具有的各組成物的直觀形貌，微觀組織 主要是指在光學(xué)顯微鏡下所觀察到得金屬材料內(nèi)部具有的各 組成物的直觀形貌。 金相分析的含義 金相檢驗(yàn)的基礎(chǔ) 金屬和合金在固態(tài)下，通常都是晶體。 晶體就是原子在三維空間中有規(guī) 則作

2、周期重復(fù)排列的物質(zhì)，就是 說(shuō)，在金屬和合金中，原子的排 列都是有規(guī)則的，而不是雜亂無(wú) 章的。 什么是晶體什么是晶體 ？ 金相檢驗(yàn)的基礎(chǔ) 晶體通常具有如下的特征： 1.均勻性； 2.各向異性； 3.能自發(fā)地組成多面體外形； 4.具有確定的熔點(diǎn)； 5.晶體的理想外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱(chēng)性； 6.對(duì)x射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)。 晶格的分類(lèi) 體心立方晶格體心立方晶格 體心立方晶格晶胞的3個(gè)棱邊長(zhǎng)度相等，3個(gè)軸間夾角均為90度， 構(gòu)成立方體。晶胞的8個(gè)角上各有一個(gè)原子，在立方體的中心還有 一個(gè)原子。 面心立方晶格面心立方晶格 面心立方晶格晶胞的8個(gè)角上各有一個(gè)原子，構(gòu)成立方體。在立方 體的6個(gè)面的中心各有

3、一個(gè)原子。 密排六方晶格密排六方晶格 密排六方晶格晶胞在晶胞的12個(gè)頂角上各有1個(gè)原子，構(gòu)成六方柱 體，上、下底面的中心也各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)有6個(gè)原子。 fe-c相圖 fe-c相圖 特性點(diǎn)特性點(diǎn)溫度（溫度（）含碳量（含碳量（%）特性點(diǎn)的含義特性點(diǎn)的含義 a15380純鐵的熔點(diǎn) b14950.53包晶轉(zhuǎn)變的液相成分 c11484.30共晶點(diǎn) d12276.69滲碳體熔點(diǎn) e11482.11碳在奧氏體中最大溶解度 f11486.69共晶滲碳體成分點(diǎn) g9120a-fe r-fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn) h14950.09碳在a-fe中最大溶解度 j14950.17包晶成分點(diǎn) k7276.69共析滲碳體成分

4、點(diǎn) n13940r-fe -fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn) p7220.00218碳在鐵素體中最大溶解度 s7270.77共析點(diǎn) q6000.008碳在鐵素體中溶解度 相 圖 中 特 性 點(diǎn) 符 號(hào) 及 含 義 序序 號(hào)號(hào)線名及含義線名及含義 1ac線，液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線，即：la 2cd線，液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線，即：lfe3ci acd線統(tǒng)稱(chēng)為液相線，在此線以上合金全部處于液相狀態(tài)，用符號(hào)l表示。 3ae線，液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終止線。 4ecf線，水平線、共晶線。 aecf線統(tǒng)稱(chēng)為固相線，液體合金冷卻至此線，全部結(jié)晶為固體，此線下為固相區(qū) 5es線，又稱(chēng)acm線，是碳在奧氏體中溶解度曲線，即：

5、lfe3cii 6gs線，又稱(chēng)a3線。 7gp線，是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終止線。 8psk線，共析線，又稱(chēng)a1線。 9pq線，碳在鐵素體中的溶解度曲線。 相圖主要特性線 相圖的相區(qū) 1.單相區(qū)，簡(jiǎn)化的fe-fe3c相圖中有f、a、l和fe3c四個(gè)單相區(qū)。 2.兩相區(qū)，簡(jiǎn)化的fe-fe3c相圖中有l(wèi)+a、l+fe3c、a+f、a+fec 和f+fe3c五個(gè)兩相區(qū)。 每個(gè)兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)有相鄰兩條三相共存線，即： 共晶線：ecf、l、a和fe3c三相共存。 共析線：psk、a、f和fe3c三相共存。 基本相基本相定定 義義力學(xué)性能力學(xué)性能容碳量容碳量 鐵素體f碳在a-fe中的間隙固溶體強(qiáng)

