金相中級講義物理檢測中級工技能鑒定培訓

1、物理檢測中級工技能鑒定培訓講義（金相檢驗部分）第一部分 鐵碳平衡相圖鐵是元素周期表上的第26個元素,相對原子質量為55.85,屬于過渡族元素.在一個大氣壓下,它于1538ºC熔化,2738ºC氣化.在20ºC時的密度為7.87g/c³.鐵碳合金圖是前人經(jīng)過大量的實驗總結出來的,并已被實踐證明了的,到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)問題的狀態(tài)圖.不過,由于實驗條件不同,各特性點的具體數(shù)據(jù)在不同資料上略有不同.鐵碳合金相圖是研究鋼鐵合金的成分、組織和性能之間關系的理論基礎也是制定各種熱加工工藝的依據(jù).鐵與碳可以形成一系列的穩(wěn)定化合,因此整個鐵碳相圖可以看成是有多個二元相圖

2、所構成的.一. 狀態(tài)圖中的特性點Fe- Fe3C相圖中各點的溫度、濃度及其含義如表1所示.Fe-Fe3C 相圖中各特性點的符號及意義 表1特性點溫度(ºC)含碳量(%)特性點的含義A15380純鐵的熔點B14950.53包晶轉變的液相成分C11484.30共晶點D12276.69滲碳體熔點E11482.11碳在奧氏體中最大溶解度F11486.69共晶滲碳體成分點G9120-Fe -Fe同素異構轉變點(A3)H14950.09碳在-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶成分點K7276.69共析滲碳體成分點N13940-Fe -Fe同素異夠轉變點(A4)P7270.0218碳在鐵素體

3、中最大溶解度S7270.77共析點Q6000.008碳在鐵素體中溶解度二. 狀態(tài)圖中的特性線(表2)Fe-C合金相圖中的特性線表2 特性線特性線的含義ABCD鐵碳合金的液相線AHJECF鐵碳合金的固相線NH固溶體向奧氏體轉變開始溫度線,即碳在固溶體中的溶解度線JN固溶體向奧氏體轉變終了溫度線(A4)GS奧氏體向鐵素體轉變開始溫度線(A3)GP奧氏體向鐵素體轉變終了溫度線PQ碳在鐵素體中的溶解度線,又叫固溶線ES碳在奧氏體中的溶解度線(Acm)HJBLB+CH AJ包晶轉變線ECFLC AE+Fe3C共晶轉變線PSKAS FP+Fe3共析轉變線(A1)MO鐵素體的磁性轉變線(A2)230

4、86;C水平虛線滲碳體的磁性轉變線(A.)三. 狀態(tài)圖中的相區(qū)在Fe-Fe3C相圖中共有五個單相區(qū)、七個兩相區(qū)和三個三相區(qū).五個單相區(qū)是:ABCD以上液相區(qū)(L)AHNA固溶體區(qū)()、NJESGN奧氏體區(qū)(或A)GPQG鐵素體區(qū)(或F)DFKL滲碳體區(qū)(Fe3C或Cm)兩相區(qū)是:L+、L+、L+ Fe3C、+、+、+ Fe3C和+ Fe3C.三個三相區(qū)是:HJB線、ECF線和PSK線.1.工業(yè)純鐵(含C0.0218%)其顯微組織為鐵素體+Fe3C.2.鋼(含C在0.02182.11%)其特點是高溫組織為單相奧氏體,具有良好的塑性,因而適于鍛造.根據(jù)室溫組織的不同,鋼又可分為三類:亞共析鋼(0.

5、0218< C <0.77%)其組織是鐵素體+珠光體共析鋼(C=0.77%)其組織為珠光體過共析鋼(0.77< C2.11%)其組織為珠光體+滲碳體3.鐵在1538ºC結晶為-Fe,X射線結構分析表明,它具有體心立方晶格.當溫度繼續(xù)冷卻至1394ºC時,-Fe轉變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦? Fe,通常把-Fe- Fe的轉變稱為A4轉變,轉變的平衡臨界點稱為A4點.當溫度繼續(xù)降至912ºC時,面心立方晶格的- Fe又轉變?yōu)轶w心立方晶格的-Fe,把- Fe-Fe的轉變稱為A3轉變,轉變的平衡臨界點稱為A3點.4.三條重要的特性曲線 GS線-又稱為A3線,它是

6、在冷卻過程中,由奧氏體析出鐵素體的開始線,或者說在加熱過程中,鐵素體溶入奧氏體的終了線. ES線-是碳在奧氏體中的溶解度曲線,當溫度低于此曲線時,就要從奧氏體中析出次生滲碳體,通常稱之為二次滲碳體,因此該曲線又是二次滲碳體的開始析出線.也叫Acm線. PQ線-是碳在鐵素體中的溶解度曲線.鐵素體中的最大溶碳量于727ºC時達到最大值0.0218%.隨著溫度的降低,鐵素體中的溶碳量逐漸減少,在300ºC以下,溶碳量小于0.001%.因此,當鐵素體從727ºC冷卻下來時,要從鐵素體中析出滲碳體,稱之為三次滲碳體,記為Fe3C.四. 名詞1. 鐵素體:是碳在-Fe中形成的

7、固溶體,常用“”或“F”表示.鐵素體在770ºC以上具有順磁性,在770ºC以下時呈鐵磁性.通常把這種磁性轉變稱為A2轉變,把磁性轉變溫度稱為鐵的居里點.碳溶于-Fe中形成的固溶體叫鐵素體,在1495ºC時其最大溶碳量為0.09%.2. 順磁性:就是在順磁物質中,分子具有固有磁矩,無外磁場時,由于熱運動,各分子磁矩的取向無規(guī),宏觀上不顯示磁性;在外磁場作用下各分子磁矩在一定程度上沿外場排列起來,宏觀上呈現(xiàn)磁性,這種性質稱為順磁性.3.鐵磁性:就是磁性很強的物質,在未磁化時,宏觀上不顯示出磁性,但在外加磁場后將會顯示很強的宏觀磁性.4.奧氏體:是碳溶于-Fe中所形成

