金相实验课件第四讲

第三章宏观检验

1概述

一检验工具肉眼或放大镜（〈20倍〉二检验内容钢中疏松、气泡、缩孔、缩孔残余、裂纹以及各种非正常断口缺陷§2酸浸试验一．原理利用酸液对钢材各部分浸融程度的不同，来显示出其低倍组织及各种缺陷二．显示缺陷裂纹、夹杂、疏松、偏析及气孔等缺陷1/14/20231三试样

1．取样应选取能代表全体的部位，根据检验目的，一般有以下几种取样方式：（1）表面取样：检验淬火裂纹，磨削裂纹等缺陷（2）两端取样：检验钢锭及钢坯一个轴向（纵割）--显示纤维流线，条带组织等二到三个横向（横截面）--显示白点、偏析、疏松，皮下气泡等2．制样一般要求试样表面粗糙〈Ra1.6μm1/14/20232四．执行标准GB/T226-1991

1．热酸浸试验酸液配方1：1工业盐酸水溶液作业温度60~80℃2．冷酸浸试验要求试样表面粗糙度达到Ra0.80μm。酸液配方见表3-2。由于反差对比度比热蚀效果差，故评定时要比热蚀法低1级。3．仲裁检验时，以热蚀法为准1/14/202333．断口检验

一．作用可以发现钢材冶金缺陷及热工艺中存在的问题二．执行标准GB/T1814-1979三．试样1．纵向断口（1）钢材直径或边长大于40mm的应取纵向断口（2）显示钢材中的偏析、非金属夹杂物及白点等缺陷时，应选取纵向断口2．横向断口钢材直径或边长小于40mm的可取横向断口3．失效件断口，拉力、冲击试验破断后的断口也可直接进行断口检验1/14/20234四．断口分类及各种缺陷形态的识别

1．纤维断口2．结晶断口3．层状断口4．白点断口5．缩孔残余断口6．气泡断口7．非金属夹杂物及夹渣断口8．黑脆断口9．石状断口10．萘状断口1/14/20235第四章金相检验

1金相试样制备一取样选取具有代表性和典型性的部位，具体有以下几种方式1．纵向（沿钢材轧向）取样：检验钢中非金属夹杂物，拉长晶粒，碳化物不均匀程度2．横向取样：各种金相组织鉴定如：晶粒度、珠光体、马氏体等级3．表面取样：检验表面缺陷如脱炭、裂纹深度、表面处理质量（渗碳、氮化、表淬等）4．注意事项：必须除去切取试样时产生的变形和热影响区，以保证试样的真实性。1/14/20236二镶嵌手持进行磨抛有困难的试样才须经历镶嵌过程三磨制1．粗磨：在落地式砂轮机上进行2．细磨：砂纸磨制（1）金相砂纸，规格见表4-1（2）手工磨光过程3．抛光（1）抛光粉氧化铅粉，氧化铬粉，金刚石粉及膏（2）抛光织物粗抛用帆布细抛精抛用海军尼，丝绒或丝绸（3）手工抛光操作（4）电解抛光特点：不会引起金属表层的变形和流动，故更适合于奥氏体不锈钢、高锰钢的抛光，但不适宜于有偏析的金属材料、铸铁及夹杂物检验试样的抛光。设备：电解抛光液配方及相应的参数见表4-21/14/202372浸融（显露显微组织）磨制好的试样只有经过浸蚀才能显示出其组织形态一化学浸蚀1．原理：通过化学或电化学的作用显示出金属的组织2．浸蚀剂：见表4-33．操作要点（1）浸入法（2）揩擦法（3）浸蚀时间（4）浸蚀全过程：浸蚀-清水冲洗-无水酒精冲射-热风吹干1/14/20238二电解浸蚀1．原理：由于各个组织之间的电极电位不同，在微弱电流的作用下，各个相的浸蚀程度也不同，因而能显示各相组织。2．应用：适宜不锈钢、耐热钢，热电偶等具有高化学稳定性材料的浸蚀3．浸蚀剂，见表4-41/14/202393常用金相评定方法

