熱處理工技師高級技師

熱處理工(技師、高級技師)黃濤勛主編第四章熱處理質(zhì)量檢測及誤差分析第四章熱處理質(zhì)量檢測及誤差分析一、化學(xué)成分檢驗儀器

(1)光譜儀簡介

光譜儀是將復(fù)色光分解為光譜并進(jìn)行記錄的精密光學(xué)儀器。

在光源作用下，使材料中的元素被激發(fā)，不同元素發(fā)射不同特征的光，根據(jù)光譜儀記錄的系列譜線的波長和強(qiáng)度，對照譜線表即可得出材料中所含元素及其含量。

(2)光譜試樣的處理

1)固體金屬試樣：由于固體金屬本身導(dǎo)電，可以直接作為電極，相對電極可以用炭棒、銅棒或另一支同樣材料的試樣。1.光譜儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法2)粉末狀試樣：對于礦石、礦物等一般非導(dǎo)體可磨成粉末，置于石墨電極之孔穴中，一般電極長度為2~3cm，直徑為6cm，每次取10~20mg，在打弧過程中試樣會熔成一個熔球并容易從孔穴中噴濺出來，為此可預(yù)先參加1~2倍純炭粉與試樣粉末混合均勻備用。

3)溶液試樣：溶液試樣可以浸吸入石墨電極中進(jìn)行分析。

(3)光譜儀的使用大型精密光譜儀適用于中央實驗室，在熱處理現(xiàn)場一般使用臺式光譜儀或便攜式光譜儀。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-1現(xiàn)場使用的光譜儀

a)臺式光譜儀b)便攜式光譜儀2.電子探針X射線顯微分析儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(1)電子探針X射線顯微分析儀簡介電子探針X射線顯微分析儀簡稱電子探針(見圖4-2)，縮寫為EPA或EPMA。圖4-2電子探針X射線顯微分析儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(2)試樣制備電子探針對試樣是有一定要求的，按其形狀大致可分為塊狀、粉末及薄膜三類。

對于粉末試樣，假設(shè)只需了解其總的成分時，便可用壓縮成形或燒結(jié)等方法把粉末壓在一起，用與塊狀試樣相同方法進(jìn)行分析。

(3)電子探針的應(yīng)用電子探針既可以對物質(zhì)微小部位進(jìn)行成分分析，又能觀察外表組織形貌，它能成功解釋過去許多不了解的現(xiàn)象。

1)合金中相成分的分析：電子探針不僅可以分析固溶體的成分和金屬化合物成分，而且可以分析合金中的析出相及沉淀相成分。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法2)金屬材料中的偏析及擴(kuò)散的研究：金屬材料經(jīng)外表處理后，邊沿至心部成分將發(fā)生很大的變化，并且對性能有很大的影響。

3)晶界偏析：金屬材料中由于晶界的偏析和吸附常常引起性能的變化，例如脆性斷裂、蠕變性能變差等。

4)夾雜物鑒定：用金相法鑒定夾雜物的類型，主要是利用夾雜物光學(xué)性能的差異來鑒別的，所以這只能是定性的分析。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法5)細(xì)顆粒粉末分析：采用普通化學(xué)分析方法分析1~20μm范圍內(nèi)的細(xì)顆粒粉末的化學(xué)成分那么有一定的難度，而采用電子探針分析細(xì)顆粒粉末的成分和含量，那么速度快分析準(zhǔn)確。

6)痕量分析：痕量元素的存在往往影響材料的性能，為了研究材料性能變差或得到改善的原因，必須對痕量元素進(jìn)行分析，采用電子探針可檢測到(100~1000)×10-6范圍內(nèi)的元素含量，因此可以采用逐點分析或線掃描分析方法測定材料中痕量元素的化學(xué)成分。

3.俄歇電子能譜儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(1)俄歇電子能譜儀簡介高能量的入射電子束(或X射線)照射固體試樣時將與試樣的原子發(fā)生碰撞，可以激發(fā)出原子的內(nèi)層電子。

俄歇能譜儀由電子光學(xué)系統(tǒng)、電子能量分析器、樣品安放系統(tǒng)、離子槍、超高真空系統(tǒng)等組成〔見圖4?3〕。圖4-3俄歇電子能譜儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(2)試樣的制備在取樣的過程中，最重要的是千萬不能使試樣受到污染，應(yīng)取自新鮮的試樣，以保證得到真實的結(jié)果。

如果是粉末試樣，可用膠帶把粉末粘結(jié)在膠帶上，制作時只要把粉末均勻地撒在膠帶上即可。

(3)俄歇電子能譜儀的應(yīng)用

1)研究合金元素的偏析：利用俄歇電子能譜儀分析合金元素和微量元素在合金外表、晶界、相界上的吸附、擴(kuò)散和偏析等。

2)滲層元素確實定：利用俄歇電子能譜儀可測出元素隨著深度而分布的曲線。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法3)熱處理的外表偏析分析：從俄歇電子能譜圖上可看到在60Ni20Co10Cr6Ti4Al鎳基合金中，在真空熱處理前、后鋁元素的外表濃度的明顯變化。

4)腐蝕的研究：材料在周圍環(huán)境作用下會發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反響，甚至發(fā)生溶解，這些作用是通過外表或界面進(jìn)行的。

