金相基礎(chǔ)課件

一、金相基本組織1.金相學的發(fā)展概況1）1831年,阿諾索夫首先應(yīng)用顯微鏡研究了鋼的組織；2）1868年，阿諾索夫指出鋼的臨界點存在是由于鋼底組織改變的結(jié)果-鋼的物理性能與機械性能的變化；3）現(xiàn)階段，利用先進設(shè)備對金屬材料的認識由表及里,已經(jīng)深入到“無微不至”的境地,這對材料的質(zhì)量控制、失效分析以及對新材料的研制都有著十分重大的作用。2.金相基本組織

金相基本組織包括鐵素體、珠光體、滲碳體、魏氏組織、奧氏體、馬氏體、回火馬氏體、回火屈氏體、回火索氏體、貝氏體。1）鐵素體－又稱純鐵體,呈白亮多邊形,也可呈塊狀、月牙狀、網(wǎng)絡(luò)狀,鐵素體性軟而韌,一般硬度在100HB左右；2）珠光體－鐵素體和滲碳體的機械混合物。按碳化物的分布形態(tài)又將珠光體分成片狀珠光體和粒狀珠光體。3)滲碳體－一種化合物。在碳鋼中,滲碳體由鐵和碳化合而成;在合金鋼中,形成合金滲碳體。滲碳體性硬而輕脆,呈白亮多邊形,其形態(tài)呈白色的片狀(針狀)、粒狀、網(wǎng)絡(luò)狀、半網(wǎng)絡(luò)狀等。一、金相基本組織

4) 魏氏組織－亞共析鋼在鑄造、鍛造、軋制、焊接和熱處理時,由于高溫形成粗晶奧氏體。在冷卻時,游離鐵素體除沿晶界呈網(wǎng)狀析出外,還有一部分按切變機制形成鐵素體從晶界并排向晶粒內(nèi)部生長,或在晶粒內(nèi)部獨自析出。這種針片狀鐵素體分布在珠光體基體上的組織稱為魏氏組織。過共析鋼在一定條件下也會形成魏氏組織,但析出相是針狀滲碳體。5)貝氏體－是鋼的奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)以下、Ms點以上的中溫區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。它基本上也是就是鐵素體與滲碳體兩相組織的機械混合物,但形態(tài)多樣、不像珠光體那樣呈層狀排列。從金相的形態(tài)特征來看,大致可分為羽毛狀、針狀和粒狀。其中羽毛狀為上貝氏體,針狀為下貝氏體,粒狀為粒狀貝氏體。6)奧氏體－在碳鋼中，奧氏體是碳溶于γ-Fe中的固溶體。在合金鋼中，奧氏體則是碳和合金元素固溶于γ-Fe中的固溶體。奧氏體具有面心立方結(jié)構(gòu),在光學顯微鏡下呈白色。一、金相基本組織7)馬氏體－在碳鋼中，馬氏體是碳溶于а-Fe中的過飽和固溶體：在合金鋼中，馬氏體是碳和合金元素溶于а-Fe中的過飽和固溶體。8)回火馬氏體－淬火鋼經(jīng)低溫回火后的產(chǎn)物，回火馬氏體的基本特征是：仍具有馬氏體針狀特征，但經(jīng)侵蝕后的顏色比淬火馬氏體要深。在光學顯微鏡下的形貌與下貝氏體相似。馬氏體內(nèi)析出為ε－碳化物，呈無規(guī)則分布。9)回火屈氏體－淬火鋼經(jīng)中溫回火后的產(chǎn)物，回火屈氏體的基本特征是：馬氏體針狀形態(tài)將逐步消失，但仍隱約可見（某些合金鋼、特別含鉻等元素的鋼，由于合金鐵素體的再結(jié)晶溫度較高，故仍保持明顯的針狀形態(tài)），回火時析出的碳化物細小，在光學顯微鏡下難以分辨清楚，只有在電子顯微鏡下可以看出碳化物的顆粒。10)回火索氏體－淬火鋼經(jīng)高溫回火后的產(chǎn)物，由于回火溫度較高碳化物進一步聚集長大，故回火索氏體的基本特征是：鐵素體＋細小顆粒狀碳化物，在光學顯微鏡下能分辨清楚，這種組織有時又稱為調(diào)質(zhì)組織，它具有良好的強度和韌性的配合。二、金相制樣3)粗磨：主要用立式砂輪機或金相試樣磨平機4)細磨：手工與機械兩種方法利用水砂和金相砂紙水砂粗磨:120#、140#、180#、200#、240#、280#、320#、360#。 精磨:400#、500#、600#、800#、1000#、1200#、1400#。超精磨:1600#、1800#、2000#、2500#、3000#、3500#、4000# 金相砂紙:干和干濕兩用: 粗磨:120#、140#、180#、200#、240#、280#、320#、360#。 精磨:400#、500#、600#、800#、1000#、1200#、1400#。 超精磨:1600#、1800#、2000#、2500#、3000#、3500#、4000#。二、金相制樣5)拋光6）試樣的侵蝕結(jié)構(gòu)鋼淬火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下,以下幾種顯示原奧氏體晶界的常用試劑:a)飽和苦味酸水溶液;b)結(jié)晶苦味酸4g,水100mL,加熱至沸騰,腐蝕約15～20s;c)飽和苦味酸水溶液+洗凈劑;40Cr鋼淬火回火態(tài)100mL飽和苦味酸水溶液+1g洗凈劑;d)飽和苦味酸水溶液添加少量新潔爾滅(45鋼調(diào)質(zhì),70℃腐蝕);e)10%苦味酸乙醚溶液,再加入1～2mL鹽酸;f)飽和苦味酸水溶液+幾滴環(huán)氧乙烷（40Cr調(diào)質(zhì)）。三、金相設(shè)備及技術(shù)1.金相顯微鏡

