金相试验方法及规范

1、金相试验方法及规范 金相分析时用金相显微镜观察金属内部的组成相及组织组成物的内型以及它们的相对 量、大小、形态及分布等特征。材料的性能取决于内部的组织形态，而组织又取决于化学成 分及加工工艺， 热处理时改变组织的主要工艺手段， 因此， 金相分析是材料及热处理质量检 验与控制的重要方法。 1、通常金相检验方法的标准如下： GB/T11354 1989 钢铁零件 渗氮层深度测测定和金相组织检验 GB/T9450 1988 钢铁渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核 GB/T9451 1988 钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 GB/T5617 1985 钢的感应淬火或火焰火后有效硬化层深度

2、的参定 JB/T92041999 钢件感应淬火金相检验 JB/T92111999 中碳钢与中碳合金结合钢马氏体等级 JB/T77101995 薄层碳氮共渗或薄层渗碳显微组织检验 GB/T13298 1991 金相显微组织检验方法 GB/T13299 1991 钢的显微组织评定方法 GB6394 86 金属平均晶粒度测定法 NJ30983 内燃机连杆螺栓金相检验标准 NJ32684 内燃机活塞销 金相检验标准 2、金相试样的选取与检验步骤： 2.1 金相试样的选取： 2.1.1 纵向取样： 纵向取样是指沿着刚材的锻扎方向进行取样。 主要检验内容为： 非金属夹杂物的变形程 度、晶粒畸变程度、碳化物

3、网、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。 2.1.2 横向取样 横向取样指垂直于钢材的锻扎方向进行取样。 主要检验内容为： 金属材料从表层到中心 的组织、 显微组织状态、 晶粒度级别、 碳化物网、 表面缺陷深度、 氧化层深度、 腐蚀层深度、 表面化学热处理及镀层厚度等。 2.1.3 缺陷或失效分析取样： 截取缺陷分析的试样， 应包括零件的缺陷部分在内； 或在缺陷部分附近的正常部位取样 进行比较。 为此，通常检验零件的最重要项目为表层显微组织观察和硬化层深度测定， 应横向取样； 但紧固体的螺纹部分的渗层检验需要纵向取样。 2.2 金相检验步骤： 选样金相切割机（或线切割机）取样镶嵌机加热镶

4、嵌磨抛机磨光/抛光化学 腐蚀（通常用 4硝酸酒精溶液） 金相观察 /硬化层深度（或显微硬度）测定出具检验报 告 2.3 取样数量： 通常连续式加热炉（如网带炉） ：1 件 /4 小时 通常周期式加热炉（如井式炉、箱式炉）：23 件/炉（装炉夹具不同部位） 备注：（ 1）金相试样以磨面面积小于400MM2 ，高度 15 20MM 为宜。 （2）试样的制备过程中，部允许因受热而导致组织变化，应避免试样边缘出现圆角并 防止改变斜截面试样的角度。 3、金相组织观察于判别： 3.1 渗碳或碳氮共渗： 3.1.1 适用于 08F、Q235AF、20、20Cr 等低碳或低合金钢的零件。 3.1.2 试样应从

5、渗碳或碳氮共渗零件上切取。液可用于钢件的材质，热处理状态，有效 厚度一致，避过经同炉渗碳或碳氮共渗处理的试样。 3.1.3薄层碳氮共渗件（层深w0.3mm）,表层碳含量应不低于0.5%，氮含量应不低于 0.1 %。薄层渗碳钢件（层深w 0.3mm）表层碳含量应不低于 0.5 % 3.1.4渗层显微组织评级在淬火状态下进行（放大倍率为 400 倍）。 3.1.5 针状马氏体级别及残余奥氏体级别评定：当渗层显微组织主要为针状马氏体时， 依据 JB/T7710-1995 标准图谱共分 15级，其中 12级合格。 3.1.6板条马氏体级别评定：当渗层显微组织主要为板条马氏体时，依据 JB/T7710-

6、1995 标准图谱共分 15级，其中 12 级合格。 3.1.7渗层（层深w 0.3mm ）碳化物级别评定：依据NJ326 84标准图谱共分1 5级， 其中 13级合格。 3.1.8心部铁素体级别评定：依据 JB/T7710-1995 标准图谱共分 1 5级，其中一般零件 14级合格，重要零件 13级合格。 3.2渗氮或碳氮共渗（软氮化） ： 3.2.1渗氮前调质组织的检验： 321.1渗氮前调质组织级别（对大工件可在表面 2mm深度范围内检查），依据GB/T11354 1989标准图谱（放大倍率为 500 倍），回火索氏体中游离体素体数量共分 1 5级，其中 一般零件1 3级为合格，重要零件