8、的固溶體,用“”或“A”表示.奧氏體只有順磁性,而不呈現(xiàn)鐵磁性.碳在-Fe中是有限溶解,其最大溶解度為2.11%(1148ºC).5.滲碳體:是鐵與碳的穩(wěn)定化合物Fe3C ,用“C”表示.其含碳量為6.69%.由于碳在-Fe中的溶解度很小,所以在常溫下,碳在鐵碳合金中主要是以滲碳體的形式存在.滲碳體于低溫下具有一定的鐵磁性,但是在230ºC以上,鐵磁性就消失了,所以230ºC是滲碳體的磁性轉變溫度,稱為A0轉變.滲碳體的熔點為1227ºC.它不能單獨存在,總是與鐵素體混合在一起.在鋼中它主要是強化相,它的形態(tài)、大小及分布對鋼的性能有很大的影響.另外,滲碳

9、體在一定的條件下,可以分解形成石墨狀的自由碳.即 Fe3C3Fe+C（石墨）6.珠光體:是由鐵素體和滲碳體所組成的機械混合物,常用“P”表示.珠光體存在于727ºC以下至室溫.五.鐵碳合金相圖的應用（一）在選材方面的應用若需要塑性、韌性高的材料,應選用低碳鋼（含碳為0.100.25%）;需要強度、塑性及韌性都較好的材料,應選用中碳鋼（含碳為0.250.60%）;當要求硬度高、耐磨性好的材料時應選用高碳鋼（含碳為0.601.3%）.一般低碳鋼和中碳鋼主要用來制造機器零件或建筑結構.高碳鋼主要用來制造各種工具.（二）在制定熱加工工藝方面的應用鐵碳相圖總結了不同成分的合金在緩慢加熱和冷卻時

10、組織轉變的規(guī)律,即組織隨溫度變化的規(guī)律,這就為制定熱加工及熱處理工藝提供了依據(jù).鋼處于奧氏體狀態(tài)時,強度較低、塑性較好,便于塑性變形.因此鋼材在進行鍛造、熱軋時都要把坯料加熱到奧氏體狀態(tài).各種熱處理工藝與狀態(tài)圖也有密切的關系,退火、正火、淬火溫度的選擇都得參考鐵碳相圖.六.應用鐵碳相圖應注意的幾個問題1. 鐵碳相圖不能說明快速加熱或冷卻時鐵碳合金組織的變化規(guī)律.2.可參考鐵碳相圖來分析快速加熱或冷卻的問題,但還應借助于其他理論知識.3.相圖告訴我們鐵碳合金可能進行的相變,但不能看出相變過程所經(jīng)過的時間.相圖反映的是平衡的概念,而不是組織的概念.4. 鐵碳相圖是由極純的鐵和碳配制的合金測定的,而

11、實際的鋼鐵材料中還含有或有意加入許多其他元素.其中有些元素對臨界點和相的成分都有很大的影響,此時必須借助于三元或多元相圖來分析和研究.練習一:1. 以鐵碳兩組元組成的合金稱為鋼和生鐵. ( ) 2. 鐵素體是碳溶于、-鐵中的固溶體.( )3. 液相線(L),平衡狀態(tài)時在此溫度線所有鐵碳合金處于熔化狀態(tài).( )4. 鐵碳平衡相圖中的鐵素體開始具有磁性的溫度是( ).A:230 B:727 C:7705. 鐵碳平衡相圖中,滲碳體在奧氏體中的溶解度線是( )線.A:Acm B:A3 C:A26. 鐵碳平衡相圖中的共析線是( )線.A:ECF B:HJB C:PSK7. 含碳量高于2.11%的鐵碳合金

12、自液體冷卻時首先發(fā)生( )反應A:共析 B:包晶 C:共晶8. 純鐵在冷卻過程中從高溫到低溫由于晶格轉變而相應被稱為次序為( )A:-Fe-Fe-Fe B:-Fe-Fe-FeC:-Fe-Fe-Fe9. FeFe3C平衡相圖中的A1線是( )A:鐵碳合金在緩慢冷卻時奧氏體轉變?yōu)殍F素體的開始線B:碳在奧氏體中的溶解度曲線C:共析轉變線10. 含碳量等于0.77%的鐵碳合金是( )A:亞共析鋼 B:共析鋼 C:鑄鐵11. 奧氏體是碳溶于( )的間隙式固溶體,其結構為面心立方12. 鐵碳平衡相圖是一種坐標圖形.( ) 13. 鐵碳平衡相圖中的成分通常用質量分數(shù)表示.( )14. 鐵和碳除了形成碳化鐵外

13、還形成、固溶體.( )15. 碳鋼的一般室溫平衡組織的相組成是( ).A:鐵素體和珠光體 B:鐵素體和滲碳體 C: 貝氏體16. 鐵碳平衡相圖中的共析轉變線的溫度是( ). A:230 B:727 C:77017. 鐵碳平衡相圖中的滲碳體磁性轉變線的溫度是( ). A:230 B:727 C:770 18. 鐵碳平衡相圖中的共晶線是( )線. A:ECF B:HJB C:PSK 19. 奧氏體是( )物質. A:順磁性的 B: 抗磁性 C:鐵磁性的 20. 含碳量大于2.11% 的)鐵碳合金叫( ) 21. ( )是碳溶于-Fe 中的間隙固溶體,最大含碳量是0.0218%. 第二部分 晶體結構