金相分析方法在金屬學中占有重要的地位。金相分析大多需要靠某些觀察裝置來實現(xiàn),把樣品放大到一定的倍數(shù)以觀察金屬內(nèi)部的金相組織。所指觀察裝置,首先是金相顯微鏡。分為臺式、正置式、倒置式金相顯微鏡正置式金相顯微鏡特點：1）試樣觀察面向上放置;2)試樣觀察面必須與底面平行,才能保證與物鏡光軸;3)試樣觀察面向上,不易損傷;4)試樣受高度,形狀的限制;5)操作方便,適用于快速檢驗;6)照相、圖像捕捉時防振要求高。三、金相設(shè)備及技術(shù)倒置式金相顯微鏡特點：1)試樣觀察面向下放置;2)試樣觀察面始終與物鏡光軸垂直;3)試樣觀察面向下,與載物臺表面垂合,易損傷;4)試樣不受高度,形狀的限制;5)不適宜快速檢驗;6)照相、圖像捕捉時防振性能好。單目與雙目光學金相顯微鏡2、金相顯微鏡的主要性能指標2.1放大倍數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)為物鏡放大倍數(shù)M物和目鏡放大倍數(shù)子M目的乘積，即：

式中，f物—物鏡的焦距，f目—目鏡的焦距；L—顯微鏡的光學鏡筒長度；D

—明視距離（250mm）。f物和f目越短或L越長，則顯微鏡的放大倍數(shù)越高。有的小型顯微鏡的放大倍數(shù)需再乘一個鏡筒系數(shù)，因為它的鏡筒長度比一般顯微鏡短些。

顯微鏡的主要放大倍數(shù)一般是通過物鏡來保證，物鏡的最高放大倍數(shù)可達100倍，目鏡的放大倍數(shù)可達25倍。在物鏡和目鏡的鏡筒上，均標注有放大倍數(shù)，放大倍數(shù)常用符號“×”表示，如100×，200×等。物鏡：是顯微鏡最主要的部件，它是由許多種類的玻璃制成的不同形狀的透鏡組所構(gòu)成的，位于物鏡最前端的平凸透鏡稱為前透鏡，其用途是放大，在它以下的其他透鏡均是校正透鏡，用以校正前透鏡所引起的各種光學缺陷（如色差、像差、像彎曲等）目鏡主要是用來對物鏡已放大的圖像進行再放大。目鏡又可分為普通目鏡、校正目鏡和投影目鏡照明系統(tǒng)：兩種觀察物體的方法，即450平面玻璃反射和棱鏡全反射，這兩種方法都是為了能使光線進行垂直轉(zhuǎn)向，并投射到物體上。起這種作用的結(jié)構(gòu)稱為“垂直照明器”。在金相工作中的照明方式分為明場和暗場照明兩種光欄：在金相顯微鏡中，常安置兩個可變的光欄，使用時可調(diào)節(jié)光欄大小，為了提高映像的質(zhì)量濾色片：金相顯微鏡攝影時一個重要的輔助工具，其作用是吸收光源發(fā)出的白光中波長不合需要的光線，而只讓所需波長的光線通過，以得到一定色彩的光線，從而得到能明顯表達各種組成物的金相圖片3、金相顯微鏡的光線系統(tǒng)4、金相顯微鏡的構(gòu)造

