冶金质量检验与评级

1、冶金质量检验与评级 宏观分析也称粗视分析或低倍检验，即用肉眼直接观察或用30倍以下放大镜来观察金属断面磨面或断口的组织和缺陷。这种方法可在较大范围内观察金属的组织，分析金属材料的冶金质量和加工质量，以及一些构件的破坏原因。该方法简单迅速，在生产实际中得到广泛应用，但它不能观察金属组织结构的细节，进一步观察和分析要用显微分析的方法进行。 1、宏观分析的应用范围： （1） 观察铸锭组织：晶粒大小、形状、相互位置以及树枝状的外貌。 （2） 检查金属铸锭中的缺陷；缩孔、气泡、疏松、白点、裂纹、翻皮、夹杂物及铸件中的夹砂等。 （3） 检查金属成分的不均匀性：表面淬火层、渗碳层及加工硬化层的分析及测定。

2、（4） 检查金属锻件（或轧材）中纤维组织分布的状况及摺叠、裂缝、过热等缺陷。 （5） 检查热处理后淬火、回火不足、裂纹等缺陷。 （6） 初步检查零件破坏的原因实验方法： 1、 磨片分析 把试样用砂轮磨平或锉平后，在粗砂纸上磨光，用清水冲洗后在浸蚀液中浸蚀一定时间，再用清水冲洗并揩去表面一洁物，然后观察其表面。这种分析方法应用很广泛，除观察塑材料断面外，也可观察脆性材料的断面。在工厂，此方法作为低倍检验的主要方法。 磨片分析可配用热蚀试验和冷蚀试验。 热蚀试验：将试样置于热酸中浸蚀一定时间，然后进行检查。常用试剂为50%（体积）盐酸水溶液加热到70±5，再根据钢材成分、表面光洁度、溶液

3、新旧程度等腐蚀一定时间即可观察。 冷蚀试验：浸蚀在室温下进行。对于一般碳钢，低中合金钢，先用过硫酸铵15克，水85毫升混合液在试样表面擦10分钟，再用硝酸（1.49克/毫升）10毫升，水90毫升混合液擦10分钟，然后进行检查。 磨片分析法的应用： （1） 观察金属铸锭或金属材料的晶粒大小、形状及分布状况，可研究结晶过程中各种因素（浇注温度、冷却速度、不熔杂质等）对铸锭组织的影响。 （2） 观察铸、压、焊等加工件的微小缺陷。 （3） 检查化学成分不均匀性及杂质分布状况。 （4） 初步分析零件破坏的原因。不同材料应选用不同的浸蚀剂，见下表2、断口分析 直接观察钢材试样或构件断裂后的断口进行分析，称

4、为断口分析。在进行断口分析时，要注意保护好断口，注意表面的完整和清洁，最好在试样或零件断裂后立即进行观察。 断口分析法用于： （1） 观察脆性材料的晶粒大小，形状及分布状况。 （2） 检查缩孔、气泡、白点、裂缝等缺陷。 （3） 观察淬火件的渗碳或表面淬火层厚度是否均匀、合适，表面层有否脱碳现象等。 （4） 从断口处可判断铸铁的类型及质量。如灰口铸铁断面呈灰色，白口铸铁断面呈白亮色。 （5） 根据零件破坏，断口可初步分析破坏原因。如通过对疲劳损坏的零件的断口分析，不仅可以确定破坏的原因，而且可以了解疲劳裂纹的策源中心，发展过程及零件的实际受力情况等，从而作出导致疲劳损坏原因的判断。 常见的断口形

