结构钢金相检验

第5章结构钢的金相检验拨叉变速齿轮变速箱Chapter５机械制造结构钢齿轮曲轴汽车万向节连杆Chapter５机械制造结构钢弹簧拉力弹簧离合器弹簧蝶形弹簧板弹簧Chapter５机械制造结构钢滚珠滚珠轴承Chapter５机械制造结构钢履带铁轨分道叉破碎机颚板挖掘机斗齿Chapter５机械制造结构钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。5.0概述钢的分类及编号一、钢的分类1、按化学成分分中碳钢0.25%~0.6%C高碳钢0.6%C低碳钢0.25%C低合金钢合金元素总量5%中合金钢合金元素总量5%~10%高合金钢合金元素总量10%碳素钢合金钢2、按质量分类钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。3、按冶炼方法分：平炉钢（用平炉冶炼钢）、转炉钢（用转炉冶炼钢）4、按金相组织分按退火组织分：亚共析钢、共析钢、过共析钢按正火组织分：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、莱氏体钢5、按用途分类工程用钢建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢机器用钢结构钢刃具钢模具钢量具钢工具钢不锈钢耐热钢特殊性能钢二、钢的编号我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。1、碳素结构钢和低合金高强度钢Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa；质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，质量提高。脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号表示，如16Mn。*说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。钢桥梁钢板、钢筋2、优质碳素结构钢牌号用两位数字表示。表示钢平均含碳量的万分之几。如45钢—平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。*说明：①含Mn量为0.7-1.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。②对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。3、合金结构钢和合金弹簧钢两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字+……当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50-3.49%、3.50-4.49%、4.50-5.49%、……时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5……等数字。如20CrNi3。高级优质钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。特级优质钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。所有合金钢的合金元素量标法相同1、应用背景机械制造结构钢也称机器零件用钢，包括碳素结构钢和合金结构纲，用于制造各种机械零件所用的钢种，故此得名。可以得到良好的强度和韧性，在机械制造和工程建筑业得到广泛的用途．如各种齿轮零件、轴（杆）类零件、弹簧、轴承及高强度结构件等。广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、电站设备、飞机及火箭等装置上。Chapter5机械制造结构钢三.机械制造结构钢Chapter3机器零件用合金结构钢2、机械制造结构钢的服役条件主要是承受拉伸、压缩、扭转、剪切、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等力的作用，或者是它们中的多种载荷的交互作用。