5)摩擦、磨損的研究：當(dāng)兩物體外表相互作用時，兩物體的外表元素發(fā)生轉(zhuǎn)移，利用俄歇電子能譜分析可以對其外表的組分、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)特征、形貌特點進(jìn)行分析，從而對運動過程中的變化有所真實的了解。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法6)壓力加工后的外表分析：軋成0.05mm薄片的18Cr9Ni0.5Ti鋼做俄歇電子能譜分析時發(fā)現(xiàn)，外表的含鈦量大大高于平均成分，在不同溫度下加熱時外表鈦的偏析不同，這種現(xiàn)象是壓力加工后外表偏析引起的。

7)磨削氧化膜的外表分析：利用俄歇電子能譜深度分析法，可分析在磨削過程中氧、鐵、碳、硫元素的氧化過程、氧化物的深度和氧化膜的致密程度。

4.離子探針顯微分析儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(1)離子探針顯微分析儀簡介以聚焦很細(xì)(1～2μm)的高能(10～20keV)一次離子束作為激發(fā)源照射樣品外表，使其濺射出二次離子并引入質(zhì)量分析器，按照質(zhì)量與電荷之比進(jìn)行質(zhì)譜分析的高靈敏度微區(qū)成分分析儀器，稱為離子探針顯微分析儀。

儀器主要包括4個局部：①能夠產(chǎn)生加速和聚焦一次離子束的離子源；②樣品室和二次離子引出裝置；③能把二次離子按質(zhì)荷比別離的質(zhì)量分析器；④二次離子檢測和顯示系統(tǒng)以及計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(2)試樣制備如僅需測量試樣的平均組分，那么需要對試樣的外表預(yù)先進(jìn)行研磨處理，即先用砂紙打磨后經(jīng)拋光、水洗及丙酮清洗、真空枯燥，在這個過程中應(yīng)注意防止油污和其他物質(zhì)污染。

當(dāng)分析絕緣體試樣時，因外表電荷的積累使離子探針難以測量，可用電子噴射法或用負(fù)離子為一離子束進(jìn)行分析，也可在絕緣體外表放置一個導(dǎo)電柵網(wǎng)方式進(jìn)行分析，這些方法均能獲得穩(wěn)定的質(zhì)譜。

(3)離子探針的應(yīng)用離子探針具有電子探針不具備的優(yōu)點，能檢測包括氫在內(nèi)的、元素周期表上的全部元素，對不同的元素，檢測靈敏度是不同的。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)外表和薄膜分析：離子探針做靜態(tài)分析時,離子濺射是發(fā)生在樣品外表少數(shù)原子層或吸附層上(0.5～2nm)的，它是研究樣品氧化、腐蝕、擴(kuò)散和催化等外表的物理化學(xué)過程，也是檢測沉積薄膜、外表污染元素分布和晶體界面結(jié)構(gòu)缺陷的理想工具。

2)深度分析：做動態(tài)分析時，在一次離子束剝蝕作用下，樣品成分及其濃度將隨著剝蝕時間而變化，因而可得到樣品深度—濃度分布曲線。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法3)同位素分析：同位素比值測定精度為0.1％～1％，不僅應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、有機(jī)化學(xué)和近代核物理，而且在地球和空間科學(xué)領(lǐng)域里，在測定月巖、隕石和地球樣品微量元素同位素組成及地質(zhì)年代學(xué)研究上，都能發(fā)揮微區(qū)痕量分析的特長。

4)絕緣體樣品分析：事先可在樣品外表鍍一層碳膜(或金屬膜)，或者采用低能電子噴射樣品外表，也可用負(fù)離子轟擊樣品的方法，以防止絕緣體樣品分析測試中在其外表積累電荷以及由此產(chǎn)生的電位變化現(xiàn)象。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法二、顯微組織分析儀器

光學(xué)金相顯微鏡由于易于操作、視場較大、價格相對低廉，直到現(xiàn)在仍然是常規(guī)檢驗和研究工作中最常用的儀器。

1)按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對各種熱處理后的顯微組織進(jìn)行評級，以便控制熱處理質(zhì)量。

2)熱處理工藝參數(shù)的控制，如高速鋼淬火加熱時用晶粒度試驗控制加熱溫度、滲碳層的金相檢驗以控制氣氛碳勢和滲碳時間。

3)測定各種硬化層(滲碳層、滲氮層、感應(yīng)加熱淬硬層)及各種鍍層的深度。1.光學(xué)金相顯微鏡第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法4)監(jiān)測各種熱處理質(zhì)量缺陷(過熱、過燒、外表脫碳、增碳、顯微裂紋、滲碳和碳氮共滲黑色組織及回火缺乏等)。

5)熱處理廢品及零件失效分析，通過分析找出廢品和早期失效的原因。

6)進(jìn)行原材料檢驗，如非金屬夾雜物、碳化物偏析和帶狀組織等。

現(xiàn)代光學(xué)金相顯微鏡〔見圖4?4〕已普遍采用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，并廣泛使用平場消色差物鏡、廣視場目鏡、高倍干物鏡，一般均裝備有明視場、暗視場、偏振光、DIC等常用的照明方式。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-4現(xiàn)代光學(xué)金相顯微鏡2.電子金相顯微鏡第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-5現(xiàn)代電子金相顯微鏡(1)掃描電子金相顯微鏡

掃描電子金相顯微鏡，第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法簡稱掃描電鏡，是用電視的方式成像，用極狹窄的電子束去掃描樣品，即電子束在樣品上做光柵運動。