7、 1 2级为合格。 3.2.1.2渗氮零件的工作面部允许由脱碳层或粗大的回火索氏体组织。 3.2.2试样应从渗碳零件上垂直于渗氮表面切取，也可用与零件的材料、处理条件、加 工精度相同，并经同炉渗氮处理的试样；检验部位应具有代表性，若检查渗氮层脆性的试样， 表面粗糙度要求0.25 0.63mm，但不允许把化合物磨掉。 3.2.2渗氮层脆性检验：经气体渗氮的零件，必须进行脆性的检验。 3.2.2.1依据GB/T11354 1989标准图谱（放大倍率为100倍），渗氮层脆性级别按维氏 硬度压痕边角碎裂程度共分1-5级，其中一般零件 1-3级为合格，重要零件1-2级为合格。 3.2.2.2检验渗氮层脆

8、性，采用维氏硬度计，试验力规定用98.07N （10kgf）,加载必须缓 慢（在5 9s内完成），加载后停留5 10s，然后去载荷，同时，每制件至少测 3点，其中 2点以上处于相同级别时，才能定级，否则，需重新测定一次。 如由特殊情况经有关各方协商，亦可采用49.03N （5kgf）或294.21N （30kgf）的试验 力，但需按下表4的值换算。 试验力（kgf） 压痕级别换算 49.03 (5) 1 2 3 4 4 98.07 (10) 1 2 3 4 5 294.21 ( 30) 2 3 4 5 5 3.2.2.3渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试件的表面检验，对于渗氮后留由磨量的零 件

9、也可在磨去加工余量后表面上测定。 3.2.3渗氮层疏松检验：经氮碳共渗（软氮化）的零件，必须进行疏松检验。 依据GB/T11354 1989标准图谱（放大倍率为 500倍）取其疏松最严重的部位，渗氮 层疏松级别按表面化合物内微孔的形状、数量、密集程度共分1 5级，其中一般零件1 3 级为合格，重要零件 1 2级为合格。 3.2.4渗氮扩散层中氮化物检验：气体渗氮的零件必须进行氮化物检验。 依据GB/T11354 1989标准图谱（放大倍率为 500倍），去其组织中最差的部位，渗氮 层中氮化物级别按情况共分1 5级，其中一般零件1 3级合格，重要零件1 2级为合格。 3.3感应淬火： 3.3.1

10、适用于中碳碳素钢（如45钢）和中碳合金钢（如 40Cr）的机械零件。 332零件淬火后，表面不应有裂纹，灼伤等缺陷。 333零件经淬火，低温回火 （ 200 C ），金相组织按 GB/T5617 1985标准共分1 10 级，规定如下： 硬度下限55HRC时，3 7级为合格。 硬度下限55HRC时，3 9级为合格。 4、硬化层深度的测定方法： 硬化层深度的测定方法分为金相法和硬度法两种，有争议时，以硬度法作为仲裁方法。 测定表面淬火【如感应淬火】、化学热处理【如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗（软 氮化）】及其他各种表面强化层深度时金相检验的重要内容。根据硬化层深可以分为大于 0.3mm的两种情

11、况。 4.1金相法： 4.1.1层深0.3mm的表面硬化层测定方法： 从零件表面垂直方向测量到规定的某种显微组织边界的距离。测定层深时，各种强化工 艺所规定的特征组织，见下表5: 强化工艺 材料 特征组织（体积分数） 感应淬火 碳钢、合金钢 淬火后检验，50% M 渗碳、碳氮共渗 碳钢、合金钢 退火太检验，50% F+P 渗氮、氮碳共渗 各种钢铁材料 渗氮后或经附加热处理，心部组织 4.1.2层深w 0.3mm的表面硬化层测定方法: 从表面垂直方向测量到与基体金属间的显微组织没有明显变化处的距离，即总硬化层深度。 4.2硬度法： 4.2.1从零件表面垂直方向测量到规定的显微硬度硬化层处的距离。

