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金相检验技术Technologyformetallographtesting李成美王志刚山东建筑大学材料学院Phone:67286Email:wangzhigang@sdjzu.edu.cn本科生专业选修课程目录第一章金相检验技术绪论1、金相检验在生产中的地位和作用基本内容2、本课程的主要学习内容基本内容3、检验标准应用基本内容4、材料科学基础知识--Fe-C(Fe-Fe3C)相图的作用重点5、金属学基础知识等温冷却C曲线的应用难点6、钢的退火、正火、淬火与回火组织基本内容第二章钢的宏观检验技术1、硫印试验的方法和步骤基本内容2、酸蚀试验的方法和步骤基本内容3、断口检验的方法与断口分类和识别基本内容4、塔形实验扽方法和步骤基本内容第一章金相检验技术绪论1.1、金相检验在生产中的地位和作用金相检验技术是一项理论和实践性很强的工作。机械工业金相检验工作有着非常良好的专业基础和规范性的科学程序，曾为机械工业的发展作出了主要的贡献。近年来，随着机械工业也的发展和信息技术在机械工业的广泛应用，新技术、新材料、新仪器、新理论都不断对机械工业金相检验工作提出了新要求。第一章金相检验技术绪论1.2、本课程的主要学习内容本门课程主要学习钢的宏观检验技术，金相检验技术与设备，结构钢、工具钢、不锈钢和耐热钢、铸钢和铸铁、渗层组织、焊接件、有色金属的金相检验技术以及缺陷分析于失效分析技术。第一章金相检验技术绪论第一章金相检验技术绪论1、标准化的意义：是现代化大生产的必要条件；是实行科学管理和现代化管理的基础；有利于专业化协作生产的巩固和发展；有利于提高产品质量和发展产品品种。2、我国标准的分类：国家标准、专业（部）标准和企业标准。1.3、检验标准应用3、标准的代号：国家标准GB专业（部）标准JBYBZB美国标准ANSI英国标准BS法国标准NF日本标准JIS第一章金相检验技术绪论4、标准的编号及含义：1.3、检验标准应用第一章金相检验技术绪论4、标准的编号及含义：1.3、检验标准应用第一章金相检验技术绪论5、注意事项：要弄清标准的适用范围；要注意标准中金相图片的放大倍数要及时采用新的标准1.3、检验标准应用第一章金相检验技术绪论1.4、Fe-C(Fe-Fe3C)相图的作用①包晶转变线（水平线HJB），反应式：LB0.53%C+δH0.09%C→γJ0.17%C②共晶转变（水平线ECF），反应式：Ld→γE2.11%C+Fe3C6.69%C③共析转变（水平线PSK），通常标为A1温度，反应式：γS0.77%C→αP0.0218%C+Fe3C6.69%C④其他重要的转变线GS线，A3线；ES线，ACM线。①工业纯铁（铁素体F）工业纯铁显微组织1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论②共析钢。含碳量为0.77%；平衡组织为珠光体（P）1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论珠光体组织③亚共析钢。含碳量0.021%～0.77%；其平衡组织为F+P。1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论珠光体＋铁素体组织④过共析钢。含碳量0.77%～2.11%；其平衡组织为网状Fe3CⅡ+P。1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论网状Fe3CⅡ+P组织⑤共晶白口铁。含碳量4.30%；其平衡组织为Ld。1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论Ld组织⑥亚共晶白口铁。含碳量2.11%～4.30%；其平衡组织为Ld+P+Fe3CⅡ。1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论Ld+P+Fe3CⅡ组织⑦过共晶白口铁。含碳量4.30%～6.69%；其平衡组织为Ld+Fe3CⅠ。1.4.1、铁碳合金的平衡组织第一章金相检验技术绪论Ld+Fe3CⅠ组织1.5、等温冷却C曲线的应用难点以共析钢为例，过冷A等温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（TimeTemperatureTransformation）第一章金相检验技术绪论图2-21.5、等温冷却C曲线的应用难点第一章金相检验技术绪论过冷奥氏体连续转变曲线难点第一章金相检验技术绪论P的转变发生在临界温度A1以下较高的范围内，又称为高温转变。