14、一. 金屬鍵1. 金屬鍵:金屬原子依靠運動于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結合起來,這種結合方式叫金屬鍵.2. 在固態(tài)金屬及合金中,眾多的原子依靠金屬鍵牢固的結合在一起.二. 晶體結構1. 晶體:凡是原子(或離子、分子)在三維空間按一定規(guī)律呈周期性排列的固體均是晶體.液態(tài)金屬的原子排列無周期規(guī)則性,不為晶體.2. 晶體結構:是指晶體中原子(或離子、分子、原子集團)的具體排列情況,也就是晶體中這些質點(原子或離子、分子、原子集團)在三維空間有規(guī)律的周期性的重復排列方式.3. 三種典型的金屬晶體結構a. 體心立方晶格:晶胞的三個棱邊長度相等,三個軸間夾角均為90º,構成立方體.除了在

15、晶胞的八個角上各有一個原子外,在立方體的中心還有一個原子.b. 面心立方晶格:在晶胞的八個角上各有一個原子,構成立方體,在立方體6個面的中心各有一個原子.c. 密排六方晶格:在晶胞的12個角上各有一個原子,構成六方柱體,上底面和下底面的中心各有一個原子,晶胞內(nèi)還有3個原子.三.固溶體1. 固溶體:合金的組元以不同的比例相互混合,混合后形成的固相的晶體結構與組成合金的某一組元的相同,這種相就稱為固溶體.2. 置換固溶體:是指溶質原子位于溶劑晶格的某些結點位置所形成固溶體.3. 間隙固溶體:是指溶質原子不是占拒溶劑晶格的正常結點位置,而是填入溶劑原子間的一些間隙中.4. 金屬化合物:是合金組元間發(fā)

16、生相互作用而形成的一種新相,又稱為中間相,其晶格類型和性能均不同于任一組元,一般可以用分子式大致表示其組成.除了固溶體外,合金中另一類相是金屬化合物.四. 金屬的結晶.1. 金屬的結晶:金屬由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固,由于凝固后的固態(tài)金屬通常是晶體,所以又將這一轉變過程稱之為結晶.2. 杠桿定律的應用.在合金的結晶過程中,合金中各個相的成分以及它們的相對含量都在發(fā)生著變化.為了了解相的成分及其相對含量,就需要應用杠桿定律.對于二元合金(兩相共存時),兩個平衡相的成分固定不變.五. 同素異構轉變:當外部條件(如溫度和壓強)改變時,金屬內(nèi)部由一種晶體結構向另一種晶體結構的轉變稱為多晶型轉變或同

17、素異構轉變.六. 晶體的各向異性:各向異性是晶體的一個重要特性,是區(qū)別于非晶體的一個重要標志.晶體具有各向異性的原因,是由于在不同的晶向上的原子緊密程度不同所致.原子的緊密程度不同,意味著原子之間的距離不同,從而導致原子之間的結合力不同,使晶體在不同晶向上的物理、化學和機械性能不同.練習二:1. 下列哪個說法是錯誤的( )A當一杯水中有冰塊時,說明該系統(tǒng)有兩個組元 B當一杯水中有冰塊時,說明該系統(tǒng)有兩個相存在C碳在固態(tài)下的兩個晶體結構石墨碳、金剛石碳是兩個完全不同的相2. -鐵是體心立方晶格,而-鐵是面心立方晶格.( )3. 鐵素體是碳溶于、-鐵中的固溶體.( )4. 已知某鋼材由鐵素體和珠光

18、體兩種組織組成,其中測得鐵素體含量是45%,則珠光體含量是( ). A: 45% B: 55% C: 50%5. 珠光體的符號是P,其相組成為( )和鐵素體. 6. 單晶體的塑性變形,實質是( ).A:晶格發(fā)生歪曲或拉長的過程 B:一部分晶體沿著若干晶面相對另一部分晶體產(chǎn)生滑動的過程 C:晶體內(nèi)部原子發(fā)生遷移的過程7. 固溶體具有( )的晶體結構.A:溶質組元 B:溶劑組元 C:與組成它的每個組元完全不同.8. 機械混合物的性能( ).A:是各組成分的性能的總和 B:取決于組成它的各相的性能以及各相的形狀、數(shù)量、大小和分布狀況等 C:和各組成相的性能無關9. 金屬晶體中原子間的結合鍵是( ).

19、A:離子鍵 B:共價鍵 C:金屬鍵10. 帶狀組織使鋼的機械性能呈現(xiàn)( ),并( )鋼的沖擊韌性和斷面收縮率11. 液態(tài)金屬的結構與氣態(tài)時相近( )第三部分 元素的影響一.鋼中的雜質元素及其影響1. 錳和硅的影響錳和硅是煉鋼過程中必須加入的脫氧劑,用以去除溶于鋼液中的氧.它還可以把鋼液中的F eO還原成鐵,并生成MnO和SiO2.脫氧劑中的錳和硅總會有一部分溶于鋼液中,冷至室溫后即溶于鐵素體中,提高鐵素體的強度.錳對鋼的機械性能有良好的影響,它能提高鋼的強度和硬度,當含錳量低于0.8%時,可以稍微提高或不降低鋼的塑性和韌性.碳鋼中的含硅量一般小于0.5%,它也是鋼中的有益元素.硅溶于鐵素體后有

