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金相檢驗分析技術Technology

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metallographtesting任務九：金相分析3.2.7利用金相顯微鏡觀察晶相的原理純金屬：

晶界處由于原子排列混亂，且能量較高，所以易受浸蝕而呈現(xiàn)凹溝。各個晶粒由于原子排列位向不同，受浸蝕程度也不同。因此，在垂直光線照射下，各部位反射進入物鏡的光線不同，從而顯示出晶界及明暗不同的晶粒。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院3.2.7利用金相顯微鏡觀察晶相的原理合金：

兩相或兩相以上合金組成相的成分不同，其電極電位亦不同，當表面覆蓋一層具有電解液作用的浸蝕劑時，兩相之間就形成了許多

“微電池”，具有負電位的一相成為陽極，被迅速溶解而凹下；具有正電位的另一相為陰極，保持原來的光滑平面。試樣表面的這種微觀凹凸不平對光線的反射程度不同，在顯微鏡下就能觀察別各種不同的組織及組成相。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校3.2.8常見金相組織觀察與分析工業(yè)純鐵單相組織(0.008%C,450X)組織分析：單相鐵素體（F）浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液圖中有的晶粒呈暗色，這是由于不同晶粒受腐蝕的程度不同造成的。冶金材料學院第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校3.2.8常見金相組織觀察與分析鐵碳合金共析組織(0.77%C,450X)組織分析：片層狀鐵素體（F）+碳體（Fe3C）A→F+Fe3C浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液冶金材料學院Fe-C共晶組織(4.3%C,100X)組織分析：萊氏體組織浸蝕劑：4%硝酸酒精溶（1）共析鋼圖■含碳量為0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼。其組織為共析轉變得到的珠光體，即片狀鐵素體和滲碳體的機械混合物。鐵素體與滲碳體的重量比約為7.9:1，鐵素體厚，滲碳體薄。

用硝酸酒精腐蝕后，由于珠光體中鐵素體比滲碳體的電極電位低，在正常浸蝕下，鐵素體為陽極被溶解，而滲碳體被溶解為凸出相。而此于鐵素體和滲碳體對光的反射能力相近，因此在明視場照明條件下二者都是明亮的,只有相界呈暗灰色。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院

放大倍數(shù)較低時，滲碳體片都無法分辨，整個珠光體組織無法分辨而呈暗黑色一片。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院

當放大倍數(shù)較高時，上述情況才能看清楚。如放大倍數(shù)較低時，滲碳體片兩側相界已無法分辨，而呈黑色條狀。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（2）過共析鋼圖■含碳量在0.77~2.11%之間的鐵碳合金稱為過共析鋼，其組織為：先共析滲碳體和珠光體。

先共析滲碳體由奧氏體中沿晶界析出，故呈網(wǎng)狀分布在隨后發(fā)生共析轉變形成的珠光體周圍。

其室溫組織為網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體。隨著含碳量增加，先共析滲碳體的量也增加，網(wǎng)狀略有加寬。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院T12鋼(含碳量約1.2%)退火后的顯微組織這種組織有時較難以接近共析成分的亞共析鋼區(qū)別第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院

如果用煮沸的堿性若味酸鈉溶液腐蝕，會使?jié)B碳體呈暗黑色而鐵素體仍保持白色。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（3）共晶白口鑄鐵■含碳量為4.3%的白口鑄鐵稱為共晶白口鐵。

其平衡組織為：樹枝狀珠光體分布在共晶的滲碳體的基體上，通常稱為萊氏體,Ld。

萊氏體在剛形成時由細小的奧氏體與滲碳體兩相混合物組成，繼續(xù)冷卻時，奧氏體將不斷析出二次滲碳體，即先共析滲碳體，這部分滲碳體與原萊氏體中的滲碳體連在一起，無法分辨。冷到727℃時，奧氏體的含碳量改變到0.77%，通過共析轉變而形成珠光體。因此室溫下看到的萊氏體組織是由珠光體和滲碳體組成的，通常稱為變態(tài)萊氏體,L’d如圖所示。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院共晶白口鑄鐵組織圖（200×）圖中黑色的細小顆?；驐l狀組織為珠光體，白亮的基體仍為滲碳體。從圖中可以看出，雖然共晶白口鑄鐵凝固后還要經(jīng)歷一系列的固態(tài)轉變，但是它的顯微組織仍具有典型的共晶體特征。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院（4）亞共晶白口鑄鐵■含碳量在2.11~4.3%之間的白口鑄鐵稱為亞共晶白口鑄鐵。