一、钢的脱炭层测定1．执行标准GB/T224-19872．测定方法（1）金相法（2）硬度法（3）化学（光谱）法3、金相法测定脱炭层（1）取样：试样磨面必须垂直于脱炭面（2）制样：金相试样在磨制中不得卷边、倒角（3）浸蚀：能清晰的显示出脱炭层组织（4）脱炭层深度：全脱炭区与部分脱炭区的总和全脱炭区：其组织全部为铁素体部分脱炭区（也称半脱炭区）：其组织与心部正常组织有差异（5）测定操作：通常在100×下操作，脱炭层深度以毫米表示，也可以零件厚度（或直径）的百分数表示。1/14/202310二、钢的平均晶粒度测定1．执行标准GB/T6394-20022．试样制备（1）取样：应在交货状态的材料上切取，其部位和数量按标准或技术条件规定（2）制样：按金相试样磨制过程进行（3）浸蚀：按相应标准规定3．测定方法：比较法、截点法、面积法（1）比较法：通过与标准评级图对比来评定平均晶粒度，此法适宜于评定具有等晶轴材料（2）面积法：通过计算给定面积网格内的晶粒度来测定晶粒度（3）截点法：通过计算给定测量线段与晶粒边界相交截点数来测定晶粒度4．其它（1）非均匀等轴晶粒的各种组织应使用截点法（2）当双方对结果有争议时，截点法是所有情况下的仲裁方法1/14/202311三、钢中非金属夹杂物的评定1．执行标准：GB/T10561-20052．试样制备：（1）取样：纵向切取，具体部位依据标准或技术条件规定。（2）制样：按金相试样磨制过程进行，重要的是要避免夹杂物的剥落、变形或抛光面的污染。3．测定方法（1）应在未经浸蚀的试样磨面上进行，使用100×观察（2）将观察的视场与标准评级图谱进行对比来评级，以最差的视场作为评定对象（3）根据夹杂物形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D、DS五大类，评定级别从0.5级到3级。1/14/202312第五章压力容器用材及组织鉴别

1压力容器用材特点及要求一、特点1．压力容器用材要能承受高温、高压、真空、低温、高变载荷等的作用。2．压力容器用材目前仍以钢材为主，少量使用非金属材料。随着科技发展，有色金属在特殊结构压力容器中的应用日渐增多。1/14/202313二、要求1．满意的屈强指标一般控制屈强比在0.6~0.8范围2．良好的韧性、塑性。3．合理的成分和组织压力容器安全技术监察规程中规定，用于焊接结构压力容器主要受压元件的碳钢和低碳钢，其含碳量（质量分数）不应大于0.25%，为保证材料具有良好的可焊性和加工工艺性，一般控制碳当量不大于0.45%。4．满足耐腐蚀性能5．良好的工艺性和经济性1/14/2023142合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中存在的形式1．以碳化物存在于钢中（1）强碳化物形成元素V、Nb、Ti，形成间隙相碳化物，如V4C3、NbC、TiC，这些元素只有在缺少碳情况下才进入固溶体。（2）中强碳化物形成元素Cr、Mo、W。（3）弱碳化物形成元素Mn，加入钢中是Mn少量溶入渗碳体[（FeMn）]3C，大部份溶入固溶体。（4）非碳化物形成元素Si、Al、Cu、Ni、Co，与碳的结合力比较小，因此不能与碳结合。1/14/2023152.以固溶体存在于钢中（1）非碳化物形成元素几乎全部熔于固溶体中（2）一些碳化物形成元素如Cr和Mn，它们既可形成碳化物也可熔于固溶体。其分配比例与其对碳的结合力有关，随着结合力的增强，其在固溶体中的部分就减少。在含Ti奥氏体不锈钢（即稳定型奥氏体不锈钢）中，碳首先与Ti结合成TiC，而铬则被赶入固溶体。3．以非金属夹杂物存在于钢中。这类合金元素常与钢中的氮、氧、硫等化合形成稳定的氧化物、硫化物及硅酸盐等。如Al、Mn、Si、Ti等元素还可以形成Al2O3、MnO、SiO2、MnS等非金属夹杂物，而V、Nb、Ti、Al等元素还可以形成氮化物如AlN、TiN、V4N等非金属夹杂物。1/14/202316二、合金元素对热处理的影响