20、很強的固溶強化作用,顯著的提高了鋼的強度和硬度,但含量較高時,將使鋼的塑性和韌性下降.2.硫的影響:硫是鋼中的有害元素.硫只能溶于鋼液中,在固態(tài)中幾乎不能溶解,而是以FeS夾雜的形式存在于固態(tài)鋼中.硫的最大危害是引起鋼在熱加工時開裂,這種現(xiàn)象稱為熱脆.防止熱脆的方法是往鋼中加入適量的錳,形成MnS,可以避免產(chǎn)生熱脆.硫能提高鋼的切削加工性能.在易切削鋼中,含硫量通常為0.08%0.2%,同時含錳量為0.50%1.20%.3.磷的影響:一般來說,磷是有害的雜質元素.無論是高溫還是低溫,磷在鐵中具有較大的溶解度,所以鋼中的磷都固溶于鐵中.磷具有很強的固溶強化作用,它使鋼的強度、硬度顯著提高,但劇烈

21、地降低鋼的韌性,尤其是低溫韌性,稱為冷脆,磷的有害影響主要就在于此.4.氮的影響:一般認為,鋼中的氮是有害元素,但是氮作為鋼中合金元素的應用,已日益受到重視.5.氫的影響:氫對鋼的危害是很大的.一是引起氫脆.二是導致鋼材內(nèi)部產(chǎn)生大量細微裂紋缺陷白點,在鋼材縱斷面上呈光滑的銀白色的斑點,在酸洗后的橫斷面上則成較多的發(fā)絲壯裂紋.存在白點時鋼材的延伸率顯著下降,尤其是斷面收縮率和沖擊韌性降低的更多,有時可接近于零值.因此具有白點的鋼是不能用的.6.氧及其它非金屬夾雜物的影響氧在鋼中的溶解度非常小,幾乎全部以氧化物夾雜的形式存在于鋼中,如FeO、AL2O3、SiO2、MnO、CaO、MgO等.除此之外

22、,鋼中往往存在FeS、MnS、硅酸鹽、氮化物及磷化物等.這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體的連續(xù)性,在靜載荷和動載荷的作用下,往往成為裂紋的起點.它們的性質、大小、數(shù)量及分布狀態(tài)不同程度地影響著鋼的各種性能,尤其是對鋼的塑性、韌性、疲勞強度和抗腐蝕性能等危害很大.因此,對非金屬夾雜物應嚴加控制.練習三:1.硫在鋼中以硫化錳和硫化鐵形式存在( )2.低倍檢驗時的白點是由于鋼中含氫量高,經(jīng)加熱后在冷卻和存放過程中,由于組織應力而產(chǎn)生裂縫( )3.當一種金屬內(nèi)加入一種或多種其他元素時,其熔點就要提高,加入元素愈多,熔點也就愈高.( )4.鋼中常存在的雜質元素,其中( )是有益元素.A:Si和MnB:PC

23、:S5.20MnSi鋼號中,"20"表示材料中( )的含量. A:碳元素 B:硅元素 C:錳元素6.按質量對鋼可以分為三類,標準是按照( )的含量分別分為是普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼.7.除元素( )外,所有溶入奧氏體的合金元素都在不同程度上使C曲線位置右移A:Cr B:V C:Co第四部分 熱處理一.熱處理的作用1.熱處理:是將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度,保溫一定的時間,然后以預定的方式冷卻下來的一種熱加工工藝.鋼中組織轉變的規(guī)律是熱處理的理論基礎,稱為熱處理原理.熱處理原理包括鋼的加熱轉變、珠光體轉變、馬氏體轉變、貝氏體轉變和回火轉變.在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏

24、體稱為過冷奧氏體.鋼在加熱和冷卻時臨界溫度的意義如下:Ac1加熱時珠光體向奧氏體轉變的開始溫度;Ar1冷卻時奧氏體向珠光體轉變的開始溫度;Ac3加熱時先共析鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體的終了溫度;Ar3冷卻時奧氏體開始析出先共析鐵素體的溫度;Accm加熱時二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度;Arcm冷卻時奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度.通常把加熱時的臨界溫度加注下標“C”,而把冷卻時的臨界溫度加注下標“r”.2. 珠光體轉變是過冷奧氏體在臨界溫度A1以下比較高的溫度范圍內(nèi)進行的轉變.珠光體轉變是單相奧氏體分解為鐵素體和滲碳體兩個新相的機械混合物的相變過程,因此珠光體轉變必然發(fā)生碳的重新分布和鐵的晶格

25、改組.由于相變在較高溫度下發(fā)生,鐵、碳原子都能進行擴散,所以珠光體轉變是典型的擴散型相變.無論珠光體、索氏體,還是屈氏體都屬于珠光體類型的組織.它們的本質是相同的,都是鐵素體和滲碳體組成的片層相間的機械混合物.它們之間的差別只是片層間距的大小不同而已.珠光體的片層間距:450150 nm,形成于A1650溫度范圍內(nèi).索氏體的片層間距:15080nm,形成于650600溫度范圍內(nèi).屈氏體的片層間距:8030nm,形成于600550溫度范圍內(nèi).3.馬氏體轉變是指鋼從奧氏體化狀態(tài)快速冷卻,抑制其擴散性分解,在較低溫度下(低于Ms點)發(fā)生的轉變.馬氏體轉變屬于低溫轉變.鋼中馬氏體是碳在-Fe中的過飽和

26、固溶體,具有很高的強度和硬度.由于馬氏體轉變發(fā)生在較低溫度下,此時,鐵原子和碳原子都不能進行擴散,馬氏體轉變過程中的Fe的晶格改組是通過切變方式完成的,因此,馬氏體轉變是典型的非擴散型相變.二.熱處理工藝(一) 退火和正火:將金屬及其合金加熱,保溫和冷卻,使其組織結構達到或接近平衡狀態(tài)的熱處理工藝稱為退火或回火.A. 低溫退火(去應力退火):是指鋼材及各類合金為消除內(nèi)應力而施行的退火.加熱溫度< A1 碳鋼及低合金鋼550650高合金工具鋼600750B.再結晶退火:加熱溫度> Tr Tr+150250C.擴散退火:是指為了改善和消除在冶金過程中形成的成分不均勻性而實行的退火.(1

