冶金質(zhì)量檢驗與評級

1、冶金質(zhì)量檢驗與評級 宏觀分析也稱粗視分析或低倍檢驗，即用肉眼直接觀察或用30倍以下放大鏡來觀察金屬斷面磨面或斷口的組織和缺陷。這種方法可在較大范圍內(nèi)觀察金屬的組織，分析金屬材料的冶金質(zhì)量和加工質(zhì)量，以及一些構(gòu)件的破壞原因。該方法簡單迅速，在生產(chǎn)實際中得到廣泛應(yīng)用，但它不能觀察金屬組織結(jié)構(gòu)的細節(jié)，進一步觀察和分析要用顯微分析的方法進行。 1、宏觀分析的應(yīng)用范圍： （1） 觀察鑄錠組織：晶粒大小、形狀、相互位置以及樹枝狀的外貌。 （2） 檢查金屬鑄錠中的缺陷；縮孔、氣泡、疏松、白點、裂紋、翻皮、夾雜物及鑄件中的夾砂等。 （3） 檢查金屬成分的不均勻性：表面淬火層、滲碳層及加工硬化層的分析及測定。

2、（4） 檢查金屬鍛件（或軋材）中纖維組織分布的狀況及摺疊、裂縫、過熱等缺陷。 （5） 檢查熱處理后淬火、回火不足、裂紋等缺陷。 （6） 初步檢查零件破壞的原因?qū)嶒灧椒ǎ?1、 磨片分析 把試樣用砂輪磨平或銼平后，在粗砂紙上磨光，用清水沖洗后在浸蝕液中浸蝕一定時間，再用清水沖洗并揩去表面一潔物，然后觀察其表面。這種分析方法應(yīng)用很廣泛，除觀察塑材料斷面外，也可觀察脆性材料的斷面。在工廠，此方法作為低倍檢驗的主要方法。 磨片分析可配用熱蝕試驗和冷蝕試驗。 熱蝕試驗：將試樣置于熱酸中浸蝕一定時間，然后進行檢查。常用試劑為50%（體積）鹽酸水溶液加熱到70±5，再根據(jù)鋼材成分、表面光潔度、溶液

3、新舊程度等腐蝕一定時間即可觀察。 冷蝕試驗：浸蝕在室溫下進行。對于一般碳鋼，低中合金鋼，先用過硫酸銨15克，水85毫升混合液在試樣表面擦10分鐘，再用硝酸（1.49克/毫升）10毫升，水90毫升混合液擦10分鐘，然后進行檢查。 磨片分析法的應(yīng)用： （1） 觀察金屬鑄錠或金屬材料的晶粒大小、形狀及分布狀況，可研究結(jié)晶過程中各種因素（澆注溫度、冷卻速度、不熔雜質(zhì)等）對鑄錠組織的影響。 （2） 觀察鑄、壓、焊等加工件的微小缺陷。 （3） 檢查化學成分不均勻性及雜質(zhì)分布狀況。 （4） 初步分析零件破壞的原因。不同材料應(yīng)選用不同的浸蝕劑，見下表2、斷口分析 直接觀察鋼材試樣或構(gòu)件斷裂后的斷口進行分析，稱

4、為斷口分析。在進行斷口分析時，要注意保護好斷口，注意表面的完整和清潔，最好在試樣或零件斷裂后立即進行觀察。 斷口分析法用于： （1） 觀察脆性材料的晶粒大小，形狀及分布狀況。 （2） 檢查縮孔、氣泡、白點、裂縫等缺陷。 （3） 觀察淬火件的滲碳或表面淬火層厚度是否均勻、合適，表面層有否脫碳現(xiàn)象等。 （4） 從斷口處可判斷鑄鐵的類型及質(zhì)量。如灰口鑄鐵斷面呈灰色，白口鑄鐵斷面呈白亮色。 （5） 根據(jù)零件破壞，斷口可初步分析破壞原因。如通過對疲勞損壞的零件的斷口分析，不僅可以確定破壞的原因，而且可以了解疲勞裂紋的策源中心，發(fā)展過程及零件的實際受力情況等，從而作出導(dǎo)致疲勞損壞原因的判斷。 常見的斷口形

