上海材料研究所分析培训.第八章、第十章铸钢和铸铁的金相检验,焊接件的金相检验(2009).ppt

1、铸钢和铸铁的金相检验焊接件的金相检验,主讲：王 荣,Fe- Fe3C平衡相图,铸钢件和铸铁件的特点,形状复杂或体积大，用压力加工难以成型； 切削加工较为困难； 高合金钢的无（少）切削加工； 通常以铸态或热处理状态使用，具有铸造状态的组织特征和性能特点； 含碳量通常不超过0.6%；,铸钢的金相检验,铸钢的分类及常用牌号 铸钢的组织特点 铸钢的金相检验,铸钢的分类,铸钢的牌号,铸造碳钢： ZG200-400(ZG20) ，ZG230-450 (ZG25)， ZG270-500ZG35) ，ZG310-570(ZG45) ，ZG340-640(ZG55）等 铸造合金钢： ZG15Mo，ZG25Mo，

2、ZG40Mo等Mo系 ZG40Cr等铬系 ZG35CrMo等铬钼系 ZG20SiMn，ZG35SiMn等硅锰系 ZG50MnMo等锰钼系 ZG35CrMoSi等铬钼硅系,铸钢牌号,ZG200-400(ZG20) ZG-铸钢 200-屈服强度 400-抗拉强度 20-含碳量(万分之几) ZG35CrMoSi ZG-铸钢 35-含碳量(万分之几) Cr,Mo,Si-合金元素,铸钢的组织特点,铸态组织特点： 1）晶粒粗大，宏观组织可见粗大树枝晶，显微组织中常有不同程度的魏氏体组织。 2）成分偏析和组织不均匀。 3）存在各种铸造缺陷。 4）铸钢的铸态组织。 铸钢热处理后的组织特点： 1）退火 2）正火

3、或正火、回火 3）淬火、回火,魏氏体组织,定义：铸钢在高温形成粗晶粒奥氏体，在冷却时游离铁素体沿晶界析出外，还有一部分铁素体伸向晶粒内部，或在晶粒内部独自析出，最后得到片状铁素体分布在珠光体上的组织。 形成条件：1）晶粒粗大；2）含碳量在0.120.50%之间，含碳量越低，越易形成魏氏体；3）冷却速度适中,常用铸造碳钢的组织（GB8493-87）,铸造碳钢的金相检验,显微组织检验： 对铸态、退火态、正火态组织于100X下进行；对调质态组织于500X下进行 晶粒度测定（GB/T6394-2002） 非金属夹杂物评定（GB/T10561-2005） 铸造碳钢的金相检验按GB/T8493-1987进

4、行。,铸钢不同热处理规范的显微组织（ZG340-640）,在过共析钢（1.01.45%C）中增加锰含量（1114%Mn），是Mn/C之比接近10/1，再经过水淬后室温下获得单一奥氏体组织。,铸钢高锰钢,水韧处理：ZGMn13钢加热到(1050-1100)保温一段时间，使铸态组织中的碳化物均匀固溶于基体奥氏体中，然后快速冷却，使碳化物来不及从过饱和的奥氏体中析出，以获得均匀的单相奥氏体组织。 水韧处理后一般不做回火处理。 水韧处理后硬度300HRS（相当于32.2HRC）但经过剧烈变形或受到强烈摩擦后表面硬度迅速增加，可达5055HRC。,水韧处理,铸钢高锰钢的金相检验,按照GB/T13925-

5、1992进行； 显微组织：奥氏体或奥氏体+碳化物； 碳化物评级（按GB/T5680-1998进行） 晶粒度评级（按GB/T6394-2002进行） 夹杂物评定（按GB/T5680-1998高锰钢技术条件进行）,ZG270-500（ZG35）铸造状态,ZG310-570（ZG45）铸造状态,ZG310-570(ZG45) 850870保温 500 以下出炉空冷,退火态组织,ZG310-570铸钢 （正火态）,ZG310-570铸钢 （正火态）,铸件的常见缺陷,宏观组织缺陷 铸件的宏观组织缺陷包括缩孔(残余)、缩松、气孔、热裂纹、夹杂物及由固态收缩引起的冷裂纹和鱼眼状白点发纹等。无论是在处于半熔化

