鋼材質(zhì)量檢驗(yàn) -金相檢驗(yàn)

鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)金相檢驗(yàn)2021年4月0、基本概念金相分析概念

金→金屬

相→木目金相分析是采用肉眼（宏觀金相）或借助顯微鏡（微觀金相）采用圖像分析方法研究金屬內(nèi)部組織或缺陷的重要分析手段，在金屬材料研究領(lǐng)域占有很重要的地位。0、基本概念一、金相試樣制備1.1概述

金相試樣制備是通過切割、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、研磨和浸蝕參照GB/T13298—2015《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

取樣三要素：取樣部位、取樣方向、取樣數(shù)量

縱向取樣，沿著鋼材的變形方向進(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?、塑性變形程度等。

橫向取樣，在垂直于鋼材變形方向取樣。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。制樣步驟：切割→磨平→鑲嵌→磨光→拋光→浸蝕→吹干一、金相試樣制備1.2切割

試樣可以用手鋸、砂輪切割機(jī)、電火花切割機(jī)、車、銑、鋸等方式。脆而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。對于使用高溫切割的試樣，必須除去熱影響部分。 要求：不過熱，平整

為了便于鑲嵌后試樣的粗磨，切割后的試樣需在砂輪機(jī)上初步磨平。一、金相試樣制備1.3鑲嵌在金相試樣的制備過程中，有許多試樣直接磨拋有困難，應(yīng)對其鑲嵌。金相制樣中鑲嵌三個(gè)功能：A樣品固定，目的是觀測面方向的調(diào)整。B樣品支撐，目的是在觀測面打磨拋光時(shí)起到支撐作用。C標(biāo)準(zhǔn)化形狀，目的是易于磨拋時(shí)夾持。通常進(jìn)行鑲嵌的試樣有：形狀不規(guī)則的試件；線材及板材；細(xì)小工件；表面處理及滲層鍍層；表面脫碳的材料等。1．機(jī)械鑲嵌法：機(jī)械鑲嵌法系試樣放在鋼圈或小鋼夾中，金屬元素分析儀然后用螺釘和墊塊加以固定。2．樹脂鑲嵌法樹脂鑲嵌法是利用樹脂來鑲嵌細(xì)小的金相試樣，可以將任何形狀的試樣鑲嵌成一定尺寸的試樣。樹脂鑲嵌法可分為熱壓和澆注鑲嵌法兩類。要求：固定穩(wěn)固，鑲嵌料無疏松。

一、金相試樣制備1.4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。研磨的過程包括粗磨和細(xì)磨。

粗磨粗磨一般在砂輪或預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行，磨料粒度的粗細(xì)對試樣表面粗糙度和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)需要避免磨面過熱。

常用砂紙順序：180#（180目）→W50(280目)→W28(400目)→W14(600目)

一、金相試樣制備1.5拋光

拋光的目的是在于去除金相磨面上由細(xì)磨所留下的磨痕及表面變形層，使磨面成為無劃痕的光滑鏡面。

機(jī)械拋光是靠拋光劑（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。

檢驗(yàn)非金屬夾雜物、石墨形態(tài)試樣在拋光狀態(tài)下即可開始進(jìn)行金相顯微檢驗(yàn)。

一、金相試樣制備1.6浸蝕

化學(xué)浸蝕是利用化學(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。

電解浸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。 浸蝕后的試樣馬上用吹風(fēng)機(jī)吹干，試樣表面不能用手或其他物體觸碰，暫時(shí)不檢測的試樣保存與干燥皿內(nèi)，防止生銹和污染。

二、金相顯微鏡基礎(chǔ)知識(shí)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.目鏡：是將物鏡放大的中間象再次放大。4.放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)×目鏡放大倍數(shù)。5.觀察：為了保證在聚焦過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，再通過目鏡觀察試樣時(shí)用微動(dòng)螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)。

三、常見鋼中金相組織A0:230℃，滲碳體居里點(diǎn)；A1:PSK線，727℃共析轉(zhuǎn)變溫度；A2：MO線，770℃鐵素體居里點(diǎn)；A3:GS線，鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了線(加熱)或奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線(冷卻)。A4:NJ線，高溫鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了線(冷卻)或奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷罔F素體的開始線(加熱)。Acm:ES線，碳在奧氏體中的溶解度曲線，也成為滲碳體的析出線。加熱：Ac1、Ac3、Accm冷卻：Ar1、Ar3、Arcm三、常見鋼中金相組織鐵素體（F）