金相顯微鏡的種類和型式很多，但最常見的型式有臺式、立式和臥式三大類。其構(gòu)造通常均由光學系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三大部分組成，有的顯微鏡還附帶照像裝置和暗場照明系統(tǒng)等。現(xiàn)以國產(chǎn)XJB-1型金相顯微鏡為例進行說明；必須充分了解儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，使用方法，嚴守操作規(guī)程操作時雙手要干凈，試樣的觀察表面應(yīng)用酒精沖洗并吹干顯微鏡下觀察時,一般先用低倍50×～100×,其次用高倍對某相些細節(jié)進行細觀察。根據(jù)所需放大倍數(shù)選擇物鏡及目鏡，如規(guī)定鏡筒長度下物鏡放大倍數(shù)為M1,目鏡放大倍數(shù)為M2,則顯微鏡的放大倍數(shù)為M1×M2。如鏡筒長度增大時,則計算倍數(shù)應(yīng)按比例修正,必要時可用測微標尺校準(測微標尺按計量要求須進行校驗)根據(jù)特殊需要,可采用特殊的照明方法，如斜射光、暗場、偏振光、干涉、相襯、微分干涉(DIC)等,或者用特殊的組織顯示方法進一步確定所觀察的合金相操作顯微鏡時，對鏡頭要輕拿輕放，不用的鏡頭應(yīng)隨時放入盒中，不能用手觸摸鏡頭。調(diào)整焦距時，應(yīng)先輕輕轉(zhuǎn)動粗調(diào)，使物鏡和觀察面盡量靠近，并從目鏡對焦，然后輕輕轉(zhuǎn)動微調(diào)，直到調(diào)節(jié)成像清晰為止。在調(diào)節(jié)中，必須避免顯微鏡的物鏡和試樣磨面碰撞，損壞鏡頭。顯微鏡使用完畢后，應(yīng)及時將物鏡、目鏡卸下，放入鏡頭盒中，最后切斷電源。5、金相顯微鏡的操作與維護金相顯微鏡的操作：金相顯微鏡的工作地點必須干燥、少塵、少振動，不應(yīng)放在陰暗潮濕的地方，也不應(yīng)受陽光曝曬不宜靠近揮發(fā)性、腐蝕性等化學藥品，以免造成腐蝕環(huán)境在顯微鏡工作時，樣品上的殘留液體、油污必須去凈，如不慎沾污鏡頭，應(yīng)立即用棉花擦凈。油鏡頭用畢應(yīng)立即以二甲苯細心的揩凈顯微鏡的照明燈泡必須接在6～8V變壓器上，切勿直接插入220V電源，以免燒毀燈泡。旋轉(zhuǎn)粗調(diào)和微調(diào)手輪時，動作要慢，碰到故障應(yīng)立即報告,不能強行用力轉(zhuǎn)動，以免損壞機件。物鏡、目鏡一般應(yīng)放在干燥皿中，如有灰塵可用吹灰球吹凈，然后用擦鏡紙揩凈陰暗潮濕的空氣對顯微鏡危害很大，會造成部件生銹發(fā)霉，以致報廢，在梅雨季節(jié)，顯微鏡的各個零件都應(yīng)注意防霉機械部分不要隨意拆卸，經(jīng)常加潤滑油脂，以保證正常運轉(zhuǎn)金相顯微鏡的維護：條件許可情況下，建議您的試驗室應(yīng)具備三防條件：防震（遠離震源）、防潮（使用空調(diào)、干燥器）、防塵（地面鋪上地板）；電源：220V±10%，50HZ；溫度：0℃～40℃。調(diào)焦時注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。當載物臺墊片圓孔中心的位置遠離物鏡中心位置時不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。亮度調(diào)整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時也有損視力。所有（功能）切換，動作要輕，要到位。關(guān)機時要將亮度調(diào)到最小。非專業(yè)人員不要調(diào)整照明系統(tǒng)（燈絲位置燈），以免影響成像質(zhì)量。更換鹵素燈時要注意高溫，以免灼傷；注意不要用手直接接觸鹵素燈的玻璃體。關(guān)機不使用時，將物鏡通過調(diào)焦機構(gòu)調(diào)整到最低狀態(tài)關(guān)機不使用時，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。使用金相顯微鏡時特別應(yīng)注意的地方：三、金相設(shè)備及技術(shù)2.硬度計硬度是金屬材料力學性能中最常用的一個性能指標。硬度檢測又是最訊速最經(jīng)濟的一種試驗方法，是金相分析中常用的方法之一。按試驗原理分：布氏、洛氏、維氏、肖氏、里氏、努普、韋氏、巴氏和劃痕、銼刀以及其他物理檢測方法,如超聲波、磁矯頑力、磁導率等1）布氏硬度 GB/T231.1—2002等效采用國際標準ISO6506—1:1999。規(guī)定K值為30、15、10、5、2.5、1共6種(K值為試驗力F與球體直徑D平方的比率),球徑φ10mm、φ5mm、φ2.5mm、φ1mm4種,規(guī)定使用硬質(zhì)合金(碳化鎢)球HBW,在過渡期中使用鋼球壓頭時,則在用符號表示其測試結(jié)果時仍應(yīng)寫明HBS符號。當試樣尺寸允許量,應(yīng)優(yōu)先選用直徑10mm的球壓頭進行試驗。三、金相設(shè)備及技術(shù) 應(yīng)用范圍及其優(yōu)缺點

