紧固件金相分析培训

1、紧固件金相分析培训金相分析的含义 金相分析是运用放大镜和显微镜，对金属材料的宏观及微观组织进行观察研究的方法。 宏观组织是用10倍以下的放大镜或者肉眼直接观察到的金属材料内部所具有的各组成物的直观形貌； 微观组织主要是指在光学显微镜或扫描电镜下所观察到的金属材料内部具有的各组成物的直观形貌。螺栓制造的流程包括：盘元-退火-酸洗-冷镦-搓丝-热处理-电镀-包装 1.盘元：指自厂商购入原始的盘条（原材料）2.退火：把线材加热到适当的温度，保持一定时间，再慢慢冷却，以调整结晶组织，降低硬度，改良线材常温加工性。3.酸洗皂化：除去线材表面的氧化膜，并且在金属表面形成一层磷酸盐薄膜，以减少线材抽线以及冷

2、墩或成形等加工过程中，对工模具的擦伤。4.冷镦：将线材切断，镦成螺丝坯件，形成头部，做出十字槽（或其它头型） 螺纹坯径及杆长，头下圆角等。5.搓丝：螺纹成型。盘元（原材料）金相检测项目：宏观金相、微观金相、脱碳、非金属夹杂物；退火（球化）工序金相检测项目：脱碳、球化体评级；冷镦工序金相检测项目：头部金属流线；搓丝（滚丝）工序金相检测项目：螺纹表面缺陷；热处理（调质）工序金相检测项目：微观金相、金相组织评级、晶粒度等。宏观金相 参考标准 ASTM E340-2013 金属和合金宏观浸蚀的试验方法 GB/T 226-1991 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 GB/T 1979-2001 结构钢低倍组

3、织缺陷评级图 ASTM E381-2001(2012) 钢棒、方钢坯、大钢坯和钢锻件宏观浸蚀测试方法 YB/T 153-1999 优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织缺陷评级图GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 取样可用剪、锯、切割等方法，必须去除取样造成的变形和热影响区以及裂缝等加工缺陷。 试面距切割面的参考尺寸为： A、热切时不小于20mm； B、冷切时不小于10mm； C、烧割时不小于40mm。 横向试样的厚度一般为20mm，纵向试样长度一般为边长或直径的1.5倍，钢板试面的尺寸一般长为250mm，宽为板厚。 GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验

4、法 试面制备：经磨制后试面的表面粗糙度应不大于1.6m（400600号），冷酸浸蚀法不大于0.8m（800号），试面不得有油污和加工伤痕，必要时应预先清除。 热酸浸蚀法（仲裁法） 冷酸浸蚀法 电腐蚀法 热酸浸蚀法GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法注意点：1、仲裁法;2、可以去除腐蚀产物，使用试剂3、浸蚀过深，必须重新加工，去除1mm以上再进行浸蚀GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 冷酸浸蚀法注意点：1、本方法有浸蚀和擦蚀两种2、一般用于大试件的低倍检验GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 电腐蚀法酸液成分15%30%工业盐酸水溶液电压小

5、于36V电流强度小于400A电蚀时间530min试样放在两极板之间，必须为酸液所浸没试面之间不能互相接触，并应和电极板平行GB/T 226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法试样保存A、中和法：用10%氨水酒精溶液浸泡后，再以热水冲洗刷净，并吹干；B、钝化法：短时间地浸入浓硝酸（大约5s）；钝化后的试样用热水冲洗刷净并干燥；C、涂层保护法：涂清漆、塑料膜等。GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图适用范围1、 结构钢酸浸低倍组织缺陷的分类、特征、产生原因及评定原则、评级图分类2、评定碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢钢材（锻、轧坯）横截面酸浸低倍组织中允许及不允许的缺陷GB/T 19

