金相检验技术5-8

第五章结构钢的金相检验§1钢中非金属夹杂物的金相检验重点内容§2碳素钢和低合金钢中的基本组织基本内容§3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验基本内容§4低碳低合金钢、调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验基本内容§5贝氏体钢、弹簧钢、双相钢、轴承钢的金相检验基本内容目录结构钢可以分为碳素结构钢和合金结构钢两大类。结构钢的金相检验主要内容包括：鉴别各种冷热加工处理后的组织；鉴别和评定钢中非金属夹杂物的类型、数量以及在生产工艺过程中出现的组织确陷等。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验碳素钢和合金钢中非金属夹杂物主要有硫化物、氧化物、硅酸盐、氮化物等。非金属夹杂物往往是工件失效的主要原因。钢中非金属夹杂物的金相检验主要包括夹杂物类型的定性和定量评级。夹杂物的检验评定可按照GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。第五章结构钢的金相检验第五章结构钢的金相检验为什么要检验钢中的非金属夹杂物？第五章结构钢的金相检验因为非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性、均匀性，易引起应力集中，造成机械性能下降，导致材料的早期破坏，其影响程度主要取决于夹杂物的形状、大小、分布和聚集状态。钢中夹杂物的检验一般在出厂前钢厂或者收货单位验收时检验。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验钢中非金属夹杂物的来源5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验1、内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成。3FeO+2Al→3Fe+Al2O32FeO+Si→2Fe+SiO22、外来的：浇铸过程卷入的耐火材料等。对试样的要求5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验1、取样时沿轧制方向，磨制纵向截面观察夹杂物大小、形状、数量，横向截面观察夹杂物从边缘到中心的分布。试样表面无划痕、无锈蚀点、无扰乱层。2、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形。3、试样表面不浸蚀。非金属夹杂物的分类5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验1、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3；4、氮化物：TiN、VN；2、硫化物：FeS、MnS及其共晶体；3、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2；非金属夹杂物的鉴别方法5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验1、明场：检验夹杂物的数量、大小、形状、分布、抛光性和色彩。不透明夹杂物呈浅灰色或其他颜色，透明的夹杂物颜色较暗。2、暗场：检验夹杂物的透明度、色彩。透明夹杂物发亮，不透明夹杂物呈暗黑色、有时有亮边。3、偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。非金属夹杂物的特征5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验非金属夹杂物的特征5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验具体形貌5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验1、硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验2、氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验2、氧化物二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验3、硅酸盐夹杂物常见的有铁橄榄石(2FeO·SiO2)、锰橄榄石(2MnO·SiO2)、复合铁锰硅酸盐(nFe·mMnO·pSiO2)以及硅酸铝(3Al2O3·2SiO2)等。5.1钢中非金属夹杂物的金相检验第五章结构钢的金相检验4、氮化物主要有氮化钛（TiN）、氮化钒（VN）和氰化钛[Ti(NC)]。铁素体（F）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验一、常见组织渗碳体（Fe3C）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验在扫描电子显微镜下成白亮条纹状珠光体（P）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验片状珠光体粒状珠光体魏氏组织5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验贝氏体（B）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验上贝氏体下贝氏体贝氏体（B）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验奥氏体（A）粒状贝氏体（F+岛状A）马氏体（M）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验图5-18板条M组织（500×）图5-19针状M组织（500×）回火马氏体（M回）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验回火托氏体（T回）回火索氏体（S回）5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验二、各种基本组织的鉴别方法1、F与Fe3C网的鉴别①显微硬度法：用50g载荷下，HV600以上为Fe3C；HV200以下为F。②化学侵蚀法：用碱性苦味酸钠热蚀，白色组织变为黑色为Fe3C；呈白色为F。③硬针刻划法：划痕粗者为F；反之为Fe3C。5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验2、M和B下的鉴别①从形态上区别：针状M针叶较宽且长，两个针叶相交时呈60°角；下贝氏体针细且短，针的分布较任意，若两针相交时多为55°角。②用浸蚀法来区分：对试样进行浅浸蚀，下贝氏体由两相组成易于浸蚀，呈黑色；而马氏体不易浸蚀，颜色较浅。