金相中级讲义(物理检测中级工技能鉴定培训)

1 物理检测中级工技能鉴定培训讲义物理检测中级工技能鉴定培训讲义 金相检验部分 金相检验部分 第一部分第一部分 铁碳平衡相图铁碳平衡相图 铁是元素周期表上的第 26 个元素 相对原子质量为 2 55 85 属于过渡族元素 在一个大气压下 它于 1538 C 熔化 2738 C 气化 在 20 C 时的密度为 7 87g c 铁碳合金图是前人经过大量的实验总结出来的 并已被实 践证明了的 到目前为止还没有发现问题的状态图 不过 由于 实验条件不同 各特性点的具体数据在不同资料上略有不同 铁碳合金相图是研究钢铁合金的成分 组织和性能之间关系 的理论基础也是制定各种热加工工艺的依据 铁与碳可以形成 一系列的稳定化合 因此整个铁碳相图可以看成是有多个二元 相图所构成的 一 状态图中的特性点 Fe Fe3C 相图中各点的温度 浓度及其含义如表 1 所示 Fe Fe3C 相图中各特性点的符号及意义 表 1 3 二 状态图中的特性线 表 2 Fe C 合金相图中的特性线 表 2 特性点 温度 C 含碳量 特性点的含义 A15380 纯铁的熔点 B14950 53 包晶转变的液相成分 C11484 30 共晶点 D12276 69 渗碳体熔点 E11482 11 碳在奥氏体中最大溶解度 F11486 69 共晶渗碳体成分点 G9120 Fe Fe 同素异构转变 点 A3 H14950 09 碳在 Fe 中的最大溶解度 J14950 17 包晶成分点 K7276 69 共析渗碳体成分点 N13940 Fe Fe 同素异够转变 点 A4 P7270 0218 碳在铁素体中最大溶解度 S7270 77 共析点 Q6000 008 碳在铁素体中溶解度 4 特性线 特性线的含义 ABCD铁碳合金的液相线 AHJECF铁碳合金的固相线 NH 固溶体向奥氏体转变开始温度线 即碳在 固溶 体中的溶解度线 JN 固溶体向奥氏体转变终了温度线 A4 GS奥氏体向铁素体转变开始温度线 A3 GP奥氏体向铁素体转变终了温度线 PQ碳在铁素体中的溶解度线 又叫固溶线 ES碳在奥氏体中的溶解度线 Acm HJBLB CH AJ包晶转变线 ECFLC AE Fe3C 共晶转变线 PSKAS FP Fe3 共析转变线 A1 MO铁素体的磁性转变线 A2 230 C 水平虚 线 渗碳体的磁性转变线 A 三 状态图中的相区 在 Fe Fe3C 相图中共有五个单相区 七个两相区和三个 三相区 5 五个单相区是 ABCD 以上 液相区 L AHNA 固溶体区 NJESGN 奥氏体区 或 A GPQG 铁素体区 或 F DFKL 渗碳体区 Fe3C 或 Cm 两相区是 L L L Fe3C Fe3C 和 Fe3C 三个三相区是 HJB 线 ECF 线和 PSK 线 1 工业纯铁 含 C 0 0218 其显微组织为铁素体 Fe3C 2 钢 含 C 在 0 0218 2 11 其特点是高温组织为单相奥 氏体 具有良好的塑性 因而适于锻造 根据室温组织的不同 钢又可分为三类 亚共析钢 0 0218 C 0 77 其组织是铁素体 珠光体 共析钢 C 0 77 其组织为珠光体 过共析钢 0 77 C 2 11 其组织为珠光体 渗碳体 3 铁在 1538 C 结晶为 Fe X 射线结构分析表明 它具有体 心立方晶格 当温度继续冷却至 1394 C 时 Fe 转变为面心 立方晶格的 Fe 通常把 Fe Fe 的转变称为 A4 转变 转变的平衡临界点称为 A4 点 当温度继续降至 912 C 时 面 心立方晶格的 Fe 又转变为体心立方晶格的 Fe 把 Fe Fe 的转变称为 A3转变 转变的平衡临界点称为 A3 点 6 4 三条重要的特性曲线 GS 线 又称为 A3线 它是在冷却过程中 由奥氏体析出铁 素体的开始线 或者说在加热过程中 铁素体溶入奥氏体的 终了线 ES 线 是碳在奥氏体中的溶解度曲线 当温度低于此曲 线时 就要从奥氏体中析出次生渗碳体 通常称之为二次渗碳 体 因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线 也叫 Acm 线 PQ 线 是碳在铁素体中的溶解度曲线 铁素体中的最大 溶碳量于 727 C 时达到最大值 0 0218 随着温度的降低 铁 素体中的溶碳量逐渐减少 在 300 C 以下 溶碳量小于 0 001 因 此 当铁素体从 727 C 冷却下来时 要从铁素体中析出渗碳体 称之为三次渗碳体 记为 Fe3C 四 名词 1 铁素体 是碳在 Fe 中形成的固溶体 常用 或 F 表示 铁素体在 770 C 以上具有顺磁性 在 770 C 以下时呈铁磁性 通常把 这种磁性转变称为 A2转变 把磁性转变温度称为铁的居里 点 碳溶于 Fe 中形成的固溶体叫 铁素体 在 1495 C 时其最大溶碳量为 0 09 2 顺磁性 就是在顺磁物质中 分子具有固有磁矩 无外磁场 时 由于热运动 各分子磁矩的取向无规 