金相檢驗課件第一次授課

1、金相檢驗任課教師：鞠紅民聯(lián)系方式相金相是指金屬或合金的內部結構，即金屬或合金的化學成分以及各種成分在合金內部的物理狀態(tài)和化學狀態(tài)。（金屬相結構）相：是指合金中結構相同、成分和性能均一、并以相界面相互分開的組成部分。材料用途材料用途 制備制備/ /合成與加工合成與加工材料性能材料性能成分成分/ /組織結構組織結構材料科學與工程四要素材料科學與工程四要素 為了更好的使材料滿足使用性能，需要從其他三個基礎方面對材料進行改進，以滿足使用性能，此時就需要對所得材料的內部成分/結構進行分析，依據(jù)材料的現(xiàn)有性能對材料進行評價，并通過對材料的合成和加工工藝的改進，使材料達到相應的用途

2、。導論金相學史話金相學史話英文金相學Metallography這一名詞在1721年首次出現(xiàn)于牛津新英語字典中，不過那時這個名詞的含義是金屬及其性能的學問，并未涉及組織結構。十九世紀中葉，轉爐（1856）及平爐（1864）煉鋼新方法相繼問世，鋼鐵價格顯著下降，產(chǎn)量猛增。那時又正大事興建鐵路，鐵軌用量很大，斷裂事故也屢見不鮮。生產(chǎn)實際的需要促進了對鋼鐵的斷口、低倍及內部顯微組織結構的研究。另一方面，晶體學在這個時期也有了長足的進展，如32個晶類（1830）及14個布喇菲點陣（1849）的建立，這為研究礦物與金屬的內部組織結構奠定了理論基礎。到了十九世紀末，金相這一名詞也就獲得了新的意義，并與金屬與

3、合金的顯微組織結構結下了不解之緣，金相顯微鏡也就成為研究金屬內部組織結構的重要工具。后來金相研究的領域逐步擴大，也就不再限于顯微鏡觀察了。1啟蒙階段在現(xiàn)代煉鋼方法出現(xiàn)之前，在十八世紀時歐洲是主要產(chǎn)鋼國家。在瑞典出現(xiàn)了一些著名的化學家，首先發(fā)現(xiàn)了鎳、鈷、錳、鉬、鎢等金屬元素。Bergman首先用化學分析方法證明碳含量不同是鋼、鍛鐵和鑄鐵的主要區(qū)別。Rinman在1774年在瑞典皇家科學院院報上發(fā)表了一篇題為“鐵與鋼的腐刻”的論文，指出“不同類型的鐵與鋼的硬度、致密度、性能均勻與否等均有差異，腐刻為區(qū)別它們提供了一種簡易的方法”。但是，這種用化學試劑腐刻金屬顯示其內部組織的方法尚未采用制片及拋光技

4、術，僅限于觀察鋼鐵產(chǎn)品的表面組織。AloysvonWidmansttten（以下簡稱魏氏）在1808年首先將鐵隕石（鐵鎳合金）切成試片，經(jīng)拋光再用硝酸水溶液腐刻，得出圖1的組織。圖1.鐵隕石腐刻后直接復印的魏氏組織2創(chuàng)建階段1863年英國的H.C.Sorby（以下簡稱索氏）首次用顯微鏡觀察經(jīng)拋光并腐刻的鋼鐵試片，從而揭開了金相學的序幕。他在鍛鐵中觀察到類似魏氏在鐵隕石中觀察到的組織，并稱之為魏氏組織。后來他又進一步完善了金相拋光技術，例如把鋼樣磨成0.025毫米的試片，并在攝影師的協(xié)助下拍攝了鋼與鐵的顯微像，基本上搞清了其中的主要相，并對鋼的淬火、回火等相變作了到現(xiàn)在看來還基本上是正確的解釋。

5、索氏是國際公認的金相學創(chuàng)建人，他的姓氏還被用來命名鋼中的一種淬火或回火組織-Sorbite，即索氏體。金相學史話金相學史話3發(fā)展階段德國的AdolfMartens（以下簡稱馬氏）和法國的Osmond分別在1878及1885年獨立地用顯微鏡觀察鋼鐵的顯微組織。他們都是與鋼鐵生產(chǎn)與使用有關的工程師。馬氏在東普魯士鐵路局工作十年，修建橋梁，在這期間他利用業(yè)余時間，進行鋼鐵的金相觀察。Osmond曾在法國的著名合金鋼廠Creusot（鄧小平當年曾在這家鋼廠做工）工作十年，從1880年起這個鋼廠就開始了金相檢驗。馬氏是一位嚴謹?shù)恼y(tǒng)金相學家，他人為是金相學家的任務是改進金相試驗方法，進行細致觀察，認真記

6、錄，少做推論。他身體力行的，一方面與蔡司光學儀器廠合作設計適于金相觀察的顯微鏡（這對金相技術的普及推廣起了很大的作用），另一方面對鋼鐵的金相進行了大量的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了低碳鋼的時效變脆現(xiàn)象。由于他過于強調觀察細節(jié)，論文有時顯得煩瑣，在理論分析方面建樹不多。但是，馬氏在改進和推廣金相技術方面起了很大的作用。他認為金相檢驗是最重要的檢驗方法之一，其重要性決不亞于化學成分分析。為了紀念馬氏在改進和傳播金相技術方面的功績，Osmond在1895年建議用他的姓氏命名鋼的淬火組織-Martensite，即馬氏體。金相學史話金相學史話Osmond是金屬學或物理冶金方面的一位偉大科學家。首先，在實驗技術方面他

