钢铁金相图谱阅读笔记

一、钢铁典型金相组织1.P1-P382.调质后的几种形态：150℃-250℃回火马氏体：α相内分布薄片状碳化物350℃-500℃回火屈/托氏体：片状/板状α+细粒状渗碳体500℃-650℃回火索氏体：等轴铁素体+细粒状渗碳体二、钢铁金相实验技术1.抛光：(1)首先粗抛，后细抛；(2)压力适中，大了发生热变形，小了浪费时间；(3)抛光时试样逆着抛光盘转动而动，同时从盘边到中心往复；(4)不断添加磨料和润滑液；(5)湿润度适中。2.化学浸蚀(1)单相：化学溶解；两/多相：电化学溶解(2)金属原子溶解多沿密度最大晶面进行，浸蚀后晶面发生倾转，晶粒显示明暗不同3.金属材料的组织分析(1)组织中相的相对量、形状、大小、分布是重要内容。(2)影响组织变化的条件:合金成分，工艺条件（如冷却速度）。(3)如何进行组织分析：①弄清合金成分；②查相应的合金系相图，判断平衡态合金相及相对量；③了解工艺过程；④了解截取部位，取样方法，磨面方向，试样的制备及显微组织显示方法；⑤显微镜下，先低倍看全貌，再高倍看细节，再用特殊方法进一步确定合金相，先做相鉴定，后做定量测试。(4)相鉴定：光学金相，衍射方法，电子探针定量分析：自动图像分析仪4.单相多晶体等轴晶粒组织显示为多边形晶粒。工业纯铁1200℃高温加热缓冷，间隙原子偏聚在小角度内表面形成亚晶粒（若淬火则浸蚀不出亚晶界）。5.冷变形后及再结晶后组织(1)滑移带的观察；(2)形变孪晶的观察；(3)形变量不同的显微组织：晶粒不断伸长→纤维组织；(4)两相金属材料形变后：第二相①少、软：随基体相延伸；②少、颗粒、脆：颗粒沿主变形方向成串分布；③片状：基体有碎裂第二相(5)吕德斯带：多晶粒协调形变而成的宏观带，不同于微观的滑移带；(6)区别再结晶与未再结晶主要看晶粒大小、形状和亮暗。6.热加工变形后的组织(1)理想组织：单相组织是大小均匀的等轴晶粒，复相组织是均匀等轴晶粒基体上均匀分布着第二相或组织组成物。(2)带状组织：铸锭经热加工，柱状晶和粗大等轴晶消失，枝晶偏析减少，但区域偏析不能消除，因此，残存的枝晶偏析、夹杂、复相组织第二相，都沿着变形方向伸长，再结晶也不能改变其分布，形成宏观的流线组织和微观的带状组织。7.固态相变后的显微组织(1)魏氏组织→正火可消除亚共析钢，高温形成粗大奥氏体晶粒，空冷时，先共析铁素体，除沿晶界析出外，还有一部分从晶界伸向晶粒内部或在内部独自析出，称为铁素体魏氏组织，同样的，过共析钢中也可出现渗碳体魏氏组织。(2)碳钢马氏体组织①板条(位错)马氏体：低碳，宽度多为0.2微米，显微镜下看到的是板条马氏体束河束群；②片状马氏体：高碳，透镜片状，往往与残余奥氏体共存(3)脱溶分解的组织（沉淀）从过饱和固溶体中析出第二相或形成亚稳过渡相合偏聚区，可以发生在冷却过程中，也可以发生在淬火后再加热过程。8.定量金相→体视学为基础(1)范畴：晶粒大小，各相组织相对量，界面曲率，位错密度，第二相粒子尺寸及分布。(2)符号：P、L、A、S、V、N，分别代表点、线、面、曲面积、体积、个数。采用比值描述，如测量对象个数测量用的面积(3)晶粒大小平均截线长：其中LT为总长晶粒平均面积：晶粒度：n为100x时1平方英寸晶粒个数，(4)分散分布第二相粒子平均自由程：粒子平均距离：平均截线长：形状因子：Lc为粒子平均周长(5)片层状组织片层间平均距离：t0为空间两片层中心间真实距离，由体视学得平均自由程：片层内界面比例：(6)界面曲率：三、碳素钢1.板条马氏体形成温度较高，在形成过程中常有碳化物析出，即产生自回火现象，所以易受侵蚀，呈现较深颜色。四、特殊钢钢中常见金相组织介绍P5451.片状珠光体(P)：渗碳体12%+铁素体88%，机械混合物，渗碳体呈窄条，铁素体呈宽条。珠光体→索氏体→屈氏体，片层间距不断减小。2.球状珠光体：渗碳体呈球粒状分布在铁素体基体上。通过球化退火，片状珠光体→球状珠光体。3.奥氏体：奥氏体呈规则多边形，奥氏体钢中有孪晶或滑移线，晶界较为平直，淬火钢中残余奥氏体在马氏体针状的空隙处，颜色浅黄发亮。4.铁素体，快冷呈针状，慢冷呈块状或沿晶界析出。5.渗碳体：颜色白亮，退火呈珠光色。一次渗碳体：块状，角不尖锐；共晶渗碳体呈骨骼状，破碎后呈多角形块状；二次渗碳体：可呈网状，带状，针状，共析渗碳体呈片状，退火后呈球状、点状；一次渗碳体多在树枝晶间处；二次渗碳体可在晶粒内，晶界处；三次渗碳体析出到二次渗碳体或者晶界处。6.