碳溶于α-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體。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α-Fe中的溶解度極小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727℃時(shí)達(dá)到最大值，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。三、常見鋼中金相組織奧氏體（A）碳溶于γ-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體。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γ-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727℃時(shí)為0.77%，在1148℃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。HB=170~220三、常見鋼中金相組織滲碳體（Fe3C

）滲碳體是鐵與碳的化合物。含碳量為6.67%，硬度很高（HRC70~75），耐磨，但脆性很大。因此，滲碳體不能單獨(dú)應(yīng)用，而總是與鐵素體混合在一起。隨著鋼中碳含量不一致，單一滲碳體以一次（大路狀，鑄鐵中）、二次（網(wǎng)狀，過共析鋼中）、三次（游離滲碳體，低碳鋼中）出現(xiàn)。

三、常見鋼中金相組織珠光體（P）鐵素體片和滲碳體片交替排列的層狀顯微組織，是鐵素體（占88%）與滲碳體（占12%）機(jī)械混合物。其片層組織的粗細(xì)隨奧氏體過冷程度不同，過冷程度越大，片層組織越細(xì)性質(zhì)也不同。奧氏體在約600℃分解成的組織稱為細(xì)珠光體(索氏體，S)，在500~600℃分解轉(zhuǎn)變成用光學(xué)顯微鏡不能分辨其片層狀的組織稱為極細(xì)珠光體(屈氏體,T)。它們的硬度較鐵素體和奧氏體高，而較滲碳體低，其塑性較鐵素體和奧氏體低而較滲碳體高。球化退火熱處理方式可將珠光體中滲碳體片熔斷，成為球狀珠光體。三、常見鋼中金相組織馬氏體（M）碳在α鐵中的過飽和固溶體。馬氏體分為片狀馬氏體和板條馬氏體。片狀馬氏體（高碳鋼淬火）具有高強(qiáng)度高硬度，但韌性很差，其特點(diǎn)是硬而脆。在具有相同屈服強(qiáng)度的條件下，板條馬氏體（中低碳鋼淬火）比片狀馬氏體的韌性好很多，即在具有較高強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，還具有相當(dāng)高的韌性和塑性。三、常見鋼中金相組織貝氏體（B）由鐵素體和滲碳體組成的非層狀組織。貝氏體轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變之間。在稍高于上貝氏體的形成溫度而又低于珠光體轉(zhuǎn)變溫度得到的產(chǎn)物為粒狀貝氏體。由較粗大的塊狀鐵素體加富碳奧氏體區(qū)組成．其中的奧氏體區(qū)一般呈顆粒狀；在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度偏高區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫上貝氏體（350℃~550℃），其外觀形貌似羽毛狀，也稱羽毛狀貝氏體。沖擊韌性較差，生產(chǎn)上應(yīng)力求避免。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度下端偏低溫度區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫下貝氏體（Ms~350℃），多呈竹葉狀，其沖擊韌性較好，為提高韌性，生產(chǎn)上應(yīng)通過熱處理控制獲得下貝氏體。三、常見鋼中金相組織萊氏體（Ld）常溫下是珠光體、滲碳體和共晶滲碳體的混合物。當(dāng)溫度高于727℃時(shí)，萊氏體由奧氏體和滲碳體組成。在低于727℃時(shí)，萊氏體是由珠光體和滲碳體組成，用符號(hào)Ld’表示，稱為變態(tài)萊氏體。萊氏體硬而脆(＞HB700)，是一種較粗的組織，不能進(jìn)行壓力加工，如白口鐵。在鑄態(tài)含有萊氏體組織的鋼有高速工具鋼和Cr12型高合金工具鋼等。這類鋼一般有較大有耐磨性和較好的切削性。三、常見鋼中金相組織石墨碳在鋼中主要碳化物、滲碳體、鐵素體、奧氏體、游離態(tài)等狀態(tài)存在，鑄鐵中的碳以石墨為主的游離碳出現(xiàn)。一般情況在鑄鐵中呈片狀（灰鑄鐵）、球狀（球墨鑄鐵）、蠕蟲狀和團(tuán)絮狀多種形狀出現(xiàn)，在鑄鐵中起到潤滑作用，增加材料的耐磨性。