宏观上不显示磁性 在 外磁场作用下各分子磁矩在一定程度上沿外场排列起来 宏 7 观上呈现磁性 这种性质称为顺磁性 3 铁磁性 就是磁性很强的物质 在未磁化时 宏观上不显示出 磁性 但在外加磁场后将会显示很强的宏观磁性 4 奥氏体 是碳溶于 Fe 中所形成的固溶体 用 或 A 表示 奥氏体只有顺磁性 而不呈现铁磁性 碳在 Fe 中是有限溶解 其最大溶解度为 2 11 1148 C 5 渗碳体 是铁与碳的稳定化合物 Fe3C 用 C 表示 其含 碳量为 6 69 由于碳在 Fe 中的溶解度很小 所以在常温下 碳在铁 碳合金中主要是以渗碳体的形式存在 渗碳体于低温下具有一 定的铁磁性 但是在 230 C 以上 铁磁性就消失了 所以 230 C 是渗碳体的磁性转变温度 称为 A0转变 渗碳体的熔点为 1227 C 它不能单独存在 总是与铁素体混合在一起 在钢中它 主要是强化相 它的形态 大小及分布对钢的性能有很大的影 响 另外 渗碳体在一定的条件下 可以分解形成石墨状的自由 碳 即 Fe3C 3Fe C 石墨 6 珠光体 是由铁素体和渗碳体所组成的机械混合物 常用 P 表示 珠光体存在于 727 C 以下至室温 五 铁碳合金相图的应用 一 在选材方面的应用 若需要塑性 韧性高的材料 应选用低碳钢 含碳为 8 0 10 0 25 需要强度 塑性及韧性都较好的材料 应选用 中碳钢 含碳为 0 25 0 60 当要求硬度高 耐磨性好的 材料时应选用高碳钢 含碳为 0 60 1 3 一般低碳钢和中 碳钢主要用来制造机器零件或建筑结构 高碳钢主要用来制造 各种工具 二 在制定热加工工艺方面的应用 铁碳相图总结了不同成分的合金在缓慢加热和冷却时组 织转变的规律 即组织随温度变化的规律 这就为制定热加工 及热处理工艺提供了依据 钢处于奥氏体状态时 强度较低 塑性较好 便于塑性变 形 因此钢材在进行锻造 热轧时都要把坯料加热到奥氏体状 态 各种热处理工艺与状态图也有密切的关系 退火 正火 淬火温度的选择都得参考铁碳相图 六 应用铁碳相图应注意的几个问题 1 铁碳相图不能说明快速加热或冷却时铁碳合金组织的变化 规律 2 可参考铁碳相图来分析快速加热或冷却的问题 但还应借助 于其他理论知识 3 相图告诉我们铁碳合金可能进行的相变 但不能看出相变过 程所经过的时间 相图反映的是平衡的概念 而不是组织的概 念 9 4 铁碳相图是由极纯的铁和碳配制的合金测定的 而实际的 钢铁材料中还含有或有意加入许多其他元素 其中有些元素对 临界点和相的成分都有很大的影响 此时必须借助于三元或多 元相图来分析和研究 练习一 1 以铁碳两组元组成的合金称为钢和生铁 2 铁素体是碳溶于 铁中的固溶体 3 液相线 L 平衡状态时在此温度线所有铁碳合金处于熔化 状态 4 铁碳平衡相图中的铁素体开始具有磁性的温度是 A 230 B 727 C 770 5 铁碳平衡相图中 渗碳体在奥氏体中的溶解度线是 线 A Acm B A3 C A2 6 铁碳平衡相图中的共析线是 线 A ECF B HJB C PSK 7 含碳量高于 2 11 的铁碳合金自液体冷却时首先发生 反 应 A 共析 B 包晶 C 共晶 8 纯铁在冷却过程中从高温到低温由于晶格转变而相应被称 为次序为 10 A Fe Fe Fe B Fe Fe Fe C Fe Fe Fe 9 Fe Fe3C 平衡相图中的 A1线是 A 铁碳合金在缓慢冷却时奥氏体转变为铁素体的开 始线 B 碳在奥氏体中的溶解度曲线 C 共析转变线 10 含碳量等于 0 77 的铁碳合金是 A 亚共析钢 B 共析钢 C 铸铁 11 奥氏体是碳溶于 的间隙式固溶体 其结构为面心立 方 12 铁碳平衡相图是一种坐标图形 13 铁碳平衡相图中的成分通常用质量分数表示 14 铁和碳除了形成碳化铁外还形成 固溶体 15 碳钢的一般室温平衡组织的相组成是 A 铁素体和珠光体 B 铁素体和渗碳体 C 贝氏体 16 铁碳平衡相图中的共析转变线的温度是 A 230 B 727 C 770 17 铁碳平衡相图中的渗碳体磁性转变线的温度是 A 230 B 727 C 770 11 18 铁碳平衡相图中的共晶线是 线 A ECF B HJB C PSK 19 奥氏体是 物质 A 顺磁性的 B 抗磁性 C 铁磁性的 20 含碳量大于 2 11 的 铁碳合金叫 21 是碳溶于 Fe 中的间隙固溶体 最大含碳量是 0 0218 第二部分第二部分 晶体结构晶体结构 一 金属键 1 金属键 金属原子依靠运动于其间的公有化的自由电子 的静电作用而结合起来 这种结合方式叫金属键 2 在固态金属及合金中 众多的原子依靠金属键牢固的结 合在一起 二 晶体结构 1 晶体 凡是原子 或离子 分子 在三维空间按一定规律呈 周期性排列的固体均是晶体 液态金属的原子排列无周期 规则性 不为晶体 2 晶体结构 是指晶体中原子 或离子 分子 原子集团 的 具体排列情况 也就是晶体中这些质点 原子或离子 分子 12 原子集团 在三维空间有规律的周期性的重复排列方式 