金相實驗課件第四講

第三章宏觀檢驗

1概述

一檢驗工具肉眼或放大鏡（〈20倍〉二檢驗內(nèi)容鋼中疏松、氣泡、縮孔、縮孔殘余、裂紋以及各種非正常斷口缺陷§2酸浸試驗一．原理利用酸液對鋼材各部分浸融程度的不同，來顯示出其低倍組織及各種缺陷二．顯示缺陷裂紋、夾雜、疏松、偏析及氣孔等缺陷1/14/20231三試樣

1．取樣應選取能代表全體的部位，根據(jù)檢驗目的，一般有以下幾種取樣方式：（1）表面取樣：檢驗淬火裂紋，磨削裂紋等缺陷（2）兩端取樣：檢驗鋼錠及鋼坯一個軸向（縱割）--顯示纖維流線，條帶組織等二到三個橫向（橫截面）--顯示白點、偏析、疏松，皮下氣泡等2．制樣一般要求試樣表面粗糙〈Ra1.6μm1/14/20232四．執(zhí)行標準GB/T226-1991

1．熱酸浸試驗酸液配方1：1工業(yè)鹽酸水溶液作業(yè)溫度60~80℃2．冷酸浸試驗要求試樣表面粗糙度達到Ra0.80μm。酸液配方見表3-2。由于反差對比度比熱蝕效果差，故評定時要比熱蝕法低1級。3．仲裁檢驗時，以熱蝕法為準1/14/202333．斷口檢驗

一．作用可以發(fā)現(xiàn)鋼材冶金缺陷及熱工藝中存在的問題二．執(zhí)行標準GB/T1814-1979三．試樣1．縱向斷口（1）鋼材直徑或邊長大于40mm的應取縱向斷口（2）顯示鋼材中的偏析、非金屬夾雜物及白點等缺陷時，應選取縱向斷口2．橫向斷口鋼材直徑或邊長小于40mm的可取橫向斷口3．失效件斷口，拉力、沖擊試驗破斷后的斷口也可直接進行斷口檢驗1/14/20234四．斷口分類及各種缺陷形態(tài)的識別

1．纖維斷口2．結(jié)晶斷口3．層狀斷口4．白點斷口5．縮孔殘余斷口6．氣泡斷口7．非金屬夾雜物及夾渣斷口8．黑脆斷口9．石狀斷口10．萘狀斷口1/14/20235第四章金相檢驗

1金相試樣制備一取樣選取具有代表性和典型性的部位，具體有以下幾種方式1．縱向（沿鋼材軋向）取樣：檢驗鋼中非金屬夾雜物，拉長晶粒，碳化物不均勻程度2．橫向取樣：各種金相組織鑒定如：晶粒度、珠光體、馬氏體等級3．表面取樣：檢驗表面缺陷如脫炭、裂紋深度、表面處理質(zhì)量（滲碳、氮化、表淬等）4．注意事項：必須除去切取試樣時產(chǎn)生的變形和熱影響區(qū)，以保證試樣的真實性。1/14/20236二鑲嵌手持進行磨拋有困難的試樣才須經(jīng)歷鑲嵌過程三磨制1．粗磨：在落地式砂輪機上進行2．細磨：砂紙磨制（1）金相砂紙，規(guī)格見表4-1（2）手工磨光過程3．拋光（1）拋光粉氧化鉛粉，氧化鉻粉，金剛石粉及膏（2）拋光織物粗拋用帆布細拋精拋用海軍尼，絲絨或絲綢（3）手工拋光操作（4）電解拋光特點：不會引起金屬表層的變形和流動，故更適合于奧氏體不銹鋼、高錳鋼的拋光，但不適宜于有偏析的金屬材料、鑄鐵及夾雜物檢驗試樣的拋光。設備：電解拋光液配方及相應的參數(shù)見表4-21/14/202372浸融（顯露顯微組織）磨制好的試樣只有經(jīng)過浸蝕才能顯示出其組織形態(tài)一化學浸蝕1．原理：通過化學或電化學的作用顯示出金屬的組織2．浸蝕劑：見表4-33．操作要點（1）浸入法（2）揩擦法（3）浸蝕時間（4）浸蝕全過程：浸蝕-清水沖洗-無水酒精沖射-熱風吹干1/14/20238二電解浸蝕1．原理：由于各個組織之間的電極電位不同，在微弱電流的作用下，各個相的浸蝕程度也不同，因而能顯示各相組織。2．應用：適宜不銹鋼、耐熱鋼，熱電偶等具有高化學穩(wěn)定性材料的浸蝕3．浸蝕劑，見表4-41/14/202393常用金相評定方法

