金相基础课件

一、金相基本组织1.金相学的发展概况1）1831年,阿诺索夫首先应用显微镜研究了钢的组织；2）1868年，阿诺索夫指出钢的临界点存在是由于钢底组织改变的结果-钢的物理性能与机械性能的变化；3）现阶段，利用先进设备对金属材料的认识由表及里,已经深入到“无微不至”的境地,这对材料的质量控制、失效分析以及对新材料的研制都有着十分重大的作用。2.金相基本组织

金相基本组织包括铁素体、珠光体、渗碳体、魏氏组织、奥氏体、马氏体、回火马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、贝氏体。1）铁素体－又称纯铁体,呈白亮多边形,也可呈块状、月牙状、网络状,铁素体性软而韧,一般硬度在100HB左右；2）珠光体－铁素体和渗碳体的机械混合物。按碳化物的分布形态又将珠光体分成片状珠光体和粒状珠光体。3)渗碳体－一种化合物。在碳钢中,渗碳体由铁和碳化合而成;在合金钢中,形成合金渗碳体。渗碳体性硬而轻脆,呈白亮多边形,其形态呈白色的片状(针状)、粒状、网络状、半网络状等。一、金相基本组织

4) 魏氏组织－亚共析钢在铸造、锻造、轧制、焊接和热处理时,由于高温形成粗晶奥氏体。在冷却时,游离铁素体除沿晶界呈网状析出外,还有一部分按切变机制形成铁素体从晶界并排向晶粒内部生长,或在晶粒内部独自析出。这种针片状铁素体分布在珠光体基体上的组织称为魏氏组织。过共析钢在一定条件下也会形成魏氏组织,但析出相是针状渗碳体。5)贝氏体－是钢的奥氏体在珠光体转变区以下、Ms点以上的中温区转变产物。它基本上也是就是铁素体与渗碳体两相组织的机械混合物,但形态多样、不像珠光体那样呈层状排列。从金相的形态特征来看,大致可分为羽毛状、针状和粒状。其中羽毛状为上贝氏体,针状为下贝氏体,粒状为粒状贝氏体。6)奥氏体－在碳钢中，奥氏体是碳溶于γ-Fe中的固溶体。在合金钢中，奥氏体则是碳和合金元素固溶于γ-Fe中的固溶体。奥氏体具有面心立方结构,在光学显微镜下呈白色。一、金相基本组织7)马氏体－在碳钢中，马氏体是碳溶于а-Fe中的过饱和固溶体：在合金钢中，马氏体是碳和合金元素溶于а-Fe中的过饱和固溶体。8)回火马氏体－淬火钢经低温回火后的产物，回火马氏体的基本特征是：仍具有马氏体针状特征，但经侵蚀后的颜色比淬火马氏体要深。在光学显微镜下的形貌与下贝氏体相似。马氏体内析出为ε－碳化物，呈无规则分布。9)回火屈氏体－淬火钢经中温回火后的产物，回火屈氏体的基本特征是：马氏体针状形态将逐步消失，但仍隐约可见（某些合金钢、特别含铬等元素的钢，由于合金铁素体的再结晶温度较高，故仍保持明显的针状形态），回火时析出的碳化物细小，在光学显微镜下难以分辨清楚，只有在电子显微镜下可以看出碳化物的颗粒。10)回火索氏体－淬火钢经高温回火后的产物，由于回火温度较高碳化物进一步聚集长大，故回火索氏体的基本特征是：铁素体＋细小颗粒状碳化物，在光学显微镜下能分辨清楚，这种组织有时又称为调质组织，它具有良好的强度和韧性的配合。二、金相制样3)粗磨：主要用立式砂轮机或金相试样磨平机4)细磨：手工与机械两种方法利用水砂和金相砂纸水砂粗磨:120#、140#、180#、200#、240#、280#、320#、360#。 精磨:400#、500#、600#、800#、1000#、1200#、1400#。超精磨:1600#、1800#、2000#、2500#、3000#、3500#、4000# 金相砂纸:干和干湿两用: 粗磨:120#、140#、180#、200#、240#、280#、320#、360#。 精磨:400#、500#、600#、800#、1000#、1200#、1400#。 超精磨:1600#、1800#、2000#、2500#、3000#、3500#、4000#。二、金相制样5)抛光6）试样的侵蚀结构钢淬火或调质状态下,以下几种显示原奥氏体晶界的常用试剂:a)饱和苦味酸水溶液;b)结晶苦味酸4g,水100mL,加热至沸腾,腐蚀约15～20s;c)饱和苦味酸水溶液+洗净剂;40Cr钢淬火回火态100mL饱和苦味酸水溶液+1g洗净剂;d)饱和苦味酸水溶液添加少量新洁尔灭(45钢调质,70℃腐蚀);e)10%苦味酸乙醚溶液,再加入1～2mL盐酸;f)饱和苦味酸水溶液+几滴环氧乙烷（40Cr调质）。三、金相设备及技术1.金相显微镜