6、79-2001结构钢低倍组织缺陷评级图结构钢酸浸低倍组织缺陷的分类、特征、产生原因及评定原则1、一般疏松；2、中心疏松；3、锭型偏析；4、斑点状偏析；5、白亮带；6、中心偏析；7、帽口偏析；8、皮下气泡；9、残余缩孔；10、翻皮；11、白点；12、轴心晶间裂缝；13、内部气泡；14、非金属夹杂物（目视可见的）及夹渣；15、异金属夹杂物适用的低倍组织缺陷及评价图GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图评定方法1、以评级图为准；2、以目视可见为限，允许使用不大于10倍的放大镜确定缺陷类别；3、缺陷轻重程度按评定原则与评级图对比得出，介

7、于相邻两级之间，可评半级微观金相 参考标准 GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法 ASTM E3-11 金相试样的制备 GB/T 13299-1991 钢的显微组织评定方法 GB/T 13298-1991 金属显微组织检验方法 金相试样制备是通过切割、研磨、抛光等步骤使金属材料成为具备金相观察所要求的过程。金相试样截取的方向、部位及数量应根据金属制造的方法、检验的目的、技术条件或双方协议的规定选择有代表性的部位进行截取。切割镶嵌研磨抛光侵蚀吹干切割切割 纵向取样，沿着钢材的锻轧方向进行取样。主要检验内容：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度等。 横向取样，在垂直于

8、钢材锻轧方向取样。主要检验内容：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度及热处理镀层厚度等。 缺陷或失效分析取样，应包括零件的缺陷部分在内。例如，包括零件断裂时的断口或取裂纹的横截面，取样时应注意不能使缺陷处在磨制时被损伤或者消失。 试样尺寸以磨面面积小于400平方毫米，高度以1520mm为宜。 试样可以用手锯、砂轮切割机、电火花切割机、车、铣、锯等方式。脆而硬的金属可以用锤击法取样。不论使用何种方法切割，均应该注意不能使试样由于变形或受热导致组织发生变化。对于使用高温切割的试样，必须除去热影响部分。注意事项注意事项镶嵌镶嵌在金相试样

9、制备过程中，有许多试样直接磨抛有困难，需要进行镶嵌。通常进行镶嵌的试样有：形状不规则的试样、线材及板材，细小工件；表面处理及渗层、镀层等。机械镶嵌法：将试样放在钢圈或小钢板中，然后用螺钉和垫块加以固定。树脂镶嵌法：利用树脂来镶嵌细小的金相试样。（热镶、冷镶）研磨研磨金相试样经切割或镶嵌后，需进行研磨才能得到光亮的磨面。研磨的过程包括粗磨和细磨。粗磨，粗磨一般在砂轮上进行，磨料粒度的粗细对试样表面粗糙度和磨削效率有一定的影响。粗磨时，应注意用水冷却，防止组织变化。细磨，一般采用金相砂纸，磨料为碳化硅和氧化铝。依次用不同规格的砂纸进行磨光，每更换一道砂纸，试样应转动90，并使前一道的磨痕彻底去除。

10、磨光时需要用水冷却，避免磨面过热。抛光抛光抛光的目的是在于去除金相磨面上由细磨所留下的细微磨痕及表面变形层，使磨面成为无划痕的光滑镜面。机械抛光，是靠抛光粉的磨削和滚压作用，把金相试样抛成光滑的镜面。抛光时，抛光粉嵌入抛光织物的间隙内，起着相当于磨光砂纸的切削作用。电解抛光，是采用电化学溶解作用，使试样达到抛光的目的。抛光时先接通电源，然后夹住试样放置在电解液中，此时正确调整至额定抛光电流，并给予电解液充分的搅拌与冷却，抛光完毕后切断电源并放入水中冲洗、吹干。侵蚀侵蚀在某些合金中，由于各组成物的硬度差别较大，或由各相本身色泽显著不同，抛光状态下能在显微镜中分辨出组织，常用的金属组织侵蚀法有化学