6、度、硬度低，塑性、 韌性好 最大0.0218% 奧氏體a碳在r-fe中的間隙固溶體硬度低、塑性好最大2.11% 滲碳體fe3c fe與c的金屬化合物硬而脆最大6.69% 鐵碳合金的基本相 鋼在加熱和冷卻時(shí)臨界溫度的定義 ac1 加熱時(shí)，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度。 ar1 冷卻時(shí)，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度。 ac3 加熱時(shí)，先共析鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終止溫度。 ar3 冷卻時(shí)，奧氏體開(kāi)始析出先共析鐵素體的溫度。 accm 加熱時(shí)，二次滲碳體全部融入奧氏體的終止溫度。 arcm 冷卻時(shí)，奧氏體開(kāi)始析出二次滲碳體的溫度。 通常把加熱時(shí)的臨界溫度加注下標(biāo)“c”，冷卻時(shí)的臨界溫度加注下標(biāo)為

7、“r” 1.工業(yè)純鐵：w（c）0.0218% 2.共析鋼： w（c）=0.77% 3.亞共析鋼： w（c）=0.021%0.77% 4.過(guò)共析鋼： w（c）=0.77%2.11% 5.共晶白口鐵： w（c）=4.30% 6.亞共晶白口鐵： w（c）=2.11%4.30% 7.過(guò)共晶白口鐵： w（c）=4.30%6.69% 鐵碳合金的七種類(lèi)型 鐵碳合金的基本組織 鐵素體 碳溶于a-fe中的間隙式固溶體稱(chēng)為鐵素體，常用f表示。 因?yàn)轶w心立方晶格的a-fe總的間隙量雖大，但是間隙半 徑卻很小，所以碳在a-fe中的溶解度極小，室溫下不超 過(guò)0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時(shí) 達(dá)到

8、最大值，也僅有0.0218%。 鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌 性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。 鐵碳合金的基本組織 奧氏體 碳溶于r-fe中的間隙式固溶體稱(chēng)為奧氏體，常用a表示。 因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-fe總的間隙量雖比a-fe的小，但 空隙半徑比較大，所以能溶解較多的碳。碳在r-fe中的 溶解度隨溫度升高而增加，在727度時(shí)為0.77%，在1148 度時(shí)達(dá)到最大值2.11%。 奧氏體塑性很好，強(qiáng)度和硬度也比鐵素體高。 鐵碳合金的基本組織 滲碳體 滲碳體是鐵與碳的化合物，常用fe3c表示。 滲碳體的含碳量為6.69%，熔點(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 硬度很高，脆性極大，幾乎沒(méi)

9、有塑性。 一般來(lái)說(shuō)，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。 鐵碳合金的基本組織 珠光體 鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物叫做珠光體，常用p表示。 珠光體的平均含碳量為0.77%。其性能介于鐵素體和滲碳體 之間。 一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布， 稱(chēng)為片狀珠光體。通過(guò)熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布 在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。 鐵碳合金的基本組織 萊氏體 由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（共晶體）叫做萊氏 體，常用ld表示。 萊氏體的平均含碳量為4.3%，因它以滲碳體為基體，其性 能硬而脆。當(dāng)冷卻至727度時(shí)，萊氏體中的奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)?珠光體。 鐵碳合金在平

10、衡狀態(tài)下的五個(gè)基體組織中，鐵素體、奧氏 體和滲碳體是鐵碳合金的三個(gè)基本相，而珠光體和萊氏體 則為基本相組成的機(jī)械混合物。 金相檢驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)述 2 金相顯微鏡 金相顯微鏡是由兩塊透鏡（物鏡和目鏡）組成，并借助 物鏡、目鏡兩次放大，使物體得到較高的倍數(shù)。放大率 與物鏡和目鏡的焦距乘積成反比。 金相顯微鏡放大原理 金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng) 物鏡目鏡照明系統(tǒng)光欄濾色片 + + 金相顯微鏡 1.物鏡：顯微鏡成象質(zhì)量主要決定于物鏡的優(yōu)劣，因此它是顯微鏡中的最重 要的光學(xué)零件。 2.物鏡的分辨率：是指將試樣上細(xì)微組織構(gòu)成清晰可分的能力。 3.象差：一般實(shí)用光束均要有一定寬度，而且物體的發(fā)光點(diǎn)也不可能全部都 用在光