3 三种典型的金属晶体结构 a 体心立方晶格 晶胞的三个棱边长度相等 三个轴间夹角 均为 90 构成立方体 除了在晶胞的八个角上各有一个 原子外 在立方体的中心还有一个原子 b 面心立方晶格 在晶胞的八个角上各有一个原子 构成立 方体 在立方体 6 个面的中心各有一个原子 c 密排六方晶格 在晶胞的 12 个角上各有一个原子 构成 六方柱体 上底面和下底面的中心各有一个原子 晶胞内 还有 3 个原子 三 固溶体 1 固溶体 合金的组元以不同的比例相互混合 混合后形成的 固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同 这种相就 称为固溶体 2 置换固溶体 是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置 所形成固溶体 3 间隙固溶体 是指溶质原子不是占拒溶剂晶格的正常结点 位置 而是填入溶剂原子间的一些间隙中 4 金属化合物 是合金组元间发生相互作用而形成的一种新 相 又称为中间相 其晶格类型和性能均不同于任一组元 一般可以用分子式大致表示其组成 除了固溶体外 合金中另一类相是金属化合物 13 四 金属的结晶 1 金属的结晶 金属由液态转变为固态的过程称为凝固 由 于凝固后的固态金属通常是晶体 所以又将这一转变过 程称之为结晶 2 杠杆定律的应用 在合金的结晶过程中 合金中各个相的成分以及它们的 相对含量都在发生着变化 为了了解相的成分及其相对含 量 就需要应用杠杆定律 对于二元合金 两相共存时 两个平衡相的成分固定不 变 五 同素异构转变 当外部条件 如温度和压强 改变时 金 属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶 型转变或同素异构转变 六 晶体的各向异性 各向异性是晶体的一个重要特性 是 区别于非晶体的一个重要标志 晶体具有各向异性的原因 是由于在不同的晶向上的原子 紧密程度不同所致 原子的紧密程度不同 意味着原子之间 的距离不同 从而导致原子之间的结合力不同 使晶体在不 同晶向上的物理 化学和机械性能不同 练习二 1 下列哪个说法是错误的 A 当一杯水中有冰块时 说明该系统有两个组元 14 B 当一杯水中有冰块时 说明该系统有两个相存在 C 碳在固态下的两个晶体结构石墨碳 金刚石碳是两个完 全不同的相 2 铁是体心立方晶格 而 铁是面心立方晶格 3 铁素体是碳溶于 铁中的固溶体 4 已知某钢材由铁素体和珠光体两种组织组成 其中测得铁 素体含量是 45 则珠光体含量是 A 45 B 55 C 50 5 珠光体的符号是 P 其相组成为 和铁素体 6 单晶体的塑性变形 实质是 A 晶格发生歪曲或拉长的过程 B 一部分晶体沿着若干 晶面相对另一部分晶体产生滑动的过程 C 晶体内部 原子发生迁移的过程 7 固溶体具有 的晶体结构 A 溶质组元 B 溶剂组元 C 与组成它的每个组元完 全不同 8 机械混合物的性能 A 是各组成分的性能的总和 B 取决于组成它的各相的性能以及各相的形状 数量 大 小和分布状况等 C 和各组成相的性能无关 15 9 金属晶体中原子间的结合键是 A 离子键 B 共价键 C 金属键 10 带状组织使钢的机械性能呈现 并 钢的冲 击韧性和断面收缩率 11 液态金属的结构与气态时相近 第三部分第三部分 元素的影响元素的影响 一 钢中的杂质元素及其影响 1 锰和硅的影响 锰和硅是炼钢过程中必须加入的脱氧剂 用以去除溶于钢 液中的氧 它还可以把钢液中的 F eO 还原成铁 并生成 MnO 和 SiO2 脱氧剂中的锰和硅总会有一部分溶于钢液中 冷至室 温后即溶于铁素体中 提高铁素体的强度 锰对钢的机械性能 有良好的影响 它能提高钢的强度和硬度 当含锰量低于 0 8 时 可以稍微提高或不降低钢的塑性和韧性 碳钢中的含硅量一般小于 0 5 它也是钢中的有益元素 硅溶于铁素体后有很强的固溶强化作用 显著的提高了钢的强 度和硬度 但含量较高时 将使钢的塑性和韧性下降 2 硫的影响 硫是钢中的有害元素 硫只能溶于钢液中 在固态 中几乎不能溶解 而是以 FeS 夹杂的形式存在于固态钢中 硫 的最大危害是引起钢在热加工时开裂 这种现象称为热脆 防 16 止热脆的方法是往钢中加入适量的锰 形成 MnS 可以避免产 生热脆 硫能提高钢的切削加工性能 在易切削钢中 含硫量通常 为 0 08 0 2 同时含锰量为 0 50 1 20 3 磷的影响 一般来说 磷是有害的杂质元素 无论是高温还是 低温 磷在铁中具有较大的溶解度 所以钢中的磷都固溶于铁 中 磷具有很强的固溶强化作用 它使钢的强度 硬度显著提 高 但剧烈地降低钢的韧性 尤其是低温韧性 称为冷脆 磷的 有害影响主要就在于此 4 氮的影响 一般认为 钢中的氮是有害元素 但是氮作为钢中 合金元素的应用 已日益受到重视 5 氢的影响 氢对钢的危害是很大的 一是引起氢脆 二是导致 钢材内部产生大量细微裂纹缺陷 白点 