金相分析方法在金属学中占有重要的地位。金相分析大多需要靠某些观察装置来实现,把样品放大到一定的倍数以观察金属内部的金相组织。所指观察装置,首先是金相显微镜。分为台式、正置式、倒置式金相显微镜正置式金相显微镜特点：1）试样观察面向上放置;2)试样观察面必须与底面平行,才能保证与物镜光轴;3)试样观察面向上,不易损伤;4)试样受高度,形状的限制;5)操作方便,适用于快速检验;6)照相、图像捕捉时防振要求高。三、金相设备及技术倒置式金相显微镜特点：1)试样观察面向下放置;2)试样观察面始终与物镜光轴垂直;3)试样观察面向下,与载物台表面垂合,易损伤;4)试样不受高度,形状的限制;5)不适宜快速检验;6)照相、图像捕捉时防振性能好。单目与双目光学金相显微镜2、金相显微镜的主要性能指标2.1放大倍数显微镜的放大倍数为物镜放大倍数M物和目镜放大倍数子M目的乘积，即：

式中，f物—物镜的焦距，f目—目镜的焦距；L—显微镜的光学镜筒长度；D

—明视距离（250mm）。f物和f目越短或L越长，则显微镜的放大倍数越高。有的小型显微镜的放大倍数需再乘一个镜筒系数，因为它的镜筒长度比一般显微镜短些。

显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证，物镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放大倍数，放大倍数常用符号“×”表示，如100×，200×等。物镜：是显微镜最主要的部件，它是由许多种类的玻璃制成的不同形状的透镜组所构成的，位于物镜最前端的平凸透镜称为前透镜，其用途是放大，在它以下的其他透镜均是校正透镜，用以校正前透镜所引起的各种光学缺陷（如色差、像差、像弯曲等）目镜主要是用来对物镜已放大的图像进行再放大。目镜又可分为普通目镜、校正目镜和投影目镜照明系统：两种观察物体的方法，即450平面玻璃反射和棱镜全反射，这两种方法都是为了能使光线进行垂直转向，并投射到物体上。起这种作用的结构称为“垂直照明器”。在金相工作中的照明方式分为明场和暗场照明两种光栏：在金相显微镜中，常安置两个可变的光栏，使用时可调节光栏大小，为了提高映像的质量滤色片：金相显微镜摄影时一个重要的辅助工具，其作用是吸收光源发出的白光中波长不合需要的光线，而只让所需波长的光线通过，以得到一定色彩的光线，从而得到能明显表达各种组成物的金相图片3、金相显微镜的光线系统4、金相显微镜的构造