掃描電鏡的特點是景深長，圖像層次豐富，立體感強(qiáng)，為三維結(jié)構(gòu)圖像。

1)掃描電鏡的試樣制備第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法①對試樣的要求：試樣可以是塊狀或粉末顆粒，能在真空中保持穩(wěn)定，但含有水分的試樣應(yīng)先烘干除去水分，或使用臨界點枯燥設(shè)備進(jìn)行處理。外表受到污染的試樣，要在不破壞試樣外表結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行適當(dāng)清洗，然后烘干。新斷開的斷口或斷面，一般不需要進(jìn)行處理，以免破壞斷口或外表的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。有些試樣的外表、斷口需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那治g，才能暴露某些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，那么在侵蝕后應(yīng)將外表或斷口清洗干凈，然后烘干。對磁性試樣要預(yù)先去磁，以免觀察時電子束受到磁場的影響。試樣大小要適合儀器專用樣品座的尺寸，不能過大。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法樣品座的尺寸各儀器不相同，一般小的樣品座為?3～?5mm，大的樣品座為?30～?50mm，以便分別用來放置不同大小的試樣，樣品的高度也有一定的限制，一般為5～10mm左右。

②塊狀試樣的制備：對于塊狀導(dǎo)電材料，除了大小要適合儀器樣品座尺寸外，根本上不需要進(jìn)行什么制備，只需要用導(dǎo)電膠把試樣粘結(jié)在樣品座上即可放在掃描電鏡中觀察。對于塊狀的非導(dǎo)電或?qū)щ娦阅茌^差的材料，要先進(jìn)行鍍膜處理，即在材料外表形成一層導(dǎo)電膜，以防止電荷積累，影響圖像質(zhì)量，并可防止試樣的熱損傷。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法③粉末試樣的制備：先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在樣品座上，再均勻地把粉末試樣撒在上面，用洗耳球吹去未粘住的粉末，再鍍上一層導(dǎo)電膜即可上電鏡觀察。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法④鍍膜：鍍膜的方法有兩種，一種是真空鍍膜，另一種是離子濺射鍍膜。離子濺射鍍膜的原理是：在低氣壓系統(tǒng)中，氣體分子在相隔一定距離的陽極和陰極之間的強(qiáng)電場作用下電離成正離子和電子，正離子飛向陰極，電子飛向陽極，兩電極間形成輝光放電，在輝光放電過程中，具有一定動量的正離子撞擊陰極，使陰極外表的原子被逐出，稱為濺射。如果陰極外表為用來鍍膜的材料(靶材)，需要鍍膜的樣品放在作為陽極的樣品臺上，那么被正離子轟擊而濺射出來的靶材原子即沉積在試樣上并形成一定厚度的鍍膜層。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法離子濺射時常用的氣體為惰性氣體氬，工藝要求不高時，也可以用空氣，氣壓約為5×102Torr。一離子濺射鍍膜與真空鍍膜相比，其主要優(yōu)點是：第一，裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，濺射一次只需幾分鐘，而真空鍍膜那么要半個小時以上；第二，消耗貴金屬少，每次僅約幾毫克；第三，對同一種鍍膜材料，離子濺射鍍膜質(zhì)量好，能形成顆粒更細(xì)、更致密、更均勻、附著力更強(qiáng)的膜。

①可以觀察直徑為0～30mm的大塊試樣(在半導(dǎo)體工業(yè)可以觀察更大直徑)，制樣方法簡單。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法②場深大，300倍于光學(xué)顯微鏡，適用于粗糙外表和斷口的分析觀察。此外，還具有圖像富有立體感、真實感、易于識別和解釋。

③放大倍數(shù)變化范圍大，一般為15～200000倍，對于多相、多組成的非均勻材料便于低倍下的普查和高倍下的觀察分析。

④具有相當(dāng)高的分辨率，一般為3.5～6nm。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法⑤可以通過電子學(xué)方法有效地控制和改善圖像的質(zhì)量，如通過調(diào)制可改善圖像反差的寬容度，使圖像各局部亮暗適中。采用雙放大倍數(shù)裝置或圖像選擇器，可在熒光屏上同時觀察不同放大倍數(shù)的圖像或不同形式的圖像。

⑥可進(jìn)行多種功能的分析。例如，與X射線光譜儀配接，可在觀察形貌的同時進(jìn)行微區(qū)成分分析。配有光學(xué)顯微鏡和單色儀等附件時，可觀察陰極熒光圖像和進(jìn)行陰極熒光光譜分析等。

⑦可使用加熱、冷卻和拉伸等樣品臺進(jìn)行動態(tài)試驗，以便觀察在不同環(huán)境條件下的相變及形態(tài)變化等。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法所以，掃描電鏡能用于組織分析以及基體、析出相、夾雜物、擴(kuò)散層和外表涂層的成分鑒定。

(2)透射電子金相顯微鏡

透射電子金相顯微鏡，簡稱透射電鏡，這是一種電子束透過樣品而直接成像的電鏡。

1)透射電鏡樣品的制備第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法①復(fù)型電子金相的制樣技術(shù)：用非晶體材料把由浸蝕產(chǎn)生的金相外表顯微組織浮雕復(fù)制到一種很薄的膜上，然后把復(fù)制薄膜(又叫做復(fù)型)放到透射電鏡中進(jìn)行觀察分析，采用這種薄膜來研究物體外表形態(tài)的方法稱為復(fù)型技術(shù)。一般采用塑料及真空蒸發(fā)沉積的碳來做復(fù)型材料。