6、状态的截面变化交界处所产生的热裂纹，或是由于钢液中氢含量偏高而引起的鱼眼状白点发纹，或由收缩应力引起的缩孔、缩松及残留在钢中的气孔或非金属夹杂物，都破坏了金属的连续性，从而恶化钢的性能。它们都是铸钢宏观组织中必须控制的缺陷。,铸钢件大臂开裂,铸钢件大臂开裂,铸钢件大臂开裂,铸铁的金相检验,特点：含碳量大于2.11%的铁碳合金，碳的存在方式有三种方式，固溶，化合，游离。 分类：按碳的存在状态、石墨形态及性能特点分为五类：白口铸铁，灰铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁。 主要检验项目：石墨形态、大小和分布状况，各种组成物的形态、分布和数量等，并按相应标准进行评级。,白口铸铁,按化学成分区分：亚共晶

7、白口铸铁（2.11-4.30%C），共晶白口铸铁（4.30%C），过共晶白口铸铁（4.30-6.69%C） 组织：珠光体+莱氏体，莱氏体， 莱氏体+渗碳体 特点：高的硬度和耐磨性 分类：激冷白口铸铁和高铬白口铸铁 热处理：去应力退火，淬、回火，等温淬火,白口铸铁,亚共晶,共晶,过共晶,激冷白口铸铁,铁水在冷却过程中通过对铁水的激冷作用而得到的白口铸铁，一般选用高碳低硅铁水（高碳：易于形成碳化物；低硅：避免形成石墨） 生产中采用金属型浇注而获得，表面为白口，其次为麻口并逐渐过渡到灰口。 表面高硬度，心部具有一定的韧性。 金相检验：白口层深度，白口区的石墨，白口区的组织。,高铬白口铸铁,含碳量：1

8、.02.0%C；铬含量：1234%Cr；含硅量：1.5%Si。 1228%Cr，形成马氏体铸铁； 3034%Cr，形成铁素体铸铁； 1330%Cr和1015%Ni，形成奥素体铸铁； 为获得马氏体组织，一般要淬、回火； 金相检验：碳化物和基体的检验。,灰铸铁,灰铸铁是指金相组织中石墨呈片状分布的铸铁。 特点；生产简便，成本低，足够高的使用性能，应用最为广泛； 分类 分类：按成分和特点分为，普通灰铸铁，合金灰铸铁和特殊性能的灰铸铁；按强度分为：HT100，HT150，HT200，HT250，HT300，HT350六种，数字表示单铸试棒具有的抗拉强度Rm（Mpa）。,灰铸铁的金相检验,检验标准： G

9、B/T9439-1998灰铸铁件 GB/T7216-1987灰铸铁金相 取样位置：试块取至抗拉试棒距断口10mm处，由于特殊需要可从铸件上切取，但必须避开浇口和帽口； 金相检验：石墨检验和组织检验,灰铸铁的石墨检验,标准：GB/T7216-1987灰铸铁金相，未浸蚀、100倍下评级； 石墨形态：分为：A型， B型，C型，D型，E型，F型六种，石墨形态与其成分和冷却方式相关。 A型（片状）-片状石墨均匀分布 B型（菊花状）-片状与点状石墨积聚成菊花状 C型（块片状）-部分带尖角块状、粗大片状初生石墨及小片状石墨 D型（枝晶点状）-点状和片状枝晶间石墨呈无向分布 E型（枝晶片状）-短小片状枝晶间石

10、墨呈有向分布 F型（星状）-星状（或蜘蛛状）与短片状石墨均匀分布 石墨长度：100倍下石墨的长度（mm）,灰铸铁的组织检验（GB/T7216-1987）,珠光体粗细和数量：500倍，4%硝酸酒精浸蚀，珠光体粗细分4级，珠光体数量分8级。 碳化物的分布形态和数量：碳化物的分布形态分4种，即针状、网状、块状和莱氏体碳化物；数量分6个等级，即碳1、碳3、碳5、碳10、碳15和碳20。 磷共晶类型分布形态和数量：磷共晶类型分布形态分4种，即二元磷共晶、三元磷共晶、二元磷共晶碳化物复合物和三元磷共晶碳化物复合物；数量分6个等级，即磷1、磷2、磷4、磷6、磷8和磷10。 区分碳化物和磷共晶除形态观察外，还

