金相显微镜在金属材料、机械加工行业中的应用.ppt

金相显微镜在金属材料 、机械制造行业中的应用 吴波 概述 金相学的应用领域和重要性主要体现在下述几个方面 1 选材：材料的显微组织与性能之间存在一定的对应关系， 据此可选择合适的材料。 2 校核：原材料校核和工艺校核 3 抽检：产品制造流程对半成品进行金相检验，确保产品的 显微组织满足下道工序的加工要求。 4 工艺评定： 判断和鉴别产品工艺的合格。 5 在役评价： 为在役零件的安全性、可靠性及零件在役寿命 提供依据。 6 失效分析： 发现工艺性和材料性缺陷，从而为失效原因的 分析提供宏观和微观的分析依据。 7 研究手段： 为调整研究方向和工艺提供重要依据。 金相学作用 1 钢热处理工艺的研究：钢的热处理原理是以钢在加热和冷 却过程中的相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要 实验手段。 2 形状记忆合金的研制：形状记忆合金也是通过金相分析而 发现的。 3 产品的质量控制：产品生产过程中的每一个环节，从原材 料的验收，加工工艺的控制，直至半成品及成品质量的评 定等。 4 失效分析：机械装备和零件在使用过程中难以完全避免以 变形、断裂磨损及腐蚀等形式发生的失效，利用金相检验 找出原因，并加以预防。 5 事故分析：应用与火灾事故的分析与举证在火灾原因鉴定 领域，具有重复性好、可对比性好和直观性强。 应用领域 n黑色金属金相检验 n有色金属金相检验 n粉末冶金金相检验 n材料表面处理后组织鉴别及评定 黑色金属的金相检验 n结构钢金相检验 n工模具钢金相检验 n轴承钢金相检验 n弹簧钢金相检验 n不锈钢、耐热钢及高温合金金相检验 n铸钢、铸铁金相检验 n焊接件金相检验 结构钢金相检验 结构钢可分为碳素结构钢和合金结构钢两大 类，含碳量在0.12%0.74%，大多属于亚共 析钢。具有良好的塑性，通过热处理后可 得到具有一定强度和韧性，因此在机械制 造和工程建筑行业中获得了广泛应用。结 构钢的金相检验主要内容包括：鉴别各种 冷、热加工处理后的组织，鉴别和评定钢 中非金属夹杂物的类型、数量以及在生产 工艺过程中所出现的组织缺陷等。 工模具钢金相检验 1 碳素工具钢 2 合金工具钢 3 高速工具钢 碳素工具钢金相检验 含碳量0.7%1.3%，也称高碳钢，用于制作 各种刀具、模具，金相检验内容： 1 原材料金相检验如珠光体级别检验，网状 碳化物级别检验，脱碳层测定； 2 淬火态金相检验如马氏体、托式体级别检 验。 合金工具钢金相检验 为了弥补碳素工具钢性能上的不足，在其化 学成分的基础上，加入cr、w、mo、v、si 、mn等合金元素，成为合金工具钢。 金相检验：珠光体级别，网状碳化物级别， 脱碳层测定，碳化物带状偏析，共晶碳化 物不均匀分布，二次碳化物网，淬火及回 火组织，淬火裂纹 高速工具钢金相检验 n高速钢依其合金元素含量的不同分为钨系 、钨钼系、钴系及铝高速钢。 n金相检验：碳化物不均匀度及脱碳层深度 检查，淬火态检验 轴承钢金相检验 用于制造在不同环境中工作的各类滚动轴承 套圈和滚动体的钢称为轴承钢，分为： 铬轴承钢 渗碳轴承钢 特殊用途轴承钢 铬轴承钢金相检验 铬轴承钢材的金相组织检验项目主要有非金 属夹杂物的评级、碳化物网状和液析及球 化退火组织、淬回火组织、断口和贝氏体 组织评级 渗碳轴承钢 渗碳轴承钢实际上是优质和高级渗碳结构钢 。该类钢制造的轴承零件，经渗碳和热处 理后，表面硬度高，耐磨性好，且心部具 有良好韧性。 金相检验：渗碳轴承钢材和滚动轴承零件半 成品和成品的金相组织检验。钢中非金属 夹杂物和碳化物带状评级 特殊用途轴承钢金相检验 化学工业、食品工业等腐蚀环境和低温工作 下的轴承零件，高温工作下的轴承零件以 及重载条件下承受一定冲击载荷的大尺寸 轴承所用钢均为特殊用途轴承钢。 金相检验：碳化物不均匀度，显微组织 弹簧钢金相检验 弹簧钢采用较高含碳量的碳素钢，同时弹簧对淬透性要求 比一般零件更严格，对截面较大的弹簧，必须采用合金弹 簧钢。 金相检验： 1 弹簧钢原材料的非金属夹杂物金相检验 2 弹簧钢的游离石墨化金相检验 3 弹簧钢表面脱碳层金相检验 4 si-mn系弹簧钢组织金相检验 5 65si2mnwa弹簧钢金相检验 6 cr-v弹簧钢组织检验 7 特殊弹簧钢丝的组织检验 不锈钢、耐热钢及高温合金金相检验 不锈钢 耐热钢 高温合金钢 不锈钢金相检验 不锈钢通常是指在大气、水、酸和盐等溶液 ，或其他腐蚀介质中具有高度化学稳定性 的合金钢的总称。 金相检验：低倍组织、非金属夹杂物、晶粒 度、铁素体含量、耐腐蚀性能等要求。 耐热钢金相检验 耐热钢是指在高温下工作的钢材。耐热钢广 泛应用于动力机械、石油、化工、航空工 业等领域。