在剛凝固后其組織為先共晶奧氏體和萊氏體，在隨后的冷卻過程中，先共晶奧氏體要不斷析出二次滲碳體，然后再轉變?yōu)橹楣怏w，萊氏體中的奧氏體也要析出二次滲碳體，再轉變?yōu)橹楣怏w。

在亞共晶白口鑄鐵的顯微組織中，由先共晶奧氏體轉變而成的珠光體仍保持其樹枝狀特征第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院室溫組織為：Fe3CⅡ+L’d+P亞共晶白口鑄鐵組織圖（200×）第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（4）過共晶白口鑄鐵含碳量大于4.3%而又小于6.69%的白口鑄鐵稱為過共晶白口鑄鐵，其顯微組織為一次滲碳體和萊氏體，如圖所示.

圖中白色長條狀(空間為片狀)為一次滲碳體，其余為萊氏體。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院室溫組織為：Fe3CⅠ+L’d過共晶白口鑄鐵組織圖（200×）第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（5）灰口鑄鐵石墨呈片狀，基體有鐵素體、鐵素體—珠光體及珠光體三種。

在鐵水中加入少量孕育劑，使石墨結晶成細小片狀，均勻分布，基體為珠光體的灰口鑄鐵稱為孕育鑄鐵。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（6）球墨鑄鐵■在鐵水中加入球化劑與孕育劑，使石墨呈球狀析出。球墨鑄鐵通過不同的熱處理后，基體有:

鐵素體、鐵素體—珠光體、珠光體及下貝氏體。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院（7）可鍛鑄鐵■將白口鑄鐵進行高溫長時間退火，使石墨呈團絮狀析出?；w有鐵素體及珠光體兩種.生產(chǎn)中以鐵素體基體的可鍛鑄鐵應用較廣。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院Cu--20%Ni的銅合金鑄態(tài)組織組織分析：此合金本是單相固溶體，由于非平衡結晶，呈現(xiàn)出樹枝狀晶體（枝晶偏析）腐蝕劑：CuCl2

氨水溶液放大倍數(shù)：100xCu--20%Ni的合金均勻化退火組織

組織分析：呈枝晶偏析的Cu--20%Ni合金輕均勻化退火組織為多形晶粒腐蝕劑：CuCl2氨水溶液放大倍數(shù)：100x第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校（8）有色合金冶金材料學院Al-12%Si合金組織組織分析：塊狀初晶+針狀共晶浸蝕劑：未浸蝕放大倍數(shù)：100X第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校Al-12%Si合金變質處理組織組織分析：樹枝狀初晶+共晶浸蝕劑：混合酸放大倍數(shù)：100X冶金材料學院Al-4.5%Cu合金組織組織分析：次晶CuAl2(θ)分布于α晶界和晶內浸蝕劑：0.5%HF水溶液放大倍數(shù)：450X第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校Ａl-Cu合金冶金材料學院Zn-3%Mg合金共晶組織組織分析：共晶螺旋狀浸蝕劑：化學拋光放大倍數(shù)：400XＺn-Mg合金第三章金相檢驗技術及設備冶金材料學院昆明冶金高等專科學校第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校3.2.8晶粒尺度的測定及評級方法金屬及合金的晶粒大小與金屬材料的機械性能、工藝性能及物理性能有密切的關系。細晶粒金屬的材料的機械性能、工藝性能均比較好，它的沖擊韌性和強度都較高，在熱處理和淬火時不易變形和開裂。粗粒晶粒金屬材料的機械性能和工藝性能都比較差，然而粗晶粒金屬材料在某些特殊需要的情況下也被加以使用，如永磁合金鑄件和燃汽輪機葉片希望得到按一定方向生長的粗大柱狀晶，以改善其磁性能和耐熱性能。冶金材料學院