12、测定层深时，各种 强化工艺下有效硬化层评定的参数，见下表6: 强化工艺 有效硬化层 界限硬度（HV） 推存试验力/N 国家标准 感应淬火 DS 0.8HV ms 9.8(4.9-49) GB5617-1985 渗C,CN共渗 DC 550 9.8(4.9-49) GB9450-1988 渗N,NC共渗（软氮化） DN 比基体硬度咼 50 2.94(1.96-19.6) GB11354-1989 说明 HV ms为技术要求规疋的最低表面硬度 （）内的数值为允许试验力范围 4.2.2渗碳和碳氮共渗有效硬化层（DC）: 4.2.2.1渗碳和碳氮共渗共渗有效硬化层（ DC）,经热处理至最终硬度值后，离

13、表面三倍 于有效硬化层处硬度小于 450HV 的零件， 可采用比 550HV 大的界限硬度值 (以 25HV 为一 级)来测定有效硬化层深度。 渗碳或碳氮共渗淬火后，有效硬化层深度：从零件表面到维氏硬度值为 550HV 处的垂直距离。测定硬度所采用的试验力为9.807N (1kgf);特殊情况下，经有关各方协议， 也可采用4.903N( 0.5kgf)范围的试验力，或采用表面洛氏硬度计测定。 若采用其他试验力或其他界限硬度值时， 则应在字母 DC 后指明， 如 0.5DC49.03/515，表示采用49.03N( 5kgf)的试验力测定，界限硬度值为 515HV，渗碳层深 度为 0.5mm。

14、4.2.3渗氮和氮碳共渗(软氮化)有效硬化层( DN)： 4.2.3.1 从零件表面测至集体维氏硬度值高 50HV 处的垂直距离为渗氮层深度， 对于渗氮 层硬度变化很平缓的钢件(如碳钢或低碳低合金钢制件)，其渗氮层深度可以从试件表面沿 垂直方向测至集体维氏硬度值高 30HV 处。采用为适应度，试验力规定为 3.94N(0.3kgf)。 备注：在3倍左右渗氮层深度的距离处所测得的硬度值 (至少取 3点平均) 作为实测的基体 硬度值。 4.2.3.2当渗氮层的深度与压痕尺寸不合适时，可由有关各方协商，采用1.96N(0.2kgf) 19.6N (2kgf)范围内的试验力，氮在HV后需注明：如 HV

15、.2，表示用1.96N ( 0.2kgf) 试验力。 4.2.3.3 若采用其他试验力或其他界限硬度值时， 则应在字母 DN 后指明， 如 0.25DN300HV0.5,表示界限硬度值为300HV,试验力为 4.903N (0.5kgf)时，渗氮层深度为 0.25mm。 4.2.4感应淬火有效硬化层( DS)： 从零件表面测至 0.8HVMS 维氏硬度值处的垂直距离为感应淬火硬化层深度。 深度测量方法：零件经淬火，低温回火后，在维氏硬度试验机上用9.8N 的试验 力，在垂直于零件表面的年横截面指定部位进行测量。经有关各方协议可以采用4.9 49N 范围的试验力，其测量方法按 GB/T5617

16、执行。 若采用其他试验力或其他界限硬度值时， 则应在字母 DS 后指明， 如 DS4.9/0.9=0.6，表示采用4.9N (0.5kgf)的试验力测定，界限硬度值采用零件所要求的最低 表面硬度值 0.9 倍，测的硬化层深度为 0.6mm。 4.2.5有效硬化层测定方法： 原理： 根据垂直于试样表面的横截面上硬度梯度来确定， 即硬度值为纵坐标， 至 表面距离为横坐标，绘制处硬度值随表面距离而变化的曲线，如图所示: H H di DC d2 到表面的距离 有效硬化层计算公式如下： 式中：HS为规定的硬度值。 DCdl- （出一d2）丰（甬一HS） H1-H2 di、d2为最接近有效硬化层界限硬度

17、值上下两点的距离。 Hi、H2分别为di、d2处硬度测量值。 425.2测量步骤： 在最终热处理后的零件横截面上进行，依据GB/T9451 - 1988标准要求，硬度压痕在指 定的宽度（W）为1.5mm的范围内，沿与表面垂直的一条或多条平行线上进行。两相邻压 痕间的距离（S）应不小于压痕对角线的2.5倍。从表面到各逐次压痕衷心之间的距离，每 次增加不超过O.imm （如d2-di应小于O.imm）。同时，测量表面到各压痕的积累距离的精度 为土 0.5um。 除有关双方由特殊协议外，压痕一般应在9.807N （ikgf）试验力下测出，并用放大400 倍左右的光学仪器测量。测量部位应经有关各方协商确定，并在磨抛过的检测面上两条带内 进行。 4.4调质：适用于40Cr、35CrMoA等钢，依据NJ309-