服役环境是大气、水和润滑油，温度在-50℃~+100℃范围之间。机器零件要求结构紧凑、运转快速准确以及零件间有合适的公差配合等。由此便决定机器零件用钢在性能上要求与工程构件用钢有所不同。Chapter3机械制造结构钢3、机器零件用钢对力学性能要求要求强度和韧性以保证机器零件体积小、结构紧凑及安全性好；要求有良好的疲劳性能与耐磨性等。因此对机器零件用钢必须进行热处理强化以充分发挥钢材的性能潜力，所以机器零件用钢的使用状态通常为淬火加回火态，即强化态。对钢材的其它工艺性能（如冶炼性能、浇注性能、可锻性能等）也有要求，但一般问题不大。机器零件用钢通常以力学性能为主，工艺性能为辅。Chapter５机械制造结构钢基本要求：了解各类钢的服役条件、对钢的基本性能要求、化学成分特点和热处理特点；掌握常用低碳合金钢、调质钢、弹簧钢等的典型牌号.掌握结构钢中的基本的金相组织特点重点与难点：各类钢的化学成分特点、合金元素的作用、强韧化机制及热处理特点，金相组织特点。四．教学要求Chapter3机械制造结构钢五．主要内容冷变形钢的金相检验易切削结构钢的金相检验调质钢的金相检验低碳低合金钢的组织检验马氏体结构钢的金相检验弹簧钢的金相检验第一节钢中的非金属杂杂物的金相检验一、杂质元素对性能的影响钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧残留的元素。Mn、Si：有利于改善钢的机械性能。S：易使钢热脆。P：易使钢冷脆。必须严格控制在牌号规定的范围之内。气体元素①N：在常温放置过程中钢中过饱和N以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆,称时效脆化。②O：氧在钢中以氧化物或复杂氧化物(硅酸盐2MnO•SiO2、MnO•SiO2)的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源。③H：氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。N、H、O是有害杂质钢中白点三.非金属夹杂物的金相检验夹杂物的金相取样按”GB/T10561-1989”标准夹杂物金相制样-镶嵌-检查面的磨制-抛光,在显微镜100倍下观察.(一)非金属夹杂物类型的鉴别(在明场-暗场-偏光（有硫化物，氧化物，硅酸盐，氮化物）1.硫化物(主要是FeS,MnS,硫化物塑性较好)FeS-明场下呈淡黄色，暗场下不透明，MnS－明场下呈灰蓝色，暗场下不透明，偏光下都不透明．硫化锰（MnS）夹杂物组织特征：夹杂物呈灰色长条状，是因为在轧钢过程中使其拉长，所以这种夹杂物也被称为塑性夹杂物。材料：各类钢铁腐蚀方法：未腐蚀放大倍数：500倍球状透明夹杂物组织特征：黑色圆球状为氧化物夹杂物，白色为基体（未经化学腐蚀），组织特点为半球状夹杂物在光学显微镜明场照明下可看到半球面的表面呈现出黑白交替的等色环。材料：低碳钢焊缝区腐蚀方法：未腐蚀放大倍数：500倍球状透明夹杂物组织特征：圆球状透明氧化物在正交偏振光照射下，可看到在圆形的夹杂物中有一个黑十字，这种现象称为“黑十字”效应，这种效应与夹杂物必须是透明的、球形的有关。材料：低碳钢焊缝区腐蚀方法：未腐蚀放大倍数：500倍组织特征：夹杂物呈金黄色规则外形分布，边缘有棱角，常呈多边形。尤其在含CrMnTi材料中居多。材料：各类钢铁腐蚀方法：未腐蚀放大倍数：200倍氮化钛（TiN）夹杂物混合夹杂物组织特征：夹杂物呈不同颜色及不同形状，当混合夹杂物量多时，材料的力学性能会受到很大的影响，因每一颗夹杂物就象一个裂纹分布在钢中。材料：各类钢铁腐蚀方法：未腐蚀放大倍数：500倍第二节碳素钢和低合金钢中的基本组织碳素钢是指除Ｃ以外含有少量Ｍn,Si,S,P,O,N,的元素，低碳钢＜０.25%,中碳钢0.25-0.6％，高碳钢＞０.6%低合金钢在碳钢的基础上加入一些合金元素（Ｍn,Cr,Mo,Ni,等),弥补碳钢的不足，提高钢的强度，韧性，塑性，耐磨性．碳素钢和低合金钢属于亚共析钢，工艺不同组织不同，有（铁素体，珠光体，渗碳体，奥氏体，马氏体，贝氏体，魏氏组织，带状组织，回火马氏体，回火屈氏体，回火索氏体．一．奥氏体碳钢中奥氏体是Ｃ在γ－Ｆe中过饱和固溶体．奥氏体是一个高温相，在７２７度以上才存在．