金相基础知识普及.ppt

1、金相学是金相检验的基础知识，金相学主要是指材料科学的一个分支，它通过光学(金相)显微镜、放大镜和体视显微镜等手段来分析和表征材料的微观结构、宏观结构和断口。它不仅包括材料三维微结构的成像、定性和定量表征，还包括必要的样品制备、制备和取样方法。观察到的材料结构的代表性尺度范围为10-9-10-2m，主要反映和表征相和组织成分、晶粒、非金属夹杂物甚至一些晶体缺陷(如位错)的数量、形貌、尺寸、分布、取向、空间排列等。一、金相试样的制备和取样，按国家有关标准进行常规检验，表面检验，脱碳，折叠裂纹等失效分析，取样附近的失效部位如裂纹，金相组织不均匀，如铸件，应同时从表面到中心取样和观察，了解合金偏析程度

2、，金相试样的制备和取样，金相磨削表面，截面，试样从表面到中心的金相组织变化，表面缺陷检验，如脱碳，氧化，折叠，表面处理结果的检验，如表面淬火，渗碳，涂层等。网状碳化物，粒度分级，金相样品制备蚀刻，目的：显示真实清晰的显微结构方法：化学蚀刻，电解蚀刻，特殊方法：着色，阴极真空蚀刻，金相结构鉴定，夹杂物，外来夹杂物，金属中的异物等。GB/T10561-2005，夹杂物类型的定性测定和金属中非金属夹杂物含量、形状和分布的定量测定。硫化物：一种单一的灰色夹杂物，具有高延展性和宽范围的形态比例，边缘呈圆形。氧化铝：大多数都是不变形的，有角的，而且形状比(即长度/宽度)(一般为3)小。黑色或蓝色粒子沿滚动

3、方向排成一行。c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(一般为3)，在一般端有锐角。球形氧化物：未变形，角状或圆形，形态比例小(一般为3)，黑色或蓝色，分布不规则。DS单粒子球形：圆形或近似圆形，直径13米。夹杂物等级、金相组织识别、金相组织识别、GB/T 10561-2005/ISO 496733601998:m中的夹杂物宽度单位、金相组织识别、GB/T 10561-2005/ISO 496733601998中的最小夹杂物水平、金相组织识别、夹杂物、金相组织识别、固溶体中的钛夹杂物、铁-碳相图的金相组织识别、铁和碳可形成各种稳定的化合物，如Fe3C因为该化合物是一种硬

4、而脆的相，所以所谓的铁-碳相图是铁-Fe3C部分。化合物Fe3C，称为渗碳体，是一种亚稳态化合物，在一定条件下可以分解为铁和碳。当碳原子聚集在一起时，就是石墨。因此，铁-碳相图通常表示为铁-Fe3C和铁-石墨双相图。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图主要用于铸铁的研究和生产。金相组织识别铁碳相图、铁碳相图，纯铁的同构转变如下：共析铁碳合金受热转变为奥氏体后，奥氏体的转变发生在不同的冷却条件下。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。金相组织识别铁碳相图，单相区5液相区(L)以上(L)ABCD区固溶区AHNA奥氏体区(NJESGN)铁素体区(GPQ)取左渗碳体区(F

5、e3C)DFK直线，两相区7拉赫巴尔BJECBL Fe3DCFDHNJH gpsgFe3CESkfce Fe3CplQLKSP，三相区有三条包晶线HJB(L)，共晶线ECF (lf3c)，共析线PSK(Fe3C)。金相组织识别铁-碳合金的基本相。在平衡态的五种基体组织中，铁素体、奥氏体和渗碳体是铁碳合金的三个基本相，而珠光体和莱氏体是机械相碳溶解在铁和铁中形成的固溶体称为铁素体，用或表示。因为铁是高温相，所以也称为高温铁素体。铁素体的碳含量很低(铁在727时的最大溶解碳含量仅为0.0218，室温下的碳含量仅为0.005%)，因此其性能与纯铁相似：低硬度(HB5080)和高塑性(伸长率为30P%

6、)。铁素体的微观结构与工业纯铁相似。铁素体、铁素体和金相组织是铁碳合金的基本相，碳在铁中溶解形成的固溶体称为奥氏体，用or表示。面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解更多的碳，在面心立方晶格中，碳原子存在于八面体的中心，在1148时可以溶解高达2.11%的碳，在727时碳含量降至0.77%。奥氏体具有较低的硬度(HB170220)和较高的塑性(伸长率40P%)。碳钢在室温下没有奥氏体，奥氏体的显微组织和奥氏体的晶胞图，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，碳含量为6.67%(有些书为6.69%)，它具有复杂的正交晶体结构，熔点为1227。渗碳体具有极高的硬度(HB800)

7、和几乎等于0的塑性，这是一个硬而脆的相。在钢中，渗碳体表现为不同形状和尺寸的晶体，对钢的力学性能有很大影响。在一定条件下(如在高温下长期停留或缓慢冷却)，渗碳体会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，渗碳体晶胞图，金相组织鉴定珠光体，在727，奥氏体(0.77%)，铁素体(0.02%)，渗碳体Fe3C(6.67%)，奥氏体在727以下过冷，Fe3C晶核首先在奥氏体晶界形成。Fe3C是一种高碳相，必须通过周围奥氏体的持续碳供应来生长。随着Fe3C核的横向生长，Fe3C核两侧的奥氏体形成贫碳区。它为铁氧体的形成创造了条件，并且铁氧体