一次復(fù)型又稱為萃取復(fù)型。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法②金屬薄膜的制樣：金屬薄膜的厚度約為100~200nm，且在制備過程中不允許有任何組織結(jié)構(gòu)的變化，其制備方法如下：第一步利用電火花切割、砂輪切割等方法從大塊試樣中切取0.2~0.4mm的薄片。第二步用機(jī)械磨光等方法，從薄片的兩面均勻地磨去切割損傷層，直到薄片厚度為0.1mm左右。第三步將預(yù)減薄的試樣最終減薄到100~200nm。

2)透射電鏡在顯微檢驗中的應(yīng)用第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法①熱處理根本組織的識別：熱處理后常得到托氏體、貝氏體、馬氏體等非平衡組織，有時受轉(zhuǎn)變溫度、合金成分及含碳量的影響，特別是在轉(zhuǎn)變量多時常會失去其典型特征，難以在光學(xué)顯微鏡下可靠地識別。而透射電鏡利用復(fù)型電子金相及薄膜技術(shù)，可以比較可靠地確定光學(xué)金相顯微鏡難以分辨的組織，還能根據(jù)衍射把戲確定相的晶體結(jié)構(gòu)。

②鑒別微量第二相結(jié)構(gòu)：采用薄膜透射技術(shù)可以確定材料中微量的第二相結(jié)構(gòu)及第二相與母相的關(guān)系。所以，利用薄膜透射技術(shù)可以研究鋼的回火轉(zhuǎn)變以及過飽和固溶體的脫溶分解。③研究組織的亞結(jié)構(gòu)：薄膜透射技術(shù)在鑒別組織形態(tài)、確定相結(jié)構(gòu)及取向關(guān)系的同時，還能研究各相內(nèi)的晶體缺陷特征。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法三、無損檢測儀器

(1)概述超聲波(頻率為20000Hz)在被檢測材料中傳播時,材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測來了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測。

超聲波檢測的主要設(shè)備包括超聲波探傷儀、探頭和試塊。1.超聲波檢測第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-6便攜式超聲波探傷儀1)超聲波探傷儀：這是超聲波檢測的主體設(shè)備，第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法如圖4-6所示。

超聲波探傷儀主要性能有水平線性、垂直線性和動態(tài)范圍。

2)探頭和試塊第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法①超聲波探頭是一個電聲換能器，如圖4-7所示，它既能將電能轉(zhuǎn)換成超聲能，產(chǎn)生超聲波，又能將超聲能轉(zhuǎn)換成電能，接受超聲波。探頭可以控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當(dāng)改變探頭入射角或改變超聲波的擴(kuò)散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質(zhì)內(nèi)部或改變聲波的指向性，提高分辨率。利用超聲波探頭可以實現(xiàn)波形轉(zhuǎn)換和控制工作頻率。探頭的種類很多，根據(jù)波形不同，可分為縱波探頭、橫波探頭等。根據(jù)耦合方式不同，又可分為接觸式探頭和液浸探頭。根據(jù)晶片數(shù)不同，還可分為單晶探頭和雙晶探頭。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-7超聲波探頭②試塊是具有簡單幾何形狀的人工反射體的試樣，第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法如圖4-8所示。通常試塊的各種特性都是的，在超聲波探傷的測量工作中，常與試塊作比較測量。試塊分為標(biāo)準(zhǔn)試塊和比照試塊。標(biāo)準(zhǔn)試塊是指材質(zhì)、形狀、尺寸、性能等由國際組織或某國權(quán)威機(jī)構(gòu)討論通過的試塊。比照試塊是指檢測特定試件用的試塊，比照試塊與檢測試件的聲性能要相近。超聲波試塊的作用是校驗儀器和探頭的性能，確定探傷起始靈敏度，校準(zhǔn)掃描線性。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-8超聲波系列試塊(2)操作方法第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)探測面的修整：應(yīng)去除焊接工作外表飛濺物、氧化皮、油污及銹蝕等。

2)在每次探傷操作前都必須利用標(biāo)準(zhǔn)試塊(CSK—IA、CSK—ⅢA)校準(zhǔn)儀器的綜合性能、校準(zhǔn)面板曲線，以保證探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3)調(diào)節(jié)儀器的掃描速度和靈敏度。

4)掃查探測：使用鋸齒形波掃查、左右掃查、前后掃查、轉(zhuǎn)角掃查、環(huán)繞掃查等幾種掃查方式，以便發(fā)現(xiàn)各種不同的缺陷并且判斷缺陷性質(zhì)，只要在相應(yīng)的靈敏度下有波出現(xiàn)即為傷波。

5)缺陷測定：給缺陷定性、定量和定位。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法6)記錄：在工件或記錄紙上標(biāo)出缺陷的位置、深度和面積。

7)將數(shù)據(jù)文件傳輸給PC機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、保存，以便出具檢測報告。

(3)應(yīng)用超聲波檢測可以用于鍛件、軋制件、焊件和某些鑄件的無損檢測。

(4)特點

1)不受材料限制，金屬和非金屬都可進(jìn)行超聲波無損檢測。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法2)超聲波探傷探測距離大，探傷裝置體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場探傷，檢測速度快，有較高的探傷靈敏度、周期短、本錢低、靈活方便、效率高。