27、) 通過擴散退火可以使在高溫下固溶于鋼中的有害氣體(主要是氫)脫溶析出,這時稱為脫氫退火.(2) 均勻化退火的任務在于消除枝晶成分偏析,改善某些可以溶入固溶體夾雜物(如硫化物)的狀態(tài),從而使鋼的組織與性能趨與均一.擴散退火的加熱溫度> Ac3 Acm 在固相線以下高溫加熱,同時也要考慮不使奧氏體晶粒過于長大. 碳鋼11001200D.完全退火:是指將充分奧氏體化的鋼緩慢冷卻而完成重結晶過程的退火.加熱溫度 Ac3+3050E.等溫退火:是指將奧氏體用較快的速度冷卻到臨界點以下較高溫度范圍進行珠光體等溫轉變的退火. 加熱溫度 Ac3Ac1 (二)正火:是指將碳合金加熱到臨界點Ac3以上適當

28、溫度并保持一定時間,然后在空氣中冷卻的工藝方法.過共析鋼正火后可消除網(wǎng)狀碳化物,而低碳鋼正火后將顯著改善鋼的切削加工性.所有的鋼鐵材料通過正火均可使鍛件過熱晶粒細化和消除內(nèi)應力.正火比退火的冷卻速度快,正火后的組織比退火后的組織細.(三)淬火與回火1. 淬火:是指將鋼通過加熱、保溫和大于臨界淬火速度(Vc)的冷卻,是過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的工藝方法.2. 鋼的淬透性:就是鋼在淬火時能夠獲得馬氏體的能力,它是鋼材本身固有的一個屬性.3. 當淬火應力在工件內(nèi)超過材料的強度極限時,在應力集中處將導致開裂.4. 回火:本質上是淬火馬氏體分解以及碳化物析出、聚集長大的過程.它與淬火不同點是由

29、非平衡態(tài)向平衡態(tài)(穩(wěn)定態(tài))的轉變.(四)化學熱處理:是將工件放在一定的活性介質中加熱,使非金屬或金屬元素擴散到工件表層中、改變表面化學成分的熱處理工藝.(如:滲入碳、氮、硼、釩、鈮、鉻、硅等元素)練習四:1. 在熱處理中常用的臨界點符號中下標r表示加熱c表示冷卻( )2. 冷卻速度愈大,則過冷度就愈小.( )3. 鋼的淬透性和淬硬性是表述不同的相同概念( )4. 珠光體是鐵素體和馬氏體的機械混合物.( )5. 下列組織的片層間距按大小排列正確的是( ). a) A:珠光體、屈氏體、索氏體b) B:珠光體、索氏體、屈氏體c) C:索氏體、珠光體、屈氏體、6. 在下列退火工藝中,加熱溫度最高的是(

30、 )A:擴散退火 B:不完全退火 C:等溫退火7. 碳在-Fe中的過飽和固溶體叫( ).A:馬氏體 B.鐵素體 C.貝氏體 D.珠光體8. 正火后可得到( )組織.A:粗片狀珠光體 B.細片狀珠光體 C:片狀+球狀珠光體9. 滲碳屬于一種( )方法. A:熱處理 B.化學熱處理 C.冷處理10. 馬氏體轉變時,晶體結構的改組是依靠( )進行的A:滑動方式 B:切變方式 C:擴散方式11. 機械混合物的性能是( )A:是各組成分性能的總和B:取決于組成它的各相的性能以及各相的形狀、數(shù)量、大小和分布狀況等C:和各組成相的性能無關12. 將鋼加熱到臨界點以上,保溫一段時間后使其緩慢冷卻以獲得接近平衡

31、狀態(tài)的組織,這種工藝稱為( )A:回火 B:正火 C:退火13. 合金組織大多數(shù)都屬于 ( )A:金屬化合物 B:間隙固溶體 C:機械混合物14. 完全退火的加熱溫度一般規(guī)定為( )A:A1+(3050) B:Acm+(3050) C:A3+(3050)15. 鋼的淬透性取決于( )A:淬火冷卻速度 B:鋼的臨界冷卻速度 C:工件的形狀16. 鋼的淬硬度取決于( )A:鋼的含碳量 B:淬火冷卻介質的冷卻能力 C:鋼的純凈度17. 亞共析鋼的一般軋制組織為( )和鐵素體.18. 等溫轉變圖和連續(xù)轉變圖適用于( ). A:一定成份的鋼 B:成分在一定范圍的鋼 C:所有成分的鋼 19. 退火后硬度偏

32、高的原因,多數(shù)情況是由于( )造成的. A:保溫時間過長 B:加熱溫度過高 C:冷卻過快20. 為了使GCr15晶粒細化,消除網(wǎng)狀碳化物,改善鍛造后的粗大組織,所采用的方法是( ). A:普通退火 B:正火 C: 球化退火21. 因加熱溫度過高引起的淬火裂紋是( ). A:沿晶 B: 穿晶 C: 混晶22. 鍛造能顯著改善鋼的鑄態(tài)組織結構,所以鋼的鍛件質量比鑄件好得多( )23. 與退火工藝明顯的不同點是正火冷卻速度稍慢.( )24. 冷卻時,合金的實際相變溫度總是( ).A:等于理論相變溫度 B:低于理論相變溫度 C:高于理論相變溫度第五部分 宏觀檢驗一. 宏觀檢驗:主要可分為低倍組織及缺陷