在钢材纵断面上呈 光滑的银白色的斑点 在酸洗后的横断面上则成较多的发丝壮 裂纹 存在白点时钢材的延伸率显著下降 尤其是断面收缩率 和冲击韧性降低的更多 有时可接近于零值 因此具有白点的 钢是不能用的 6 氧及其它非金属夹杂物的影响 氧在钢中的溶解度非常小 几乎全部以氧化物夹杂的形式 存在于钢中 如 FeO AL2O3 SiO2 MnO CaO MgO 等 除此之 外 钢中往往存在 FeS MnS 硅酸盐 氮化物及磷化物等 这 些非金属夹杂物破坏了钢的基体的连续性 在静载荷和动载荷 17 的作用下 往往成为裂纹的起点 它们的性质 大小 数量及 分布状态不同程度地影响着钢的各种性能 尤其是对钢的塑性 韧性 疲劳强度和抗腐蚀性能等危害很大 因此 对非金属夹 杂物应严加控制 练习三 1 硫在钢中以硫化锰和硫化铁形式存在 2 低倍检验时的白点是由于钢中含氢量高 经加热后在冷却和 存放过程中 由于组织应力而产生裂缝 3 当一种金属内加入一种或多种其他元素时 其熔点就要提高 加 入元素愈多 熔点也就愈高 4 钢中常存在的杂质元素 其中 是有益元素 A Si 和 MnB PC S 5 20MnSi 钢号中 20 表示材料中 的含量 A 碳元素 B 硅元素 C 锰元素 6 按质量对钢可以分为三类 标准是按照 的含量 分别分为是普通钢 优质钢 高级优质钢 7 除元素 外 所有溶入奥氏体的合金元素都在不同程度 上使 C 曲线位置右移 A Cr B V C Co 第四部分第四部分 热处理热处理 18 一 热处理的作用 1 热处理 是将钢在固态下加热到预定的温度 保温一定的时 间 然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺 钢中组织转变的规律是热处理的理论基础 称为热处理原 理 热处理原理包括钢的加热转变 珠光体转变 马氏体转变 贝氏体转变和回火转变 在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏 体 钢在加热和冷却时临界温度的意义如下 Ac1 加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度 Ar1 冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度 Ac3 加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度 Ar3 冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体的温度 Accm 加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度 Arcm 冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度 通常把加热时的临界温度加注下标 C 而把冷却时的临界 温度加注下标 r 2 珠光体转变 是过冷奥氏体在临界温度 A1以下比较高 的温度范围内进行的转变 珠光体转变是单相奥氏体分解为铁 素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程 因此珠光体 转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组 由于相变在较高 温度下发生 铁 碳原子都能进行扩散 所以珠光体转变是典 19 型的扩散型相变 无论珠光体 索氏体 还是屈氏体都属于珠光体类型的组 织 它们的本质是相同的 都是铁素体和渗碳体组成的片层相 间的机械混合物 它们之间的差别只是片层间距的大小不同而 已 珠光体的片层间距 450 150 nm 形成于 A1 650 温度 范围内 索氏体的片层间距 150 80nm 形成于 650 600 温度 范围内 屈氏体的片层间距 80 30nm 形成于 600 550 温度范 围内 3 马氏体转变 是指钢从奥氏体化状态快速冷却 抑制其扩 散性分解 在较低温度下 低于 Ms 点 发生的转变 马氏体转变 属于低温转变 钢中马氏体是碳在 Fe 中的过饱和固溶体 具有很高的强度和硬度 由于马氏 体转变发生在较低温度下 此时 铁原子和碳原子都不能进行 扩散 马氏体转变过程中的 Fe 的晶格改组是通过切变方式完 成的 因此 马氏体转变是典型的非扩散型相变 二 热处理工艺 一 退火和正火 将金属及其合金加热 保温和冷却 使其组 织结构达到 或接近平衡状态的热处理工艺称为退火或回火 20 A 低温退火 去应力退火 是指钢材及各类合金为消除内应 力而施行的退火 加热温度 Tr Tr 150 250 C 扩散退火 是指为了改善和消除在冶金过程中形成的成分不 均匀性而实行的退火 1 通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体 主要是氢 脱溶析出 