1.5.1、钢的珠光体转变第一章金相检验技术绪论片状珠光体粒状珠光体M转变属于低温转变。钢的马氏体组织是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是典型的非扩散型相变。1.5.2、钢的马氏体转变第一章金相检验技术绪论板条马氏体针状马氏体贝氏体转变是介于马氏体和珠光体之间的转变，属于中温转变。1.5.3、钢的贝氏体转变第一章金相检验技术绪论上贝氏体下贝氏体贝氏体转变是介于马氏体和珠光体之间的转变，属于中温转变。1.5.3、钢的贝氏体转变第一章金相检验技术绪论粒状贝氏体此外还有无碳贝氏体魏氏组织：当亚共析钢或者过共析钢在高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或者渗碳体从奥氏体晶界上沿一定的晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下，呈羽毛或三角状，其间存在着珠光体组织，称为魏氏组织。1.5.3、钢的贝氏体转变第一章金相检验技术绪论铁素体魏氏组织渗碳体魏氏组织（1）退火将工件加热到Ac3（或Ac1）以上的适当温度保温后在炉内缓慢冷却的工艺方法，称为退火。（2）正火将工件加热到Ac3（或Acm）以上，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。1.6、钢的退火、正火、淬火与回火组织第一章金相检验技术绪论（3）淬火淬火是将工件加热到Ac3或Ac1以上某一温度保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。1.6、钢的退火、正火、淬火与回火组织第一章金相检验技术绪论45钢750℃淬水组织45钢920℃淬水组织45钢860℃淬油组织（4）钢的回火回火是指工件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温下的热处理工艺。1.6、钢的退火、正火、淬火与回火组织第一章金相检验技术绪论高温回火索氏体组织中温回火托氏体组织低温回火马氏体组织第二章钢的宏观检验技术钢的宏观检验技术的定义：又称宏观分析，它是通过肉眼或者放大镜来检验金属材料及其制品的宏观组织和缺陷的方法。优点：检验范围大，视域宽，检验方法、操作技术以及所需的检验设备简单，较快捷全面地反映出材料或产品的品质。检验范围：钢材中的疏松、气泡、缩松残余、非金属夹杂物、偏析、白点、裂纹以及各种不正常的断口缺陷。实验方法：硫印实验、酸蚀实验、断口实验、塔形实验等硫印实验可以用来检验硫元素在钢中的分布情况。2.1.1基本原理：H2SO4+FeS→H2S↑+FeSO4H2SO4+MnS→H2S↑+MnSO4H2S+2AgBr→Ag2S↓+2HBr2.1、硫印实验第二章钢的宏观检验技术2.1.2方法和操作步骤钢的硫印实验方法按照国标GB/T4236-1984进行。①试样选取和制备：棒材、钢胚和圆钢等产品从垂直于扎制方向的界面选取。对于锻件，应选取纵向截面进行实验。对硫印试样采用刨、车、铣和研磨等方式加工，建议表面粗糙度约为Ra1.6～1.8μm。②试验材料和试剂：相纸；3%体积硫酸+97%体积水；定影液（采用商用定影液或150～200g/LNa2S2O3水溶液）。2.1、硫印实验第二章钢的宏观检验技术③步骤：2.1、硫印实验第二章钢的宏观检验技术室温下把相纸浸入硫酸水溶液中5min左右→将湿润相纸的感光面贴到收件表面，受检表面应干净无油污→排出试样表面与相纸间的气泡和液滴↓反应一定时间←揭掉相纸，流水清洗，定影，显影，干燥上光④注意事项：为验证效果，需重复试验一次，第二次试验时相纸覆盖时间延长一倍。如对结果有怀疑，可将试样同一被检面进行机加工至少去处0.5mm以上。2.1、硫印实验第二章钢的宏观检验技术酸蚀实验是显示钢铁材料低倍组织和各种缺陷，如：裂纹、夹杂、疏松、偏析以及气孔等的实验方法。2.2.1试样的选取：酸蚀试样必须选取最易发生各种缺陷的部位。例如：检验淬火裂纹、磨削裂纹、淬火软点等缺陷应选取材料的外表面进行实验；检验钢材质量时在钢材两端分别取样；钢中白点、偏析、皮下气泡、翻皮、疏松、残余缩孔、轴向晶间裂纹和折叠裂纹等缺陷，在横截面试样上取样，钢材中的锻造流线、应变线和条带状组织，在纵截面上取样。在作失效分析或缺陷分析时，处在缺陷出取样外，还应在有代表性的部位取样作比较分析。2.