5、貌有：纤维断口、萘状断口、瓷状断口、木纹状断口、石状断口等3、贴印法 此方法是将试样磨平后，用适当的化学试剂与试样表面某些组织起化学反应，并用相纸记录下来。常用的有硫印、氧印等。 （1） 硫印：钢中的硫一般为有害杂质，易形成硫化物夹杂影响钢材的质量。通过硫印试验可检查钢材或零件中的含硫量及硫的分布状况，从而确定钢材质量。 硫印的方法：试样磨平后用水冲洗干净，将相纸浸入35%的硫酸水溶液中5分钟左右，取出将药面紧贴在试样表面并压紧，接触面间不得有气泡，两者不能相对滑动，以免硫印斑点模糊不清。经35分钟后揭下相纸，用清水冲洗，然后放入10%大苏打水溶液中定影1020分钟，最后水洗，烘干。相纸上的棕

6、褐色锈点即表示了样品上硫的分布。 （2） 氧印：即氧化物贴印，用来检查钢中氧的分布。其操作与硫印相似。将相纸放入5%盐酸水溶液中片刻取出，试样压在相纸上12分钟，然后揭下相纸置于2%赤血盐溶液中显影约10分钟。氧化物存在处，即是相纸上出现的蓝色斑点。 二、钢中非金属夹杂物的检验 钢中的非金属夹杂物主要是指钢中的氧化物、硫化物、硅酸盐和氮化物等，这些化合物一般不具有金属的性质，并机械的混杂在钢的组织之中。 非金属夹杂物在钢中一般为数很少，但对钢材性能的影响不可忽视。已有的研究表明，夹杂物对钢的强度影响较小，但对疲劳性能、冲击韧性和塑性影响很大，其影响程度的大小又与夹杂物的类型、大小、数量、形态和

7、分布有关。为了减少夹杂物对材质的危害，需要鉴定夹杂物的类型，视察其形态和分布，测定其大小和数量，并追溯根源，采取相应措施加以控制。对非金属夹杂物的研究包括定性和定量两个方面。 （1）定性研究：鉴定夹杂物的类型。 （2）定量研究：测定夹杂物的大小、数量、形状及分布。 定性鉴定多用于解决生产中出现的质量问题，亦常用来分析新钢种中夹杂物产生的原因，以便改进冶炼方法，控制它的形成。 定量测定一般用于常规检验中，采用标准等级比较法，直接判定金属材料的质量，作为验收的依据。 1、 定性鉴定 夹杂物的鉴定方法基本上有四种： （1） 化学法：此法是先把夹杂物从金属中分离出来，然后再进行微量化学分析。 （2）

8、岩相法：此法亦须先把夹杂物分离出来，然后在透射显微镜下研究，根据其光学物理性研究结构。 （3） 金相法：此法应用金相显微镜来研究夹杂物的微观组织形态和分布。 （4） 扫描电镜可分析夹杂物结构、类型、形态及分布。 目前常用的方法还是以金相法为基本方法，辅以其它方法进行鉴定金相法在鉴定夹杂物时虽有种种局限，如不能正确地确定未知夹杂物的正确组成及某些物理性和结构。但由于金相法操作简便、直观、能迅速确定已知夹杂物，故目前工厂中仍普遍使用。金相法鉴别夹杂物是以非金属夹杂物的组织、形状、分布以及它的光学、力学和化学特性等为依据的。 1） 金属夹杂物的组织和性质： （1） 夹杂物的组织、形状、大小、分布和反

9、射本领： 钢中常有多种类型夹杂物，在形成过程中会相互影响，例如：MnS与FeS会形成固溶体，MnO中也可固溶大量FeO；而FeO与FeS又会形成共晶等等。 夹杂物的形状、大小和分布不仅与其本性有关，还受加工过程的影响。例如硫化锰（MnS），因其塑性较好，锻轧加工后，沿加工方向拉长。氧化铝(Al2O3)细小而聚集成群，一般氧化物性脆易断，锻轧加工后，沿加工方向呈链状分布。硫化物有中等反射本领，明场下呈浅灰色，氧化物也是灰色，比硫化物稍深。硅酸盐夹杂物有易变形与不易变形两类，前者加工后呈条线状，后者呈链状或球状。明场下呈灰色或暗灰色，色泽不均匀。iN、VN等一类氮化物，多数成正方形或三角形，在明场