11、侵蚀和电解侵蚀。化学侵蚀，是利用化学试剂的溶液，借助于化学或电化学作用显示金属的组织。电解侵蚀，与电解抛光原理相同，由于各相之间与晶粒之间的析出电位不一致，在微弱电流的作用下各相的侵蚀深浅不同，因而能显示各相的组织。常用侵蚀剂常用侵蚀剂结构钢淬火或调质状态下常用试剂侵蚀剂名称3ml硝酸+100ml酒精饱和苦味酸溶液+海鸥洗净剂+新洁尔灭饱和苦味酸溶液+若干滴环氧乙烷100ml饱和苦味酸溶液+1g海鸥洗净剂10%饱和苦味酸溶液+1ml盐酸三氯化铁水溶液显示原奥氏体晶界的常用试剂侵蚀剂名称10g三氯化铁+15ml盐酸+50ml酒精50g三氯化铁+50ml酒精+100ml水不锈钢、耐热钢的常用试剂5

12、g三氯化铁+50ml盐酸+100ml水4g苦味酸+5ml盐酸+100ml酒精10ml盐酸+10ml硝酸+100ml酒精显微镜操作显微镜操作1.操作者必须充分了解仪器设备的结构原理，使用方法，严守操作规程；2.操作时双手要干净，试样的观察面应用酒精冲洗并吹干；3.操作显微镜时，对镜头要轻拿轻放，不用的镜头应随时放入盒中，不能用手触摸镜头；4.调整焦距时，应先轻轻转动粗调，使物镜和观察面尽量靠近，并从目镜对焦，然后轻轻转动微调，直到调节成像清晰为止。在调节中必须避免物镜和试样磨面碰撞，损坏镜头；5.显微镜使用完毕后，应及时将物镜、目镜卸下，放入盒中，最后切断电源。GB/T13299-1991 钢的

13、显微组织评定方法适用范围：低碳、中碳钢的钢板、钢带和型材的显微组织评定，其它钢种根据有关协议试样制备：一般采用冲、剪、锯等冷切割方式；低碳变形钢的珠光体、带状组织试样应取与变形方向相同的磨面；游离渗碳体和魏氏组织的取样磨面可以横向也可取纵向。抛光、腐蚀后进行显微组织评定。评定游离渗碳体和珠光体的放大倍数为400（360450），评定带状组织和魏氏组织的放大倍数为100（95110）标准视场直径80mm评定采用与标准评级图相比较的方法深度约为钢板厚度10%的2个表面层不检查评级时应选择磨面上各视场中最高级别处进行评定评定结果以级别表示，级别特征在相邻2级之间，可付上半级，必要时应注明系列字母，如

14、1A、3B评定含碳量小于或等于0.15%低碳退火钢中的游离渗碳体，是根据渗碳体的形状、分布及尺寸特征确定评定含碳量0.10%0.30%低碳变形钢中的珠光体，要根据珠光体的结构（粒状、细粒状珠光体团或片状）、数量和分布特征确定评定珠光体钢中的带状组织，要根据带状铁素体数量增加，并考虑带状贯穿视场的程度、连续性和变形铁素体晶粒多少的原则确定评定珠光体钢过热后的魏氏组织，要根据析出的针状铁素体数量、尺寸和由铁素体网确定的奥氏体晶粒大小的原则确定非金属夹杂物 参考标准 ASTM E45-2013 测定钢材夹杂物含量的试验方法 GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级显微检验法

15、 ISO 4967-2013 钢 非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法 JIS G 0555-2003 钢中非金属夹杂物显微评定方法GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级显微检验法标准适用范围：压缩比大于或等于3的轧制或锻制钢材原理：将所观察的视场与标准图谱对比，并分别对每类夹杂物进行评级，标准中的评级图片相当于100倍下纵向抛光面上的面积为0.5mm2 的正方形视场。夹杂物分五类：A：硫化物类，较宽范围形态比的单个灰色夹杂物，端部 圆角B：氧化铝类，形态比小，沿轧制方向排成一排C：硅酸盐类，较宽范围形态比的单个深灰色，端部锐角D：球状氧化物，带角或圆形，形