3)波聲的方向性好。

4)超聲波探傷對人體及環(huán)境無害。

5)超聲波探傷要求工作外表平滑、要求富有經(jīng)驗的檢驗人員才能區(qū)分缺陷種類，對缺陷沒有直觀性。

(1)概述X射線檢測是利用X射線穿過材料或工件時的強(qiáng)度衰減，以檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的儀器。2.X射線檢測第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法便攜式X射線機(jī)將射線發(fā)生器、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)共同安裝一個機(jī)殼中，如圖4?9所示，其體積小，重量輕，便于攜帶到現(xiàn)場進(jìn)行X射線照相檢測。圖4-9便攜式X射線機(jī)第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-10移動式X射線機(jī)(2)操作方法第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)作業(yè)前詳細(xì)了解被檢工件材質(zhì)、規(guī)格、確定熱處理狀況。

2)運用鉛質(zhì)英文和阿拉伯?dāng)?shù)字組合編排出能準(zhǔn)確識別底片并具有唯一性的標(biāo)記，布置在相應(yīng)的透照位置上。

3)對焦。

4)曝光：根據(jù)透照厚度和焦距選擇適宜的參數(shù)對工件進(jìn)行曝光。

5)膠片沖洗。

6)底片質(zhì)量觀察。

7)底片評定：評定時應(yīng)做好底片評定記錄。

8)根據(jù)評定記錄出具報告。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(3)應(yīng)用適用于檢測與射線束方向平行的厚度或密度上異常局部。

(4)特點

1)X射線檢測方法適用于任何材料，可以檢測各種材料的鑄件、焊件的缺陷，還可以檢測封閉物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2)檢測中選用不同的波長，可以檢測不同厚度的鋼件，最厚可達(dá)500mm。

3)檢驗結(jié)果顯示直觀，并且可以長期保存。

3.渦流檢測第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(1)概述將檢測線圈靠近被檢測工件，其外表會感生出電磁渦流，假設(shè)金屬工件有缺陷，渦流場強(qiáng)度和分布就會改變，通過測定渦流的變化來評定工件的某些性能或者發(fā)現(xiàn)缺陷的無損檢測方法稱為渦流檢測。圖4-11渦流探傷檢測儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法(2)使用方法

1)儀器預(yù)調(diào)：在使用渦流探傷檢測儀之前要先預(yù)熱20~30min，以便使儀器的性能穩(wěn)定，保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2)選用和制作比照試樣：比照試樣用于檢測渦流探傷檢測儀的性能，也可以用來判斷被檢測工件是否合格。

3)調(diào)節(jié)儀器：選擇檢測參數(shù)和狀態(tài)，需要選擇適宜的檢測頻率、靈敏度、相位角調(diào)節(jié)、平衡回路、設(shè)置濾波器、抑制器。

4)檢驗試件，分析、處理檢測結(jié)果。

(3)應(yīng)用第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)缺陷檢測：一般用來檢測工件外表和近外表的缺陷，可以檢測出缺陷的形狀、尺寸和位置。

2)材質(zhì)分選：材質(zhì)不同，電導(dǎo)率就不同，從而會使渦流場發(fā)生變化，可分選出不同的金屬材質(zhì)。

3)尺寸檢測：可以檢測工件的尺寸和形狀。

4)物理量測量：用于測量工件的硬度、強(qiáng)度以及內(nèi)應(yīng)力等物理參量。

(4)特點

1)只適用于導(dǎo)電材料。

2)非接觸檢測，檢測速度快，且不需要耦合劑。

3)適用于導(dǎo)電材料的外表和近外表檢測。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法4)可用于異形材和小零件的檢測。

5)可以在高溫環(huán)境中檢測，檢測線圈不受高溫的影響。

(1)概述利用導(dǎo)磁金屬被磁化，通過適宜的顯示介質(zhì)來發(fā)現(xiàn)試件外表和近外表的不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度的無損檢測方法稱為磁粉檢測。

缺陷磁痕可分為各種工藝性質(zhì)缺陷的磁痕、材料夾渣帶來的發(fā)紋磁痕、夾渣和氣孔帶來的點狀磁痕。4.磁粉檢測第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-12固定式磁粉探傷儀第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-13便攜式磁粉探傷儀(2)使用方法第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)接通電源開關(guān),電源指示燈亮,機(jī)器處于待工作狀態(tài)。

2)根據(jù)探傷工藝標(biāo)準(zhǔn)要求,調(diào)整磁化參數(shù)。

3)設(shè)定磁化方式，單獨周向、縱向或復(fù)合磁化。

4)將工件放在兩電極上,將工件夾緊。

5)按下“工作鍵〞，慢慢地順時針調(diào)節(jié)各個“電流調(diào)節(jié)〞旋鈕至磁化電流到達(dá)工藝規(guī)定數(shù)值為止。

6)按下“退磁鍵〞，對工件進(jìn)行退磁，退磁完畢后,用弱磁場計檢查工件的剩磁是否符合要求。

(3)應(yīng)用

1)磁粉檢測只適用于檢測鐵磁性材料及其合金的缺陷。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法2)磁粉檢測法可以檢測鐵磁性材料的外表、近外表的缺陷，諸如裂紋、發(fā)紋、折疊、夾層等，它適于薄壁件或焊縫外表裂紋的檢驗，也能顯露出一定深度和大小的未焊透缺陷，但難于發(fā)現(xiàn)氣孔、夾碴及隱藏在焊縫深處的缺陷。

3)可以檢測原材料、半成品、成品以及各種管材、板材、棒材、型材和鍛、鑄、焊件的缺陷。

(4)特點磁粉檢測設(shè)備簡單、本錢低、操作容易、檢驗迅速，能夠直觀、清晰地顯示出缺陷的情況，工作效率高，可以重復(fù)檢查，檢測靈敏度高，可檢測出微米級的寬度缺陷。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法

