金相检验课件第一次授课

1、金相检验任课教师：鞠红民联系方式相金相是指金属或合金的内部结构，即金属或合金的化学成分以及各种成分在合金内部的物理状态和化学状态。（金属相结构）相：是指合金中结构相同、成分和性能均一、并以相界面相互分开的组成部分。材料用途材料用途 制备制备/ /合成与加工合成与加工材料性能材料性能成分成分/ /组织结构组织结构材料科学与工程四要素材料科学与工程四要素 为了更好的使材料满足使用性能，需要从其他三个基础方面对材料进行改进，以满足使用性能，此时就需要对所得材料的内部成分/结构进行分析，依据材料的现有性能对材料进行评价，并通过对材料的合成和加工工艺的改进，使材料达到相应的用途

2、。导论金相学史话金相学史话英文金相学Metallography这一名词在1721年首次出现于牛津新英语字典中，不过那时这个名词的含义是金属及其性能的学问，并未涉及组织结构。十九世纪中叶，转炉（1856）及平炉（1864）炼钢新方法相继问世，钢铁价格显着下降，产量猛增。那时又正大事兴建铁路，铁轨用量很大，断裂事故也屡见不鲜。生产实际的需要促进了对钢铁的断口、低倍及内部显微组织结构的研究。另一方面，晶体学在这个时期也有了长足的进展，如32个晶类（1830）及14个布喇菲点阵（1849）的建立，这为研究矿物与金属的内部组织结构奠定了理论基础。到了十九世纪末，金相这一名词也就获得了新的意义，并与金属与

3、合金的显微组织结构结下了不解之缘，金相显微镜也就成为研究金属内部组织结构的重要工具。后来金相研究的领域逐步扩大，也就不再限于显微镜观察了。1启蒙阶段在现代炼钢方法出现之前，在十八世纪时欧洲是主要产钢国家。在瑞典出现了一些著名的化学家，首先发现了镍、钴、锰、钼、钨等金属元素。Bergman首先用化学分析方法证明碳含量不同是钢、锻铁和铸铁的主要区别。Rinman在1774年在瑞典皇家科学院院报上发表了一篇题为“铁与钢的腐刻”的论文，指出“不同类型的铁与钢的硬度、致密度、性能均匀与否等均有差异，腐刻为区别它们提供了一种简易的方法”。但是，这种用化学试剂腐刻金属显示其内部组织的方法尚未采用制片及抛光技

4、术，仅限于观察钢铁产品的表面组织。AloysvonWidmansttten（以下简称魏氏）在1808年首先将铁陨石（铁镍合金）切成试片，经抛光再用硝酸水溶液腐刻，得出图1的组织。图1.铁陨石腐刻后直接复印的魏氏组织2创建阶段1863年英国的H.C.Sorby（以下简称索氏）首次用显微镜观察经抛光并腐刻的钢铁试片，从而揭开了金相学的序幕。他在锻铁中观察到类似魏氏在铁陨石中观察到的组织，并称之为魏氏组织。后来他又进一步完善了金相抛光技术，例如把钢样磨成0.025毫米的试片，并在摄影师的协助下拍摄了钢与铁的显微像，基本上搞清了其中的主要相，并对钢的淬火、回火等相变作了到现在看来还基本上是正确的解释。

5、索氏是国际公认的金相学创建人，他的姓氏还被用来命名钢中的一种淬火或回火组织-Sorbite，即索氏体。金相学史话金相学史话3发展阶段德国的AdolfMartens（以下简称马氏）和法国的Osmond分别在1878及1885年独立地用显微镜观察钢铁的显微组织。他们都是与钢铁生产与使用有关的工程师。马氏在东普鲁士铁路局工作十年，修建桥梁，在这期间他利用业余时间，进行钢铁的金相观察。Osmond曾在法国的著名合金钢厂Creusot（邓小平当年曾在这家钢厂做工）工作十年，从1880年起这个钢厂就开始了金相检验。马氏是一位严谨的正统金相学家，他人为是金相学家的任务是改进金相试验方法，进行细致观察，认真记

