實(shí)驗(yàn)2 鋼鐵材料常見組織及鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù)

1、第二章 鋼鐵材料常見組織及 鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù),1、 fe-c(fe-fe3c)相圖的作用及分析 重點(diǎn) 2、鋼鐵材料常見平衡組織 重點(diǎn) 3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn) 4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織 重點(diǎn) 5、鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù) 基本內(nèi)容 硫印試驗(yàn)的方法和步驟 酸蝕試驗(yàn)的方法和步驟 斷口檢驗(yàn)的方法與斷口分類和識(shí)別 塔形實(shí)驗(yàn)的方法和步驟,1、fe-c(fe-fe3c)相圖的作用及分析,包晶轉(zhuǎn)變線（水平線hjb），反應(yīng)式： lb 0.53%c + h 0.09%c j 0.17%c,共晶轉(zhuǎn)變（水平線ecf），反應(yīng)式： ld e 2.11%c + fe3c6.69%c,共析轉(zhuǎn)變（水平線

2、psk），通常標(biāo)為a1溫度，反應(yīng)式： s0.77%cp0.0218%c + fe3c6.69%c,其他重要的轉(zhuǎn)變線 gs線，a3線；es線，acm線。,工業(yè)純鐵 （鐵素體f）,工業(yè)純鐵顯 微 組織,2、鐵碳合金的平衡組織,共析鋼。含碳量為0.77%；平衡組織為珠光體（p）,2、鐵碳合金的平衡組織,珠光體 組織,亞共析鋼。含碳量0.021%0.77%；其平衡組織為f+p。,2、鐵碳合金的平衡組織,珠光體 鐵素體組織,過共析鋼。含碳量0.77%2.11%；其平衡組織為 網(wǎng)狀fe3c+p。,2、鐵碳合金的平衡組織,網(wǎng)狀fe3c+p組織,共晶白口鐵。含碳量4.30%；其平衡組織為ld。,2、鐵碳合金的

3、平衡組織,ld 組織,亞共晶白口鐵。含碳量2.11%4.30%；其平衡組織 為ld+p+fe3c。,2、鐵碳合金的平衡組織,ld+p+fe3c組織,過共晶白口鐵。含碳量4.30%6.69%；其平衡組織 為ld+fe3c。,2、鐵碳合金的平衡組織,ld+fe3c 組織,以共析鋼為例，過冷a等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),以共析鋼為例，過冷a等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transfo

4、rmation）,p的轉(zhuǎn)變發(fā)生在臨界溫度a1以下較高的范圍內(nèi)，又稱為高溫轉(zhuǎn)變。,鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,片狀珠光體在電子顯微鏡和金相顯微鏡中的形態(tài),p的轉(zhuǎn)變發(fā)生在臨界溫度a1以下較高的范圍內(nèi)，又稱為高溫轉(zhuǎn)變。,鋼的珠光體轉(zhuǎn)變,此外，還有球狀珠光體,以共析鋼為例，過冷a等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),馬氏體轉(zhuǎn)變屬于低溫轉(zhuǎn)變。鋼的馬氏體組織是碳在-fe中的過飽和固溶體，是典型的非擴(kuò)散型相變。,鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變,45鋼淬火后的馬氏體組織,由于馬氏體相變產(chǎn)生較大應(yīng)力，一般淬火后應(yīng)進(jìn)行回

5、火處理。,以共析鋼為例，過冷a等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),以較慢條件下冷卻得到沿晶界析出的t+m組織,3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),以共析鋼為例，過冷a等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,貝氏體轉(zhuǎn)變是介于馬氏體和珠光體之間的轉(zhuǎn)變，屬于中溫轉(zhuǎn)變。,鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變,上貝氏體,下貝氏體,貝氏體轉(zhuǎn)變是介于馬氏體和珠光體之間的轉(zhuǎn)變，屬于中溫轉(zhuǎn)變。,鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變,粒狀貝氏體,此外還

6、有粒狀貝氏體、無碳貝氏體。,3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點(diǎn),過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線 難點(diǎn),魏氏組織：當(dāng)亞共析鋼或者過共析鋼在高溫以較快的速度冷卻時(shí)，先共析的鐵素體或者滲碳體從奧氏體晶界上沿一定的晶面向晶內(nèi)生長，呈針狀析出。在光學(xué)顯微鏡下，呈羽毛或三角狀，其間存在著珠光體組織，稱為魏氏組織。,鐵素體魏氏組織,滲碳體魏氏組織,（1）退火 將工件加熱到ac3 （或ac1）以上的適當(dāng)溫度保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻的工藝方法，稱為退火。 （2）正火 將工件加熱到ac3（或acm）以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,（3）淬火 淬火是

7、將工件加熱到ac3或ac1以上某一溫度保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,45鋼850淬水組織,（3）淬火 淬火是將工件加熱到ac3或ac1以上某一溫度保溫一定時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,45鋼750淬水組織,45鋼920淬水組織,45鋼860淬油組織,（4）鋼的回火 回火是指工件淬硬后，再加熱到ac1點(diǎn)以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,低溫回火馬氏體組織,45鋼在850淬火