碳素工具鋼如退火加熱溫度太高且保溫時(shí)間太長，會(huì)導(dǎo)致部分滲碳體分解成石墨，出現(xiàn)黑脆現(xiàn)象（斷口分析中黑脆斷口的成因），黑脆現(xiàn)象無法消除，只能報(bào)廢。三、常見鋼中金相組織回火組織鋼淬火至馬氏體在低、中、高溫回火會(huì)得到不同組織，根據(jù)回火溫度分為不同組織：低溫回火（150～250℃）低溫回火后的組織為回火馬氏體，其形態(tài)仍保留淬火馬氏體的片狀或板條狀。

中溫回火（350～500℃）中溫回火后的組織為回火屈氏體，它是由尚未發(fā)生再結(jié)晶的針狀鐵素體和彌散分布的極細(xì)小的片狀或粒狀滲碳體組成，其形態(tài)仍為淬火馬氏體的片狀或板條狀。

高溫回火(500～650℃)高溫回火后的組織為回火索氏體。由于鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶失去了原來淬火馬氏體的片狀或板條狀形態(tài)，呈現(xiàn)為多邊形顆粒狀，同時(shí)滲碳體聚集長大。三、常見鋼中金相組織魏氏組織亞共析鋼加熱時(shí)因過熱快冷，故鐵素體除沿奧氏體晶界成網(wǎng)狀析出外，還有一部分鐵素體從晶界向晶內(nèi)按切變機(jī)制形成并排成針狀獨(dú)自析出，這種分布形態(tài)的組織稱為魏氏組織。過熱過共析鋼冷卻時(shí)滲碳體也會(huì)形成針狀自晶界向晶內(nèi)延伸而形成魏氏組織。魏氏組織是一種缺陷組織，它會(huì)強(qiáng)烈降低材料的塑性，可以通過正火熱處理消除。三、常見鋼中金相組織帶狀組織帶狀組織是鋼材內(nèi)部缺陷之一，出現(xiàn)在熱軋低碳結(jié)構(gòu)鋼顯微組織中，沿軋制方向平行排列、成層狀分布、形同條帶的鐵素體晶粒與珠光體晶粒。帶狀組織的存在會(huì)使金屬的力學(xué)性能呈各向異性，壓力加工時(shí)易于從交界處開裂。帶狀組織的成因：1）鋼中硫磷含量過高，形成嚴(yán)重枝晶或鐵素體先沿夾雜物條帶周圍析出形成帶狀；2）熱加工時(shí)溫度不當(dāng)，鐵素體沿金屬流動(dòng)的方向從奧氏體中沿晶界析出。帶狀組織可以通過高溫?cái)U(kuò)散退火及正火熱處理加以消除四、晶粒度檢驗(yàn)晶粒度

晶粒大小的量度，可以用尺寸、數(shù)量、面積表示晶粒大小，通常采用晶粒度方式來表示。有奧氏體晶粒度（原始晶粒度）和鐵素體晶粒度兩種。標(biāo)準(zhǔn)

《GB/T6394-2017金屬平均晶粒度測定方法》取樣方向：橫向（垂直變形方向，鑄鍛試樣可任意取）評定方法

比較法（常用）、截點(diǎn)法（仲裁）、面積法五、非金屬夾雜物檢驗(yàn)非金屬夾雜物來源：內(nèi)生、外來；根據(jù)夾雜物的形態(tài)和分布，標(biāo)準(zhǔn)圖譜分為五大類。這五大類夾雜物代表最常觀察到的夾雜物的類型和形態(tài):A類(硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D類(球狀氧化物類)、DS類(單顆粒球狀類)。

標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T10561-2005非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》取樣方向：縱向（平行變形方向），光面觀察。評定方法：A法（對最惡劣市場評級，常用）六、脫碳層檢驗(yàn)脫碳層鋼在加熱和保溫過程中，表層產(chǎn)生的碳含量降低的情況叫脫碳；分類：完全脫碳層、部分脫碳層、總脫碳層

標(biāo)準(zhǔn)：《GB/T224-2019鋼的脫碳層深度測定法》取樣方向：橫向