6、录，少做推论。他身体力行的，一方面与蔡司光学仪器厂合作设计适于金相观察的显微镜（这对金相技术的普及推广起了很大的作用），另一方面对钢铁的金相进行了大量的系统研究，发现了低碳钢的时效变脆现象。由于他过于强调观察细节，论文有时显得烦琐，在理论分析方面建树不多。但是，马氏在改进和推广金相技术方面起了很大的作用。他认为金相检验是最重要的检验方法之一，其重要性决不亚于化学成分分析。为了纪念马氏在改进和传播金相技术方面的功绩，Osmond在1895年建议用他的姓氏命名钢的淬火组织-Martensite，即马氏体。金相学史话金相学史话Osmond是金属学或物理冶金方面的一位伟大科学家。首先，在实验技术方面他

7、不限于金相观察，而是把它与热分析、膨胀、热电动势、电导等物理性能试验结合起来。这在当时不能不说是一种创举，把金相技术扩大到更广泛的范畴里去，这在后来已成为金属学的传统研究方法。其次，在理论分析方面他也不限于显微组织结构，而是把它与化学成分、温度、性能结合在一起，注意研究它们之间的因果关系。换句话说，他把金相学从单纯的显微镜观察扩大、提高成一门新学科。从这个角度来看，Osmond的贡献是非常卓越的。4展望金相学的诞生已经一个多世纪了，并已成为一门成熟的学科。随着科学技术的发展，金相学也在不断充实新的内容和扩大它的领域。从光学显微镜分析发展到电子显微镜分析。电子显微镜的分辨率高、放大倍数高，利于断

8、口分析。结合电子衍射可将形貌观察以及结构分析结合起来，便于鉴定物相；同时，对于晶体的缺陷（层错、位错）以及某些材料的沉淀过程，也可通过电子显微镜观察。未来金相分析，将从以下几方面提升：1. 图像分析便利化，可借助计算机软件对晶粒尺寸、织构等分析；2. 分析自动化，借助相应软件以及与标准的金属结构分析，可生成相应的报告，包括：图像、数据和文字；3. 图像可调节，画面质量改善。金相学史话金相学史话本门课的重要性材料学科：材料学科：材料分析的基础，对材料在实际应用以及材料性能的提高具有重要意义社会发展：社会发展：材料是一个国家科技进步的有力保障，金相检验材料在服役过程中事故分析具有重要作用。个人成长

9、：个人成长：对于材料研究以及材料研发，金相检验是最简单、最基础的分析手段;对于从事基础工业领域的工作人员而言，在对零件质量分析时，常使用无损探伤以及金相检验（质检员）课程结构课程结构一、金相检验基础知识（第一单元，复习）二、金相检验技术（第二单元，宏观检验技术、第三单元，微观检验技术包括制样规范）三、金相检验的具体应用（第四十单元）四、拓展（第十一单元，失效分析）学习方法：学习方法：课程实践性较强，理论内容较少，图片较多建议采用对比记忆法，注重特征，找准区分的关键点上课规范上课规范考核方式：考核方式：闭卷（期末70、期中10）+平时成绩（20、出勤+作业）上课纪律：上课纪律：不允许吃东西、手机

10、静音（惩罚）、情侣注重场合第一单元第一单元 金相检验基础知识金相检验基础知识一、金属与合金的晶体结构（晶体、晶体结构、晶体中的缺陷、合金、组元、合金的相结构）二、铁碳合金相图（相图、特征点、特征线、典型转变、铁碳合金的过程及其组织）三、钢在加热及冷却时的组织转变（加热奥氏体形成过程、冷却过冷奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、魏氏体）四、钢的热处理及其组织（退火、完全退火、不完全退火、球化退火、正火、淬火、回火）五、热处理常见淬火缺陷（裂纹、淬火硬度不足）六、钢中相似组织的鉴别（铁素体与渗碳体、淬火托氏体与回火托氏体、铁素体与残余奥氏体、碳化物与残余奥氏体、低碳板条状马氏体与羽毛状上贝氏体、高碳片