耐热钢是指通过向钢中加入合 金元素来提高其热强性和抗氧化性能，以 满足好使用要求。一般耐热钢的使用稳定 范围为400650。 金相检验：低倍组织、非金属夹杂物、晶粒 度、显微组织、脱碳层、自由铁素体、耐 腐蚀性能等要求。 高温合金钢金相检验 高温合金是以镍、铁、钴为基，使用温度超 过600的合金，高温合金具有较高的高温 温度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良 好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性 能，高温合金为单一奥氏体基体组织，在 各种温度下具有良好的组织稳定性、化学 稳定性和使用可靠性。 金相检验：晶粒度、断口分层、疏松、晶界 状态、夹杂物的大小和分布等。 铸钢、铸铁金相检验 n铸钢 n铸铁 铸钢金相检验 铸钢通过铸造成形，在电站、矿山、建筑、 铁路、工程机械和农机等行业中普遍得到 应用。 金相检验：粗大的树枝晶和一次组织、奥氏 体组织及室温铸态组织，化学成分的严重 偏析（特别对于高合金钢铸件），体积收 缩、冶炼和浇注时产生的气孔和非金属夹 杂物等。 铸铁金相检验 铸铁是一种含碳量的质量分数大于2.11%的铁碳合 金。铸铁中的碳以固溶、化合和游离三种状态存 在。在铸铁的凝固、结晶和随后的热处理过程中 ，碳的存在状态还会发生变化，影响铸铁的组织 和性能，除碳、硅外，还含有锰、硫、磷等其他 元素以及铬、钼、铜、镍、钨、钛、钒等。 金相检验：对石墨状态、大小和分布的分析； 对基体总各种组织组成物形态、分布和数量及 其相互配置的分析；对铸造、热处理及其他工 艺因素所引起的缺陷的判别和分析；对铸铁断 口的宏观和微观分析；对铸铁的成分、组织、 性能和生产工艺的综合分析 焊接件金相检验 焊接工艺包括熔化焊，压力焊和钎焊三个主 要类别，其中熔化焊应用最为广泛，最具 代表性。焊接工艺部分类似于炼钢和铸造 ，又有部分与钢的热处理相似，但由于焊 接过程是一个时间短、变化复杂而完整的 物理冶金过程，本身具有不同的特点 。 金相检验：焊缝金属的一次、二次组织；焊 接热影响区，母材等显微组织。 有色金属金相检验 n铝及铝合金金相检验 n铜及铜合金金相检验 n镁及镁合金金相检验 n钛及钛合金金相检验 铝及铝合金金相检验 由于铝具有储量大，开采冶炼多，密度小，高的 导电性、导热性、抗蚀性能，其铸造性、切削性 、加工硬化等手段可以显著提高铝合金的强韧性 ，并使它们具有较高的比强度，因而它们的应用 极为广泛。 金相检验：检验铝合金在加工过程中形成的不良 组织，铸造及形变铝合金热处理过程中产生的过 热过烧组织等。通过金相检验来判断铝合金制品 的质量，探讨各种缺陷的形成原因，从而改进工 艺，提高制品的质量。 铜及铜合金金相检验 铜及铜合金具有优良的导电、导热性能，足 够的强度、弹性和耐磨性，良好的耐腐蚀 性能，在电气、石油化工、船舶、建筑、 机械等行业中广泛应用。 金相检验：通过金相显微镜检查裂纹的大小 ，来判断氧铜中氧含量；晶粒度评定等。 镁及镁合金金相检验 镁及镁合金是现代工业用合金中密度最小的 金属材料，具有优异的比强度、比模量， 特别适用于航空航天工业中要求重量轻、 刚性高的整体结构和受冲击的零部件，也 是制作仪器的壳体、基座等。 金相检验：镁合金加工制品的显微组织及晶 粒度评定；镁合金加工制品（包括型材、 棒材、板材、带材、锻件和模锻件）的低 倍组织、断口及晶粒度检测。 钛及钛合金金相检验 钛及其合金产品是重要的新型结构材料、防 腐材料，在航空、航天、舰船、军工、冶 金、化工、机械、电力、海水淡化、交通 运输、轻工、环境保护、医疗器械等领域 ，有着广泛的应用。 金相检验：两相钛合金高低倍组织的检验， 不适用于成品零件。钛及钛合金金相组织 分析鉴别 粉末冶金金相检验 n铁基、铜基制品金相检验 n钢结硬质合金金相检验 n硬质合金金相检验 铁基、铜基制品金相检验 金相检验：抛光态下的孔隙，石墨分布状态 ，非金属夹杂物；组织：铁素体、珠光体 、渗碳体。 钢结硬质合金金相检验 钢结合金是以钢基作为碳化钨、碳化钛等高 硬度、高熔点碳化钨的粘结剂，并按一定 的比例混合，采用粉末冶金法烧结出来的 新型工具材料。 金相检验：烧结、锻造、退火、淬火、回火 组织，都需高倍镜检。 硬质合金金相检验 金相检验：抛光态下的孔隙度，石墨（非化 合碳）；显微组织如相（1500倍），碳 化钨相，钴相，欠烧和过烧组织。 材料表面处理后组织鉴别及评定 工作工程中承受复杂的交变载荷，同时还承受冲 击和磨损的零件一般要求表层具有高的硬度、耐 磨性和疲劳强度，而心部要保持足够的韧性，部 分特殊环境下的工件表面要求具有抗高温氧化、 耐磨蚀和抗磨损性能。上述要求一般通过材料表 面处理来实现。 工艺方法：渗碳、渗氮碳氮共渗、渗硼、渗铝、 渗铬