8、后200 回火后的組織,（4）鋼的回火 回火是指工件淬硬后，再加熱到ac1點(diǎn)以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,中溫回火托氏體組織,45鋼在850淬火后400 回火后的組織,（4）鋼的回火 回火是指工件淬硬后，再加熱到ac1點(diǎn)以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。,4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織,高溫回火索氏體組織,45鋼在850淬火后600 回火后的組織,5、鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù),鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù)的定義：又稱宏觀分析，它是通過肉眼或者放大鏡來檢驗(yàn)金屬材料及其制品的宏觀組織和缺陷的方法。 優(yōu)點(diǎn)：檢驗(yàn)范圍大，視域?qū)挘?/p>

9、檢驗(yàn)方法、操作技術(shù)以及所需的檢驗(yàn)設(shè)備簡單，較快捷全面地反映出材料或產(chǎn)品的品質(zhì)。 檢驗(yàn)范圍：鋼材中的疏松、氣泡、縮松殘余、非金屬夾雜物、偏析、白點(diǎn)、裂紋以及各種不正常的斷口缺陷。 實(shí)驗(yàn)方法：硫印實(shí)驗(yàn)、酸蝕實(shí)驗(yàn)、斷口實(shí)驗(yàn)、塔形實(shí)驗(yàn)等,硫印實(shí)驗(yàn)可以用來檢驗(yàn)硫元素在鋼中的分布情況。 基本原理： h2so4 + fes h2s+ feso4 h2so4 + mns h2s+ mnso4 h2s + 2agbr ag2s（棕色）+ 2hbr,5.1、硫印實(shí)驗(yàn),5.1.2方法和操作步驟 鋼的硫印實(shí)驗(yàn)方法按照國標(biāo)gb/t 4236-1984進(jìn)行。 試樣選取和制備： 棒材、鋼胚和圓鋼等產(chǎn)品從垂直于扎制方向的界面

10、選取。 對于鍛件，應(yīng)選取縱向截面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 對硫印試樣采用刨、車、銑和研磨等方式加工，建議表面粗糙度約為ra 1.61.8m。 試驗(yàn)材料和試劑： 相紙；3%體積硫酸+97%體積水；定影液（采用商用定影液或150200g/l na2s2o3水溶液）。,5.1、硫印實(shí)驗(yàn),步驟：,5.1、硫印實(shí)驗(yàn),注意事項(xiàng)： 為驗(yàn)證效果，需重復(fù)試驗(yàn)一次，第二次試驗(yàn)時(shí)相紙覆蓋時(shí)間延長一倍。 如對結(jié)果有懷疑，可將試樣同一被檢面進(jìn)行機(jī)加工至少去處0.5mm以上。,5.1、硫印實(shí)驗(yàn),5.1、硫印實(shí)驗(yàn),45鋼曲軸鍛造正火態(tài)硫印實(shí)驗(yàn) 0.8x,酸蝕實(shí)驗(yàn)是顯示鋼鐵材料低倍組織和各種缺陷，如：裂紋、夾雜、疏松、偏析以及氣孔等的實(shí)驗(yàn)

11、方法。 5.2.1試樣的選取：酸蝕試樣必須選取最易發(fā)生各種缺陷的部位。 檢驗(yàn)淬火裂紋、磨削裂紋、淬火軟點(diǎn)等缺陷應(yīng)選取材料的外表面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 檢驗(yàn)鋼材質(zhì)量時(shí)在鋼材兩端分別取樣； 鋼中白點(diǎn)、偏析、皮下氣泡、翻皮、疏松、殘余縮孔、軸向晶間裂紋和折疊裂紋等缺陷，在橫截面試樣上取樣； 鋼材中的鍛造流線、應(yīng)變線和條帶狀組織，在縱截面上取樣。 在作失效分析或缺陷分析時(shí)，除在缺陷出取樣外，還應(yīng)在有代表性的部位取樣作比較分析。,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),5.2.2 熱酸蝕試驗(yàn)：酸液加熱到一定溫度時(shí)，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)速度加快。 試驗(yàn)所需設(shè)備：酸蝕槽、加熱器、堿水槽、流水沖洗曹、電熱吹風(fēng)。 操作過程：在酸蝕槽中加熱酸液將加工

12、好清洗干凈的試樣放于酸蝕槽中熱蝕在一定溫度下侵蝕一定時(shí)間后將試樣取出大型試樣可先放入堿液槽中作中和處理，小試樣直接用流水沖洗干凈，用電吹風(fēng)吹干檢驗(yàn)。注意：試樣制備好后應(yīng)防止生銹。,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),腐蝕試劑和實(shí)驗(yàn)規(guī)范見表3-1,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),5.2.3 冷酸蝕試驗(yàn)：適用于不能切割的大型鍛件和外形不能破壞的大型及其零件。此方法可直接在現(xiàn)場進(jìn)行。 冷酸蝕實(shí)驗(yàn)分為冷酸浸蝕法和冷酸擦蝕法。,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),5.2.4 電解腐蝕試驗(yàn)：此試驗(yàn)是近年發(fā)展起來的試驗(yàn)方法，適用于鋼材廠的大批量大型試驗(yàn)。 電解腐蝕的原理：同原電池反應(yīng) 試驗(yàn)裝置：如圖所示,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),5.2.5低倍組織缺陷的評定和標(biāo)準(zhǔn)