11、状马氏体与针状下贝氏体）一、金属与合金的晶体结构一、金属与合金的晶体结构晶体：晶体：原子在三维空间中有规律的周期重复排列的物质。把构成晶体的实际质点抽象成纯粹的几何点（阵点阵点）阵点有规则的周期性重复排列构成的空间几何图形称为空间点阵空间点阵晶体结构晶体结构（纯金属或理想状态）一、金属与合金的晶体结构一、金属与合金的晶体结构晶体缺陷晶体缺陷实际金属实际金属（多晶体结构、受结晶条件、压力加工、原子热运动）点缺陷：点缺陷：空位、间隙原子线缺陷：线缺陷：空间上一个方向尺寸很长，另外两个尺寸小面缺陷：面缺陷：空间上两个方向尺寸很长，另一个尺寸小晶界、亚晶界合金：合金：两种及两种以上的金属或非金属经熔炼

12、、烧结或其他方法组合而成的并具有金属特性的物质。组元：组元：组成合金最基本的、独立的物质。相：相：合金中结构相同、成分和性能均一，并以晶界相互分开的组成部分。一、金属与合金的晶体结构一、金属与合金的晶体结构合金按相的晶体特点分类：固溶体固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相。其结构与溶剂相同。置换固溶体和间隙固溶体两大类。金属化合物金属化合物：合金组元之间发生相互作用而形成的一种新相二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图实际金属的结构工业使用的金属材料主要是合金，是多晶体结构，并存在各类晶体缺陷。钢中基本相-Fe-FeFe3C钢中的基本组织铁素体（F）奥氏体（A）珠光体（P）渗碳体（F

13、e3C）马氏体（M）贝氏体（B）魏氏体（W）莱氏体（Ld）二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图相图：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的一种图解。u制订热加工和热处理工艺u研究钢铁材料的成分、温度、组织和性能关系的理论基础u分析废品产生和工件破坏的原因作用二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图u工业纯铁u碳钢： C：0.02182.11%C少于0.0218%共析钢（0.77%C）亚共析钢（0.02180.77%C）过共析钢(0.772.11%C)u铸铁： C大于2.11%共晶铸铁（4.30%C）亚共晶铸铁（2.114.30%C）过共晶铸铁（4.306.69%C）FeFe3CFe-C合金的三

14、类典型材料二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图纯Fe的三种同素异构转变-Fe-Fe-Fe 低于912，bcc结构9121394，fcc结构13941538，bcc结构91213941538LFeFe-Fe3C相图中的相二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图FFe的三种固溶体（碳溶解在各种结构固态铁中）u铁素体碳溶在-Fe中u-铁素体碳溶解在-Fe中u奥氏体碳溶在-Fe中FeFe3C用或F表示用或A（Austenite）表示用表示Fe-Fe3C相图中的相二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图FeFe3Cu碳与铁形成Fe3C、Fe2C等化合物钢中的Fe3C称渗碳体u铁碳相图一般以Fe- Fe3C表示正交晶系，结构

15、复杂，硬脆相。Fe-Fe3C相图中的相二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图L+u 一般相图中会给出单相区L+Fe3C5个单相区7个两相区3个三相区FeFe3Cu只要按照相关规则即可填 出两相区和三相区（即等温水平线） + +LFe3C +LF+Fe3CF+Fe-Fe3C相图中的相区组成二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图FeFe3C包晶相图，包晶反应共晶相图，共晶反应类似于共晶相图，共析反应Fe-Fe3C相图是基本相图的组合二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图三种等温反应u包晶反应（1495）u共晶反应（1148）u共析反应（727） LB+HJ LC AEFe3CAS FPFe3CLFeFe3CF L0.53+0.09=A0.17L4.30=A2.11+Fe3CA0.77=F0.0218+Fe3CFe-Fe3C相图中的等温反应二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图uGS 线 ， A3温度碳在奥氏体中溶解度线uPSK 线奥氏体中开始析出铁素体或铁素体全部溶入奥氏体的转变线uES线， Acm温度A1温度线F+F+Fe3C+Fe3CLFeFe3CF共析反应Fe-Fe3C相图中的三条线二、铁碳合金相图二、铁碳合金相图二、铁碳合金的平衡结晶过程及其组织二、铁碳合金的平衡结晶过程及其组织（重要）（重要）课堂作业，一起完成