33、酸蝕檢驗、斷口檢驗、硫印檢驗等.二. 酸蝕試驗在宏觀檢驗領域中,酸蝕檢驗是最常用的檢驗金屬材料缺陷、評定鋼鐵產(chǎn)品質量的方法.如果一批鋼材在酸蝕中顯示出不允許存在的缺陷或超過允許程度的缺陷時,其它檢驗可不必進行.1. 酸蝕試驗:是用酸蝕方法來顯示金屬或合金的不均勻性.(1) 熱酸浸蝕實驗方法(2) 冷酸浸蝕實驗方法(3) 電解腐蝕實驗方法2. 酸蝕試驗所檢驗的常見組織和缺陷A: 偏析:是鋼中化學成分不均勻現(xiàn)象的總稱.在酸蝕面上,偏析若是易蝕物質和氣體夾雜物析集的結果,將呈現(xiàn)出顏色深暗、形狀不規(guī)則而略凹陷、底部平坦的斑點;若是抗蝕性較強元素析集的結果,則呈顏色淺淡、形狀不規(guī)則、比較光滑微凸的斑點.

34、 根據(jù)偏析的位置和形狀可分為中心偏析、錠型偏析(或稱方框偏析)、點狀偏析、白斑和樹枝狀組織.中心偏析:出現(xiàn)在試面中心部位,形狀不規(guī)則的深暗色斑點.錠型偏析:具有原鋼錠橫截面形狀的、集中在一條寬窄不同的閉合帶上的深暗色斑點.B. 疏松:這種缺陷是鋼凝固過程中,由于晶間部分低熔點物最后凝固收縮和放出氣體而產(chǎn)生的孔隙.在橫向酸蝕面上,這種孔隙一般呈不規(guī)則多邊形、底部尖狹的凹坑,這種凹坑多出現(xiàn)在偏析斑點之內(nèi).根據(jù)疏松分布的情況,可分為中心疏松和一般疏松.C. 夾雜:宏觀夾雜可分為外來金屬、外來非金屬和翻皮三大類.D. 縮孔:由于最后凝固的鋼液凝固收縮后,得不到填充而遺留下來的宏觀孔穴.E. 氣泡:由于

35、鋼錠澆注凝固過程中所產(chǎn)生和放出氣體所造成的.一般可分為皮下氣泡和內(nèi)部氣泡兩類.a. 皮下氣泡: 由于澆注時,鋼錠模涂料中的水分和鋼液發(fā)生作用而產(chǎn)生的氣體.b. 內(nèi)部氣泡:又可分為蜂窩氣泡和針孔氣泡.蜂窩氣泡是由于鋼液去氣不良所導致,一般為不允許存在的缺陷,存在鋼坯內(nèi)部,在試面上較易浸蝕,象排列有規(guī)律的點狀偏析,但顏色更深暗些;針孔是因為較深的皮下氣泡在鍛軋過程中未焊合而被延伸成細管狀,在橫試面上呈孤立的針狀小孔.c. 白點:也稱發(fā)裂,是由于氫氣脫溶析集到疏松孔中,產(chǎn)生巨大壓力和鋼相變時所產(chǎn)生的局部內(nèi)應力聯(lián)合造成的細小裂縫.在橫試面上呈細短裂縫.三.硫印檢驗1.硫印檢驗:是一種定性檢驗,是用來直

36、接檢驗硫元素,并間接檢驗其它元素在鋼中偏析或分布情況的操作.硫印檢驗時先用510%的稀硫酸水溶液浸泡相紙5分鐘左右后取出,去除多余的硫酸溶液把濕潤的相紙感光面貼到受檢表面上,應確保相紙與試樣面的緊密接觸,不能發(fā)生任何滑動, 排除相紙與試樣面的氣泡和液滴.其化學反應大致為: MnS+H2SO4MnSO4+H2S FeS+H2SO4FeSO4+H2SH2S+2AgBr2HBr+Ag2S幾秒到幾分鐘后,將從試面上揭下的相紙在水中沖洗約10分鐘,然后放入定影液中,定影10分鐘以上,取出后在流動水中沖洗30分鐘以上,干燥后既成.四. 斷口檢驗 1. 脆性斷口:通常工程上把沒有明顯塑性變形的斷裂統(tǒng)稱為脆性

37、斷裂,發(fā)生脆性斷裂的斷口為脆性斷口.脆性斷口也稱晶狀斷口,是指出現(xiàn)大量晶界破壞的耀眼光澤斷口,斷口中晶狀區(qū)的面積與斷口原始橫截面積的百分比則是脆性斷面率,也稱晶狀斷面率.2.結晶狀斷口:此種斷口具有強烈的金屬光澤, 有明顯的結晶顆粒,斷面平齊而呈銀灰色.是一種正常的斷口.屬于脆性斷口.3.纖維狀斷口:這種斷口呈無光澤和無結晶顆粒的均勻組織.通常在斷口的邊緣有明顯的塑性變形.一般情況下是允許存在的.屬于韌性斷口.4.瓷狀斷口:是一種類似瓷碎片的斷口,呈亮灰色、致密、有綢緞的光澤和柔和感.是一種正常的斷口.5.臺狀斷口:這種斷口出現(xiàn)在縱向斷面上,呈比基體顏色略淺、變形能力稍差、寬窄不同、較為平坦的

38、片狀(平臺狀).多分布在偏析內(nèi).6.撕痕狀斷口:這種斷口出現(xiàn)在縱向斷面上,沿熱加工方向呈灰白色、變形能力差致密而光滑的條帶.7.層狀斷口:這種斷口出現(xiàn)在縱向斷面上,呈劈裂的朽木狀或高低不平的、無金屬光澤的、層次起伏的條帶,條帶中伴有白亮或灰色線條.8.縮孔殘余斷口:出現(xiàn)在縱向斷口的軸心區(qū),是非結晶狀條帶或疏松區(qū),有時伴有非金屬夾雜物或夾雜,沿條帶常帶有氧化色.9.石狀斷口:在斷口表面呈現(xiàn)粗大而凹凸不平的沿晶界斷裂的粗晶,顏色暗灰而無金屬光澤,象有棱角的沙石顆粒堆砌在一起.10.萘狀斷口:是一種脆性穿晶的粗晶斷口,在斷口面上呈現(xiàn)弱金屬光澤的亮點或小平面,用掠射光線照射時,由于各個晶面位向不同,這