(1)概述利用液體的毛細(xì)管作用，將滲透液滲入探傷試片和固體材料工件外表開口缺陷處，用去除劑去除覆著在工件外表上的多余滲透液，枯燥后再施加顯像劑，將滲入的滲透液吸出到工件外表，即可顯示缺陷的存在，如圖4-14所示，檢測人員采用目視法觀察缺陷，這種無損檢測方法稱為滲透檢測。圖4-14滲透檢測5.滲透檢測第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-15固定式滲透檢測裝置(2)使用方法第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)預(yù)清洗：用清洗劑將被檢工件外表的污物(氧化皮、鐵銹、油脂等)完全清洗干凈。

2)滲透：放置5~10min，待工件和試塊外表枯燥后，施加滲透劑，噴嘴應(yīng)距工件和試塊外表20~30mm，滲透時間應(yīng)根據(jù)使用說明，一般為5~15min，這期間應(yīng)保持探傷外表被滲透劑充分濕潤。

3)清洗：采用清洗劑或水(水壓應(yīng)小于或等于0.15MPa)將工件外表的滲透劑清洗干凈。

4)顯像：將顯像劑充分搖勻后，對被檢工件保持距離300mm處均勻噴涂，噴涂顯像劑后片刻即可觀察缺陷。

(3)應(yīng)用第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)用來檢測非多孔的金屬材料及非金屬材料的缺陷。

2)用來檢測鑄件、鍛件、焊接件外表裂紋和氣孔等缺陷。

3)可以檢測出各種裂紋，例如金屬材料的磨削裂紋、疲勞裂紋、應(yīng)力腐蝕裂紋、熱處理淬火裂紋。

(4)特點

1)滲透檢測顯示直觀，容易判斷，操作簡單，靈敏度高，適應(yīng)性強(qiáng)，一次操作可以檢測出一個平面上所有方向的缺陷，可以檢查各種大小尺寸的工件。

2)不受材料組織和成分限制，也不受工件大小尺寸的限制，應(yīng)用范圍廣。3)設(shè)備簡單，檢測費用低。第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法四、力學(xué)性能檢測設(shè)備1)根據(jù)零件服役時所受載荷類型，選擇相應(yīng)的試驗方法，如軸類零件應(yīng)選用彎扭復(fù)合疲勞試驗，軸承零件應(yīng)進(jìn)行接觸疲勞試驗，冷變形模具材料可選用沖擊疲勞試驗和磨損試驗。

2)根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理狀態(tài)，選擇適宜的試驗方法。

試樣的試驗結(jié)果，不可能完全代表零件實際使用時的性能或壽命。

(1)概述能進(jìn)行拉伸、壓縮、剪切及彎曲等各種靜力試驗的試驗機(jī)稱為萬能試驗機(jī)。1.萬能試驗機(jī)第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-16微機(jī)控制的電液伺服萬能試驗機(jī)(2)使用方法第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法1)選擇噸位：在試驗前，要估計試樣能承受的最大載荷，然后選擇試驗機(jī)的測量范圍。

2)開機(jī)調(diào)零：開動液壓泵電動機(jī)，關(guān)閉回油閥，調(diào)節(jié)測力指針對準(zhǔn)零點。

3)安裝試樣：先用上夾頭夾緊試樣一端，再調(diào)整下夾頭位置，夾緊試樣另一端。

4)加載：操作送油閥，對試樣加載。

5)實驗完畢后，關(guān)閉送油閥，翻開回油閥，使工作臺回到初始位置，取下試樣。

2.疲勞試驗機(jī)第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法圖4-17微機(jī)控制的電液伺服疲勞試驗機(jī)第一節(jié)各種理化檢測儀器的功能、用途及使用方法一、原材料缺陷對工件熱處理質(zhì)量的影響

工件原材料的化學(xué)成分是通過出廠檢驗和入廠復(fù)檢來保證的。

金屬中夾雜物破壞了金屬的連續(xù)性，在金屬鍛壓和軋制過程中，夾雜物可能被延展成長而薄的流線狀，形成帶狀組織，使金屬產(chǎn)生明顯的各向異性，大大增加了淬火裂紋產(chǎn)生的幾率。

外表有脫碳層的零件，會嚴(yán)重降低疲勞強(qiáng)度，熱處理時也容易開裂。1.化學(xué)成分的影響2.組織缺陷的影響3.外表質(zhì)量缺陷的影響第二節(jié)工件材料缺陷對熱處理質(zhì)量的影響

一方面要加強(qiáng)原材料的進(jìn)廠復(fù)檢，嚴(yán)格把好進(jìn)廠關(guān)；另一方面也要認(rèn)真檢查熱處理前工件的外觀、形狀、尺寸，還要檢查熱處理前工件的狀態(tài)，包括材料牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能數(shù)據(jù)、金相組織數(shù)據(jù)以及毛坯制造方法、熱處理前加工方法等。4.原材料質(zhì)量的控制措施二、熱處理工藝材料缺陷對工件熱處理質(zhì)量的影響第二節(jié)工件材料缺陷對熱處理質(zhì)量的影響二、熱處理變形的種類

在復(fù)雜應(yīng)力的綜合作用下，絲杠類細(xì)長零件的彎曲、導(dǎo)軌類不等截面零件的扭曲、板狀類剪刀片的翹曲以及大直徑薄壁套環(huán)類零件的端面翹曲等。