5、貌有：纖維斷口、萘狀斷口、瓷狀斷口、木紋狀斷口、石狀斷口等3、貼印法 此方法是將試樣磨平后，用適當?shù)幕瘜W試劑與試樣表面某些組織起化學反應(yīng)，并用相紙記錄下來。常用的有硫印、氧印等。 （1） 硫?。轰撝械牧蛞话銥橛泻﹄s質(zhì)，易形成硫化物夾雜影響鋼材的質(zhì)量。通過硫印試驗可檢查鋼材或零件中的含硫量及硫的分布狀況，從而確定鋼材質(zhì)量。 硫印的方法：試樣磨平后用水沖洗干凈，將相紙浸入35%的硫酸水溶液中5分鐘左右，取出將藥面緊貼在試樣表面并壓緊，接觸面間不得有氣泡，兩者不能相對滑動，以免硫印斑點模糊不清。經(jīng)35分鐘后揭下相紙，用清水沖洗，然后放入10%大蘇打水溶液中定影1020分鐘，最后水洗，烘干。相紙上的棕

6、褐色銹點即表示了樣品上硫的分布。 （2） 氧?。杭囱趸镔N印，用來檢查鋼中氧的分布。其操作與硫印相似。將相紙放入5%鹽酸水溶液中片刻取出，試樣壓在相紙上12分鐘，然后揭下相紙置于2%赤血鹽溶液中顯影約10分鐘。氧化物存在處，即是相紙上出現(xiàn)的藍色斑點。 二、鋼中非金屬夾雜物的檢驗 鋼中的非金屬夾雜物主要是指鋼中的氧化物、硫化物、硅酸鹽和氮化物等，這些化合物一般不具有金屬的性質(zhì)，并機械的混雜在鋼的組織之中。 非金屬夾雜物在鋼中一般為數(shù)很少，但對鋼材性能的影響不可忽視。已有的研究表明，夾雜物對鋼的強度影響較小，但對疲勞性能、沖擊韌性和塑性影響很大，其影響程度的大小又與夾雜物的類型、大小、數(shù)量、形態(tài)和

7、分布有關(guān)。為了減少夾雜物對材質(zhì)的危害，需要鑒定夾雜物的類型，視察其形態(tài)和分布，測定其大小和數(shù)量，并追溯根源，采取相應(yīng)措施加以控制。對非金屬夾雜物的研究包括定性和定量兩個方面。 （1）定性研究：鑒定夾雜物的類型。 （2）定量研究：測定夾雜物的大小、數(shù)量、形狀及分布。 定性鑒定多用于解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，亦常用來分析新鋼種中夾雜物產(chǎn)生的原因，以便改進冶煉方法，控制它的形成。 定量測定一般用于常規(guī)檢驗中，采用標準等級比較法，直接判定金屬材料的質(zhì)量，作為驗收的依據(jù)。 1、 定性鑒定 夾雜物的鑒定方法基本上有四種： （1） 化學法：此法是先把夾雜物從金屬中分離出來，然后再進行微量化學分析。 （2）

8、巖相法：此法亦須先把夾雜物分離出來，然后在透射顯微鏡下研究，根據(jù)其光學物理性研究結(jié)構(gòu)。 （3） 金相法：此法應(yīng)用金相顯微鏡來研究夾雜物的微觀組織形態(tài)和分布。 （4） 掃描電鏡可分析夾雜物結(jié)構(gòu)、類型、形態(tài)及分布。 目前常用的方法還是以金相法為基本方法，輔以其它方法進行鑒定金相法在鑒定夾雜物時雖有種種局限，如不能正確地確定未知夾雜物的正確組成及某些物理性和結(jié)構(gòu)。但由于金相法操作簡便、直觀、能迅速確定已知夾雜物，故目前工廠中仍普遍使用。金相法鑒別夾雜物是以非金屬夾雜物的組織、形狀、分布以及它的光學、力學和化學特性等為依據(jù)的。 1） 金屬夾雜物的組織和性質(zhì)： （1） 夾雜物的組織、形狀、大小、分布和反