11、軸上，對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率也不相同。因此，實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng) 與近軸光學(xué)系統(tǒng)所得圖像有所偏差。 4.目鏡：是將物鏡放大的中間象再次放大。 5.放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)目鏡放大倍數(shù)。 6.觀察：為了保證在聚焦過(guò)程中物鏡不觸及試樣的操作次序是先調(diào)節(jié)粗動(dòng)螺 絲使物鏡接近試樣，再通過(guò)目鏡觀察試樣時(shí)用微動(dòng)螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)。 金相組織檢驗(yàn)方法 金相顯微組織檢驗(yàn)方法 gb/t 13298-1991 1.試樣的侵蝕-一般情況下顯示組織用4%硝酸酒精溶液侵蝕。 2.在顯微鏡下觀察鐵素體為均勻明亮的多邊形晶粒。 3.滲碳體不會(huì)被硝酸酒精溶液腐蝕，所以在顯微鏡下顯示白 亮顏色。 4.珠光體在高倍顯微鏡下可以看到是條狀滲碳體分

12、布于鐵素 體機(jī)體上，在低倍顯微鏡下呈片層狀特征。 金相顯微鏡的操作 1.操作者必須充分了解儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，使用方法，嚴(yán)守 操作規(guī)程； 2.操作時(shí)雙手要干凈，試樣的觀察面應(yīng)用酒精沖洗并吹干； 3.操作顯微鏡時(shí)，對(duì)鏡頭要輕拿輕放，不用的鏡頭應(yīng)隨時(shí)放入 盒中，不能用手觸摸鏡頭； 4.調(diào)整焦距時(shí)，應(yīng)先輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)，使物鏡和觀察面盡量靠近， 并從目鏡對(duì)焦，然后輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)，直到調(diào)節(jié)成像清晰為止。 在調(diào)節(jié)中必須避免物鏡和試樣磨面碰撞，損壞鏡頭； 5.顯微鏡使用完畢后，應(yīng)及時(shí)將物鏡、目鏡卸下，放入盒中， 最后切斷電源。 金相顯微鏡的維護(hù) 1.金相顯微鏡的工作地點(diǎn)必須干燥、少塵、少震動(dòng)，不應(yīng)放在 陰暗潮濕

13、的地方，也不應(yīng)受陽(yáng)光暴曬； 2.不宜靠近揮發(fā)性、腐蝕性等化學(xué)藥品，以免造成腐蝕環(huán)境； 3.在顯微鏡工作時(shí)，樣品上的殘留液體、油污必須去凈，如不 慎玷污鏡頭，應(yīng)立即用棉花擦凈。油鏡頭用畢應(yīng)立即用二甲 苯細(xì)心的揩凈； 4.物鏡、目鏡一般應(yīng)放在干燥皿中，如果有灰塵用吹灰球洗凈， 然后用擦鏡紙擦干凈； 5.陰暗潮濕的空氣對(duì)顯微鏡危害很大，會(huì)造成部件生銹、發(fā)霉， 以致報(bào)廢； 6.機(jī)械部分不要隨意拆卸，經(jīng)常加潤(rùn)滑油，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 金相切割機(jī) 使用方法 1.右手將手柄抬起，左手將支撐板脫開(kāi)支撐點(diǎn)，這時(shí)右手握住 手柄使試樣漸漸接近砂輪片，進(jìn)行切割； 2.切割時(shí)，冷卻液必須對(duì)準(zhǔn)試樣的切割位置，并同時(shí)保持均勻

14、 進(jìn)給。冷卻液的大小也應(yīng)調(diào)節(jié)至切割要求，以免溢出機(jī)外； 3.切割完畢將鋸架抬起到一定的高度，支撐板便自動(dòng)將鋸架支 撐在一定位置，此時(shí)方可取下試樣。 金相切割機(jī) 維護(hù)與保養(yǎng) 1.嚴(yán)禁使用已有裂紋或破損的砂輪片進(jìn)行切割。 2.不宜在沒(méi)有冷卻液或冷卻液不充分的情況下切割。 3.切割機(jī)應(yīng)每天做好清潔保養(yǎng)工作，各轉(zhuǎn)動(dòng)處在操作前應(yīng)注入 潤(rùn)滑油。 4.機(jī)體內(nèi)積屑及垃圾應(yīng)經(jīng)常清除，使排水暢通。 金相鑲嵌機(jī) 使用方法 1.接通電源開(kāi)關(guān)； 2.將需鑲嵌的試樣放置在下模，放入電玉粉或膠木粉，合上防 護(hù)蓋板，旋緊八角旋鈕，使下模上升到壓力指示燈亮，恒溫 一定時(shí)間，使試樣成形； 3.松開(kāi)八角旋鈕及蓋板，頂出試樣，并在十