一、鋼的脫炭層測定1．執(zhí)行標準GB/T224-19872．測定方法（1）金相法（2）硬度法（3）化學（光譜）法3、金相法測定脫炭層（1）取樣：試樣磨面必須垂直于脫炭面（2）制樣：金相試樣在磨制中不得卷邊、倒角（3）浸蝕：能清晰的顯示出脫炭層組織（4）脫炭層深度：全脫炭區(qū)與部分脫炭區(qū)的總和全脫炭區(qū)：其組織全部為鐵素體部分脫炭區(qū)（也稱半脫炭區(qū)）：其組織與心部正常組織有差異（5）測定操作：通常在100×下操作，脫炭層深度以毫米表示，也可以零件厚度（或直徑）的百分數(shù)表示。1/14/202310二、鋼的平均晶粒度測定1．執(zhí)行標準GB/T6394-20022．試樣制備（1）取樣：應在交貨狀態(tài)的材料上切取，其部位和數(shù)量按標準或技術(shù)條件規(guī)定（2）制樣：按金相試樣磨制過程進行（3）浸蝕：按相應標準規(guī)定3．測定方法：比較法、截點法、面積法（1）比較法：通過與標準評級圖對比來評定平均晶粒度，此法適宜于評定具有等晶軸材料（2）面積法：通過計算給定面積網(wǎng)格內(nèi)的晶粒度來測定晶粒度（3）截點法：通過計算給定測量線段與晶粒邊界相交截點數(shù)來測定晶粒度4．其它（1）非均勻等軸晶粒的各種組織應使用截點法（2）當雙方對結(jié)果有爭議時，截點法是所有情況下的仲裁方法1/14/202311三、鋼中非金屬夾雜物的評定1．執(zhí)行標準：GB/T10561-20052．試樣制備：（1）取樣：縱向切取，具體部位依據(jù)標準或技術(shù)條件規(guī)定。（2）制樣：按金相試樣磨制過程進行，重要的是要避免夾雜物的剝落、變形或拋光面的污染。3．測定方法（1）應在未經(jīng)浸蝕的試樣磨面上進行，使用100×觀察（2）將觀察的視場與標準評級圖譜進行對比來評級，以最差的視場作為評定對象（3）根據(jù)夾雜物形態(tài)和分布，標準圖譜分為A、B、C、D、DS五大類，評定級別從0.5級到3級。1/14/202312第五章壓力容器用材及組織鑒別

1壓力容器用材特點及要求一、特點1．壓力容器用材要能承受高溫、高壓、真空、低溫、高變載荷等的作用。2．壓力容器用材目前仍以鋼材為主，少量使用非金屬材料。隨著科技發(fā)展，有色金屬在特殊結(jié)構(gòu)壓力容器中的應用日漸增多。1/14/202313二、要求1．滿意的屈強指標一般控制屈強比在0.6~0.8范圍2．良好的韌性、塑性。3．合理的成分和組織壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程中規(guī)定，用于焊接結(jié)構(gòu)壓力容器主要受壓元件的碳鋼和低碳鋼，其含碳量（質(zhì)量分數(shù)）不應大于0.25%，為保證材料具有良好的可焊性和加工工藝性，一般控制碳當量不大于0.45%。4．滿足耐腐蝕性能5．良好的工藝性和經(jīng)濟性1/14/2023142合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中存在的形式1．以碳化物存在于鋼中（1）強碳化物形成元素V、Nb、Ti，形成間隙相碳化物，如V4C3、NbC、TiC，這些元素只有在缺少碳情況下才進入固溶體。（2）中強碳化物形成元素Cr、Mo、W。（3）弱碳化物形成元素Mn，加入鋼中是Mn少量溶入滲碳體[（FeMn）]3C，大部份溶入固溶體。（4）非碳化物形成元素Si、Al、Cu、Ni、Co，與碳的結(jié)合力比較小，因此不能與碳結(jié)合。1/14/2023152.以固溶體存在于鋼中（1）非碳化物形成元素幾乎全部熔于固溶體中（2）一些碳化物形成元素如Cr和Mn，它們既可形成碳化物也可熔于固溶體。其分配比例與其對碳的結(jié)合力有關(guān)，隨著結(jié)合力的增強，其在固溶體中的部分就減少。在含Ti奧氏體不銹鋼（即穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼）中，碳首先與Ti結(jié)合成TiC，而鉻則被趕入固溶體。3．以非金屬夾雜物存在于鋼中。這類合金元素常與鋼中的氮、氧、硫等化合形成穩(wěn)定的氧化物、硫化物及硅酸鹽等。如Al、Mn、Si、Ti等元素還可以形成Al2O3、MnO、SiO2、MnS等非金屬夾雜物，而V、Nb、Ti、Al等元素還可以形成氮化物如AlN、TiN、V4N等非金屬夾雜物。1/14/202316二、合金元素對熱處理的影響

