金相基础知识普及.ppt

金相技术，作者： Lesinxu date : Jun-14-2009，金相检验基础知识，金相技术，主要指材料科学的一个分支，利用光学(金相)显微镜、放大镜和体视显微镜对材料的微观结构、宏观结构和断裂结构进行分析、研究和表征。它不仅包括材料三维微结构的成像和定性定量表征，还包括必要的样品制备、制备和取样方法。所观察和研究的材料结构的代表性尺度范围为10-9-10-2m，主要反映和表征组成材料的相结构组成、晶粒、非金属夹杂物甚至某些晶体缺陷(如位错)的数量、形态、尺寸、分布、取向、空间排列状态等。3、金相试样制备取样，常规检验表面检验根据相关国家标准进行脱碳、折叠等失效分析取样在失效位置如金相组织附近的裂纹不均匀等铸件必须从表面向中心同时取样观察，了解合金的偏析程度，金相试样制备取样，取样位置在确定金相研磨面、横截面后， 试样的金相组织从表层向中心变化，检查表面缺陷，如脱碳、氧化、折叠等。 表面处理结果的检查，如表面淬火、渗碳、涂层等。网状碳化物、粒度等级、金相样品的制备蚀刻，其目的是显示真实清晰的微观结构方法：化学蚀刻、电解蚀刻、特殊方法：着色、阴极真空蚀刻等。金相组织标识、夹杂物、外来夹杂物、金属中捕获的外来物质及其分布形式不均匀且不可预测。GB/T10561-2005，定性确定夹杂物类型，定量确定金属中非金属夹杂物的含量、形状和分布。硫化物：具有高延展性和宽形态比范围的单一灰色夹杂物，一般具有圆形边缘。b氧化铝类型：大部分未变形、有角、黑色或蓝色颗粒，具有较小的形态比(即长度/宽度)(通常3)，沿轧制方向排列。硅酸盐：单一的黑色或深灰色夹杂物，具有高延展性和宽范围的形态比(一般3)，末端有锐角。球状氧化物：不变形，有角或圆形，形态比例小(一般3)，黑色或蓝色，不规则分布。DS单颗粒球状：圆形或近圆形，直径 13 m，夹杂物等级，金相组织标识，金相组织标识，夹杂物宽度单位GB/T 10561-2005/ISO 49673360998:微米，金相组织标识，最小夹杂物等级GB/T 10561-2005/ISO 4967336098，金相组织标识，夹杂物，金相组织由于化合物是硬脆相，通常的铁-碳相图是铁-Fe3C部分。化合物Fe3C被称为渗碳体，它是一种亚稳态化合物。在一定条件下，它可以分解成铁和碳，碳原子合在一起就是石墨。因此，铁-碳相图通常表示为铁-Fe3C和铁-石墨的双相图。铁-Fe3C相图主要用于钢，而铁-石墨相图主要用于铸铁的研究和生产。金相组织鉴定铁碳相图、铁碳相图、纯铁的同态和异形转变如下：共析铁碳合金加热至奥氏体后，奥氏体在不同冷却条件下的转变。主要有三种不同的转变过程：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。金相组织鉴定铁碳相图，单相区液相区(L)ABCD以上区固溶体区AHNA奥氏体区()NJESGN铁素体区()GPQ带左渗碳体区(Fe3C)DFK直线，两相区7L ahj bal3 bje CBL Fe3C 3铁碳合金的金相组织鉴定基本相在平衡态铁碳合金的五种基体组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体是铁碳合金的三种基本相，而珠光体和莱特是由基本相组成的机械混合物。碳溶解在-铁和-铁中形成的固溶体称为铁素体，用、或f表示。-铁也称为高温铁素体，因为它是高温相。铁素体的含碳量很低(727时-铁的最大含碳量仅为0.0218%，室温时为0.005%)，因此其性能与纯铁相似：低硬度(HB5080)和高塑性(延伸率为30%50%)。铁素体的显微组织与工业纯铁相似。铁碳合金的基本相由铁素体、铁素体和金相组织鉴定。