1．对临界点的影响（1）Mn、Ni、Co等属扩大奥氏体相区元素，使Ac3线下移，当这些元素含量很高时，可使钢在常温下得到奥氏体组织如高锰钢(Mn13)，铬镍不锈钢（18－8型），因此它们又被称为奥氏体形成元素。（2）Si、Cr、Al等属缩小奥氏体相区元素，，当其含量很高时，可使钢在各种温度下均呈铁素体组织，如高铬不锈钢（1Cr17），因此它们被称为铁素体形成元素。1/14/2023172．对奥氏体化的影响（1）合金元素形成的碳化物在加热时较难溶解，因此奥氏体化的温度需较高，时间需较长，形成碳化物的倾向愈强，这种作用也就愈大。（2）强碳化物形成元素所生成的碳化物又阻止奥氏体晶粒长大的作用，易获得细晶粒组织。1/14/2023183．对C曲线的影响（1）使C曲线右移的元素有Ni、Mn、Cr、Mo等使C曲线右移的元素有Co、Al等（2）降低马氏体转变点的元素有Ni、Cr、Mn、Mo、V等升高马氏体转变点的元素有Co、Al等4．对回火温度的影响（1）对回火稳定性的作用：V、W、Ti、Cr等提高钢的回火稳定性（2）对回火脆性影响：Si可使第一类回火脆由250℃推迟到320℃左右，而强碳化物形成元素V、Ti、Mo等可减弱第一类回火脆性。Mo、W能有效降低第二类回火脆倾向，减少P、As、Sb、Sn等有害元素含量也是降低第二类回火脆的重要措施。1/14/2023195．对高温、低温性能的影响（1）Mo、Cr等合金元素较显著的提高钢的高温强度，Ni和Co的作用较小。（2）Ni、Mn等元素降低脆性转变温度，低温钢常用它们来合金化，而P、C、Si、Cu等元素提高脆性转变温度，在低温钢中它们是不受欢迎的。1/14/2023203碳钢和低合金钢

一、碳素结构钢

1．质量等级：按钢中P、S含量划分为四个级别即A、B、C、D，E。

2．牌号表示：以Q235-AF为例，其中Q235表示钢材屈服强度为235，A表示钢材质量等级，F是沸腾钢。1/14/202321二、优质碳素结构钢（1）特点：其质量要优于普通碳素结构钢（P、S含量较低），钢材除保证化学成分和力学性能之外还要求低倍组织和表面质量达到标准规定。（2）牌号：低碳的有08、10、15、20等，中碳的有30、35、40等，还有用作弹簧的55、60等。1/14/202322三、低合金钢在低碳钢中添加少量合金元素(<5%)构成低合金钢，其力学性能比同等碳含量的碳素钢明显提高，而且还具备一定的耐热、耐低温、耐腐蚀等方面的性能。1/14/202323四、压力容器专用钢板和锻件

