铁碳合金相图分析

2. 珠光体转变——是过冷奥氏体在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行的转变.珠光体转变是单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相的机械混合物的相变过程因此珠光体转变必然发生碳的重新分布和铁的晶格改组.由于相变在较高温度下发生铁、碳原子都能进行扩散所以珠光体转变是典型的扩散型相变. 无论珠光体、索氏体还是屈氏体都属于珠光体类型的组织.它们的本质是相同的都是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合物.它们之间的差别只是片层间距的大小不同而已. 珠光体的片层间距:450～150 nm形成于A1～650℃温度范围内. 索氏体的片层间距:150～80nm形成于650～600℃温度范围内. 屈氏体的片层间距:80～30nm形成于600～550℃温度范围内.

3. 马氏体转变——是指钢从奥氏体化状态快速冷却抑制其扩散性分解在较低温度下(低于Ms点)发生的转变.马氏体转变属于低温转变.钢中马氏体是碳在

α-Fe中的过饱和固溶体具有很高的强度和硬度.由于马氏体转变发生在较低温度下此时铁原子和碳原子都不能进行扩散马氏体转变过程中的Fe的晶格改组是通过切变方式完成的因此马氏体转变是典型的非扩散型相变. 二. 热处理工艺

1. 退火和正火:将金属及其合金加热保温和冷却使其组织结构达到或接近平衡状态的热处理工艺称为退火或回火.

A. 低温退火(去应力退火):是指钢材及各类合金为消除内应力而施行的退火.加热温度< A1 碳钢及低合金钢550～650℃高合金工具钢600～750℃ B. 再结晶退火:加热温度> Tr Tr+150～250℃

C. 扩散退火:是指为了改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性而实行的退火.

(1) 通过扩散退火可以使在高温下固溶于钢中的有害气体(主要是氢)脱溶析出这时称为脱氢退火. (2) 均匀化退火的任务在于消除枝晶成分偏析改善某些可以溶入固溶体夹杂物(如硫化物)的状态从而使钢的组织与性能趋与均一.扩散退火的加热温度> Ac3 Acm 在固相线以下高温加热同时也要考虑不使奥氏体晶粒过于长大.碳钢1100～1200℃

D. 完全退火:是指将充分奥氏体化的钢缓慢冷却而完成重结晶过程的退火.加热温度 Ac3+30～50℃ E. 等温退火:是指将奥氏体用较快的速度冷却到临界点以下较高温度范围进行珠光体等温转变的退火. 加热温度 Ac3～Ac1

2. 正火:是指将碳合金加热到临界点Ac3以上适当温度并保持一定时间然后在空气中冷却的工艺方法. 过共析钢正火后可消除网状碳化物而低碳钢正火后将显著改善钢的切削加工性.所有的钢铁材料通过正火均可使锻件过热晶粒细化和消除内应力.

正火比退火的冷却速度快正火后的组织比退火后的组织细. 3. 淬火与回火

(1). 淬火:是指将钢通过加热、保温和大于临界淬火速度(Vc)的冷却是过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法.

(2). 钢的淬透性:就是钢在淬火时能够获得马氏体的能力它是钢材本身固有的一个属性. (3). 当淬火应力在工件内超过材料的强度极限时在应力集中处将导致开裂.

(4). 回火:本质上是淬火马氏体分解以及碳化物析出、聚集长大的过程.它与淬火不同点是由非平衡态向平衡态(稳定态)的转变.

4. 化学热处理:是将工件放在一定的活性介质中加热使非金属或金属元素扩散到工件表层中、改变表面化学成分的热处理工艺.(如:渗入碳、氮、硼、钒、铌、铬、硅等元素)

第五部分 宏观检验 一. 宏观检验

主要可分为低倍组织及缺陷酸蚀检验、断口检验、硫印检验等. 二. 酸蚀试验

在宏观检验领域中酸蚀检验是最常用的检验金属材料缺陷、评定钢铁产品质量的方法.如果一批钢材在酸蚀中显示出不允许存在的缺陷或超过允许程度的缺陷时其它检验可不必进行. 1. 酸蚀试验:是用酸蚀方法来显示金属或合金的不均匀性. (1) 热酸浸蚀实验方法 (2) 冷酸浸蚀实验方法 (3) 电解腐蚀实验方法

2. 酸蚀试验所检验的常见组织和缺陷

A:偏析:是钢中化学成分不均匀现象的总称.

在酸蚀面上偏析若是易蚀物质和气体夹杂物析集的结果将呈现出颜色深暗、形状不规则而略凹陷、底部平坦的斑点;若是抗蚀性较强元素析集的结果则呈颜色浅淡、形状不规则、比较光滑微凸的斑点. 根据偏析的位置和形状可分为中心偏析、锭型偏析(或称方框偏析)、点状偏析、白斑和树枝状组织. 中心偏析:出现在试面中心部位形状不规则的深暗色斑点.

锭型偏析:具有原钢锭横截面形状的、集中在一条宽窄不同的闭合带上的深暗色斑点.