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术2.2.2热酸蚀试验：酸液加热到一定温度时，电化学腐蚀反应速度加快。①试验所需设备：酸蚀槽、加热器、碱水槽、流水冲洗曹、电热吹风。②操作过程：在酸蚀槽中加热酸液→将加工好清洗干净的试样放于酸蚀槽中热蚀→在一定温度下侵蚀一定时间后将试样取出→大型试样可先放入碱液槽中作中和处理，小试样直接用流水冲洗干净，用电吹风吹干→检验。注意：试样制备好后应防止生锈。2.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术③腐蚀试剂和实验规范见表3-12.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术2.2.3冷酸蚀试验：适用于不能切割的大型锻件和外形不能破坏的大型及其零件。此方法可直接在现场进行。冷酸蚀实验分为冷酸浸蚀法和冷酸擦蚀法。2.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术2.2.4电解腐蚀试验：此试验是近年发展起来的试验方法，适用于钢材厂的大批量大型试验。①电解腐蚀的原理：同原电池反应②试验装置：如图所示2.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术2.2.5低倍组织缺陷的评定和标准贯彻钢的低倍组织缺陷评定范围和评定规则按照国家标准GB/T1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》，该标准适用于碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢钢材（锻、轧坯）横截面试样的缺陷评定。评定原则：一般疏松评定原则，中心疏松评定原则，锭型偏析评定原则，斑点状偏析评定原则，白亮带评定原则，中心偏析评定原则，冒口偏析评定原则，皮下气泡评定原则，残余缩孔评定原则，翻皮评定原则，白点评定原则，轴心晶间裂缝评定原则，非金属夹杂物（目视可见）及夹渣评定原则。2.2、酸蚀实验第二章钢的宏观检验技术断口检验能够发现钢本身的冶炼缺陷和热加工、热处理等制造工艺中存在等问题，是宏观检验中常用的一种方法，是反映产品质量极为重要的手段之一。2.3.1断口检验的优点：对于使用过程中破损的零件和在生产制造过程中由于某种原因而导致破损的断口，以及做拉力、冲击试验试样破断之后的断口，无需任何加工试样，就可直接进行观察和检验。2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.2断口试样制备方法：对于钢材中的偏析、非金属夹杂物以及白点等缺陷，应尽可能选取纵向断口；对于钢材直径或边长大于40mm的钢材应作纵向断口，对于钢材直径或边长小于40mm的钢材应作横向断口。纵横断口制备示意图如图所示：2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别按照国家标准GB/T1814-1979《钢材断口检验法》，该标准适用于结构钢，滚珠钢，工具钢及弹簧钢的热轧、锻造，冷拉条钢和钢坯。断口分类如下：①纤维状断口②结晶状断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别③层状断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别④白点断口⑤缩孔残余断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别⑥气泡断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别⑦非金属夹杂物（目视可见）及夹渣断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别⑧黑脆断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术2.3.3钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别⑨石状断口⑩萘状断口2.3、断口检验第二章钢的宏观检验技术塔形试验是将钢材制成不同直径的阶梯形试样，用酸蚀或磁力探伤方法检验钢中发纹情况的方法。检验方法按照国家标准GB/T1012-1988《塔形发纹磁粉检验法》以及GB/T1571