8、核形成在侧面的贫碳区域。贫碳区铁素体的晶核生长。由于铁素体是贫碳相，一部分碳将随着其生长而排出，这使得相邻的奥氏体富含碳，并为Fe3C成核创造条件。Fe3C核形成于富碳区。因此，层状组织被重复形成。铁素体和Fe3C同时深度生长形成珠光体组织。层状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，金相组织识别贝氏体。如果共析钢过冷至550230，则不会产生片间间距更小的珠光体，但会产生另一种称为贝氏体的新组织。它也由铁素体和碳化物组成，但碳化物是非层状的。这是因为珠光体转变受奥氏体中碳的扩散控制，同时，铁原子也发生扩散。如果过冷度很高，转变温度相当低，因此铁原子的扩散不会发生，碳

9、的扩散也会受到影响。显然，珠光体转变不会发生，这将改变转变规律，产生贝氏体组织。贝氏体的形态因成形温度不同而不同，贝氏体分为上贝氏体和下贝氏体。形态如图8和9所示。金相组织识别贝氏体，上贝氏体形成于500350。从图中可以看出，在光学显微镜下它是羽状的。电镜照片显示，它由平行分布的铁素体板和不连续分布在板间的细小渗碳体板组成。上贝氏体由金相组织识别，下贝氏体在350230形成。从图11可以看出，在光学显微镜下，针为黑色针状，针的基体为铁素体，内部分布有细小的碳化物。根据实验结果，贝氏体转变有以下规律：贝氏体转变也是一个形核和长大的过程。因为相变是奥氏体分解铁素体和碳化物两相结构，所以钙由于成形

10、温度低，碳原子难以扩散，贝氏体中碳化物的尺寸小于珠光体，铁素体中碳的过饱和增加。贝氏体的显微组织主要由成形温度决定，也与奥氏体中的碳含量有关。为了获得下贝氏体，奥氏体中的碳含量应高于中碳。贝氏体转变的基本规律，金相组织鉴别马氏体，板条马氏体，板条马氏体在光学显微镜下的特征是：束状结构，每束中有条状，条状之间由一个小角度的晶界隔开，且束之间有一个大的夹角。金相组织识别马氏体、层状马氏体，层状马氏体在光学显微镜下表现为细针状或竹叶状，片层之间以一定角度相交。一个重要的规律是奥氏体晶粒越粗，马氏体薄片越粗。金相组织识别马氏体，目前马氏体的转变机制尚不完全清楚。然而，根据大量的实验结果，可以总结出以下

11、相变特征(与扩散相变的一些特征相比):由于相变温度很低，相变的驱动力很大，铁原子迁移，奥氏体从原来的面心立方结构转变为立方晶系结构。当铁原子运动时，马氏体与母相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运动，运动距离不超过原子间的距离，运动后保持原来的相邻关系。这种方式叫做剪切。由于转变温度很低，碳和合金元素都不能扩散，这使得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。这一特征被称为非扩散。马氏体的形成非常快。只要过冷到马氏体开始转变的温度(Ms点)，就会立即高速形成大量的马氏体。在一般钢中，如果在低于Ms点的某一温度下时间延长，马氏体的数量不会增加。只有不断冷却，马氏

12、体的数量才能不断增加。一旦达到马氏体转变结束温度(Mf点)，马氏体的数量将不会增加。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特征，即使在Mf点(一般低于室温)，一些奥氏体不变，但保留下来，称为残余奥氏体。这一特征被称为过渡不完全性。金相组织识别典型的钢结构，铁素体成分：c 0.03%，si 0.33%，Mn 0.22%，p 0.014%，s 0.012%热处理：950退火，金相组织识别典型的钢结构，珠光体铁素体成分：c 0.44%，si 0.19%，Mn 0.73% S 0.011%热处理：930退火，金相组织识别典型的钢结构，珠光体网状渗碳体成分：C 1.13%，Si

13、 0.17%，Mn 0.45 由于加热温度过高或冷却速度过慢，会造成先占。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。如果我们知道原因，解决这个问题并不难。也就是说，在热处理过程中，温度不应该升高得太高，冷却速度也不应该太慢。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。必须进行正火处理，即将过共析钢加热到Accm温度以上30-50度，网络结构，即二次渗碳，将自动溶解为奥氏体。金相组织识别典型的钢结构。球形渗碳体成分：碳1.13%，硅0.17%，锰0.45%，磷0.022%，硫0.009%。热处理：在780退火1小时，然

14、后冷却。金相组织识别典型的钢结构。屈氏体成分：碳0.81%，硅0.81%，磷0.014%，硫0.009%热处理：850水淬，350回火，金相组织鉴别典型的钢组织，索氏体成分：碳0.81%，硅0.18%，锰0.33%，磷0.022%，硫0.014%热处理：820水淬；在580回火，金相组织识别典型的钢组织，残余奥氏体成分：碳1.13 %，硅0.17%，锰0.45%，磷0.022%，硫0.009%热处理：1030油冷，金相组织识别典型的钢组织，马氏体球状渗碳体成分：碳1.13%，磷0.022%，硫0.009%热处理：球化珠光体组织加热至800水冷，在100回火，金相组织识别典型的钢组织，屈氏体马氏体0.011%热处理：855马氏体铁素体成分：碳0.33%，硅0.17%，锰0.74%，磷0.027%，硫0.015%热处理：从950冷却到750，然后水淬，金相组织鉴定典型的钢组织，魏氏组织成分：碳0.33%，硅0.17%，锰0.015%热处理：在1280加热1小时，然后空气冷却； 金相组织识别表面处理；渗碳组织成分：碳0.1