在光学显微镜下呈多边形晶粒，晶粒内部往往出现平行的孪晶带，这是由于加热和冷却过程中所产生的热应力使奥氏体发生塑性变形所致。奥氏体的硬度较低，约为HB170—220，塑性好，所以钢在压力加工时，都要加热到形成奥氏体温度。二．铁素体碳溶解在α—Fe中的间隙固溶体。它的溶碳量随着温度的改变而变化，其最大溶碳量在727℃为0.0218%。经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白色的多边形晶粒，黑色网是晶粒边界。重浸蚀后晶粒呈现明暗不同的颜色，这是由于各晶粒的位向不同，显示出各晶粒具有不同的耐腐蚀性。亚共析钢中，随着含碳量的增加，珠光体量增加而铁素体量减少，当铁素体量多时，它呈块状分布，而当钢的含碳量接近共析成分时，F在P的边界上呈网状分布。铁素体硬度较低约在１００ＨＢ图１铁素体显微组织四．珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物形态：Ａ）片状ＰＢ）球状珠光体片状Ｐ是钢过冷到Ａ１线下较高的温度，在Ｃ曲线较高的温度发生共析转变的产物．Ｐ的形成过程：a)形核—渗碳体或F首先在A晶界或相界面→使碳浓度↓—当↓F平衡浓度时，形成铁素体片。b)核长大—F和Fe3C片长大—又使A变成富碳区—促使Fe3C形核—直到许多不同取向的珠光体相遇，A全部分解完毕。四．片状珠光体组织特征：珠光体为两相组织，铁素体＋渗碳体。黑色的片状为渗碳体，白色的连续相为铁素体,有些区域由于分辨率不够,不能将铁素体与渗碳体的界面分开,只能看到灰黑色的块状区域。材料:T8钢热处理状态：退火腐蚀方法：4%硝酸酒精溶液侵蚀放大倍数：400×四．粒状珠光体组织特征:珠光体为两相组织,铁素体＋渗碳体.白色基体为铁素体,球粒状的是渗碳体。材料:T8钢热处理状态：球化退火腐蚀方法:4%硝酸酒精溶液侵蚀放大倍数:500×五．贝氏体贝氏体是钢的奥氏体在Ｐ以下－Ｍ又称中温转变（550℃~230℃（MS）一.贝氏体的组织形态和力学性能1）组织形态A）上贝氏体（又称羽毛状）：A过冷→B，贝氏体较高温度，F的排列是平行的，相邻板条之间的位向差为为6-18度，和夹于其间断续的条状渗碳体的两相机械混合物，随着钢中碳含量的增加，上贝氏体中的铁素体板条增多，变薄，渗碳体的形态由粒状、变为短杆状。550℃~350℃为上贝氏体半扩散型，Fe不扩散羽毛状碳化物在F间，韧性差B）下贝氏体：350℃~Ms，又称低温贝氏体，也是两相组织，F+Fe3C,也称针状贝氏体，Fe3C呈颗粒状，约以55-60的角度与下贝氏体针的长轴相交。原子有一定的扩散能力2）贝氏体的力学性能上贝氏体F条粗大，过饱和程度低，强度硬度低，韧性低。下贝氏体针状碳化物在F内，韧性高，综合机械性能好。贝氏体转变：半扩散相变550℃～Ms,A→B)上贝氏体：550～350℃，过饱和片状F＋渗碳体下贝氏体：350℃～Ms，过饱和针状F＋弥散-Fe2.4C上贝氏体（羽毛状）上贝氏体（羽毛状）组织特征：黑色羽毛状为上贝氏体，白色区域为淬火马氏体，组织特征为羽毛状上贝氏体分布在淬火马氏体基体上，并有少量针状下贝氏体。材料：65Mn热处理状态：960℃保温，350℃等温50秒后，水冷腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液放大倍数：500倍上贝氏体组织特征：黑色针状为下贝氏体，白色区域为淬火马氏体，组织特征为针状下贝氏体分布在淬火马氏体基体上，并有少量上贝氏体组织。材料：65Mn热处理状态：960℃保温，280℃等温2分钟后水冷腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液放大倍数：500倍下贝氏体六．魏氏组织在亚共析和过共析中，由高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或渗碳体从奥氏体晶界上沿着奥氏体的一定晶面向晶内生。称魏氏组织。产生原因：奥氏体晶粒粗大，冷却速度快。导致塑性和冲击韧性下降，脆性转变温度升高。消除办法：可通过正火、退火、锻造的办法消除。严重的可通过二次正火加以消除。魏氏组织（F+P)组织特征：黑色为珠光体，白色为铁素体，组织特点是由于加热温度偏高，冷却速度较快，铁素体