10、下为淡黄色或金黄色。NiN一般很细小，在高倍的光镜或电镜下才可分辨。 （）透明度与色彩： 夹杂物可以分为透明的和不透明的两大类。辨明夹杂物的透明程度，应在暗场或偏光照明下观察，同时还能观察到夹杂物的色彩。 为什么在暗场中能判别夹杂物的透明度？由于金属基体反射光的混淆，使明场下无法观察到夹杂物的透明度，但在暗场中，由于金属基体的反射光不进入物镜，光线透过透明夹杂物后，在夹杂物与金属交界面上产生反射，因而透明夹杂物在暗场下是发亮的，不透明的夹杂物在暗场下呈黑色，有时可看到一亮边。 为什么在暗场下能观察夹杂物的颜色？ 任何夹杂物都有其固有色彩，如MnO呈绿宝石色，Al2O3呈淡黄色。 在明场下，因为

11、入射光线的一部分经试片的表面金属反射出来，另一部分则经过夹杂物而折射入金属基本与夹杂物的交界处再经该处反射出来，这两束光混合射入物镜，夹杂物的固有色彩被掩藏，因此明场下看不出夹杂物的固有色彩。 在暗场下若夹杂物是透明的，而且带有固有色彩，则光线由夹杂物折射到金属基体界处，被反射后再经夹杂物至物镜，由于金属基体与物镜光轴垂直，没有反射光线射入物镜，故夹杂物的固有色彩不被掩藏，所以在暗场下能看到夹杂物的固有色彩。 （3）在偏振光照射下的各向异性效应和黑十字现象。 各向异性效应是区别夹杂物的重要标志之一。在偏光研究中夹杂物可分为各向同性与各向异性两大类。 各向同性的夹杂物在正交偏振光下观察时，从效果

12、看可以认为对入射的偏振光不起作用，故转动载物台时，不发生亮度变化。 当入射的偏振光射至各向异性夹杂物时，则分解为两个偏振光（平行于光轴和垂直于光轴两部分）反射出来，这两个反射光出来的分偏振光的振幅不同，而且有位相差。因而，入射的平面偏振光经各向异性晶体反射后一般变为椭圆偏振光，而且振动面有旋转。在正交偏光镜下，这椭圆偏振光就可能有一个分偏振透过检偏镜，便得视场内仍能清晰地看到各向异性的夹杂物。由于两个分偏振光振幅的变化与入射光、与晶体的取向有关，故形成的椭圆偏振光的形状、取向与入射光与晶体的取向有关。当载物台旋转时就会交替出现亮度的最强与最弱即交替地发亮和消光。 偏振光下能观察到夹杂物的颜色和

13、透明度，其原理和暗场一样，不再赘述。 对于透明的、各向同性的球状夹杂物，在正交偏振光下形成中间贯以黑十字形的明暗交替的继续的同心环，即所谓“黑十字特征”。黑十字特征仅决定于夹杂物的形状与透明程度，而与夹杂物的结晶类型无关，与它的位向亦无关。透明夹杂物，如氧化硅（硅土），硅酸盐等均具有此现象。 （4）硬度和脆性 夹杂物的硬度可由显微硬度计测定，根据压痕的形状，还可估计夹杂物的脆性大小。磨面的抛光性能在一定程度上也能估计出硬度和脆性，硬而脆的夹杂物易于剥落，或高出磨面，有时会在磨面留下“彗星尾”的擦伤痕。此外，夹杂物在加工时的可塑性，也是鉴定夹杂物的补充特性。 （5）化学性能 夹杂物受化学浸蚀剂作