金相显微镜的种类和型式很多，但最常见的型式有台式、立式和卧式三大类。其构造通常均由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成，有的显微镜还附带照像装置和暗场照明系统等。现以国产XJB-1型金相显微镜为例进行说明；必须充分了解仪器设备的结构原理，使用方法，严守操作规程操作时双手要干净，试样的观察表面应用酒精冲洗并吹干显微镜下观察时,一般先用低倍50×～100×,其次用高倍对某相些细节进行细观察。根据所需放大倍数选择物镜及目镜，如规定镜筒长度下物镜放大倍数为M1,目镜放大倍数为M2,则显微镜的放大倍数为M1×M2。如镜筒长度增大时,则计算倍数应按比例修正,必要时可用测微标尺校准(测微标尺按计量要求须进行校验)根据特殊需要,可采用特殊的照明方法，如斜射光、暗场、偏振光、干涉、相衬、微分干涉(DIC)等,或者用特殊的组织显示方法进一步确定所观察的合金相操作显微镜时，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。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，必须避免显微镜的物镜和试样磨面碰撞，损坏镜头。显微镜使用完毕后，应及时将物镜、目镜卸下，放入镜头盒中，最后切断电源。5、金相显微镜的操作与维护金相显微镜的操作：金相显微镜的工作地点必须干燥、少尘、少振动，不应放在阴暗潮湿的地方，也不应受阳光曝晒不宜靠近挥发性、腐蚀性等化学药品，以免造成腐蚀环境在显微镜工作时，样品上的残留液体、油污必须去净，如不慎沾污镜头，应立即用棉花擦净。油镜头用毕应立即以二甲苯细心的揩净显微镜的照明灯泡必须接在6～8V变压器上，切勿直接插入220V电源，以免烧毁灯泡。旋转粗调和微调手轮时，动作要慢，碰到故障应立即报告,不能强行用力转动，以免损坏机件。物镜、目镜一般应放在干燥皿中，如有灰尘可用吹灰球吹净，然后用擦镜纸揩净阴暗潮湿的空气对显微镜危害很大，会造成部件生锈发霉，以致报废，在梅雨季节，显微镜的各个零件都应注意防霉机械部分不要随意拆卸，经常加润滑油脂，以保证正常运转金相显微镜的维护：条件许可情况下，建议您的试验室应具备三防条件：防震（远离震源）、防潮（使用空调、干燥器）、防尘（地面铺上地板）；电源：220V±10%，50HZ；温度：0℃～40℃。调焦时注意不要使物镜碰到试样，以免划伤物镜。当载物台垫片圆孔中心的位置远离物镜中心位置时不要切换物镜，以免划伤物镜。亮度调整切忌忽大忽小，也不要过亮，影响灯泡的使用寿命，同时也有损视力。所有（功能）切换，动作要轻，要到位。关机时要将亮度调到最小。非专业人员不要调整照明系统（灯丝位置灯），以免影响成像质量。更换卤素灯时要注意高温，以免灼伤；注意不要用手直接接触卤素灯的玻璃体。关机不使用时，将物镜通过调焦机构调整到最低状态关机不使用时，不要立即该盖防尘罩，待冷却后再盖，注意防火。使用金相显微镜时特别应注意的地方：三、金相设备及技术2.硬度计硬度是金属材料力学性能中最常用的一个性能指标。硬度检测又是最讯速最经济的一种试验方法，是金相分析中常用的方法之一。按试验原理分：布氏、洛氏、维氏、肖氏、里氏、努普、韦氏、巴氏和划痕、锉刀以及其他物理检测方法,如超声波、磁矫顽力、磁导率等1）布氏硬度 GB/T231.1—2002等效采用国际标准ISO6506—1:1999。规定K值为30、15、10、5、2.5、1共6种(K值为试验力F与球体直径D平方的比率),球径φ10mm、φ5mm、φ2.5mm、φ1mm4种,规定使用硬质合金(碳化钨)球HBW,在过渡期中使用钢球压头时,则在用符号表示其测试结果时仍应写明HBS符号。当试样尺寸允许量,应优先选用直径10mm的球压头进行试验。三、金相设备及技术 应用范围及其优缺点