③在电镜下区别：下贝氏体针表面分布有Fe3C；而针状马氏体是孪晶，只看到中脊。二、各种基本组织的鉴别方法5.2碳素钢和低合金钢中的基本组织第五章结构钢的金相检验二、各种基本组织的鉴别方法3、F和A’的区别未溶F有明显的晶界，存在于马氏体的相界边缘上；而A’在马氏体针之间，其形态随马氏体针叶的分布形状而改变。小测验08.1.金相试样的制备步骤？2.马氏体有几种类型，组织形态有什么不同？3.贝氏体有几种类型，组织形态有什么不同？4.非金属夹杂物的种类？5.3.1冷变形钢的金相检验冷变形钢是指可以在常温下用冲压或拉拔等冷变形的方法，以支撑某种机械零件或毛坯的钢材。分为冷冲压用钢和冷拉结构钢。1）冷冲压用钢的金相检验深冲冷轧薄板用钢，常用牌号有08、08F、10等钢种；锅炉、船舶、桥梁、高压容器等构件常用20、16Mn、15MnV、14MnNb等钢种。金相检验内容有：5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验5.3.1冷变形钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验①铁素体晶粒度评级标准为GB/T4335-1984《低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法》。5.3.1冷变形钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图2-1110钢退火组织（500×）（A系1级）图2-1310钢冷轧组织(500×)(B系3～4级)铁素体游离渗碳体②游离渗碳体评级标准为GB/T13299-1991《钢的显微组织评定法》。5.3.1冷变形钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图1-316Mn钢热轧带状组织（100×）(B系3～4级)③铁素体和珠光体相间的带状组织评级标准为GB/T13299-1991《钢的显微组织评定法》。2）冷拉结构钢的金相检验主要牌号有15、25、45、15Mn钢等。冷拉结构钢的金相检验标准按照GB/T3078-1994有关规定进行。5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验5.3.2易切削结构钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验在普通结构钢中加入硫、磷、钙、铅等元素，使其形成某种易切削相，从而改变钢的切削性能。易切削钢用代号“Y”表示，主要牌号有Y12、Y15、Y40Mn、Y45Ca、YT12Pb等。易切削钢中的组织一般为铁素体（或奥氏体）及碳化物。一般来说低碳的切削钢中的组织应为铁素体和粗片状珠光体或冷拔变形的铁素体和珠光体；中碳切削钢中的组织应为部分球化的珠光体和铁素体，高碳切削钢中的组织应为球化的珠光体和铁素体。5.3.3低碳马氏体钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图3-1220CrMo880℃淬油180℃回火后的组织为板条马氏体(500×)典型钢号有20Cr、20CrMo、15MnVB、20SiMnVB、18Cr2Ni4W和25Cr2Ni4W。低碳马氏体钢的金相检验内容包括：晶粒度、带状组织和魏氏组织、夹杂物、脱碳层等内容。5.3.3低碳马氏体钢的金相检验碳钢热处理时，常见缺陷有：5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图3-22420CrMo820℃淬水组织（500×）①淬火欠热组织未溶铁素体5.3.3低碳马氏体钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图3-22620CrMo930℃淬水组织（500×）②淬火过热组织板条M贝氏体5.3.3低碳马氏体钢的金相检验5.3冷变形钢、易切削结构钢、低碳马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图3-1320Cr钢880℃淬水，180℃回火后的组织（500×）③淬火欠淬透组织铁素体羽毛贝氏体黑色托氏体5.4.1低碳低合金钢的金相检验5.4低碳低合金钢、调质钢、非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验低碳合金钢是在含碳量低的碳素钢基础上加入少量合金元素而获得高强度、高韧性和良好可焊性以及其它特殊性能的钢种。分类有：铁素体和珠光体型钢（如09MnV、0.6AlNbCuV），贝氏体型钢和马氏体型钢。金相检验内容有：材料中的魏氏组织、带状组织、脱碳层、晶粒度等。脱碳层是指钢材在热加工时由于表面与炉气的氧化反应，失去部分或全部的碳量，造成钢材表面碳量降低的区域。分为部分脱碳层和全脱碳层。脱碳层厚度等于部分脱碳层和全脱碳层厚度之和。5.4.2调质钢的金相检验常用牌号有：40Cr、40MnB、30CrMnSi、38CrMoAlA、40CrNiMoA、40CrMnMo等。金相检验内容：5.4低碳低合金钢、调质钢、非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验①原始组织（细小均匀的铁素体+珠光体）②脱碳层检验检验标准为GB/T224-1987。图3-8140Cr调质处理后出现脱碳层（100×）5.4.2调质钢的金相检验5.4低碳低合金钢、调质钢、非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验③锻造的过热和过烧组织图3-8940Cr锻造严重过烧组织(200×)图3-9140Cr锻造严重过热组织(100×)沿晶界分布铁素体条块状铁素体5.4.2调质钢的金相检验5.4低碳低合金钢、调质钢、非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验④淬火回火组织5.4.3大截面钢的金相检验5.4低碳低合金钢、调质/非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验大截面钢是指供锻造大型锻件（直径在700mm）之用，也称为大型锻件用钢。如制造发电机转子用的34CrMo1A、34CrNi3Mo钢，护环用50Mn18Cr4、50Mn18Cr4N等，汽轮机高压转子用27Cr2Mo1V，叶轮用24CrMoV等。金相检验内容有：偏析、夹杂物、气孔、缩松等。大型锻件最终热处理一般为淬火+高温回火，淬火组织为中碳马氏体及下贝氏体，回火组织为索氏体。5.4.4高强度马氏体钢的金相检验5.4低碳低合金钢、调质钢、非调质钢、大面积用钢、高强度马氏体钢的金相检验第五章结构钢的金相检验图3-10240CrNiMo钢850℃淬油，180℃回火正常淬火组织(500×)常用牌号有：40CrNiMo、40Cr2NiMoA、40CrNiMoV、32Si2Mn2MoV