體積變形通常是由于組織轉(zhuǎn)變引起的，例如模塊尺寸的脹大或縮?。粓A柱形等截面零件的軸向伸長、縮短等。

這是由于隨著時間的推移、組織狀態(tài)發(fā)生改變或應(yīng)力松弛而引起的。1.外形變形2.體積變形3.微小變形一、熱處理變形的概念第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法三、熱處理變形的原因

零件在加熱或冷卻過程中，外表和心部及各不同截面區(qū)域之間，由于加熱速度和冷卻速度不一致形成溫差，進(jìn)而產(chǎn)生不同的熱脹冷縮量差異而形成熱應(yīng)力。

零件加熱冷卻過程中，外表與心部及不同截面區(qū)域之間的相變不等時性所造成的組織應(yīng)力，在一定的塑性條件配合下，當(dāng)應(yīng)力超過鋼的屈服強(qiáng)度后，就會產(chǎn)生塑性變形。

1.熱應(yīng)力引起的變形2.組織應(yīng)力引起的塑性變形3.比容變形第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法零件在熱處理過程中，因各種相結(jié)構(gòu)的組織比容不同，在相變時發(fā)生體積和尺寸的變化即為比容變形。

(1)奧氏體穩(wěn)定性高的高合金鋼零件當(dāng)采用較緩慢的加熱方式，并在淬火冷卻時采用屢次分級或完全的等溫淬火時，此時由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力塑性變形量很小，可以忽略不計，零件的變形根本上是比容變形。

(2)均勻加熱和冷卻的球體零件由于此時球體零件各個方向上的應(yīng)力是平衡的，所以其淬火后的變形也根本上是單純的比容變形，球體也不會因每淬火一次直徑或體積變化一次。第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法(3)截面尺寸很小的超小型零件這類零件加熱或冷卻時無論如何激冷激熱，總是不會形成明顯的內(nèi)外溫差和組織轉(zhuǎn)變的不等時性，因此熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都很不明顯，此時的變形也根本上是單純的比容變形。

比容變形一般只與奧氏體中碳和合金元素的含量、游離相碳化物、鐵素體的多少、淬火前后組織比容變化差和殘留奧氏體量的多少以及鋼的淬透性等因素有關(guān)。四、熱處理變形的預(yù)防第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法

零件從毛坯制造開始，每經(jīng)過一道加工工序后，都會產(chǎn)生復(fù)雜的加工應(yīng)力。

應(yīng)結(jié)合零件的結(jié)構(gòu)和熱處理爐的特點確定裝爐方式。圖4-18用覆蓋保護(hù)法預(yù)防變形的實例

a)、b)沖模c)沖頭1.消除零件熱處理前的加工應(yīng)力2.合理的裝爐方式第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法

當(dāng)零件上下兩局部截面厚度有突變并且差異較大時，應(yīng)采用分段加熱方法，先加熱零件的厚截面區(qū)，當(dāng)接近淬火溫度時再全部放入鹽浴爐中加熱，這樣可有效地防止薄截面區(qū)域加熱過快產(chǎn)生塑性壓縮變形。圖4-19截面厚度有突變的零件3.采用分段加熱或緩慢加熱第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法圖4-20花鍵孔靠模4.正確的冷卻方法第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法形狀不對稱的碳鋼零件，當(dāng)截面厚度較小時，采用120~150℃的低溫硝鹽浴淬火冷卻比采用水冷淬火變形量可減少1/2左右，但彎曲的方向相反；假設(shè)在150~180℃的堿浴中淬火冷卻也有減小彎曲變形的效果。五、熱處理變形的挽救方法第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法

這是最普遍的校正宏觀局部變形方法。

1)軸類、板形零件的冷壓校直。

2)淬火冷卻后的趁熱熱壓校直。

3)貝氏體等溫淬火后高塑性狀態(tài)下的趁熱校正和冷壓校正，以及回火加熱后趁熱校正。

4)利用相變超塑性條件的靜壓固定校正。

5)淬火和校正過程合并進(jìn)行的淬火壓力機(jī)床校正。

6)氧乙炔火焰局部加熱校正。

7)高頻局部感應(yīng)加熱“熱點〞校正。

8)尖角錘錘擊高硬度零件凹面冷擊校直。1.機(jī)械校正法第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法9)特定條件下淬硬零件噴砂噴丸校直。

10)某些特定條件下電焊接應(yīng)力校正彎曲和外凸變形的電焊校正等。

由于這些內(nèi)容都在?熱處理工?初、中、高級書中有過表達(dá)，所以這里就不再介紹了。

常用的熱處理校正法有：對脹大變形的工件在Ac1溫度下用加熱急冷法進(jìn)行收縮處理，對收縮變形的工件用淬火脹大法進(jìn)行脹大處理。2.熱處理校正法第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法(1)加熱急冷法在Ac1溫度下加熱在水中急冷，工件不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，不會產(chǎn)生組織應(yīng)力，只產(chǎn)生因心部和外表熱收縮量不同而形成的熱應(yīng)力。

這種方法可以收縮處理各種不同形狀的工件，如環(huán)形工件的內(nèi)孔和外圓，扁方形工件的孔、孔距尺寸及外形尺寸，軸類零件的長度以及某些需要局部尺寸收縮的工件等。