39、些亮點或小平面閃耀著萘狀晶體般的光澤.11.疲勞斷口:在遠低于金屬材料的抗拉強度的交變應力作用下,經(jīng)過一定周次后,材料會發(fā)生突然破斷,但在破斷前夕沒有明顯的宏觀塑性變形,這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞.疲勞斷口的宏觀特征通常呈現(xiàn)為兩個斷裂區(qū)即平滑區(qū)和粗粒狀區(qū).12.韌性(塑性)斷口:通常工程上把發(fā)生明顯塑性變形的斷裂統(tǒng)稱為塑性斷裂,其斷口形貌為韌性(塑性)斷口.它的形貌特征為:斷口呈暗灰色,沒有金屬光澤,看不到顆粒狀形貌,斷口上有相當大的延伸,邊緣有比較大的剪切唇.13.穿凈斷裂即可以是韌性斷裂也可以是脆性斷裂.五.鋼的凝固過程鋼液澆注后,由于模壁的散熱作用,使靠模壁處的鋼液先達到過冷狀態(tài),加上模壁對形

40、核起促進作用,所以接觸模壁處的鋼液首先形核結晶.離模壁越近,溫度越低,則形核率愈大,其結果形成細小的等軸晶粒.隨著細晶區(qū)的形成鋼液冷卻速度大為減慢,這種情況雖然限制了晶核的生成,但仍具備晶體長大的熱力學條件.由于主軸方向與模壁垂直的晶粒散熱速度最快,故晶體也就在垂直模壁的方向上以很大的線速度向液體內(nèi)伸展.這時,樹枝晶的主軸差不多垂直于模壁,結晶放出的潛熱通過已結晶的固體和模壁散失.這樣,在細小等軸晶粒內(nèi)層長成粗大的、單方向的柱狀晶體.當中心區(qū)域的鋼液溫度繼續(xù)下降,出現(xiàn)過冷條件,同時存在著促使非自發(fā)形核的夾雜物時,以致使整個殘留液體中幾乎同時出現(xiàn)結晶核心,而且這些結晶核心長出的樹枝晶可向各個方向

41、生長,故最后在錠中心形成無定向的粗大等軸晶粒.練習五:1. 疲勞斷口放射區(qū)表示了疲勞裂紋的( )A:源區(qū) B:擴展區(qū) C:最后斷裂區(qū)2. 金屬鑄錠組織由外向里三個晶區(qū)為 ( )A:柱狀晶帶,細等軸晶帶,粗等軸晶帶 B:柱狀晶帶,粗等軸晶帶,細等軸晶帶,C:粗等軸晶帶,柱狀晶帶,細等軸晶帶,3. 斷面晶狀率是用( )與總斷口面積比計算出來的.4. 韌性斷口是試樣因切應力的作用發(fā)生塑性變形,產(chǎn)生不同程度的縮頸,斷面一般呈( ),缺乏光亮的金屬光澤. A:暗灰色 B:亮灰色 C:白色5. 穿晶斷裂可以是( )的也可以是脆性的.6. 低倍檢驗時的內(nèi)部氣泡是由于鋼中含有較多氣體所致( ) 7. 低倍檢驗

42、在橫向酸蝕試樣上表現(xiàn)為腐蝕較深、由暗點和空隙組成、且集中在中心部位是( ) A:一般疏松 B:中心疏松 C:皮下氣泡8. 鋼坯低倍檢驗缺陷一般項目有中心疏松、縮孔及( )9. 硫印檢驗時,應配制( )A:510%硫酸水溶液 B:4%硝酸酒精 C:510%硝酸溶液10. ( )檢驗可用來直接檢驗硫并間接檢驗其他元素在鋼中的偏析和分布A:金相 B:力學 C:硫印11. 低倍檢驗時的針孔狀氣泡是由于鋼液裹入氣體而形成.( )12. 低倍檢驗時,在橫向酸蝕試樣上表現(xiàn)為腐蝕較深、由暗點和空隙組成、與原錠型橫截面相似的框帶是( ). A: 錠型偏析 B: 中心疏松 C: 點狀偏析13. 用來直接檢驗硫并間

43、接檢驗其他元素在鋼中的偏析或分布的一種方法叫（ ）. A: 金相檢驗 B: 力學檢驗 C:硫印檢驗14. 低倍組織檢驗時,仲裁檢驗的腐蝕方法是( ). A:熱酸浸蝕法 B:冷酸浸蝕法 C:電浸蝕法15. 在通常的低倍組織檢驗中最好應取樣于( ). A:鋼材 B:成品 C:鋼坯 第六部分 金相檢驗一.試樣的制備過程1. 鑲嵌:當試樣形狀不規(guī)則或較小(如線材、細小管材、薄板等)、較軟、易碎或者邊緣需要保護時,必須將試樣鑲嵌起來,變成易于制備的試樣.2. 磨(拋)光: 磨(拋)制試樣時,用力一定要均勻,同時要保證試樣的溫度不能升高,以免對組織產(chǎn)生影響.3. 腐蝕二. 金相顯微鏡1. 物鏡:顯微鏡成象