14、用后，或因染上色彩，改变了夹杂物的颜色，或使夹杂物溶入浸蚀剂中，留下一个坑痕，或不受化学浸蚀剂的作用而保留原状，故化学浸蚀是夹杂物金相鉴定的补充方法。 综合上述，金相法的观察项目如下表： 2）金相法鉴别夹杂物的程序 进行金相鉴别时首先要制备好样品，基本要求是夹杂物不脱落，外形完整，无拖尾现象。为此应采用切削力强的抛光剂，如金刚砂研磨膏等，同时抛光时间要短，试样要不时转动。 磨制好的的试样在抛光态进行明场、暗场和偏光观察。 明场下：重点观察夹杂物的形状、大小、分布、反光能力等。 暗场下：鉴定夹杂物的透明度和色彩。 偏光下：鉴定夹杂物的各向异性效应和黑十字现象等。 然后，根据夹杂物的特征参照“钢中

15、常见夹杂物的性能和特征”表进行夹杂物类型的确定。 2、 定量测定 定量测定是优质钢及高级优质钢材的常规检验项目之一，在夹杂物类型已知的条件下，采用标准等级比较法，以判定钢材质量的高低或是否合格。 夹杂物的评级可根据冶标（YB2559）进行。试样经抛光、夹杂物保证完好、不经浸蚀在放大100X显微镜下观察。把试样上夹杂物最严重的视场与标准级别图片比较来评定其等级。YB2559列出三类夹杂物的级别图。氧化物为一类型，硫化物及硅酸盐同列为一类型，此外还有碳化物。每一类型又按夹杂物的粗细分为两个系列，每系列分5级，级别愈高，表示夹杂物的含量愈多。评级时若不能评成整数时，可以采用半级，如2.5级等。 含铬

16、滚珠轴承钢则按冶标968进行分类及评级。标准中非金属夹杂物分脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物三类。每类分0.5、1、1.54共八级标准级别。 定量测定要求测定较多的视域，求得统计分布，以获得较为准确的结果。 锻件质量分析的一般过程由于锻件在锻后还要经过热处理，甚至表面处理工序及机械加工工序，制成零件后还要投入使用，因此，锻件质量分析工作除了对锻后的锻件进行质量分析外，也包括对锻后在热处理、表面处理、冷加工过程中和使用过程中发现的锻件质量问题的分析。此时，在锻件上或已制成品件上，也可能出现锻后的后续工序工艺不当、使用维护不当或者设计与选材不当引起的质量问题，出现了除锻造工艺不当之外的其它

17、影响因素，因此在进行半成品件、成品件、使用件的质量分析时，只有在排除了设计、选材、热处理、表面处理、冷加工及使用维护的因素后，才能准确地进行锻件本身的质量分析工作，从而寻找出锻件质量问题产生的原因和提出改进措施及防止对策。因此，锻件质量分析工作一般可分为现场调查阶段、试验研究分析阶段、提出解决措施及防止对策阶段。而在实施这几个阶段的工作之前，最好能制定实施方案，内容包括这三个阶段所要进行的工作、工作程序、完成时间。该实施方案在实施过程中可进行适当的补充和修改。制定实施方案是分析大型复杂锻件及使用件质量问题的重要一环。在现场调查阶段，主要是调查锻件所用原材料的材料牌号、化学成分、材料规格、材料保

18、证单上的试验结果，进厂复验的各种理化测试和工艺性能测试的结果，甚至还要查明原材料的冶炼和加工工艺情况。与此同时还应调查锻造的工艺情况，包括锻件应该用的材料、规格、下料工艺、锻造加热的始锻和终锻温度，所用锻压设备、加热设备、加热工艺、锻造的操作、锻后的冷却方式、预备热处理的工艺情况等。必要时还要调查操作者的情况和环境情况及执行工艺的原始记录。对于在后续工序和使用中出现的锻件质量问题还应调查后续工序的工艺及使用情况。现场调查切忌主观，即调查情况要客观全面，实事求是，调查的情况一定要保证原始，现场调查情况的真实性直接影响以后试验研究分析和结论的正确性。试验研究分析阶段的工作是比较复杂的，这是进行锻件