这时称为脱氢退火 2 均匀化退火的任务在于消除枝晶成分偏析 改善某些可 以溶入固溶体夹杂物 如硫化物 的状态 从而使钢的组织 与性能趋与均一 扩散退火的加热温度 Ac3 Acm 在固相线以下高温加热 同时也要考虑不使奥氏体晶粒过于长大 碳钢 1100 1200 D 完全退火 是指将充分奥氏体化的钢缓慢冷却而完成重结晶 过程的退火 加热温度 Ac3 30 50 E 等温退火 是指将奥氏体用较快的速度冷却到临界点以下较 高温度范围进行珠光体等温转变的退火 加热温度 Ac3 Ac1 二 正火 是指将碳合金加热到临界点 Ac3以上适当温度并 21 保持一定时间 然后在空气中冷却的工艺方法 过共析钢正火后可消除网状碳化物 而低碳钢正火后将显著 改善钢的切削加工性 所有的钢铁材料通过正火均可使锻件过 热晶粒细化和消除内应力 正火比退火的冷却速度快 正火后的组织比退火后的组织细 三 淬火与回火 1 淬火 是指将钢通过加热 保温和大于临界淬火速度 Vc 的冷却 是过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺 方法 2 钢的淬透性 就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力 它是 钢材本身固有的一个属性 3 当淬火应力在工件内超过材料的强度极限时 在应力集中 处将导致开裂 4 回火 本质上是淬火马氏体分解以及碳化物析出 聚集长 大的过程 它与淬火不同点是由非平衡态向平衡态 稳定态 的 转变 四 化学热处理 是将工件放在一定的活性介质中加热 使非 金属或金属元素扩散到工件表层中 改变表面化学成分的热 处理工艺 如 渗入碳 氮 硼 钒 铌 铬 硅等元素 练习四 1 在热处理中常用的临界点符号中下标 r 表示加热 c 表示冷 却 22 2 冷却速度愈大 则过冷度就愈小 3 钢的淬透性和淬硬性是表述不同的相同概念 4 珠光体是铁素体和马氏体的机械混合物 5 下列组织的片层间距按大小排列正确的是 a A 珠光体 屈氏体 索氏体 b B 珠光体 索氏体 屈氏体 c C 索氏体 珠光体 屈氏体 6 在下列退火工艺中 加热温度最高的是 A 扩散退火 B 不完全退火 C 等温退火 7 碳在 Fe 中的过饱和固溶体叫 A 马氏体 B 铁素体 C 贝氏体 D 珠光体 8 正火后可得到 组织 A 粗片状珠光体 B 细片状珠光体 C 片状 球状 珠光体 9 渗碳属于一种 方法 A 热处理 B 化学热处理 C 冷处理 10 马氏体转变时 晶体结构的改组是依靠 进行的 A 滑动方式 B 切变方式 C 扩散方式 11 机械混合物的性能是 A 是各组成分性能的总和 B 取决于组成它的各相的性能以及各相的形状 数量 大小和分布状况等 23 C 和各组成相的性能无关 12 将钢加热到临界点以上 保温一段时间后使其缓慢冷却以 获得接近平衡状态的组织 这种工艺称为 A 回火 B 正火 C 退火 13 合金组织大多数都属于 A 金属化合物 B 间隙固溶体 C 机械混合物 14 完全退火的加热温度一般规定为 A A1 30 50 B Acm 30 50 C A3 30 50 15 钢的淬透性取决于 A 淬火冷却速度 B 钢的临界冷却速度 C 工 件的形状 16 钢的淬硬度取决于 A 钢的含碳量 B 淬火冷却介质的冷却能力 C 钢的纯净度 17 亚共析钢的一般轧制组织为 和铁素体 18 等温转变图和连续转变图适用于 A 一定成份的钢 B 成分在一定范围的钢 C 所有成分的钢 19 退火后硬度偏高的原因 多数情况是由于 造成的 A 保温时间过长 B 加热温度过高 C 冷却 24 过快 20 为了使 GCr15 晶粒细化 消除网状碳化物 改善锻造后的粗 大组织 所采用的方法是 A 普通退火 B 正火 C 球化退火 21 因加热温度过高引起的淬火裂纹是 A 沿晶 B 穿晶 C 混晶 22 锻造能显著改善钢的铸态组织结构 所以钢的锻件质量比 铸件好得多 23 与退火工艺明显的不同点是正火冷却速度稍慢 24 冷却时 合金的实际相变温度总是 A 等于理论相变温度 B 低于理论相变温度 C 高于理论相变温度 第五部分第五部分 宏观检验宏观检验 一 宏观检验 主要可分为低倍组织及缺陷酸蚀检验 断口 检验 硫印检验等 二 酸蚀试验 在宏观检验领域中 酸蚀检验是最常用的检验金属材料缺 陷 评定钢铁产品质量的方法 如果一批钢材在酸蚀中显示出 不允许存在的缺陷或超过允许程度的缺陷时 其它检验可不必 进行 1 酸蚀试验 是用酸蚀方法来显示金属或合金的不均匀性 25 1 热酸浸蚀实验方法 2 冷酸浸蚀实验方法 3 电解腐蚀实验方法 2 酸蚀试验所检验的常见组织和缺陷 A 偏析 是钢中化学成分不均匀现象的总称 在酸蚀面上 偏析若是易蚀物质和气体夹杂物析集的结果 将 呈现出颜色深暗 形状不规则而略凹陷 底部平坦的斑点 若 是抗蚀性较强元素析集的结果 则呈颜色浅淡 形状不规则 比较光滑微凸的斑点 根据偏析的位置和形状可分为中心偏析 