44、質量主要決定于物鏡的優(yōu)劣,因此它是顯微鏡中最重要的光學零件. 物鏡外殼上的標記: 45 / 0.65 a .放大倍數(shù):用符號“x”表示,也有省去“x”僅刻數(shù)字的,如 45倍,刻成45x或45 .b.數(shù)值孔徑一般直接標注在放大倍數(shù)之下,如 0.65 .d.機械鏡筒長度用數(shù)字表示,如 160毫米為160;而“”表示物鏡象差是按任意鏡筒長度校正的.2. 物鏡的分辨率:是指將試樣上細微組織構成清晰可分的能力.3. 象差:一般實用光束均要有一定寬度,而且物體的發(fā)光點也不可能全部都在光軸上,對不同波長的光,折射率也不相同,因此實際的光學系統(tǒng)與近軸光學系統(tǒng)所得圖象有所偏差,這就是象差.4. 目鏡:是將物鏡放

45、大的中間象再放大.5. 放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)X目鏡放大倍數(shù)6. 觀察:為了保證在聚焦過程中不使物鏡觸及試樣,操作的次序是先調(diào)節(jié)粗動螺絲,使物鏡接近試樣表面,再通過目鏡觀察試樣時,調(diào)整粗動螺絲,再用微動螺絲對準物象.三. 暗室技術1. 底片:是在透明的片基上,涂上感光銀鹽制成的.2. 相紙:是在厚0.150.30毫米的高級紙上,涂上感光乳劑制成.3. 照片的制作過程照相底片的沖洗顯影、沖洗(停影)、定影、晾干印相(或放大) 相紙的沖洗顯影、沖洗(停影)、定影、晾干四.相關標準(一)金屬顯微組織檢驗方法 GB/T13298-911. 試樣的浸蝕一般情況下顯示組織用3%4%的硝酸酒精溶液浸蝕.2.

46、在顯微鏡下觀察鐵素體為均勻明亮的多邊形晶粒.3.滲碳體不會被硝酸酒精腐蝕,所以在顯微鏡下呈現(xiàn)白亮顏色.但在堿性苦味酸中易被腐蝕,因而此時被染為深色.4.珠光體在高倍顯微鏡下可以看到條壯滲碳體分布于鐵素體機體上;在低倍鏡下珠光體呈片層壯特征.(二)奧氏體晶粒度的概念1. 起始晶粒度:就是珠光體剛完全轉變成奧氏體時的晶粒度.2. 實際晶粒度:把在一個具體條件下所得到的奧氏體晶粒的大小叫做奧氏體的實際晶粒度.如熱軋鋼材,一般是指熱軋終了時的奧氏體晶粒度.3. 本質晶粒度:就是反映鋼材加熱時奧氏體晶粒長大傾向的一個指標.(三)金屬平均晶粒度測定法 GB 6394-861.晶粒度:表示晶粒的大小,通常用

47、晶粒的平均面積或平均直徑來表示.2. 比較法是通過與標準評級圖對比來評定晶粒度的.測定等軸晶粒的晶粒度,使用比較法最簡便.使用比較法時,如需復驗,應改變觀察的放大倍數(shù),以克服初驗結果可能帶有的主觀偏見.3. 在有孿晶材料中,每個晶粒和它內(nèi)部的孿晶帶應視為一個晶粒.4. 一般應用時,每一個給定面積內(nèi)含有100粒以上便可滿足統(tǒng)計學條件,實際測定時,為便于計數(shù)可降到50粒.5. 晶粒度級別指數(shù)G:在100倍下645.16mm²面積內(nèi)包含的晶粒數(shù)n與G有如下關系 n=2G-16. 測定晶粒度用的試樣應在交貨狀態(tài)的材料上切取. 試樣不允許重復熱處理.7. 面積法是通過統(tǒng)計給定面積內(nèi)晶粒數(shù)n來測

48、定晶粒度的. 晶粒度級別指數(shù)G=-2.9542+3.3219Lgna8.截點法:是通過統(tǒng)計給定長度的測量網(wǎng)格上的晶界截點數(shù)來測定晶粒度的.截點N:觀測面上晶界與測量網(wǎng)格的交點. 截距L:覆蓋在一個晶粒上的測量線段的長度.平均截距=L/M×N M:觀測用的放大倍數(shù).晶粒度級別指數(shù)G=-3.2877+6.6439Lg(M×N/L)9.若試樣中發(fā)現(xiàn)晶粒不均勻現(xiàn)象,經(jīng)全面觀察后,如屬偶然或個別現(xiàn)象,可不予計算.如較為普遍,則應計算不同級別晶粒在視場中各占的百分比.若占優(yōu)勢晶粒所占的面積不少于視場面積的90%時,則只記錄此一種晶粒的級別指數(shù).否則,應用不同級別指數(shù)來表示該試樣的晶粒度

49、.其中第一個級別指數(shù)代表占優(yōu)勢的晶粒度.如:6級70% 4級30% .(四)鋼的脫碳層深度測定法 GB224-871. 脫碳:金屬表層上碳的損失.這種損失可以是部分脫碳;全(或近似于全)脫碳.2. 總脫碳: 部分脫碳和全脫碳這兩種脫碳的總和.3. 總脫碳層深度:從產(chǎn)品表面到碳含量等于基體碳含量的那一點的距離.4. 測定方法金相法:此方法是在光學顯微鏡下觀察試樣從表面到中心隨著碳含量的變化而產(chǎn)生的組織變化.對每一個試樣,在最深均勻脫碳區(qū)的一個顯微鏡視場內(nèi),應隨機進行至少五次測量,以其平均值作為總脫碳層深度.(五)鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法GB10561-891. 取樣部位:自鋼材(或鋼坯)上切取的檢驗面應為通過鋼材(或鋼坯)軸心之縱截面,其面積約為200mm2