晶粒尺寸的測定可用直測計算法。如鑄鐵中石墨顆粒的直徑；脫碳層深度的測定等?！瞿承┚哂芯Я６仍u定標準的材料，可通過與標準圖片對比進行評定。這種方法稱為比較法。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院圖1 目鏡和物鏡測微尺的校正圖２目鏡測微尺的測量顯示圖直測計算法(1)利用物鏡測微尺寸出目鏡測微尺(或毛玻璃投影屏上的刻尺)每一刻度的實際值。選定物鏡，并選用帶有目鏡測微尺的目鏡。將物鏡測微尺置于樣品臺上，調焦、調節(jié)樣品臺，使物鏡測微尺的刻度與目鏡測微尺(或投影屏上的刻度尺)良好吻合。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院值已知物鏡測微尺的滿刻度為1mm，共分為100格，則最小格為0.01mm。在這一物鏡的放大倍數(shù)下，物鏡測微尺的Y格與目鏡測微尺的X格(或投影屏上的刻度)相重合，則目鏡測微尺(或投影屏上)上的每一刻度格值即可求得：例一：物鏡測微尺的10格和目鏡測微尺上的20格重合，則：目鏡測微尺的每一刻度格例二：物鏡測微尺的30格和投影屏刻尺上的30格重合，則：投影屏刻尺上的每一刻度格值第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院(2)利用已知目鏡測微尺的格值(或投影屏格值)進行晶粒尺寸或其它組織單元長度的測定。在得知格值后，可取掉物鏡測微尺，放上被測樣品，利用帶有測微尺的目鏡(或將顯微圖象投影到毛玻璃屏上)進行測量。為了使測量結果更具代表性，在數(shù)出測微尺刻尺線段上所交截的晶粒數(shù)后，可旋轉目鏡，測定幾個不可方向上的交截晶粒數(shù)，最后求出晶粒的平均直徑。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院式中：d——晶粒平均直徑；x——目鏡測微尺上所占格數(shù)；n——刻尺線段交截的晶粒數(shù)。例：已知使用某一物鏡時，目鏡測微尺格值為0.01mm，在目鏡測微尺上60格內占有的晶粒數(shù)為10個。則：第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院起始晶粒度——當鋼加熱到臨界點AC1時，晶粒的尺寸急劇減小，珠光體向奧氏體轉變剛一結束時的細粘奧氏體晶粒，通常叫起始晶粒度。奧氏體本質晶粒度——當鋼加熱至930℃和保溫足夠的時間所個有的奧氏體晶粒大小。它表示鋼的奧氏體晶粒在規(guī)定溫度下長大的傾向。實際晶粒度——在交貨狀態(tài)下鋼的實際晶粒大小，及經(jīng)不同熱處理后，鋼和零件所得到的實際晶粒大小。鋼的晶粒度測定第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等專科學校冶金材料學院(1)用比較法測定鋼的奧氏體(本質)晶粒度目前生產(chǎn)中，一般都采用比較法測定晶粒度，在用比較法測定時，應遵循下面的評定原則：試樣制好后，在100倍的顯微鏡下測定。其視場直徑為0.80mm。測定時，首先在顯微鏡上作全面觀察，然后選擇晶粒度具有代表性的視場與標準中的1-8級級別圖相比較，確定試樣晶粒度的級別。如果顯微鏡的放大倍數(shù)不是100倍時，仍可按標準晶粒度級別圖測定其晶粒度，隨后根據(jù)所選用的倍數(shù)按表1換算成100倍時的標準晶粒度級別。標準圖可用帶8級晶粒度刻度毛玻璃屏為準。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院放大倍數(shù)粒度級數(shù)100-101234567891011125012345678------200----12345678--300-----12345678-400------12345678表1第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院(2)用弦計算法測定鋼的晶粒度當測量精度要求較高或當晶粒為橢園形時，可采用弦計算法測定，此時應遵守以下原則：先進行初步觀察，以選擇具有代表性的部位和適合的倍數(shù)，選擇倍數(shù)時，先用100倍，當晶粒過大或過小時，可適當調定顯微鏡的倍數(shù)，以在

80mm直徑的視場內不少于50個晶粒為宜。將顯微圖象投影到毛玻璃屏上，計算被一條直線相交的晶粒數(shù)目，直線要有足夠的長度，以便使被一條直線相交截的晶粒數(shù)不少于10個。計算時，直線端部未被完全交截的晶粒應以一個晶粒計算。最少應選擇三個不同部位的三條直線來計算相截的晶粒數(shù)。用相截的晶粒總數(shù)除以選用直線的總長度(實際長度以毫米計)，得出弦的平均長度

(mm)。用弦的平均長度查表2確定鋼的晶粒度。計算也可以在帶有刻度的目鏡上直接進行。第三章金相檢驗技術及設備昆明冶金高等?？茖W校冶金材料學院表２粒度號計算的晶粒平均直徑

(mm)弦的平均長度

(mm)一個晶粒的平均面積

(mm2)在1mm3內晶粒的平均數(shù)量-31.0000.87511-20.7130.6500.52.8-10.5000.4440.25800.3530.3130.12522.610.2500.2220.06256420.1