鑄鐵、有色金屬及其合金,各種退火、調(diào)質(zhì)處理后的大多數(shù)出廠供貨的鋼材等。具有高的測量精度,因此復(fù)現(xiàn)性和代表性好。不足之處是:操作時間較長,對不同硬軟材料試樣要選擇和更換壓頭及檢測力,壓痕測量也稍費時。2）洛氏硬度 金屬洛氏硬度試驗GB/T230.1—2004系采用國際標準ISO6508—1—1999≤金屬材料洛氏硬度試驗第1部分:(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)≥:。這一標準代替了GB/T230—19999≤金屬洛氏硬度試驗方法≥和GB/T1818—1994≤金屬表面洛氏硬度試驗方法≥。主要修改內(nèi)容有:增加了用硬質(zhì)合金球;改變了計算洛氏硬度的符號,修改了用球壓頭時對試樣最小厚度的要求;修改了試驗力施加及保持時間的規(guī)定;增加了對薄產(chǎn)品HR30Tm的試驗規(guī)范。三、金相設(shè)備及技術(shù)

產(chǎn)生的壓痕比布氏硬度檢測的壓痕小,因而對制件表面沒有明顯損傷。由于使用金剛石壓頭和兩種直徑球作為壓頭,有三種檢測力,共計有9個標尺,可以測量從較軟到較硬材料的硬度,使用范圍寬廣。再者有預(yù)檢測力,所以試樣表面輕微的不平度對硬度值的影響比布氏、維氏為小。因此,適用于成批生產(chǎn)大量檢測的機械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品檢驗。特別適用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件檢測。3）維氏硬度維氏硬度檢測法是用面角為136°的正四棱錐體金剛石壓頭,在一定的靜檢測力作用下壓入試樣的表面,保持規(guī)定時間后,卸除檢測力,測量試樣表面壓痕對角線長度。三、金相設(shè)備及技術(shù)

應(yīng)用及其特點

維氏硬度檢測(≥HV5) 除特別小和薄試驗層的樣品外,測量范圍可覆蓋所有金屬。

小負荷維氏硬度檢測(HV0.2～﹤HV5) 小負荷維氏硬度檢測,它的原理、計算公式都同于維氏硬度檢測。其特點是檢測力值介于維氏和顯微維氏硬度檢測之間。特別適宜于測量鋼表面強化層和化學熱處理表面層以及各種滲層、鍍層等的表面硬度。

顯微維氏硬度檢測(HV0.01～﹤HV0.2)顯微維氏硬度檢測最早應(yīng)用于20世紀30年代。經(jīng)過多年應(yīng)用和改進,現(xiàn)在已有多種專用金相顯微式的顯微硬度計。測量誤差：屬于靜態(tài)誤差，注意每次操作前應(yīng)校正零位。試樣的表面狀態(tài)：表面狀態(tài)直接影響測試結(jié)果的可靠性，測定顯微硬度的試樣與普通金相樣品的制備相同，磨光、拋光時應(yīng)盡量避免表層微量的塑性變形，引起加工硬化。加載部位：應(yīng)選取較大截面的晶粒試驗載荷：為保證測量的準確度，試驗載荷在原則上應(yīng)盡可能大，且壓痕大小必須與晶粒大小成一定比例；在測定軟基體上硬質(zhì)點時，被測點截面直徑必須4倍于壓痕對角線長；在測定脆性相時，高載荷可能出現(xiàn)“壓碎”現(xiàn)象。載荷施加速度及保持時間：施加載荷時，盡可能平穩(wěn)，緩慢的速度進行，另外載荷保持時間一般為10～15S2、影響顯微硬度值的因素可以測定細小薄片零件和零件的特殊部位（如刀具和刀刃具），以及氮化層、氧化層、滲碳層等表面層的硬度可以對金相顯微組織硬度的測定進行比較來研究金相組織可以對試件的剖面沿其縱深方向按一定的間隔進行硬度測定（硬度梯度），以判定電鍍、氮化、氧化或滲碳層等表面層的厚度3、顯微硬度的應(yīng)用硬度不是一個單純的物理量，反映材料的彈性、塑性、強度和韌性的一種綜合性能指標。試樣表面應(yīng)平坦光滑，試驗面上應(yīng)無氧化皮及外來污物及油脂。試樣表面的質(zhì)量應(yīng)能保證壓痕對角線長度的精確測量建議試樣表面粗糙度如下：小負荷維氏硬度試樣：=0.2μm顯微維氏硬度試樣：=0.1μm制備試樣時，應(yīng)使例如由于發(fā)熱或冷加工等因素對試樣表面硬度的影響減至最小。另外加工試樣時，建議根據(jù)材料特性