9、射本領(lǐng)： 鋼中常有多種類型夾雜物，在形成過程中會相互影響，例如：MnS與FeS會形成固溶體，MnO中也可固溶大量FeO；而FeO與FeS又會形成共晶等等。 夾雜物的形狀、大小和分布不僅與其本性有關(guān)，還受加工過程的影響。例如硫化錳（MnS），因其塑性較好，鍛軋加工后，沿加工方向拉長。氧化鋁(Al2O3)細小而聚集成群，一般氧化物性脆易斷，鍛軋加工后，沿加工方向呈鏈狀分布。硫化物有中等反射本領(lǐng)，明場下呈淺灰色，氧化物也是灰色，比硫化物稍深。硅酸鹽夾雜物有易變形與不易變形兩類，前者加工后呈條線狀，后者呈鏈狀或球狀。明場下呈灰色或暗灰色，色澤不均勻。iN、VN等一類氮化物，多數(shù)成正方形或三角形，在明場

10、下為淡黃色或金黃色。NiN一般很細小，在高倍的光鏡或電鏡下才可分辨。 （）透明度與色彩： 夾雜物可以分為透明的和不透明的兩大類。辨明夾雜物的透明程度，應(yīng)在暗場或偏光照明下觀察，同時還能觀察到夾雜物的色彩。 為什么在暗場中能判別夾雜物的透明度？由于金屬基體反射光的混淆，使明場下無法觀察到夾雜物的透明度，但在暗場中，由于金屬基體的反射光不進入物鏡，光線透過透明夾雜物后，在夾雜物與金屬交界面上產(chǎn)生反射，因而透明夾雜物在暗場下是發(fā)亮的，不透明的夾雜物在暗場下呈黑色，有時可看到一亮邊。 為什么在暗場下能觀察夾雜物的顏色？ 任何夾雜物都有其固有色彩，如MnO呈綠寶石色，Al2O3呈淡黃色。 在明場下，因為

11、入射光線的一部分經(jīng)試片的表面金屬反射出來，另一部分則經(jīng)過夾雜物而折射入金屬基本與夾雜物的交界處再經(jīng)該處反射出來，這兩束光混合射入物鏡，夾雜物的固有色彩被掩藏，因此明場下看不出夾雜物的固有色彩。 在暗場下若夾雜物是透明的，而且?guī)в泄逃猩?，則光線由夾雜物折射到金屬基體界處，被反射后再經(jīng)夾雜物至物鏡，由于金屬基體與物鏡光軸垂直，沒有反射光線射入物鏡，故夾雜物的固有色彩不被掩藏，所以在暗場下能看到夾雜物的固有色彩。 （3）在偏振光照射下的各向異性效應(yīng)和黑十字現(xiàn)象。 各向異性效應(yīng)是區(qū)別夾雜物的重要標志之一。在偏光研究中夾雜物可分為各向同性與各向異性兩大類。 各向同性的夾雜物在正交偏振光下觀察時，從效果

12、看可以認為對入射的偏振光不起作用，故轉(zhuǎn)動載物臺時，不發(fā)生亮度變化。 當入射的偏振光射至各向異性夾雜物時，則分解為兩個偏振光（平行于光軸和垂直于光軸兩部分）反射出來，這兩個反射光出來的分偏振光的振幅不同，而且有位相差。因而，入射的平面偏振光經(jīng)各向異性晶體反射后一般變?yōu)闄E圓偏振光，而且振動面有旋轉(zhuǎn)。在正交偏光鏡下，這橢圓偏振光就可能有一個分偏振透過檢偏鏡，便得視場內(nèi)仍能清晰地看到各向異性的夾雜物。由于兩個分偏振光振幅的變化與入射光、與晶體的取向有關(guān)，故形成的橢圓偏振光的形狀、取向與入射光與晶體的取向有關(guān)。當載物臺旋轉(zhuǎn)時就會交替出現(xiàn)亮度的最強與最弱即交替地發(fā)亮和消光。 偏振光下能觀察到夾雜物的顏色和