1．對臨界點的影響（1）Mn、Ni、Co等屬擴大奧氏體相區(qū)元素，使Ac3線下移，當這些元素含量很高時，可使鋼在常溫下得到奧氏體組織如高錳鋼(Mn13)，鉻鎳不銹鋼（18－8型），因此它們又被稱為奧氏體形成元素。（2）Si、Cr、Al等屬縮小奧氏體相區(qū)元素，，當其含量很高時，可使鋼在各種溫度下均呈鐵素體組織，如高鉻不銹鋼（1Cr17），因此它們被稱為鐵素體形成元素。1/14/2023172．對奧氏體化的影響（1）合金元素形成的碳化物在加熱時較難溶解，因此奧氏體化的溫度需較高，時間需較長，形成碳化物的傾向愈強，這種作用也就愈大。（2）強碳化物形成元素所生成的碳化物又阻止奧氏體晶粒長大的作用，易獲得細晶粒組織。1/14/2023183．對C曲線的影響（1）使C曲線右移的元素有Ni、Mn、Cr、Mo等使C曲線右移的元素有Co、Al等（2）降低馬氏體轉(zhuǎn)變點的元素有Ni、Cr、Mn、Mo、V等升高馬氏體轉(zhuǎn)變點的元素有Co、Al等4．對回火溫度的影響（1）對回火穩(wěn)定性的作用：V、W、Ti、Cr等提高鋼的回火穩(wěn)定性（2）對回火脆性影響：Si可使第一類回火脆由250℃推遲到320℃左右，而強碳化物形成元素V、Ti、Mo等可減弱第一類回火脆性。Mo、W能有效降低第二類回火脆傾向，減少P、As、Sb、Sn等有害元素含量也是降低第二類回火脆的重要措施。1/14/2023195．對高溫、低溫性能的影響（1）Mo、Cr等合金元素較顯著的提高鋼的高溫強度，Ni和Co的作用較小。（2）Ni、Mn等元素降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，低溫鋼常用它們來合金化，而P、C、Si、Cu等元素提高脆性轉(zhuǎn)變溫度，在低溫鋼中它們是不受歡迎的。1/14/2023203碳鋼和低合金鋼

一、碳素結(jié)構(gòu)鋼

1．質(zhì)量等級：按鋼中P、S含量劃分為四個級別即A、B、C、D，E。

2．牌號表示：以Q235-AF為例，其中Q235表示鋼材屈服強度為235，A表示鋼材質(zhì)量等級，F(xiàn)是沸騰鋼。1/14/202321二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）特點：其質(zhì)量要優(yōu)于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（P、S含量較低），鋼材除保證化學成分和力學性能之外還要求低倍組織和表面質(zhì)量達到標準規(guī)定。（2）牌號：低碳的有08、10、15、20等，中碳的有30、35、40等，還有用作彈簧的55、60等。1/14/202322三、低合金鋼在低碳鋼中添加少量合金元素(<5%)構(gòu)成低合金鋼，其力學性能比同等碳含量的碳素鋼明顯提高，而且還具備一定的耐熱、耐低溫、耐腐蝕等方面的性能。1/14/202323四、壓力容器專用鋼板和鍛件