11、可采用染色。 共晶团的检验,汽车发动机缸套,汽车发动机缸套,汽车发动机缸套,球墨铸铁,球墨铸铁是指金相组织中石墨呈球状或近球状分布的铸铁。 牌号：按强度分为：QT400-18，QT450-10，QT600-3等8种，短划线前面数字表示抗拉强度Rm（Mpa），后面数字表示伸长率A（%）。 金相检验相目：石墨检验，组织检验,球墨铸铁的石墨检验,形态检验：分5种，即球状、团状、团絮状、蠕虫状和片状 球化率检验 石墨大小检验,石墨最小外接圆作图法,a) 以石墨最大投影长为直径作图 b) 以三角形中心作圆,石墨球化率评定,所谓石墨面积率是指石墨截面的实际面积与石墨最小外接圆面积的比率。 在测试和计算石墨

12、面积率时，须将石墨适当放大，用剪纸称重法求得。也可用图像分析仪或其它方法测试。当用几何方法作石墨的外接圆时，应以石墨的最大投影长为直径作圆。当上述方法所作的圆不能包容整个石墨时，则采用三角形法作外接圆。 石墨面积率反映了石墨截面的几何形状接近理想圆面积的程度。根据石墨面积率值可以将铸铁的石墨划分为球状、团状、团絮状、蠕虫状和片状五种形态。,球化分级,石墨大小,球墨铸铁的组织检验,珠光体粗细和数量 分散分布的铁素体数量 磷共晶数量 渗碳体数量,球墨铸铁常见铸造缺陷,球化不良和球化衰退。 石墨漂浮 夹渣 缩松 反白口,可锻铸铁,黑心可锻铸铁：石墨呈团絮状分布，组织以铁素体为主 白心可锻铸铁：白口铸

13、铁毛坯经高温氧化后形成全部铁素体或铁素体加珠光体（心部可能残留渗碳体或石墨）,焊接件的金相检验,焊接过程的特点： 1）加热温度高； 2）加热速度快； 3）高温停留时间短； 4）局部加热、温差大； 5）冷却条件复杂； 6）偏析现象严重； 7）组织差别大； 8） 存在复杂的应力,焊接接头的宏观检验,宏观检验：外观质量（GB/T6417.1-2005） 焊缝缺欠：6种； 形状缺欠：18种； 其他缺欠：9种,焊接缺欠,在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连续不良的现象简称“缺欠”。超过规定值的缺欠成为焊接缺陷。 焊接缺欠按其性质、特征分为6个种类； 裂纹，孔穴，固体夹杂，未熔合及未焊透，形状和

14、尺寸不良，其他缺欠,焊接接头的宏观检验,低倍检验 1)取样：与焊道垂直，焊接接头横断面。 2)侵蚀剂：硝酸水溶液，硝酸酒精，盐酸水溶液，电解，染色等。 3)检验内容:焊缝柱状晶组织及结构，焊接熔合线，焊道横截面的形状及焊道边缘结合、成形等情况；热影响区的宽度；多层焊的焊道层次及焊接缺陷。 4）不锈钢焊接接头的低倍检验,焊接接头的宏观结构,焊接接头的宏观结构,Q345A钢板焊接接头（T40）,焊接接头的显微组织检验,焊缝金属 熔合线热影响区：熔合区，粗晶区（过热区），细晶区（相变重结晶区），部分相变区 母材区,焊缝金属的组织,一次组织：铸态组织，熔化状态后经形核和长大完成结晶的高温组织形态。 二

15、次组织：固态相变组织，室温下的显微组织。,焊缝金属的组织（一次组织）,焊缝金属的组织（二次组织）,低碳钢：铁素体（柱状和魏氏铁素体）+少量珠光体 低合金钢：一般冷却条件下与低碳钢相同，为铁素体（柱状和魏氏铁素体）+少量珠光体；冷却速度快时出现贝氏体组织。 16Mn：焊缝金属是混合组织，可能由粒状贝氏体+魏氏组织铁素体+无碳贝氏体组成；热影响过热区组织，针状铁素体+索氏体+少量贝氏体，其他部位的热影响区与低碳钢基本相同，母材保留原有的热轧或正火组织。,焊缝及热影响区的组织特征,焊接件的失效特点,黑金属焊接接头（碳钢，合金钢） 有色金属焊接接头（不锈钢，铜合金，铝合金等）,焊接热影响区的碳当量,根据日本焊接学会的碳当量计算公式求得该材料的碳当量为： Ccq= C+ Si/24+ Mn/6+ Ni/40+ Cr/5+ M