13、透明度，其原理和暗場一樣，不再贅述。 對于透明的、各向同性的球狀夾雜物，在正交偏振光下形成中間貫以黑十字形的明暗交替的繼續(xù)的同心環(huán)，即所謂“黑十字特征”。黑十字特征僅決定于夾雜物的形狀與透明程度，而與夾雜物的結(jié)晶類型無關(guān)，與它的位向亦無關(guān)。透明夾雜物，如氧化硅（硅土），硅酸鹽等均具有此現(xiàn)象。 （4）硬度和脆性 夾雜物的硬度可由顯微硬度計測定，根據(jù)壓痕的形狀，還可估計夾雜物的脆性大小。磨面的拋光性能在一定程度上也能估計出硬度和脆性，硬而脆的夾雜物易于剝落，或高出磨面，有時會在磨面留下“彗星尾”的擦傷痕。此外，夾雜物在加工時的可塑性，也是鑒定夾雜物的補充特性。 （5）化學性能 夾雜物受化學浸蝕劑作

14、用后，或因染上色彩，改變了夾雜物的顏色，或使夾雜物溶入浸蝕劑中，留下一個坑痕，或不受化學浸蝕劑的作用而保留原狀，故化學浸蝕是夾雜物金相鑒定的補充方法。 綜合上述，金相法的觀察項目如下表： 2）金相法鑒別夾雜物的程序 進行金相鑒別時首先要制備好樣品，基本要求是夾雜物不脫落，外形完整，無拖尾現(xiàn)象。為此應(yīng)采用切削力強的拋光劑，如金剛砂研磨膏等，同時拋光時間要短，試樣要不時轉(zhuǎn)動。 磨制好的的試樣在拋光態(tài)進行明場、暗場和偏光觀察。 明場下：重點觀察夾雜物的形狀、大小、分布、反光能力等。 暗場下：鑒定夾雜物的透明度和色彩。 偏光下：鑒定夾雜物的各向異性效應(yīng)和黑十字現(xiàn)象等。 然后，根據(jù)夾雜物的特征參照“鋼中

15、常見夾雜物的性能和特征”表進行夾雜物類型的確定。 2、 定量測定 定量測定是優(yōu)質(zhì)鋼及高級優(yōu)質(zhì)鋼材的常規(guī)檢驗項目之一，在夾雜物類型已知的條件下，采用標準等級比較法，以判定鋼材質(zhì)量的高低或是否合格。 夾雜物的評級可根據(jù)冶標（YB2559）進行。試樣經(jīng)拋光、夾雜物保證完好、不經(jīng)浸蝕在放大100X顯微鏡下觀察。把試樣上夾雜物最嚴重的視場與標準級別圖片比較來評定其等級。YB2559列出三類夾雜物的級別圖。氧化物為一類型，硫化物及硅酸鹽同列為一類型，此外還有碳化物。每一類型又按夾雜物的粗細分為兩個系列，每系列分5級，級別愈高，表示夾雜物的含量愈多。評級時若不能評成整數(shù)時，可以采用半級，如2.5級等。 含鉻