无碳贝氏体：在奥氏体晶界成核，平行的铁素体板条呈束状分布，其内基本无碳，形似魏氏组织，铁素体针片间为珠光体或马氏体。7.上贝氏体(上B)：含碳过饱和的针状铁素体和渗碳体混合物，渗碳体在铁素体针之间，以晶界为对称轴，呈羽毛状。在晶界处形成，经晶内长大，不穿晶。8.下贝氏体(下B)：在针片状铁素体上分布着很细的碳化物片，碳化物片与铁素体夹角为55°-66°。与回火马氏体不易区分，主要区别：马氏体有层次，下贝氏体颜色一致，无层次；下B碳化物质点较粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。9.粒状贝氏体（粒B）：大块铁素体包含一些渗碳体颗粒和小岛状组织。10.马氏体（M）：低碳马氏体又称板条马氏体，形似薄木条，平行排列于一个晶面上；高碳奥氏体形成片状马氏体，也称针状马氏体，形成的第一片马氏体往往比较粗大，后形成马氏体受到限制，较小，片状马氏体间未转变的奥氏体称为残余奥氏体。11.回火马氏体：过饱和碳以高度弥散渗碳体和碳化物形式从马氏体内部析出，造成大量相界，易受侵蚀，呈黑色。12.回火屈氏体：铁素体和渗碳体混合物，渗碳体呈细粒状分布，马氏体针方向明显，颜色暗黑。13.回火索氏体：也是铁素体和渗碳体的混合物，其渗碳体比回火屈氏体的粗大。14.魏氏组织：针状铁素体或者渗碳体呈方向性分布在珠光体上的组织。15.莱氏体：常温下为珠光体和渗碳体的混合物，外形呈骨骼状，渗碳体多联结，呈大角网状。五、断口分析1.韧性断口(1)典型杯锥状断口，中心区为杯部，F具有纤维状特征，为韧性断口的宏观形貌，S区为锥部断口，与主应力方向成45°角，又称剪切唇。F为等轴装韧窝，微孔聚集并长大发生断裂；S区为在剪切应力下快速断裂，呈方向性拉长韧窝。(2)蛇形滑移：韧性断裂一种特征，当材料沿滑移面断裂，产生这种花样，通常在大的铁素体晶粒中容易观察到。(3)韧窝形成机理：由空穴长大分离而形成的微坑，夹杂物和第二相质点常为空穴的成核点，故韧窝底部产能看见这种质点。(4)沿晶韧性断裂：韧性指标差，过热引起晶粒粗大与偏聚导致。FS(5)放射剪切：纤维区形状“火山口”，放射区形似菊花瓣状，周围一圈为剪切唇的断口。(6)放射纤维。2.解理断口是金属/合金沿某些严格结晶学平面发生开裂的现象，通常出现在bcc，hcp金属中，应力腐蚀状态下fcc金属也有发生。(1)人字纹花样：常出现在板材断口，人字头部指向裂纹源。(2)这是一种穿晶脆性断裂。(3)微观形貌特征：河流状花纹；舌状花样；瓦纳线；鱼骨状花样（中间解理面{100}100,两侧分别是{100}110和{112}110）。(4)bcc金属解理面是{100}，也可能是沿形变孪晶{112}面，hcp金属是{0001}面。(5)解理裂纹沿柱状晶扩展时，会形成羽毛状特征。3.准解理断口(1)准解理面（河流花样短且不连续）+周边的一些韧窝。(2)准解理小断面的位向与金属基体的解理面不存在确定关系，故称为准解理。4.疲劳断口(1)疲劳辉纹：一系列基本相互平行的略带弯曲呈波浪形的条纹，并与裂纹局部扩展方向垂直，其凸弧指向裂纹扩展方向。(2)轮胎花样特征（低周疲劳特征）：认为是疲劳裂纹扩展时，由于应力幅度较大，当材料中有第二相硬质点时，这些硬质点在裂纹间挤压而在断口上形成这种轮胎压痕。(3)疲劳断口典型特征：疲劳源，有较多台阶，系多源，有应力集中现象；疲劳扩展区有贝纹线，占整个断口较大区域，瞬断区断口较粗糙。(4)疲劳载荷恒定，无载荷突变时，疲劳区无贝纹线，仅呈现平坦、光滑宏观形貌。5.氢致开裂断口和应力腐蚀断口(1)白点缺陷：圆形、卵形白斑，白点表面呈粗晶状，在横向截面上表现为有许多辐射状短裂纹。(2)白点区为准解理断裂，通常称之为氢致解理。(3)发纹、爪状纹→氢致裂纹。(4)冰糖状沿晶断裂，晶面上有细小爪状裂纹，为高强钢氢脆断口特征。(5)应力腐蚀断口：河流花样+羽毛状+扇状花样，通常在晶粒拉长的材料中出现；泥状花样，腐蚀产物堆积较厚区域出现，是腐蚀产物开裂特征；规则形状腐蚀坑。6.其他断口裂纹(1)冰糖状沿晶断裂，杂质偏聚引起低温脆性形成沿晶断口。(2)疏松区卵形晶粒，晶粒呈自由表面状态，卵形晶粒表面具有同心圆的圆形弧形，为结晶时的晶体生长线。(3)接触疲劳失效。(4)磨粒磨损失效：表面呈现平行沟槽。(5)龟裂：氧化扩展所致，锡脆。(6)淬火裂纹（主要沿晶扩散，局部穿晶），应力裂纹。(7)磨削裂纹：由残余应力导致。(8)树枝状裂纹：应力腐蚀开裂典型特征。