15、分安全的情況下取 出試樣； 4.如需調(diào)整設(shè)定溫度時(shí)，可根據(jù)需要按鍵進(jìn)行調(diào)整設(shè)定溫度值， 其他參數(shù)均不需要調(diào)整。 金相鑲嵌機(jī) 維護(hù)與保養(yǎng) 1.每次使用完畢，及時(shí)做好清潔保養(yǎng)工作，嚴(yán)禁使用帶有腐蝕 性的液體進(jìn)行清洗，清潔后的鋼模套內(nèi)腔和上下模應(yīng)涂上油 脂，防止銹蝕。 2.對(duì)絲杠、花鍵套等轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)部位必須定期加油潤(rùn)滑，連續(xù) 使用35次，以免在操作時(shí)產(chǎn)生卡死和超負(fù)荷現(xiàn)象，損壞機(jī) 件。 金相預(yù)磨機(jī) 使用方法 1.調(diào)節(jié)水旋鈕，讓水不停地流入磨盤(pán)； 2.磨盤(pán)注入適量水后，放入砂紙； 3.接通開(kāi)關(guān)磨盤(pán)旋轉(zhuǎn)后，進(jìn)行磨光工作； 4.放入不同型號(hào)的砂紙，由粗至細(xì)連續(xù)進(jìn)行磨光； 5.使用的砂紙以水砂紙最為適宜。 金

16、相預(yù)磨機(jī) 維護(hù)與保養(yǎng) 1.不允許使用已破損的砂紙，以免影響磨光時(shí)的安全。 2.及時(shí)清除底座中的沉積物以利于排水，不使用時(shí)應(yīng)及時(shí) 蓋好塑料蓋。 3.長(zhǎng)期使用后應(yīng)及時(shí)更換軸承的潤(rùn)滑油。 金相拋光機(jī) 使用方法 1.取下蓋、罩和套圈，做好清潔工作； 2.將拋光織物粘貼在拋光盤(pán)上，并在粘貼前先在盤(pán)上涂少 量的機(jī)油，為保證使用安全，一般呢絨類(lèi)織物采用粘貼 法； 3.將罩緊壓在盤(pán)內(nèi)，并在織物表面滴上適量的拋光液或拋 光膏與水，接通電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)行拋光工作； 4.在不使用時(shí)及時(shí)蓋上塑料蓋，以免灰塵或其他雜物落入 拋光織物上影響拋光效果。 金相拋光機(jī) 維護(hù)與保養(yǎng) 1.在使用時(shí)不允許對(duì)試樣加過(guò)大的壓力，以免電動(dòng)機(jī)過(guò)

17、載 而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。 2.拋光織物應(yīng)緊貼在拋光盤(pán)上，不允許使用已破損的織物， 以免在拋光時(shí)試樣有飛出去的危險(xiǎn)。 3.在不使用時(shí)應(yīng)及時(shí)清理排污通道的沉積物做好清潔保養(yǎng) 工作。 4.長(zhǎng)期使用后，應(yīng)及時(shí)更換電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油。 金相試樣的制備 3 金相試樣的制備 金相試樣制備是通過(guò)切割、研磨、拋光等步驟使金屬材料成 為具備金相觀察所要求的過(guò)程。金相試樣截取的方向、部位 及數(shù)量應(yīng)根據(jù)金屬制造的方法、檢驗(yàn)的目的、技術(shù)條件或雙 方協(xié)議的規(guī)定選擇有代表性的部位進(jìn)行截取。金相試樣的制 備、研磨和侵蝕參照gb/t132981991金屬顯微組織檢驗(yàn) 方法的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。 金相試樣的制備 切 割 鑲 嵌 磨 光 拋 光