锭型偏析 或称 方框偏析 点状偏析 白斑和树枝状组织 中心偏析 出现在试面中心部位 形状不规则的深暗色斑 点 锭型偏析 具有原钢锭横截面形状的 集中在一条宽窄不 同的闭合带上的深暗色斑点 B 疏松 这种缺陷是钢凝固过程中 由于晶间部分低熔点 物最后凝固收缩和放出气体而产生的孔隙 在横向酸蚀面上 这种孔隙一般呈不规则多边形 底部尖狭的凹坑 这种凹坑多 出现在偏析斑点之内 根据疏松分布的情况 可分为中心疏松 和一般疏松 C 夹杂 宏观夹杂可分为外来金属 外来非金属和翻皮 三大类 26 D 缩孔 由于最后凝固的钢液凝固收缩后 得不到填充而 遗留下来的宏观孔穴 E 气泡 由于钢锭浇注凝固过程中所产生和放出气体所造 成的 一般可分为皮下气泡和内部气泡两类 a 皮下气泡 由于浇注时 钢锭模涂料中的水分和钢 液发生作用而产生的气体 b 内部气泡 又可分为蜂窝气泡和针孔气泡 蜂窝气泡 是由于钢液去气不良所导致 一般为不允许存在的 缺陷 存在钢坯内部 在试面上较易浸蚀 象排列有 规律的点状偏析 但颜色更深暗些 针孔是因为较深 的皮下气泡在锻轧过程中未焊合而被延伸成细管状 在 横试面上呈孤立的针状小孔 c 白点 也称发裂 是由于氢气脱溶析集到疏松孔中 产生巨大压力和钢相变时所产生的局部内应力联合 造成的细小裂缝 在横试面上呈细短裂缝 三 硫印检验 1 硫印检验 是一种定性检验 是用来直接检验硫元素 并间接 检验其它元素在钢中偏析或分布情况的操作 硫印检验时先用 5 10 的稀硫酸水溶液浸泡相纸 5 分钟左右后取出 去除多余 的硫酸溶液把湿润的相纸感光面贴到受检表面上 应确保相纸 与试样面的紧密接触 不能发生任何滑动 排除相纸与试样面 的气泡和液滴 其化学反应大致为 27 MnS H2SO4 MnSO4 H2S FeS H2SO4 FeSO4 H2S H2S 2AgBr 2HBr Ag2S 几秒到几分钟后 将从试面上揭下的相纸在水中冲洗约 10 分 钟 然后放入定影液中 定影 10 分钟以上 取出后在流动水中 冲洗 30 分钟以上 干燥后既成 四 断口检验 1 脆性断口 通常工程上把没有明显塑性变形的断裂统称为 脆性断裂 发生脆性断裂的断口为脆性断口 脆性断口也称晶状断口 是指出现大量晶界破坏的耀眼光泽断 口 断口中晶状区的面积与断口原始横截面积的百分比则是脆 性断面率 也称晶状断面率 2 结晶状断口 此种断口具有强烈的金属光泽 有明显的结晶 颗粒 断面平齐而呈银灰色 是一种正常的断口 属于脆性断 口 3 纤维状断口 这种断口呈无光泽和无结晶颗粒的均匀组织 通常在断口的边缘有明显的塑性变形 一般情况下是允许存在 的 属于韧性断口 4 瓷状断口 是一种类似瓷碎片的断口 呈亮灰色 致密 有 绸缎的光泽和柔和感 是一种正常的断口 5 台状断口 这种断口出现在纵向断面上 呈比基体颜色略浅 变形能力稍差 宽窄不同 较为平坦的片状 平台状 多分布 28 在偏析内 6 撕痕状断口 这种断口出现在纵向断面上 沿热加工方向呈 灰白色 变形能力差致密而光滑的条带 7 层状断口 这种断口出现在纵向断面上 呈劈裂的朽木状或 高低不平的 无金属光泽的 层次起伏的条带 条带中伴有白 亮或灰色线条 8 缩孔残余断口 出现在纵向断口的轴心区 是非结晶状条带 或疏松区 有时伴有非金属夹杂物或夹杂 沿条带常带有氧化 色 9 石状断口 在断口表面呈现粗大而凹凸不平的沿晶界断裂的 粗晶 颜色暗灰而无金属光泽 象有棱角的沙石颗粒堆砌在一 起 10 萘状断口 是一种脆性穿晶的粗晶断口 在断口面上呈现弱 金属光泽的亮点或小平面 用掠射光线照射时 由于各个晶面 位向不同 这些亮点或小平面闪耀着萘状晶体般的光泽 11 疲劳断口 在远低于金属材料的抗拉强度的交变应力作用 下 经过一定周次后 材料会发生突然破断 但在破断前夕没有 明显的宏观塑性变形 这种现象称为疲劳破坏 疲劳断口的宏 观特征通常呈现为两个断裂区 即平滑区和粗粒状区 12 韧性 塑性 断口 通常工程上把发生明显塑性变形的断裂 统称为塑性断裂 其断口形貌为韧性 塑性 断口 它的形貌特 征为 断口呈暗灰色 没有金属光泽 看不到颗粒状形貌 断口 29 上有相当大的延伸 边缘有比较大的剪切唇 13 穿净断裂即可以是韧性断裂也可以是脆性断裂 五 钢的凝固过程 钢液浇注后 由于模壁的散热作用 使靠 模壁处的钢液先达到过冷状态 加上模壁对形核起促进作用 所以接触模壁处的钢液首先形核结晶 离模壁越近 温度越低 则形核率愈大 其结果形成细小的等轴晶粒 随着细晶区的形 成钢液冷却速度大为减慢 这种情况虽然限制了晶核的生成 但仍具备晶体长大的热力学条件 由于主轴方向与模壁垂直的 晶粒散热速度最快 故晶体也就在垂直模壁的方向上以很大的 线速度向液体内伸展 这时 树枝晶的主轴差不多垂直于模壁 结晶放出的潜热通过已结晶的固体和模壁散失 这样 在细小 等轴晶粒内层长成粗大的 单方向的柱状晶体 当中心区域的 钢液温度继续下降 出现过冷条件 同时存在着促使非自发形 核的夹杂物时 以致使整个残留液体中几乎同时出现结晶核心 