铸铁、有色金属及其合金,各种退火、调质处理后的大多数出厂供货的钢材等。具有高的测量精度,因此复现性和代表性好。不足之处是:操作时间较长,对不同硬软材料试样要选择和更换压头及检测力,压痕测量也稍费时。2）洛氏硬度 金属洛氏硬度试验GB/T230.1—2004系采用国际标准ISO6508—1—1999≤金属材料洛氏硬度试验第1部分:(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)≥:。这一标准代替了GB/T230—19999≤金属洛氏硬度试验方法≥和GB/T1818—1994≤金属表面洛氏硬度试验方法≥。主要修改内容有:增加了用硬质合金球;改变了计算洛氏硬度的符号,修改了用球压头时对试样最小厚度的要求;修改了试验力施加及保持时间的规定;增加了对薄产品HR30Tm的试验规范。三、金相设备及技术

产生的压痕比布氏硬度检测的压痕小,因而对制件表面没有明显损伤。由于使用金刚石压头和两种直径球作为压头,有三种检测力,共计有9个标尺,可以测量从较软到较硬材料的硬度,使用范围宽广。再者有预检测力,所以试样表面轻微的不平度对硬度值的影响比布氏、维氏为小。因此,适用于成批生产大量检测的机械、冶金热加工过程中以及半成品或成品检验。特别适用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件检测。3）维氏硬度维氏硬度检测法是用面角为136°的正四棱锥体金刚石压头,在一定的静检测力作用下压入试样的表面,保持规定时间后,卸除检测力,测量试样表面压痕对角线长度。三、金相设备及技术

应用及其特点

维氏硬度检测(≥HV5) 除特别小和薄试验层的样品外,测量范围可覆盖所有金属。

小负荷维氏硬度检测(HV0.2～﹤HV5) 小负荷维氏硬度检测,它的原理、计算公式都同于维氏硬度检测。其特点是检测力值介于维氏和显微维氏硬度检测之间。特别适宜于测量钢表面强化层和化学热处理表面层以及各种渗层、镀层等的表面硬度。

显微维氏硬度检测(HV0.01～﹤HV0.2)显微维氏硬度检测最早应用于20世纪30年代。经过多年应用和改进,现在已有多种专用金相显微式的显微硬度计。测量误差：属于静态误差，注意每次操作前应校正零位。试样的表面状态：表面状态直接影响测试结果的可靠性，测定显微硬度的试样与普通金相样品的制备相同，磨光、抛光时应尽量避免表层微量的塑性变形，引起加工硬化。加载部位：应选取较大截面的晶粒试验载荷：为保证测量的准确度，试验载荷在原则上应尽可能大，且压痕大小必须与晶粒大小成一定比例；在测定软基体上硬质点时，被测点截面直径必须4倍于压痕对角线长；在测定脆性相时，高载荷可能出现“压碎”现象。载荷施加速度及保持时间：施加载荷时，尽可能平稳，缓慢的速度进行，另外载荷保持时间一般为10～15S2、影响显微硬度值的因素可以测定细小薄片零件和零件的特殊部位（如刀具和刀刃具），以及氮化层、氧化层、渗碳层等表面层的硬度可以对金相显微组织硬度的测定进行比较来研究金相组织可以对试件的剖面沿其纵深方向按一定的间隔进行硬度测定（硬度梯度），以判定电镀、氮化、氧化或渗碳层等表面层的厚度3、显微硬度的应用硬度不是一个单纯的物理量，反映材料的弹性、塑性、强度和韧性的一种综合性能指标。试样表面应平坦光滑，试验面上应无氧化皮及外来污物及油脂。试样表面的质量应能保证压痕对角线长度的精确测量建议试样表面粗糙度如下：小负荷维氏硬度试样：=0.2μm显微维氏硬度试样：=0.1μm制备试样时，应使例如由于发热或冷加工等因素对试样表面硬度的影响减至最小。另外加工试样时，建议根据材料特性