19、质量分析的关键阶段，该阶段工作的优劣直接影响质量问题判断的正确性及产生原因分析的准确性，该阶段的工作一定要与现场调查阶段的工作结合起来进行。在该阶段，首先要查明锻件质量问题的客观反映，锻件缺陷的部位、宏观及微观的形貌特征，从而分析出缺陷的性质，通过宏观及微观的试验分析并辅以化学成分、力学性能测试、原材料的情况，必要时结合工艺执行情况和进行摸拟试验，找出缺陷或质量问题产生的原因。在该阶段还要注意选择合适的试验方法及测试手段，避免由于测试手段或方法上的问题或分析思路不当而导致分析结论的差错。在进行试验分析过程中，必要时还要进行现场再调查，以排除因外界因素的干扰而影响分析结论正确性的可能。锻件质量检

20、验的内容锻件质量的检验包括外观质量及内部质量的检验。外观质量检验主要指锻件的几何尺寸、形状、表面状况等项目的检验；内部质量的检验则主要是指锻件化学成分、宏观组织、显微组织及力学性能等各项目的检验。具体说来，锻件的外观质量检验也就是检查锻件的形状、几何尺寸是否符合图样的规定，锻件的表面是否有缺陷，是什么性质的缺陷，它们的形态特征是什么。表面状态的检验内容一般是检查锻件表面是否有表面裂纹、折叠、折皱、压坑、桔皮、起泡、斑疤、腐蚀坑、碰伤、外来物、未充满、凹坑、缺肉、划痕等缺陷。而内部质量的检验就是检查锻件本身的内在质量，是外观质量检查无法发现的质量状况，它既包含检查锻件的内部缺陷，也包含检查锻件的

21、力学性能，而对重要件、关键件或大型锻件还应进行化学成分分析。对于内部缺陷我们将通过低倍检查、断口检查、高倍检查的方法来检验锻件是否存在诸如内裂、缩孔、疏松、粗晶、白点、树枝状结晶、流线不符合外形、流线紊乱、穿流、粗晶环、氧化膜、分层、过热、过烧组织等缺陷。而对于力学性能主要是检查常温抗拉强度、塑性、韧性、硬度、疲劳强度、高温瞬时断裂强度、高温持久强度、持久塑性及高温蠕变强度等。由于锻件制成零件后，在使用过程中其受力情况、重要程度、工作条件不同，其所用材料和冶金工艺也不同，因此不同的部位依据上述情况并按照本部门的要求将锻件分出类别，不同的部门，不同的标准对锻件的分类也是不同的。但不管怎么，对于锻

22、件质量检验的整体来说都离不开两大类检验，即外观质量和内部质量的检验，只不过锻件的类别不同，其具体的检验项目、检验数量和检验要求不同罢了。锻件质量检验的方法外观质量的检验一般来讲是属于非破坏性的检验，通常用肉眼或低倍放大镜进行检查，必要时也采用无损探伤的方法。而内部质量的检验，由于其检查内容的要求，有些必须采用破坏性检验，也就是通常所讲的解剖试验，如低倍检验、断口检验、高倍组织检验、化学成分分析和力学性能测试等，有些则也可以采用无损检测的方法，而为了更准确地评价锻件质量，应将破坏性试验方法与无损检测方法互相结合起来进行使用。而为了从深层次上分析锻件质量问题，进行机理性的研究工作还要籍助于透射型或扫描型的电子显微镜、电子探针等。通常锻件内部质量的检验方法可归结为：宏观组织检验法、微观组织检验法、力学性能检验、化学成分分析法及无损检测法。宏观组织检验就是采用目视或者低倍放大镜(一般倍数在30×以下)来观察分析锻的低倍组织特征的一种检验。对于锻件的宏观组织检验常用的方法有低倍腐蚀法(包括热蚀法、冷蚀法及电解腐蚀法)、断口试验法和硫印法。低倍腐蚀法用以检