而 且这些结晶核心长出的树枝晶可向各个方向生长 故最后在锭 中心形成无定向的粗大等轴晶粒 练习五 1 疲劳断口放射区表示了疲劳裂纹的 A 源区 B 扩展区 C 最后断裂区 2 金属铸锭组织由外向里三个晶区为 A 柱状晶带 细等轴晶带 粗等轴晶带 B 柱状晶带 粗等轴 晶带 细等轴晶带 30 C 粗等轴晶带 柱状晶带 细等轴晶带 3 断面晶状率是用 与总断口面积比计算出来的 4 韧性断口是试样因切应力的作用发生塑性变形 产生不同 程度的缩颈 断面一般呈 缺乏光亮的金属光泽 A 暗灰色 B 亮灰色 C 白色 5 穿晶断裂可以是 的也可以是脆性的 6 低倍检验时的内部气泡是由于钢中含有较多气体所致 7 低倍检验在横向酸蚀试样上表现为腐蚀较深 由暗点和空 隙组成 且集中在中心部位是 A 一般疏松 B 中心疏松 C 皮下气泡 8 钢坯低倍检验缺陷一般项目有中心疏松 缩孔及 9 硫印检验时 应配制 A 5 10 硫酸水溶液 B 4 硝酸酒精 C 5 10 硝酸溶液 10 检验可用来直接检验硫并间接检验 其他元素在钢中的偏析和分布 A 金相 B 力学 C 硫印 11 低倍检验时的针孔状气泡是由于钢液裹入气体而形成 12 低倍检验时 在横向酸蚀试样上表现为腐蚀较深 由 暗点和空隙组成 与原锭型横截面相似的框带是 31 A 锭型偏析 B 中心疏松 C 点状偏 析 13 用来直接检验硫并间接检验其他元素在钢中的偏析或 分布的一种方法叫 A 金相检验 B 力学检验 C 硫印检验 14 低倍组织检验时 仲裁检验的腐蚀方法是 A 热酸浸蚀法 B 冷酸浸蚀法 C 电浸蚀法 15 在通常的低倍组织检验中最好应取样于 A 钢材 B 成品 C 钢坯 第六部分第六部分 金相检验金相检验 一 试样的制备过程 1 镶嵌 当试样形状不规则或较小 如线材 细小管材 薄板 等 较软 易碎或者边缘需要保护时 必须将试样镶嵌起 来 变成易于制备的试样 2 磨 抛 光 磨 抛 制试样时 用力一定要均匀 同时要保证 试样的温度不能升高 以免对组织产生影响 3 腐蚀 二 金相显微镜 1 物镜 显微镜成象质量主要决定于物镜的优劣 因此它是 显微镜中最重要的光学零件 物镜外壳上的标记 32 45 0 65 a 放大倍数 用符号 x 表示 也有省去 x 仅刻数字 的 如 45 倍 刻成 45x 或 45 b 数值孔径一般直接标注在放大倍数之下 如 0 65 d 机械镜筒长度用数字表示 如 160 毫米为 160 而 表示物镜象差是按任意镜筒长度校正的 2 物镜的分辨率 是指将试样上细微组织构成清晰可分的 能力 3 象差 一般实用光束均要有一定宽度 而且物体的发光点 也不可能全部都在光轴上 对不同波长的光 折射率也不 相同 因此实际的光学系统与近轴光学系统所得图象有 所偏差 这就是象差 4 目镜 是将物镜放大的中间象再放大 5 放大倍数 物镜放大倍数 X 目镜放大倍数 6 观察 为了保证在聚焦过程中不使物镜触及试样 操作的 次序是先调节粗动螺丝 使物镜接近试样表面 再通过目 镜观察试样时 调整粗动螺丝 再用微动螺丝对准物象 三 暗室技术 1 底片 是在透明的片基上 涂上感光银盐制成的 2 相纸 是在厚 0 15 0 30 毫米的高级纸上 涂上感光乳剂 制成 3 照片的制作过程 照相 底片的冲洗 显影 冲洗 停 33 影 定影 晾干 印相 或放大 相纸的冲洗 显影 冲洗 停影 定影 晾干 四 相关标准 一 金属显微组织检验方法 GB T13298 91 1 试样的浸蚀 一般情况下显示组织用 3 4 的硝酸酒精 溶液浸蚀 2 在显微镜下观察铁素体为均匀明亮的多边形晶粒 3 渗碳体不会被硝酸酒精腐蚀 所以在显微镜下呈现白亮颜色 但 在碱性苦味酸中易被腐蚀 因而此时被染为深色 4 珠光体在高倍显微镜下可以看到条壮渗碳体分布于铁素体 机体上 在低倍镜下珠光体呈片层壮特征 二 奥氏体晶粒度的概念 1 起始晶粒度 就是珠光体刚完全转变成奥氏体时的晶粒度 2 实际晶粒度 把在一个具体条件下所得到的奥氏体晶粒的 大小叫做奥氏体的实际晶粒度 如热轧钢材 一般是指热轧 终了时的奥氏体晶粒度 3 本质晶粒度 就是反映钢材加热时奥氏体晶粒长大倾向的 一个指标 三 金属平均晶粒度测定法 GB 6394 86 1 晶粒度 表示晶粒的大小 通常用晶粒的平均面积或平均直 径来表示 2 比较法是通过与标准评级图对比来评定晶粒度的 测定等 34 轴晶粒的晶粒度 使用比较法最简便 使用比较法时 如需 复验 应改变观察的放大倍数 以克服初验结果可能带有的 主观偏见 3 在有孪晶材料中 每个晶粒和它内部的孪晶带应视为一个 晶粒 4 一般应用时 每一个给定面积内含有 100 粒以上便可满足 统计学条件 实际测定时 为便于计数可降到 50 粒 5 晶粒度级别指数 G 在 100 倍下 645 16mm 面积内包含的晶 粒数 n 与 G 有如下关系 n 2G 1 6 测定晶粒度用的试样应在交货状态的材料上切取 试样不 允许重复热处理 7 