(2)淬火脹大法其原理是利用淬火時工件表層發(fā)生馬氏體相變時比體積增大，對尚未發(fā)生馬氏體相變或未淬透的心部施以拉應(yīng)力，通過心部拉伸塑性變形到達(dá)使工件沿主導(dǎo)應(yīng)力方向脹大的目的。第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法對于低、中碳鋼和低、中合金結(jié)構(gòu)鋼制造的工件，采用常規(guī)淬火加熱溫度的上限溫度加熱水冷淬火時，在工件淬透或半淬透的情況下，可使主導(dǎo)應(yīng)力方向脹大0．20%~0．50%。第三節(jié)工件熱處理變形及排除方法一、加熱階段

一般情況下加熱溫度是根據(jù)材料的化學(xué)成分來確定的，但溫度和加熱速度、保溫時間在一定的范圍內(nèi)是相互聯(lián)系的：加熱速度越快，奧氏體化溫度越高；奧氏休化溫度越高，需要的奧氏體化時間越短。

應(yīng)遵循組織變化或表層化學(xué)成分變化所必須的周期，應(yīng)按照鋼材的原始狀態(tài)確定其最短的保溫時間。

熱處理零件的淬火裂紋及外表質(zhì)量的好壞與加熱介質(zhì)有很大關(guān)系。1.加熱溫度2.保溫時間3.加熱介質(zhì)第四節(jié)工件熱處理缺陷的預(yù)防和補救方法三、加工過程和后續(xù)處理中產(chǎn)生的缺陷和預(yù)防

關(guān)于零件結(jié)構(gòu)與熱處理缺陷的關(guān)系在第一章第四節(jié)中已有詳細(xì)論述，這里只重申保證熱處理零件的正確結(jié)構(gòu)的兩條最重要的根本原那么：①為了防止尺寸分布不均勻時產(chǎn)生的應(yīng)力，工件圖樣要設(shè)計減應(yīng)力工藝孔；②陡直的斷面過渡局部應(yīng)盡可能用大的半徑〔30~80mm〕連接并將銳棱倒純。

2.材料選擇1.零件的結(jié)構(gòu)不合理二、冷卻階段第四節(jié)工件熱處理缺陷的預(yù)防和補救方法淬火、滲碳淬火或外表滲碳淬火時必須注意材料的淬透性，保證材料內(nèi)部的淬硬層深度。

熱處理工藝規(guī)程是保證工件熱處理質(zhì)量的工藝文件，不按工藝規(guī)程操作或工藝規(guī)程制訂有誤都會產(chǎn)生熱處理缺陷或廢品。

由于測量誤差造成廢品的原因有：硬度測量儀安裝不穩(wěn)定產(chǎn)生振動；試樣外表清理不充分；使用錯誤的檢驗負(fù)荷。

5.工藝操作不當(dāng)4.硬度檢驗3.熱處理工藝規(guī)程第四節(jié)工件熱處理缺陷的預(yù)防和補救方法工藝操作不當(dāng)也能產(chǎn)生缺陷，如零件滲碳淬火后出現(xiàn)軟點，其主要原因是工件采用化學(xué)方法去毛刺后沒有按規(guī)定洗凈晾干而生銹，使局部脫碳形成軟點。

后序處理不當(dāng)也會造成廢品。6.后序處理產(chǎn)生的缺陷第四節(jié)工件熱處理缺陷的預(yù)防和補救方法1.影響壓鑄模使用壽命之一：耐熱疲勞性能1)熱強(qiáng)度缺乏。

2)使用溫度高于回火溫度。

3)蠕變強(qiáng)度缺乏。

4)模具材料的熱脹系數(shù)及熱導(dǎo)系數(shù)低。

5)模具的設(shè)計中有應(yīng)力集中。

6)模具的使用不當(dāng)，其中最重要的是生產(chǎn)率，即模具在使用過程中實際工作時加熱、冷卻的頻率和溫差變動情況、預(yù)熱方法、冷卻降溫方式等。

熱疲勞裂紋是由拉應(yīng)力和塑性應(yīng)變等多種因素組合而成，塑性應(yīng)變使裂紋出現(xiàn)，而拉應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展。第五節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練2.影響壓鑄模使用壽命之二：斷裂(整體開裂)1)設(shè)計模具時，盡量防止應(yīng)力集中點，否那么極易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

2)模具材料和熱處理，包括模具材料的冶金質(zhì)量、化學(xué)成分和熱處理的強(qiáng)韌化等與韌性有直接的關(guān)系。

3)使用過程中定期進(jìn)行去應(yīng)力處理。

4)使用方式的影響，主要有模具受力的大小、壓力的大小和沖壓強(qiáng)度。第五節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練3.影響壓鑄模使用壽命之三：沖蝕(浸蝕)1)熔融金屬的溫度。

2)熔融金屬的化學(xué)成分。

3)模具設(shè)計(特別是流道的設(shè)計)。

4)熱處理及外表處理(如氧化或氮化)。第五節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練4.影響壓鑄模使用壽命之四：凹陷1)熱強(qiáng)度缺乏。

2)使用溫度高于回火溫度。

3)蠕變強(qiáng)度缺乏。

?訓(xùn)練2淬火油的檢測和維護(hù)

典型的淬火油有三種類型：快速淬火油、中速或常規(guī)淬火油、等溫淬火油或熱油。第五節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練1)水分是最常見的污染物，根據(jù)經(jīng)驗有問題的淬火油至少有半數(shù)以上是油中有水，它的存在會顯著降低淬火工件的光亮性，造成淬火軟點、零件變形、開裂、斑點等，低至體積分?jǐn)?shù)為