16、态比小，无规则分布DS：单颗粒球状，圆形或近似圆形，直径13m单颗粒夹杂每类夹杂物根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分为两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增的六级图片组成A类硫化物B类氧化铝C类硅酸盐D类球状氧化物DS类单颗粒球状氧化物评级级别i夹杂物类别A长度mB长度mC长度mD数量个DS直径m03717180130.537-12717-7718-761-313-191127-26177-18476-1764-819-271.5261-436184-343176-3209-1527-382436-649343-555320-51016-2438-532.5649-898555-822510-7

17、4625-3553-763898-1181822-1147746-102936-4976-107类别细系粗系最小宽度/m最大宽度/m最小宽度/m最大宽度/mA24412B29915C25512D38813夹杂物级别评定： A类硫化物，长度（L）用m表示： B类氧化铝，长度（L）用m表示： C类硅酸盐，长度（L）用m表示： D类球状氧化物，每个视场中的数量（n): DS类单颗粒球状氧化物，直径d用m表示：179. 1)lg(5605. 0)lg(Li0.871L)0.4626lg(lg(i)904. 0)(4807. 0)lg(Lgi301. 0)lg(5 . 0)lg(ni22. 3)lg(3

18、115. 3di取样：沿钢材或零件的轧制或锻造方向通过中心取样；钢坯上切取的检验面应通过钢材（或钢坯）轴心的纵截面20mm10mm 钢材外表面到中心的中间位置的部分截面通过直径的截面的一半通过整个直径的截面，长度保证得到检验面积宽度1/4初的全厚度截面检验面位于宽度1/4和从钢板表面到中心位置，检验面为钢板厚度的1/2截面宽度和从钢板表面到中心之间的中心位置，检验面为钢板厚度的1/4截面实际检验（抛光后未侵蚀）：A法：检验整个抛光面，对每一类夹杂物，按细系和粗系记下与所检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数B法：检验整个抛光面，但可以通过研究，减少检验视场数，对试样做局部检验每一个观察的视

19、场与标准评级图谱对比，如果一个视场处于两相邻标准图片之间时，应记录较低的一级。对于个别夹杂物或个别夹杂物，长度超过视场的边长（0.710mm)，或宽度或直径大于粗系最大值，作为超尺寸夹杂物评定，并分别记录，纳入该时常视场的评级为提高实际测量的再现性，可采用上图所示的透明网格或轮廓线非传统类夹杂物按与其形态最接近的A、B、C、D、DS类夹杂物评定对于A、B、C类夹杂物，纵向距离d40m，横向距离s 10m，一条夹杂物一个串（条）状夹杂物宽度不同，取最大宽度A类和C类夹杂物B类夹杂物结果表示：通则：用每个试样的级别以及在此基础上所得的每炉钢每类和每个宽度系列夹杂物的级别算术平均值表示。A法：表示与

20、每类夹杂物和每个宽度系列夹杂物最恶劣视场相符合的级别，e出现粗系的夹杂物，s出现超尺寸夹杂物 如：B1e, B2.5sB法：表示给定观察视场数（N）中每类夹杂物及每个宽度系列夹杂物在给定级别上的视场总数B法检验球化体评级 参考标准 JB/T 5074-2007 低、中碳钢球化体评级索氏体评级 参考标准 GB/T 13320-2007 钢质模锻件 金相组织评级图及评定方法适用于经过调质处理、正火处理、等温正火处理、锻后控冷处理的结构钢模锻件不适用于锻件脱碳、过热、过烧等组织的评定等温正火：将锻件加热到高于Ac3(或Ac1)的某一温度，保温一段时间后，控制冷却到珠光体相变区某一温度并等温保持一段时

