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金相檢驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)

更新時(shí)間:2022-11-08 點(diǎn)擊次數(shù):2266
01
金相基礎(chǔ)知識(shí)


金相分析含義

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。

金相檢驗(yàn)的基礎(chǔ)

首先要明確金屬和合金在固態(tài)下,通常都是晶體。

晶體就是原子在三維空間中有規(guī)則作周期重復(fù)排列的物質(zhì),就是說,在金屬和合金中,原子的排列都是有規(guī)則的,而不是雜亂無章的。

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)稱性;

6.對(duì)X射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)。

晶格的分類

體心立方晶格

體心立方晶格晶胞的3個(gè)棱邊長度相等,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)面的中心各有一個(gè)原子。

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


相圖中特性點(diǎn)符號(hào)及含義

特性點(diǎn)

溫度(℃)

含碳量(%

特性點(diǎn)的含義

A

1538

0

純鐵的熔點(diǎn)

B

1495

0.53

包晶轉(zhuǎn)變的液相成分

C

1148

4.30

共晶點(diǎn)

D

1227

6.69

滲碳體熔點(diǎn)

E

1148

2.11

碳在奧氏體中最大溶解度

F

1148

6.69

共晶滲碳體成分點(diǎn)

G

912

0

a-Fe← →r-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)

H

1495

0.09

碳在a-Fe中最大溶解度

J

1495

0.17

包晶成分點(diǎn)

K

727

6.69

共析滲碳體成分點(diǎn)

N

1394

0

r-Fe ← →σ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)

P

722

0.00218

碳在鐵素體中最大溶解度

S

727

0.77

共析點(diǎn)

Q

600

0.008

碳在鐵素體中溶解度


相圖主要特性線

序號(hào)

線名及含義

1

AC線,液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始線,即:L→A

2

CD線,液體向滲碳體轉(zhuǎn)變的開始線,即:L→Fe3CI

ACD線統(tǒng)稱為液相線,在此線以上合金全部處于液相狀態(tài),用符號(hào)L表示。

3

AE線,液體向奧氏體轉(zhuǎn)變的終止線。

4

ECF線,水平線、共晶線。

AECF線統(tǒng)稱為固相線,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)

5

ES線,又稱Acm線,是碳在奧氏體中溶解度曲線,即:L→Fe3CII

6

GS線,又稱A3線。

7

GP線,是奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的終止線。

8

PSK線,共析線,又稱A1線。

9

PQ線,碳在鐵素體中的溶解度曲線。

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+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。


鐵碳合金的基本相

基本相

定 義

力學(xué)性能

容碳量

鐵素體F

碳在a-Fe中的間隙固溶體

強(qiáng)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

FeC的金屬化合物

硬而脆

最大6.69%

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)變的開始溫度。

Ar1 冷卻時(shí),奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度。

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r"


鐵碳合金的七種類型

1.工業(yè)純鐵:wC)﹤0.0218%

2.共析鋼:wC=0.77%

3.亞共析鋼:wC=0.021%0.77%

4.過共析鋼:wC=0.77%2.11%

5.共晶白口鐵:wC=4.30%

6.亞共晶白口鐵:wC=2.11%4.30%

7.過共晶白口鐵:wC=4.30%6.69%


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0.005%,隨著溫度升高,溶解度略有增加,在727度時(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。


奧氏體:

碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體,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。


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,幾乎沒有塑性。

一般來說,在鐵碳合金中,滲碳體越多,合金就越硬,越脆。


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,稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?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。


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)橹楣怏w。

鐵碳合金在平衡狀態(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
02

金相顯微鏡


1. 金相顯微鏡的放大原理

金相顯微鏡.png

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。

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。

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。

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軸上,對(duì)不同波長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。

目鏡:是將物鏡放大的中間象再次放大。

放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)×目鏡放大倍數(shù)。

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)。


2. 金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)


金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng).png


3. 金相組織檢驗(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布于鐵素體機(jī)體上,在低倍顯微鏡下呈片層狀特征。


4. 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。


5. 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)放在陰暗潮濕的地方,也不應(yīng)受陽光暴曬;

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)常加潤滑油,以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

金相切割機(jī)

1. 使用方法

1)右手將手柄抬起,左手將支撐板脫開支撐點(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).png

2. 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)

1. 使用方法

1)接通電源開關(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)松開八角旋鈕及蓋板,頂出試樣,并在十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).png

2. 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滑,連續(xù)使用3~5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)墨機(jī)

金相預(yù)墨機(jī).png

1. 使用方法

1)調(diào)節(jié)水旋鈕,讓水不停地流入磨盤;

2)磨盤注入適量水后,放入砂紙;

3)接通開關(guān)磨盤旋轉(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。


2. 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)長期使用后應(yīng)及時(shí)更換軸承的潤滑油。


金相拋光機(jī)

金相拋光機(jī).png

1.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上,并在粘貼前先在盤上涂少量的機(jī)油,為保證使用安全,一般呢絨類織物采用粘貼法;

3)將罩緊壓在盤內(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。


2. 維護(hù)與保養(yǎng)

1)在使用時(shí)不允許對(duì)試樣加過大的壓力,以免電動(dòng)機(jī)過載而導(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)長期使用后,應(yīng)及時(shí)更換電動(dòng)機(jī)潤滑油。



03
金相試樣的制備

金相試樣的制備


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-1.png

金相試樣的制備-2.png

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、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(duì)于使用高溫切割的試樣,必須除去熱影響部分。


1.在金相試樣制備過程中,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。

金相試樣的制備-3.png

2.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。

金相試樣的制備-4.png

3.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,使磨面成為無劃痕的光滑鏡面。

金相試樣的制備-5.png

4.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。

金相試樣的制備-6.png

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

1

結(jié)晶苦味*4g+水100ml,加熱至沸騰。

2

飽和苦味*溶液+海鷗洗凈劑+新潔爾滅

3

飽和苦味*溶液+若干滴環(huán)氧乙烷

4

100ml飽和苦味*溶液+1g海鷗洗凈劑

5

10%飽和苦味*溶液+1ml鹽酸

6

三氯化鐵水溶液

顯示原奧氏體晶界的常用試劑

序號(hào)

侵蝕劑名稱

1

10g三氯化鐵+15ml鹽酸+50ml酒精

2

50g三氯化鐵+50ml酒精+100ml水

不銹鋼、耐熱鋼的常用試劑

1

5g三氯化鐵+50ml鹽酸+100ml水

2

4g苦味*+5ml鹽酸+100ml酒精

3

10ml鹽酸+10ml硝酸+100ml酒精


5.吹干


金相試樣的制備-7.png

試樣制備注意事項(xiàng)

1)呈90°角磨、拋試樣,目的:消除劃痕;

2)水砂紙要加水,試樣呈45°角進(jìn)行沖洗,目的:將試樣上的雜物沖掉;

3)金相砂紙不需要加水,每次磨、拋后需要用絨布將水擦拭干凈;

4)沖洗、侵蝕和擦拭試樣時(shí),要保持同一個(gè)方向,不要頻繁的轉(zhuǎn)換方向;

5)拋光用帆布、金剛石噴霧研磨劑和水,用力均勻。


常用鋼號(hào)分類
04

  1. 根據(jù)化學(xué)成分區(qū)分

化學(xué)成分區(qū)分.png

2. 根據(jù)品質(zhì)區(qū)分

品質(zhì)區(qū)分.png

文章來源:材易通






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