13、貫徹 鋼的低倍組織缺陷評定范圍和評定規(guī)則按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 1979-2001結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖，該標(biāo)準(zhǔn)適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼鋼材（鍛、軋坯）橫截面試樣的缺陷評定。 評定原則：一般疏松評定原則，中心疏松評定原則，錠型偏析評定原則，斑點(diǎn)狀偏析評定原則，白亮帶評定原則，中心偏析評定原則，冒口偏析評定原則，皮下氣泡評定原則，殘余縮孔評定原則，翻皮評定原則，白點(diǎn)評定原則，軸心晶間裂縫評定原則，非金屬夾雜物（目視可見）及夾渣評定原則。,5.2、酸蝕實(shí)驗(yàn),斷口檢驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)鋼本身的冶煉缺陷和熱加工、熱處理等制造工藝中存在等問題，是宏觀檢驗(yàn)中常用的一種方法，是反映產(chǎn)品質(zhì)量極為重要的手段之

14、一。 5.3.1斷口檢驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：對于使用過程中破損的零件和在生產(chǎn)制造過程中由于某種原因而導(dǎo)致破損的斷口，以及做拉力、沖擊試驗(yàn)試樣破斷之后的斷口，無需任何加工試樣，就可直接進(jìn)行觀察和檢驗(yàn)。,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.2斷口試樣制備方法： 對于鋼材中的偏析、非金屬夾雜物以及白點(diǎn)等缺陷，應(yīng)盡可能選取縱向斷口； 對于鋼材直徑或邊長大于40mm的鋼材應(yīng)作縱向斷口， 對于鋼材直徑或邊長小于40mm的鋼材應(yīng)作橫向斷口。 縱橫斷口制備示意圖如圖所示：,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 1814-1979鋼材斷口檢驗(yàn)法，該標(biāo)準(zhǔn)適用于結(jié)構(gòu)鋼，滾珠鋼，工具鋼及彈簧

15、鋼的熱軋、鍛造，冷拉條鋼和鋼坯。 斷口分類如下：纖維狀斷口 結(jié)晶狀斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 層狀斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 白點(diǎn)斷口 縮孔殘余斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 氣泡斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 非金屬夾雜物（目視可見）及夾渣斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 黑脆斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識(shí)別 石狀斷口 萘狀斷口,5.3、斷口檢驗(yàn),塔形試驗(yàn)是將鋼材

16、制成不同直徑的階梯形試樣，用酸蝕或磁力探傷方法檢驗(yàn)鋼中發(fā)紋情況的方法。檢驗(yàn)方法按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t 1012-1988塔形發(fā)紋磁粉檢驗(yàn)法以及gb/t 15711-1995鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗(yàn)方法。 發(fā)紋是鋼內(nèi)夾雜物、氣孔、疏松和孔隙等在熱加工過程中沿加工方向伸展排列而成的線狀缺陷，主要分布在偏析區(qū)。,5.4塔形試驗(yàn),各種基本組織的鑒別方法,1、f與fe3c網(wǎng)的鑒別,顯微硬度法：用50g載荷下，hv600以上為fe3c；hv200以下為f。,化學(xué)侵蝕法：用堿性苦味酸鈉熱蝕，白色組織變?yōu)楹谏珵閒e3c；呈白色為f。,硬針刻劃法：劃痕粗者為f；反之為fe3c。,2、m和b下的鑒別,從形態(tài)上區(qū)別：針狀

17、m針葉較寬且長，兩個(gè)針葉相交時(shí)呈60角；下貝氏體針細(xì)且短，針的分布較任意，若兩針相交時(shí)多為55角。,用浸蝕法來區(qū)分：對試樣進(jìn)行淺浸蝕，下貝氏體由兩相組成易于浸蝕，呈黑色；而馬氏體不易浸蝕，顏色較淺。,在電鏡下區(qū)別：下貝氏體針表面分布有fe3c；而針狀馬氏體是孿晶，只看到中脊。,3、f和a的區(qū)別,未溶f有明顯的晶界，存在于馬氏體的相界邊緣上；而a在馬氏體針之間，其形態(tài)隨馬氏體針葉的分布形狀而改變。,70si3mn鋼過熱淬火組織 （500）,粗大羽毛狀b,殘余奧氏體,馬氏體,20cr鋼880淬水，180回火后的組織（500）,鐵素體,羽毛貝氏體,黑色托氏體,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?1掌握鋼鐵材料常見平衡組織、非平衡組織。 2了解鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù)。,實(shí)驗(yàn)二 鋼鐵材料常見組織及 鋼的宏觀檢驗(yàn)技術(shù),二、實(shí)