16、滾珠軸承鋼則按冶標968進行分類及評級。標準中非金屬夾雜物分脆性夾雜物、塑性夾雜物、點狀不變形夾雜物三類。每類分0.5、1、1.54共八級標準級別。 定量測定要求測定較多的視域，求得統(tǒng)計分布，以獲得較為準確的結(jié)果。 鍛件質(zhì)量分析的一般過程由于鍛件在鍛后還要經(jīng)過熱處理，甚至表面處理工序及機械加工工序，制成零件后還要投入使用，因此，鍛件質(zhì)量分析工作除了對鍛后的鍛件進行質(zhì)量分析外，也包括對鍛后在熱處理、表面處理、冷加工過程中和使用過程中發(fā)現(xiàn)的鍛件質(zhì)量問題的分析。此時，在鍛件上或已制成品件上，也可能出現(xiàn)鍛后的后續(xù)工序工藝不當、使用維護不當或者設(shè)計與選材不當引起的質(zhì)量問題，出現(xiàn)了除鍛造工藝不當之外的其它

17、影響因素，因此在進行半成品件、成品件、使用件的質(zhì)量分析時，只有在排除了設(shè)計、選材、熱處理、表面處理、冷加工及使用維護的因素后，才能準確地進行鍛件本身的質(zhì)量分析工作，從而尋找出鍛件質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因和提出改進措施及防止對策。因此，鍛件質(zhì)量分析工作一般可分為現(xiàn)場調(diào)查階段、試驗研究分析階段、提出解決措施及防止對策階段。而在實施這幾個階段的工作之前，最好能制定實施方案，內(nèi)容包括這三個階段所要進行的工作、工作程序、完成時間。該實施方案在實施過程中可進行適當?shù)难a充和修改。制定實施方案是分析大型復(fù)雜鍛件及使用件質(zhì)量問題的重要一環(huán)。在現(xiàn)場調(diào)查階段，主要是調(diào)查鍛件所用原材料的材料牌號、化學成分、材料規(guī)格、材料保

18、證單上的試驗結(jié)果，進廠復(fù)驗的各種理化測試和工藝性能測試的結(jié)果，甚至還要查明原材料的冶煉和加工工藝情況。與此同時還應(yīng)調(diào)查鍛造的工藝情況，包括鍛件應(yīng)該用的材料、規(guī)格、下料工藝、鍛造加熱的始鍛和終鍛溫度，所用鍛壓設(shè)備、加熱設(shè)備、加熱工藝、鍛造的操作、鍛后的冷卻方式、預(yù)備熱處理的工藝情況等。必要時還要調(diào)查操作者的情況和環(huán)境情況及執(zhí)行工藝的原始記錄。對于在后續(xù)工序和使用中出現(xiàn)的鍛件質(zhì)量問題還應(yīng)調(diào)查后續(xù)工序的工藝及使用情況。現(xiàn)場調(diào)查切忌主觀，即調(diào)查情況要客觀全面，實事求是，調(diào)查的情況一定要保證原始，現(xiàn)場調(diào)查情況的真實性直接影響以后試驗研究分析和結(jié)論的正確性。試驗研究分析階段的工作是比較復(fù)雜的，這是進行鍛件

19、質(zhì)量分析的關(guān)鍵階段，該階段工作的優(yōu)劣直接影響質(zhì)量問題判斷的正確性及產(chǎn)生原因分析的準確性，該階段的工作一定要與現(xiàn)場調(diào)查階段的工作結(jié)合起來進行。在該階段，首先要查明鍛件質(zhì)量問題的客觀反映，鍛件缺陷的部位、宏觀及微觀的形貌特征，從而分析出缺陷的性質(zhì)，通過宏觀及微觀的試驗分析并輔以化學成分、力學性能測試、原材料的情況，必要時結(jié)合工藝執(zhí)行情況和進行摸擬試驗，找出缺陷或質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因。在該階段還要注意選擇合適的試驗方法及測試手段，避免由于測試手段或方法上的問題或分析思路不當而導(dǎo)致分析結(jié)論的差錯。在進行試驗分析過程中，必要時還要進行現(xiàn)場再調(diào)查，以排除因外界因素的干擾而影響分析結(jié)論正確性的可能。鍛件質(zhì)量檢