碳溶解在-铁中形成的固溶体称为奥氏体，用或表示.具有面心立方晶体结构的奥氏体能溶解更多的碳，碳原子存在于面心立方晶格的正八面体中心，在1148时能溶解高达2.11%的碳，在727时碳含量下降到0.77%。奥氏体硬度低(HB170220)，塑性高(延伸率为40%50%)。碳钢在室温下没有奥氏体，奥氏体、奥氏体的显微组织和晶胞图、金相组织确定了铁碳合金的基本相，渗碳体是由铁和碳形成的金属化合物，含碳量为6.67%(有些书含碳量为6.69%)，为复杂的菱形晶体结构，熔点为1227。渗碳体具有极高的硬度(HB800)，塑性几乎等于0，并且是硬脆相。在钢中，渗碳体以不同形状和尺寸的晶体形式出现在结构中，对钢的力学性能有很大影响。在一定条件下(如在高温下长时间停留或缓慢冷却)，渗碳体可以分解形成类似石墨的游离碳：Fe3C3Fe C(石墨)。该工艺对铸铁和石墨钢具有重要意义。渗碳体Fe3C，渗碳体细胞图，金相组织鉴定珠光体。在727时，奥氏体(0.77% C)-铁素体(0.02%C)渗碳体Fe3C(6.67%C)奥氏体过冷度低于727，首先在奥氏体晶界形成Fe3C晶核。Fe3C是高碳相，必须通过周围奥氏体的连续碳供应来生长。Fe3C核两侧的奥氏体在横向生长时形成贫碳区。它为铁氧体形成创造了条件，在侧面的贫碳区形成铁氧体核。贫碳区形成的铁素体核长大。因为铁素体是一种贫碳相，当它长大时，一些碳必须被排出以富集相邻奥氏体中的碳，这也为Fe3C成核创造了条件。Fe3C核形成于富碳区。这样，层状组织被重复形成。此外，铁素体和Fe3C同时向纵深生长，形成珠光体组织。片层分布大致相同的区域称为珠光体团。显然，这是典型的扩散相变。珠光体，727，金相组织鉴定为贝氏体，如果共析钢过冷到550230，则不会产生片层间距较细的珠光体，但会产生另一种新的组织，称为贝氏体。它也由铁素体加碳化物组成，但碳化物以非层状形式分布。这是因为珠光体转变受奥氏体中碳的扩散控制，而铁原子也扩散。如果过冷度很高，转变温度很低，铁原子不会扩散，碳的扩散也会受到影响。显然珠光体转变是不可能的，转变规律会改变，会产生贝氏体组织。由于形成温度不同，贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。它的外观如图8和9所示。金相组织鉴定为贝氏体。上贝氏体在500350形成。从图中可以看出，贝氏体在光学显微镜下呈羽状。电镜照片显示，它由平行分布的铁素体片和断续分布的细小渗碳体片组成。上贝氏体，金相组织鉴定为贝氏体，下贝氏体形成于350230，从图11中可以看出光学显微镜下呈黑色针状，针状基体为铁素体，内部分布有细小碳化物。贝氏体转变也是一个成核和生长过程。由于相变是铁素体和碳化物从一种成分的奥氏体中分解出来，碳扩散对于相变是必要的，但是铁原子和合金元素不会扩散。许多钢种的转变是不完全的。由于形成温度较低和碳原子扩散困难，贝氏体中碳化物的尺寸小于珠光体，铁素体中碳的过饱和度增加。贝氏体的显微组织主要由形成温度决定，也与奥氏体中碳含量有关。为了获得下贝氏体，奥氏体中的碳含量必须高于中碳。贝氏体相变的基本规律，金相组织鉴定为马氏体，当高温奥氏体获得极大过冷(过冷到共析钢230以下)时，导致碳不能扩散，碳化物不能从奥氏体中析出，形成新的非平衡结构。试验表明，尽管碳不能从奥氏体中扩散出来，但奥氏体仍然从原来的-Fe面心立方结构转变为-Fe面心立方结构。因为没有碳化物沉淀，碳过饱和并溶解在BCC结构中，拉长晶格进入BCT结构。钢中形成的-Fe中碳的过饱和固溶体称为马氏体。有两种典型的结构：板条马氏体和片状马氏体。金相组织在光学显微镜下鉴定为马氏体、板条马氏体和板条马氏体，其特征为束状结构，每束有条状，条状之间由小角度晶界隔开，且束状之间的夹角较大。