1．钢板（1）执行标准GB/T6654-1996(2)代表性钢号16MnR350Mpa等级用钢，供货状况为正火或控制，属铁素体珠光体型钢18MnMoNbR500Mpa等级用钢，供货状况为正火加回火，属马氏体型调制钢1/14/2023242锻件执行标准JB4726－2000标准规定，根据重要程度锻件划分为四个等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，按顺序检验项目逐级加多加严。要求锻件达到一定锻造比，而以钢锭为原料时不得小于3，以轧材为原料时不得小于1.6。1/14/202325五、基本组织形态与鉴别1．铁素体在显微镜下观察有明显晶界，而晶粒本身不受浸融呈白色，低碳钢中铁素体以主要相存在，在其晶界上有少量片状珠光体，随钢中碳含量的增加，铁素体数量减少，珠光体数量增加，针状铁素体是出现在低中碳钢或低合金钢中的一种过热组织，即魏氏组织铁素体。在轧制的钢板和钢管中铁素体往往呈带状分布，这往往是由于枝晶偏析和非金属夹杂物而造成的。1/14/20232640钢室温组织（400×）1/14/20232710钢显微组织（200×）1/14/2023282．渗碳体质硬而脆，不同的热处理方法可改变其形态和分布。按形态可分为片状和球状渗碳体。3．珠光体按形态可分为片状和粒状渗碳体。邻近共析成分的钢，当冷速较快时，先共析相来不及析出，在金相上也呈现单一珠光体，此时称为伪共析组织。1/14/2023294．马氏体与下贝的鉴别（1）从形态上区分：马氏体针叶宽且长，两片针叶相交60°角下贝针叶细且短，两片针叶相交55°角（2）从受浸蚀上区分：马氏体较下贝较难浸蚀，常用轻（浅）浸蚀区分两者，此法也可用于检测空淬钢的渗碳层深度。1/14/2023304合金结构钢一、质量分等：共分为三类优质钢――磷硫含量不得大于0.035%

高级优质钢（后加A）――磷硫含量不得大于0.025%

特级优质钢――磷含量不大于0.025%，此外还限制钢中铜含量。1/14/202331二、在压力容器中的应用

GB150中规定，合金结构用于制造紧固件，具体钢号有40Cr、35CrMoA、35CrMoVA等，供货状态为调质。三、金相检验淬火后应获得细小针状马氏体，经高温回火后得到均匀而细致的回火索氏体组织（铁素体基体上分布着细小颗粒碳化物）。1/14/2023325低合金低温钢一、低温用钢分类1．铁素体型（1）低碳、低合金化、高净化钢液，如16MnDR（2）用镍合金化的如 2.5%Ni、3.5％Ni钢，这是同时普遍适用的。（3）金相组织为铁素体加少量珠光体或者是索氏体贝氏体也属此类钢2．低碳马氏体型此类钢淬火组织为马氏体。正火组织为马氏体＋铁素体及少量奥氏体，回火后（550~580℃）为铁素体＋富碳奥氏体，这部分奥氏体冷至－200℃也不发生转变，使钢具有深低温下的韧性，如9％Ni钢。3．奥氏体型如高级低温钢18－8不锈钢，另一种是高锰奥氏体钢如20Mn23Al等1/14/202333二、压力容器用低合金低温钢1．钢板（GB3531－1996）

16MnDR供货状态正火，15MnNiDR供货状态正火或正火＋回火等2．钢管09MnD供货状态正火3.锻件（JB4727-2000）(1)低温压力容器用钢锻件分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个等级，检验项目逐渐加多（2）钢号有16MnD、09MnNiD、20MnMoD等五个，供货状态均为淬火＋回火（调质状态）1/14/2023346珠光体耐热钢和高合金钢

一、珠光体耐热钢1．耐热钢的强化原理（1）固溶强化少量多元合金化是低合金热强钢的固溶强化原则（2）沉淀强化沉淀析出第二相质点，有促进钢材组织在高温下的稳定作用（3）晶界强化加入微量B元素，提高晶界的高温强度1/14/2023352．压力容器用珠光体耐热钢(1)钢板（GB/T6654）钢号15CrMoR供货状态正火＋回火，属低碳珠光体耐热钢，在500~550℃下有较高持久强度，长期运行无石墨化倾向，但有球化倾向。（2）钢管钢号有12CrMo、15CrMo（GB/T6479）供货状态为正火＋回火

1Cr5Mo（GB/T6479）供货状态为退火对钢管使用中的球化问题，研究表明轻度以至中度球状化对持久强度的影响不大，但完全球化的组织会显著降低钢的热强性。(3)锻件（JB4726）钢号有15CrMo、12Cr1MoV、14Cr1Mo等，供货状态均为正火＋回火（4）镙柱钢号有1Cr5Mo、25Cr2MoVA供货状态均为调质，后者专属中碳珠光体耐热钢，屈服强