18、 侵 蝕 吹 干 切 割 縱向取樣，沿著鋼材的鍛軋方向進(jìn)行取樣。主要檢驗(yàn)內(nèi)容：非金屬 夾雜物的變形程度、晶?；兂潭取⑺苄宰冃纬潭鹊?。 橫向取樣，在垂直于鋼材鍛軋方向取樣。主要檢驗(yàn)內(nèi)容：金屬材料從 表層到中心的組織、顯微組織狀態(tài)、晶粒度級(jí)別、碳化物網(wǎng)、表層缺 陷深度、氧化層深度、脫碳層深度及熱處理鍍層厚度等。 缺陷或失效分析取樣，應(yīng)包括零件的缺陷部分在內(nèi)。例如，包括零件 斷裂時(shí)的斷口或取裂紋的橫截面，取樣時(shí)應(yīng)注意不能使缺陷處在磨制 時(shí)被損傷或者消失。 取樣注意事項(xiàng) 試樣尺寸以磨面面積小于400平方毫米，高度以1520mm為宜。 試樣可以用手鋸、砂輪切割機(jī)、電火花切割機(jī)、車(chē)、銑、鋸等方式。 脆而

19、硬的金屬可以用錘擊法取樣。不論使用何種方法切割，均應(yīng)該 注意不能使試樣由于變形或受熱導(dǎo)致組織發(fā)生變化。對(duì)于使用高溫 切割的試樣，必須除去熱影響部分。 鑲 嵌 在金相試樣制備過(guò)程中，有許多試樣直接磨拋有困難，需要進(jìn)行鑲嵌。通 常進(jìn)行鑲嵌的試樣有：形狀不規(guī)則的試樣、線材及板材，細(xì)小工件；表面 處理及滲層、鍍層等。 機(jī)械鑲嵌法：將試樣放在鋼圈或小鋼板中，然后用螺釘和墊塊加以固定。 樹(shù)脂鑲嵌法：利用樹(shù)脂來(lái)鑲嵌細(xì)小的金相試樣。 熱壓鑲嵌法 澆注鑲嵌法 磨 光 金相試樣經(jīng)切割或鑲嵌后，需進(jìn)行研磨才能得到光亮的磨面。研磨的過(guò)程 包括粗磨和細(xì)磨。 粗磨，粗磨一般在砂輪上進(jìn)行，磨料粒度的粗細(xì)對(duì)試樣表 面粗糙度和

20、磨削效率有一定的影響。粗磨時(shí)，應(yīng)注意用水 冷卻，防止組織變化。 細(xì)磨，一般采用金相砂紙，磨料為碳化硅和氧化鋁。依次 用不同規(guī)格的砂紙進(jìn)行磨光，每更換一道砂紙，試樣應(yīng)轉(zhuǎn) 動(dòng)90，并使前一道的磨痕徹底去除。磨光時(shí)需要用水冷 卻，避免磨面過(guò)熱。 拋 光 拋光的目的是在于去除金相磨面上由細(xì)磨所留下的細(xì)微磨痕及表面變形層， 使磨面成為無(wú)劃痕的光滑鏡面。 機(jī)械拋光，是靠拋光粉的磨削和滾壓作用，把金相試樣拋 成光滑的鏡面。拋光時(shí)，拋光粉嵌入拋光織物的間隙內(nèi)， 起著相當(dāng)于磨光砂紙的切削作用。 電解拋光，是采用電化學(xué)溶解作用，使試樣達(dá)到拋光的目 的。拋光時(shí)先接通電源，然后夾住試樣放置在電解液中， 此時(shí)正確調(diào)整至額定拋光電流，并給予電解液充分的攪拌 與冷卻，拋光完畢后切斷電源并放入水中沖洗、吹干。 侵 蝕 在某些合金中，由于各組成物的硬度差別較大，或由各相本身色澤顯著不 同，拋光狀態(tài)下能在顯微鏡中分辨出組織，常用的金屬組織侵蝕法有化學(xué) 侵蝕和電解侵蝕。 化學(xué)侵蝕，是利用化學(xué)試劑的溶液，借助于化學(xué)或電化學(xué) 作用顯示金屬的組織。 電解侵蝕，與電解拋光原理相同，由于各相之間與晶粒之 間的析出電位不一致，在微弱電流的作用下各相的侵蝕深 淺不同，因而能顯示各相的組織。 常用的侵蝕劑 結(jié)構(gòu)鋼淬火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下常用試劑 序號(hào)侵蝕劑名稱(chēng) 1結(jié)晶苦味酸