金相组织鉴定为马氏体和层状马氏体。在光学显微镜下，片状马氏体的特征是细小的针状或竹叶状，且片层之间以一定的夹角相交。一个重要的规则是奥氏体晶粒越粗，马氏体薄片越粗。金相组织鉴定为马氏体，马氏体的转变机理尚不完全清楚。然而，根据大量的实验结果，可以总结出以下相变特征(与扩散相变相比的一些特征):由于相变温度低和相变驱动力大，铁原子迁移，奥氏体从原来的面心立方结构变为面心立方结构。当铁原子移动时，马氏体和母相之间的界面作为一个固定平面，每个原子相对于相邻原子以相同的矢量移动，移动的距离不超过原子间距，移动后仍保持原有的相邻关系。这种方法是剪切的。由于转变温度非常低，碳和合金元素不能扩散，导致原始奥氏体中的化学成分与马氏体中的化学成分完全一致。这种特性被称为非扩散性。马氏体的形成非常快。只要过冷到马氏体开始转变的温度(毫秒点)，就会立即高速形成大量马氏体。在一般钢中，如果低于Ms点的温度延长一段时间，马氏体的数量不会增加。马氏体的数量只能通过连续冷却来连续增加。一旦达到马氏体转变温度(Mf点)，马氏体数量不会增加。这一特征被称为温度变化引起的瞬时增长。根据温度变化形成的瞬时生长的特点，即使在Mf点(一般低于室温)，一些奥氏体也不会改变而是保留下来，这称为残余奥氏体。这个特征被称为过渡不完全性。金相组织鉴定典型钢结构，铁素体成分：碳0.03%，硅0.33%，锰0.22%，磷0.014%，硫0.012%热处理：950退火，金相组织鉴定典型钢结构，珠光体铁素体成分：碳0.44%，硅0.19%，锰0.73%，磷0.022%，硫0.011%热处理：930退火，金相组织鉴定典型钢结构，珠光体网状亚共析钢中的预共析铁素体或过共析钢中的二次渗碳体沉淀形成网状结构。这是网状渗碳体形成的原因。知道形成的原因并不难解决这个问题。也就是说，在热处理过程中，温度不能升得太高，冷却速度也不能太慢。淬火时，亚共析钢中的网状结构会自行消失，而过共析钢中的网状结构则不能，因此必须进行一次正火处理，即将过共析钢的温度加热到Accm温度以上30-50度，网状结构即二次渗碳会自动溶解到奥氏体中。金相组织鉴定典型钢结构，球状渗碳体成分：碳1.13%，硅0.17%，锰0.45%，磷0.022%，硫0.009%热处理：780退火1小时后缓慢冷却，金相组织鉴定典型钢结构，屈氏体成分：碳0.81%，硅0.25%，锰0.36%，磷0.014%，硫0.009%热处理：850水淬，355580回火，金相组织鉴定典型钢结构，残余奥氏体成分：C1.13%，Si0.17%，Mn0.45%，P 0.022%，S0.009%热处理：1030油冷，金相组织鉴定典型钢结构，马氏体球形渗碳体成分：C 1.13%，Si 0.17%，Mn 0.45%，P0.022%，S 0.009%热处理：球化珠光体组织加热至800，水金相组织鉴定典型钢结构，马氏体铁素体成分：0.33%，Si0.17%，Mn0.74%，P0.027%，S0.015%热处理：950炉冷至750后水淬，金相组织鉴定典型钢结构，魏氏组织成分：C0.33%，Si 0.17%，Mn 0.74%，P 0.027%，S 0.015%热处理：加热后空冷0.019%热处理：890加热2小时后冷却固体渗碳，金相组织鉴定表面处理，脱碳组织成分：碳0.16%，硅0.26%，锰0.53%，磷0.018%，0.019%热处理：890加热2小时后缓慢冷却固体渗碳，铸铁金相检验，铸铁金相检验，第二段铸铁金相检验。 根据碳和石墨的形态特征，铸铁一般可分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。还有具有特殊性能