B. 疏松:这种缺陷是钢凝固过程中由于晶间部分低熔点物最后凝固收缩和放出气体而产生的孔隙.在横向酸蚀面上这种孔隙一般呈不规则多边形、底部尖狭的凹坑这种凹坑多出现在偏析斑点之内.根据疏松分布的情况可分为中心疏松和一般疏松.

C. 夹杂:宏观夹杂可分为外来金属、外来非金属和翻皮三大类.

D. 缩孔:由于最后凝固的钢液凝固收缩后得不到填充而遗留下来的宏观孔穴.

E. 气泡:由于钢锭浇注凝固过程中所产生和放出气体所造成的.一般可分为皮下气泡和内部气泡两类. a. 皮下气泡: 由于浇注时钢锭模涂料中的水分和钢液发生作用而产生的气体.

b. 内部气泡:又可分为蜂窝气泡和针孔气泡.蜂窝气泡是由于钢液去气不良所导致一般为不允许存在的缺陷存在钢坯内部在试面上较易浸蚀象排列有规律的点状偏析但颜色更深暗些;针孔是因为较深的皮下气泡在锻轧过程中未焊合而被延伸成细管状在横试面上呈孤立的针状小孔.

白点:也称发裂是由于氢气脱溶析集到疏松孔中产生巨大压力和钢相变时所产生的局部内应力联合造成的细小裂缝.在横试面上呈细短裂缝 三. 硫印检验

是一种定性检验是用来直接检验硫元素并间接检验其它元素在钢中偏析或分布情况的操作.硫印检验时先用5~10%的稀硫酸水溶液浸泡相纸5分钟左右后取出去除多余的硫酸溶液把湿润的相纸感光面贴到受检表面上应确保相纸与试样面的紧密接触不能发生任何滑动 排除相纸与试样面的气泡和液滴.其化学反应大致为:

MnS+H2SO4→MnSO4+H2S↑ FeS+H2SO4→FeSO4+H2S↑ H2S+2AgBr→2HBr+Ag2S↓

几秒到几分钟后将从试面上揭下的相纸在水中冲洗约10分钟然后放入定影液中定影10分钟以上取出后在流动水中冲洗30分钟以上干燥后既成. 四. 断口检验

1. 脆性断口:通常工程上把没有明显塑性变形的断裂统称为脆性断裂发生脆性断裂的断口为脆性断口.脆性断口也称晶状断口是指出现大量晶界破坏的耀眼光泽断口断口中晶状区的面积与断口原始横截面积的百分比则是脆性断面率也称晶状断面率.

2. 结晶状断口:此种断口具有强烈的金属光泽 有明显的结晶颗粒断面平齐而呈银灰色.是一种正常的断口.属于脆性断口.

3. 纤维状断口:这种断口呈无光泽和无结晶颗粒的均匀组织.通常在断口的边缘有明显的塑性变形.一般情况下是允许存在的.属于韧性断口.

4. 瓷状断口:是一种类似瓷碎片的断口呈亮灰色、致密、有绸缎的光泽和柔和感.是一种正常的断口. 5. 台状断口:这种断口出现在纵向断面上呈比基体颜色略浅、变形能力稍差、宽窄不同、较为平坦的片状(平台状).多分布在偏析内.

6. 撕痕状断口:这种断口出现在纵向断面上沿热加工方向呈灰白色、变形能力差致密而光滑的条带. 7. 层状断口:这种断口出现在纵向断面上呈劈裂的朽木状或高低不平的、无金属光泽的、层次起伏的条带条带中伴有白亮或灰色线条.

8. 缩孔残余断口:出现在纵向断口的轴心区是非结晶状条带或疏松区有时伴有非金属夹杂物或夹杂沿条带常带有氧化色.

9. 石状断口:在断口表面呈现粗大而凹凸不平的沿晶界断裂的粗晶颜色暗灰而无金属光泽象有棱角的沙石颗粒堆砌在一起.

10. 萘状断口:是一种脆性穿晶的粗晶断口在断口面上呈现弱金属光泽的亮点或小平面用掠射光线照射时由于各个晶面位向不同这些亮点或小平面闪耀着萘状晶体般的光泽.

11. 疲劳断口:在远低于金属材料的抗拉强度的交变应力作用下经过一定周次后材料会发生突然破断但在破断前夕没有明显的宏观塑性变形这种现象称为疲劳破坏.疲劳断口的宏观特征通常呈现为两个断裂区——即平滑区和粗粒状区.

12. 韧性(塑性)断口:通常工程上把发生明显塑性变形的断裂统称为塑性断裂其断口形貌为韧性(塑性)断口.它的形貌特征为:断口呈暗灰色没有金属光泽看不到颗粒状形貌断口上有相当大的延伸边缘有比较大的剪切唇.