21、间，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却。锻后控冷：锻件在锻造成型后，利用余热通过控制锻件的冷却速度，使其得到珠光体加铁素体组织或贝氏体组织有效厚度：锻件各部位的壁厚不同时，如果按照某处壁厚确定加热时间可以保证热处理质量，则该处壁厚即为锻件的有效厚度评级图的分组与分级：评级图分为三组，每组分8级 第一组评级图，适用于中碳结构钢正火处理的锻件，以及中碳低合金非调质钢锻后控冷处理的锻件 第二组评级图，适用于渗碳钢正火、等温正火及锻后控冷处理的锻件 第三组评级图，适用于调质钢调质处理的锻件评级图中各类金相组织的合格级别由供需双方协商确定，没有约定的，以1-4级为合格如果在评议时有争议，可以参

22、考力学性能检验结果进行判定试样的选取与制备 取样部位：应由供需双方协商确定，没有约定的以锻件有效厚度处作为取样部位 试样的制取原则：锻件取样部位有效厚度20mm时，以1/2处作为检验部位制取；锻件取样部位有效厚度20mm时，以距表面10mm处作为检验部位制取。 制取试样方法：试样应在冷态下用机械方法制取，若用热切等方法切取时，必须将热影响区完全去除在制取样品的过程中，不能出现因受热而导致组织改变的现象试样抛光后用含有体积百分数2%5%的硝酸酒精溶液浸蚀金相组织的评定 金相组织按18级评定。当被评定的金相组织介于两个级别之间时，以下一级别为判定级别，如大于3级小于4级则判为4级 正火锻件、等温正

23、火处理锻件、锻后控冷锻件的金相组织在金相显微镜下用100倍观察，但必须结合高倍观察以确定相结构，参照评级图1或2评定 调质锻件的金相组织在金相显微镜下用500倍观察，参照评级图3评定 GB/T 6394-2002 金属平均晶粒度测定法晶粒度级别指数 晶粒度：指晶粒大小的量度，通常使用长度、面积或体积来表示不同方法的评定或测量晶粒大小 显微晶粒度级别指数G：N=2G-1 试样在放大100倍下，在645.16mm2 面积内包含的晶粒个数 宏观晶粒度级别指数Gm ：N=2Gm -1 试样在1倍下，在645.16mm2 面积内包含的晶粒个数试样的制备 在交货状态的材料上切取，建议试样尺寸 圆形：10m

24、m12mm;方形： 10mm 10mm 切取试样应避开剪切、加热影响的区域 晶粒度试样不允许重复热处理 渗碳处理用试样应除去脱碳层和氧化层奥氏体晶粒度的显示铁素体网法：适用于亚共析钢，碳含量为0.25%0.60%的碳素钢和合金钢C%0.35% 90010加热C%0.35% 86010 加热 保温最少30min，空、水冷试样加热温度保持必要时间后，降温到73010，保温10min ，淬油或淬水，抛光，浸蚀，通过沿晶界分布的铁素体网显示奥氏体晶粒显示铁素体组织和铁素体晶粒的常用试剂： a:4ml硝酸+96ml乙醇 b：5g苦味酸+95ml乙醇 氧化法：碳含量为0.25%0.60%的碳素钢和合金钢，预先抛磨，磨面朝上C%0.35% 90010加热C%0.35% 86010 加热 保温1小时，淬入水或盐水，根据情况，适当倾斜100 150研磨抛光，显示氧化层的奥氏体晶粒显示奥氏体被氧化的晶界所用试剂：5ml盐酸+ 95ml乙醇 直接淬硬法：碳含量在1%以下的碳素钢和合金钢C%0.35% 90010加热C%0.35% 86010 加热 保温1小时，以能产生完全淬硬的冷却速度淬火，得M，磨抛侵蚀后显示M的原奥氏体晶粒形貌，侵蚀前可在23010回火显示马氏体组织和奥氏体晶粒的试剂：2g苦味酸+ 1g十三苯亚