20、驗的內(nèi)容鍛件質(zhì)量的檢驗包括外觀質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量的檢驗。外觀質(zhì)量檢驗主要指鍛件的幾何尺寸、形狀、表面狀況等項目的檢驗；內(nèi)部質(zhì)量的檢驗則主要是指鍛件化學成分、宏觀組織、顯微組織及力學性能等各項目的檢驗。具體說來，鍛件的外觀質(zhì)量檢驗也就是檢查鍛件的形狀、幾何尺寸是否符合圖樣的規(guī)定，鍛件的表面是否有缺陷，是什么性質(zhì)的缺陷，它們的形態(tài)特征是什么。表面狀態(tài)的檢驗內(nèi)容一般是檢查鍛件表面是否有表面裂紋、折疊、折皺、壓坑、桔皮、起泡、斑疤、腐蝕坑、碰傷、外來物、未充滿、凹坑、缺肉、劃痕等缺陷。而內(nèi)部質(zhì)量的檢驗就是檢查鍛件本身的內(nèi)在質(zhì)量，是外觀質(zhì)量檢查無法發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量狀況，它既包含檢查鍛件的內(nèi)部缺陷，也包含檢查鍛件的

21、力學性能，而對重要件、關(guān)鍵件或大型鍛件還應(yīng)進行化學成分分析。對于內(nèi)部缺陷我們將通過低倍檢查、斷口檢查、高倍檢查的方法來檢驗鍛件是否存在諸如內(nèi)裂、縮孔、疏松、粗晶、白點、樹枝狀結(jié)晶、流線不符合外形、流線紊亂、穿流、粗晶環(huán)、氧化膜、分層、過熱、過燒組織等缺陷。而對于力學性能主要是檢查常溫抗拉強度、塑性、韌性、硬度、疲勞強度、高溫瞬時斷裂強度、高溫持久強度、持久塑性及高溫蠕變強度等。由于鍛件制成零件后，在使用過程中其受力情況、重要程度、工作條件不同，其所用材料和冶金工藝也不同，因此不同的部位依據(jù)上述情況并按照本部門的要求將鍛件分出類別，不同的部門，不同的標準對鍛件的分類也是不同的。但不管怎么，對于鍛

22、件質(zhì)量檢驗的整體來說都離不開兩大類檢驗，即外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量的檢驗，只不過鍛件的類別不同，其具體的檢驗項目、檢驗數(shù)量和檢驗要求不同罷了。鍛件質(zhì)量檢驗的方法外觀質(zhì)量的檢驗一般來講是屬于非破壞性的檢驗，通常用肉眼或低倍放大鏡進行檢查，必要時也采用無損探傷的方法。而內(nèi)部質(zhì)量的檢驗，由于其檢查內(nèi)容的要求，有些必須采用破壞性檢驗，也就是通常所講的解剖試驗，如低倍檢驗、斷口檢驗、高倍組織檢驗、化學成分分析和力學性能測試等，有些則也可以采用無損檢測的方法，而為了更準確地評價鍛件質(zhì)量，應(yīng)將破壞性試驗方法與無損檢測方法互相結(jié)合起來進行使用。而為了從深層次上分析鍛件質(zhì)量問題，進行機理性的研究工作還要籍助于透射型或掃描型的電子顯微鏡、電子探針等。通常鍛件內(nèi)部質(zhì)量的檢驗方法可歸結(jié)為：宏觀組織檢驗法、微觀組織檢驗法、力學性能檢驗、化學成分分析法及無損檢測法。宏觀組織檢驗就是采用目視或者低倍放大鏡(一般倍數(shù)在30×以下)來觀察分析鍛的低倍組織特征的一種檢驗。對于鍛件的宏觀組織檢驗常用的方法有低倍腐蝕法(包括熱蝕法、冷蝕法及電解腐蝕法)、斷口試驗法和硫印法。低倍腐蝕法用以檢