1．鋼板（1）執(zhí)行標準GB/T6654-1996(2)代表性鋼號16MnR350Mpa等級用鋼，供貨狀況為正火或控制，屬鐵素體珠光體型鋼18MnMoNbR500Mpa等級用鋼，供貨狀況為正火加回火，屬馬氏體型調(diào)制鋼1/14/2023242鍛件執(zhí)行標準JB4726－2000標準規(guī)定，根據(jù)重要程度鍛件劃分為四個等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，按順序檢驗項目逐級加多加嚴。要求鍛件達到一定鍛造比，而以鋼錠為原料時不得小于3，以軋材為原料時不得小于1.6。1/14/202325五、基本組織形態(tài)與鑒別1．鐵素體在顯微鏡下觀察有明顯晶界，而晶粒本身不受浸融呈白色，低碳鋼中鐵素體以主要相存在，在其晶界上有少量片狀珠光體，隨鋼中碳含量的增加，鐵素體數(shù)量減少，珠光體數(shù)量增加，針狀鐵素體是出現(xiàn)在低中碳鋼或低合金鋼中的一種過熱組織，即魏氏組織鐵素體。在軋制的鋼板和鋼管中鐵素體往往呈帶狀分布，這往往是由于枝晶偏析和非金屬夾雜物而造成的。1/14/20232640鋼室溫組織（400×）1/14/20232710鋼顯微組織（200×）1/14/2023282．滲碳體質(zhì)硬而脆，不同的熱處理方法可改變其形態(tài)和分布。按形態(tài)可分為片狀和球狀滲碳體。3．珠光體按形態(tài)可分為片狀和粒狀滲碳體。鄰近共析成分的鋼，當冷速較快時，先共析相來不及析出，在金相上也呈現(xiàn)單一珠光體，此時稱為偽共析組織。1/14/2023294．馬氏體與下貝的鑒別（1）從形態(tài)上區(qū)分：馬氏體針葉寬且長，兩片針葉相交60°角下貝針葉細且短，兩片針葉相交55°角（2）從受浸蝕上區(qū)分：馬氏體較下貝較難浸蝕，常用輕（淺）浸蝕區(qū)分兩者，此法也可用于檢測空淬鋼的滲碳層深度。1/14/2023304合金結(jié)構(gòu)鋼一、質(zhì)量分等：共分為三類優(yōu)質(zhì)鋼――磷硫含量不得大于0.035%

高級優(yōu)質(zhì)鋼（后加A）――磷硫含量不得大于0.025%

特級優(yōu)質(zhì)鋼――磷含量不大于0.025%，此外還限制鋼中銅含量。1/14/202331二、在壓力容器中的應用

GB150中規(guī)定，合金結(jié)構(gòu)用于制造緊固件，具體鋼號有40Cr、35CrMoA、35CrMoVA等，供貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)。三、金相檢驗淬火后應獲得細小針狀馬氏體，經(jīng)高溫回火后得到均勻而細致的回火索氏體組織（鐵素體基體上分布著細小顆粒碳化物）。1/14/2023325低合金低溫鋼一、低溫用鋼分類1．鐵素體型（1）低碳、低合金化、高凈化鋼液，如16MnDR（2）用鎳合金化的如 2.5%Ni、3.5％Ni鋼，這是同時普遍適用的。（3）金相組織為鐵素體加少量珠光體或者是索氏體貝氏體也屬此類鋼2．低碳馬氏體型此類鋼淬火組織為馬氏體。正火組織為馬氏體＋鐵素體及少量奧氏體，回火后（550~580℃）為鐵素體＋富碳奧氏體，這部分奧氏體冷至－200℃也不發(fā)生轉(zhuǎn)變，使鋼具有深低溫下的韌性，如9％Ni鋼。3．奧氏體型如高級低溫鋼18－8不銹鋼，另一種是高錳奧氏體鋼如20Mn23Al等1/14/202333二、壓力容器用低合金低溫鋼1．鋼板（GB3531－1996）

16MnDR供貨狀態(tài)正火，15MnNiDR供貨狀態(tài)正火或正火＋回火等2．鋼管09MnD供貨狀態(tài)正火3.鍛件（JB4727-2000）(1)低溫壓力容器用鋼鍛件分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個等級，檢驗項目逐漸加多（2）鋼號有16MnD、09MnNiD、20MnMoD等五個，供貨狀態(tài)均為淬火＋回火（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）1/14/2023346珠光體耐熱鋼和高合金鋼

一、珠光體耐熱鋼1．耐熱鋼的強化原理（1）固溶強化少量多元合金化是低合金熱強鋼的固溶強化原則（2）沉淀強化沉淀析出第二相質(zhì)點，有促進鋼材組織在高溫下的穩(wěn)定作用（3）晶界強化加入微量B元素，提高晶界的高溫強度1/14/2023352．壓力容器用珠光體耐熱鋼(1)鋼板（GB/T6654）鋼號15CrMoR供貨狀態(tài)正火＋回火，屬低碳珠光體耐熱鋼，在500~550℃下有較高持久強度，長期運行無石墨化傾向，但有球化傾向。（2）鋼管鋼號有12CrMo、15CrMo（GB/T6479）供貨狀態(tài)為正火＋回火

1Cr5Mo（GB/T6479）供貨狀態(tài)為退火對鋼管使用中的球化問題，研究表明輕度以至中度球狀化對持久強度的影響不大，但完全球化的組織會顯著降低鋼的熱強性。(3)鍛件（JB4726）鋼號有15CrMo、12Cr1MoV、14Cr1Mo等，供貨狀態(tài)均為正火＋回火（4）鏍柱鋼號有1Cr5Mo、25Cr2MoVA供貨狀態(tài)均為調(diào)質(zhì)，后者專屬中碳珠光體耐熱鋼，屈服強