面积法是通过统计给定面积内晶粒数 n 来测定晶粒度的 晶粒度级别指数 G 2 9542 3 3219Lgna 8 截点法 是通过统计给定长度的测量网格上的晶界截点数来 测定晶粒度的 截点 N 观测面上晶界与测量网格的交点 截距 L 覆盖在一个晶粒上的测量线段的长度 平均截距 L M N M 观测用的放大倍数 l 晶粒度级别指数 G 3 2877 6 6439Lg M N L 9 若试样中发现晶粒不均匀现象 经全面观察后 如属偶然或 个别现象 可不予计算 如较为普遍 则应计算不同级别晶粒在 35 视场中各占的百分比 若占优势晶粒所占的面积不少于视场面 积的 90 时 则只记录此一种晶粒的级别指数 否则 应用不同 级别指数来表示该试样的晶粒度 其中第一个级别指数代表占 优势的晶粒度 如 6 级 70 4 级 30 四 钢的脱碳层深度测定法 GB224 87 1 脱碳 金属表层上碳的损失 这种损失可以是部分脱碳 全 或近似于全 脱碳 2 总脱碳 部分脱碳和全脱碳这两种脱碳的总和 3 总脱碳层深度 从产品表面到碳含量等于基体碳含量的那 一点的距离 4 测定方法 金相法 此方法是在光学显微镜下观察试样从表面到中心随 着碳含量的变化而产生的组织变化 对每一个试样 在最深均 匀脱碳区的一个显微镜视场内 应随机进行至少五次测量 以 其平均值作为总脱碳层深度 五 钢中非金属夹杂物显微评定方法GB10561 89 1 取样部位 自钢材 或钢坯 上切取的检验面应为通过钢材 或钢坯 轴心之纵截面 其面积约为 200mm2 2 夹杂物试样不经过腐蚀在 100 下观察 3 夹杂物种类 A 类 硫化物类型 B 类 氧化铝类型 36 C 类 硅酸盐类型 D 类 球状氧化物类型 练习六 1 使用金相显微镜观察试样 一般先用高倍物镜 再换用 低倍镜 2 评定低碳退火钢中游离渗碳体的原则是根据渗碳体的形 状 分布及尺寸特征确定的 3 晶粒度等级越高 则它的晶粒尺寸就越小 4 晶粒度测定的最常用方法是 A 比较法 B 面积 法 C 截点法 5 有一台显微镜的物镜放大倍数为 10 目镜放大倍数为 20 则 该显微镜的放大倍数是 A 200 B 30 C 300 6 试样在加热过程中不能因为 而改变材料的性能 A 受热或加工硬化B 摩擦 C 旋转弯曲 7 相纸的冲洗步骤为 水冲 上光 A 定影 显影 停影 B 显影 定影 停影 C 显影 停影 定影 8 总脱碳层深度是从产品表面到碳含量 基体碳含量 的那一点的距离 9 脱碳试样的检验面应 于产品的纵轴 37 10 通常检验材料的带状组织变形程度时 一 般取 试样 A 纵向 B 横向 C 任意方向 11 使用金相显微镜时 应 A 放好试样后直接从目镜中观察转动细调螺丝 B 在物镜慢慢接近试样的过程中调出清晰图象 C 先从侧面观察使物镜与试样尽量靠近 在试样慢慢 离开物镜的过程中调出清晰图象 12 全脱碳层全部为 组织 A 铁素 体 B 渗碳体 C 碳化物 13 测量脱碳层深度时 在最深均匀脱碳区的 一个显微镜视场内 随机进行最少 5 次测量 以这些值的 作为总脱碳层深度 A 最大值 B 最小值 C 平均值 14 共析钢室温平衡组织中的铁素体分布形 式是 A 全部分布在珠光体内 B 一部分分布在珠光体内 另一部分呈网状分布在 晶界上 C 一部分作为基体 另一部分分布在珠光体中 15 过共析钢室温平衡组织中的渗碳体分布形 式是 38 A 全部分布在珠光体内 B 一部分分布在珠光体内 另一部分呈网状分布在 晶界上 C 一部分作为基体 另一部分分布在珠光体中 16 球墨铸铁中的石墨呈 形态 A 片状 B 球状 C 蠕虫状 17 晶粒度等级一般分为 级 A 12 B 10 C 8 18 评定带状组织和魏氏组织的放大倍数是 A 300 B 100 C 200 19 当晶粒不均匀而且占优势的晶粒低于 90 则晶粒度 的记录方法是 A 记平均值 B 记占优势的 C 同时记录两种晶粒度 级别且记录面积比 20 相纸的冲洗步骤为 水洗 上光 A 定影 显影 停影 B 显影 定影 停影 C 显影 停影 定影 21 评定低碳退火钢中游离渗碳体的原则是根据渗碳体 的形状 分布及尺寸特征确定的 22 检验金属组织时试样一般是 A 用硝酸腐蚀 B 用 3 4 的硝酸酒精腐蚀 C 不 腐蚀 39 23 非等轴晶粒评定晶粒度级别指数时 不能用晶粒度评 定方法中的 A 面积法 B 比较法 C 截点法 24 磨制金相试样时 用力要均匀且不宜过大 并随时浸 入水中冷却 目的是 A 以免有大的划痕 B 防止磨 的试样不平 C 避免受热引起组织变化 25 列说法错误的是 A 显微镜的鉴别率取决于使用光线的波长 物镜的数 值孔径和目镜 B 景深反映了显微镜对于高低不同的物体能清晰成像 的能力 C 像差透镜容易产生映像的畸变和视场像不够清晰的 现象 26 金相显微镜的物镜标有下列符号 45 0 65 则 45 表示 A 物镜放大倍数是 45 倍 B 数值孔径 C 此物镜是按无限镜筒长度设计的 27 脱碳检验小试样