13. 穿净断裂即可以是韧性断裂也可以是脆性断裂. 五.钢的凝固过程

钢液浇注后由于模壁的散热作用使靠模壁处的钢液先达到过冷状态加上模壁对形核起促进作用所以接触模壁处的钢液首先形核结晶.离模壁越近温度越低则形核率愈大其结果形成细小的等轴晶粒.随着细晶区的形成钢液冷却速度大为减慢这种情况虽然限制了晶核的生成但仍具备晶体长大的热力学条件.由于主轴方向与模壁垂直的晶粒散热速度最快故晶体也就在垂直模壁的方向上以很大的线速度向液体内伸展.这时树枝晶的主轴差不多垂直于模壁结晶放出的潜热通过已结晶的固体和模壁散失.这样在细小等轴晶粒内层长成粗大的、单方向的柱状晶体.当中心区域的钢液温度继续下降出现过冷条件同时存在着促使非自发形核的夹杂物时以致使整个残留液体中几乎同时出现结晶核心而且这些结晶核心长出的树枝晶可向各个方向生长故最后在锭中心形成无定向的粗大等轴晶粒.

第六部分 金相检验 一. 试样的制备过程

1. 镶嵌:当试样形状不规则或较小(如线材、细小管材、薄板等)、较软、易碎或者边缘需要保护时必须将试样镶嵌起来变成易于制备的试样.

2. 磨(抛)光: 磨(抛)制试样时用力一定要均匀同时要保证试样的温度不能升高以免对组织产生影响. 3. 腐蚀 二. 金相显微镜

1. 物镜:显微镜成象质量主要决定于物镜的优劣因此它是显微镜中最重要的光学零件. 物镜外壳上的标记: 45 / 0.65 ∞

a. 放大倍数:用符号“x”表示也有省去“x”仅刻数字的如 45倍刻成45x或45 . b. 数值孔径一般直接标注在放大倍数之下如 0.65 .

d. 机械镜筒长度用数字表示如 160毫米为160;而“∞”表示物镜象差是按任意镜筒长度校正的. 2. 物镜的分辨率:是指将试样上细微组织构成清晰可分的能力.

3. 象差:一般实用光束均要有一定宽度而且物体的发光点也不可能全部都在光轴上对不同波长的光折射率也不相同因此实际的光学系统与近轴光学系统所得图象有所偏差这就是象差. 4. 目镜:是将物镜放大的中间象再放大. 5. 放大倍数=物镜放大倍数X目镜放大倍数

6. 观察:为了保证在聚焦过程中不使物镜触及试样操作的次序是先调节粗动螺丝使物镜接近试样表面再通过目镜观察试样时调整粗动螺丝再用微动螺丝对准物象. 三. 暗室技术

1. 底片:是在透明的片基上涂上感光银盐制成的.

2. 相纸:是在厚0.15~0.30毫米的高级纸上涂上感光乳剂制成.

3. 照片的制作过程——照相→底片的冲洗[显影、冲洗(停影)、定影、晾干]→印相(或放大) →相纸的冲洗[显影、冲洗(停影)、定影、晾干] 四.相关标准

(一) 金属显微组织检验方法 GB/T13298-91

1. 试样的浸蚀——一般情况下显示组织用3%~4%的硝酸酒精溶液浸蚀. 2. 在显微镜下观察铁素体为均匀明亮的多边形晶粒.

3. 渗碳体不会被硝酸酒精腐蚀所以在显微镜下呈现白亮颜色.但在碱性苦味酸中易被腐蚀因而此时被染为深色.

4. 珠光体在高倍显微镜下可以看到条壮渗碳体分布于铁素体机体上;在低倍镜下珠光体呈片层壮特征. (二) 奥氏体晶粒度的概念

1. 起始晶粒度:就是珠光体刚完全转变成奥氏体时的晶粒度.

2. 实际晶粒度:把在一个具体条件下所得到的奥氏体晶粒的大小叫做奥氏体的实际晶粒度.如热轧钢材一般是指热轧终了时的奥氏体晶粒度.

3. 本质晶粒度:就是反映钢材加热时奥氏体晶粒长大倾向的一个指标. (三) 金属平均晶粒度测定法 GB 6394-86

晶粒度:表示晶粒的大小通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示.

1. 比较法是通过与标准评级图对比来评定晶粒度的.测定等轴晶粒的晶粒度使用比较法最简便.使用比较法时如需复验应改变观察的放大倍数以克服初验结果可能带有的主观偏见. 2. 在有孪晶材料中每个晶粒和它内部的孪晶带应视为一个晶粒.

3. 一般应用时每一个给定面积内含有100粒以上便可满足统计学条件实际测定时为便于计数可降到50粒. 4. 晶粒度级别指数G:在100倍下645.16mm2面积内包含的晶粒数n与G有如下关系 n=2G-1 5. 测定晶粒度用的试样应在交货状态的材料上切取. 试样不允许重复热处理.

6. 面积法是通过统计给定面积内晶粒数n来测定晶粒度的. 晶粒度级别指数 G=-2.9542+3.3219Lgna 8. 截点法:是通过统计给定长度的测量网格上的晶界截点数来测定晶粒度的. 截点N:观测面上晶界与测量网格的交点. 截距L:覆盖在一个晶粒上的测量线段的长度. 平均截距=L/M×N M:观测用的放大倍数. 晶粒度级别指数G=-3.2877+6.6439Lg(M×N/L)