7、不限于金相觀察，而是把它與熱分析、膨脹、熱電動勢、電導等物理性能試驗結合起來。這在當時不能不說是一種創(chuàng)舉，把金相技術擴大到更廣泛的范疇里去，這在后來已成為金屬學的傳統(tǒng)研究方法。其次，在理論分析方面他也不限于顯微組織結構，而是把它與化學成分、溫度、性能結合在一起，注意研究它們之間的因果關系。換句話說，他把金相學從單純的顯微鏡觀察擴大、提高成一門新學科。從這個角度來看，Osmond的貢獻是非常卓越的。4展望金相學的誕生已經(jīng)一個多世紀了，并已成為一門成熟的學科。隨著科學技術的發(fā)展，金相學也在不斷充實新的內容和擴大它的領域。從光學顯微鏡分析發(fā)展到電子顯微鏡分析。電子顯微鏡的分辨率高、放大倍數(shù)高，利于斷

8、口分析。結合電子衍射可將形貌觀察以及結構分析結合起來，便于鑒定物相；同時，對于晶體的缺陷（層錯、位錯）以及某些材料的沉淀過程，也可通過電子顯微鏡觀察。未來金相分析，將從以下幾方面提升：1. 圖像分析便利化，可借助計算機軟件對晶粒尺寸、織構等分析；2. 分析自動化，借助相應軟件以及與標準的金屬結構分析，可生成相應的報告，包括：圖像、數(shù)據(jù)和文字；3. 圖像可調節(jié)，畫面質量改善。金相學史話金相學史話本門課的重要性材料學科：材料學科：材料分析的基礎，對材料在實際應用以及材料性能的提高具有重要意義社會發(fā)展：社會發(fā)展：材料是一個國家科技進步的有力保障，金相檢驗材料在服役過程中事故分析具有重要作用。個人成長

9、：個人成長：對于材料研究以及材料研發(fā)，金相檢驗是最簡單、最基礎的分析手段;對于從事基礎工業(yè)領域的工作人員而言，在對零件質量分析時，常使用無損探傷以及金相檢驗（質檢員）課程結構課程結構一、金相檢驗基礎知識（第一單元，復習）二、金相檢驗技術（第二單元，宏觀檢驗技術、第三單元，微觀檢驗技術包括制樣規(guī)范）三、金相檢驗的具體應用（第四十單元）四、拓展（第十一單元，失效分析）學習方法：學習方法：課程實踐性較強，理論內容較少，圖片較多建議采用對比記憶法，注重特征，找準區(qū)分的關鍵點上課規(guī)范上課規(guī)范考核方式：考核方式：閉卷（期末70、期中10）+平時成績（20、出勤+作業(yè)）上課紀律：上課紀律：不允許吃東西、手機

10、靜音（懲罰）、情侶注重場合第一單元第一單元 金相檢驗基礎知識金相檢驗基礎知識一、金屬與合金的晶體結構（晶體、晶體結構、晶體中的缺陷、合金、組元、合金的相結構）二、鐵碳合金相圖（相圖、特征點、特征線、典型轉變、鐵碳合金的過程及其組織）三、鋼在加熱及冷卻時的組織轉變（加熱奧氏體形成過程、冷卻過冷奧氏體、珠光體、馬氏體、貝氏體、魏氏體）四、鋼的熱處理及其組織（退火、完全退火、不完全退火、球化退火、正火、淬火、回火）五、熱處理常見淬火缺陷（裂紋、淬火硬度不足）六、鋼中相似組織的鑒別（鐵素體與滲碳體、淬火托氏體與回火托氏體、鐵素體與殘余奧氏體、碳化物與殘余奧氏體、低碳板條狀馬氏體與羽毛狀上貝氏體、高碳片

11、狀馬氏體與針狀下貝氏體）一、金屬與合金的晶體結構一、金屬與合金的晶體結構晶體：晶體：原子在三維空間中有規(guī)律的周期重復排列的物質。把構成晶體的實際質點抽象成純粹的幾何點（陣點陣點）陣點有規(guī)則的周期性重復排列構成的空間幾何圖形稱為空間點陣空間點陣晶體結構晶體結構（純金屬或理想狀態(tài)）一、金屬與合金的晶體結構一、金屬與合金的晶體結構晶體缺陷晶體缺陷實際金屬實際金屬（多晶體結構、受結晶條件、壓力加工、原子熱運動）點缺陷：點缺陷：空位、間隙原子線缺陷：線缺陷：空間上一個方向尺寸很長，另外兩個尺寸小面缺陷：面缺陷：空間上兩個方向尺寸很長，另一個尺寸小晶界、亞晶界合金：合金：兩種及兩種以上的金屬或非金屬經(jīng)熔煉

12、、燒結或其他方法組合而成的并具有金屬特性的物質。組元：組元：組成合金最基本的、獨立的物質。相：相：合金中結構相同、成分和性能均一，并以晶界相互分開的組成部分。一、金屬與合金的晶體結構一、金屬與合金的晶體結構合金按相的晶體特點分類：固溶體固溶體是指溶質原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。其結構與溶劑相同。置換固溶體和間隙固溶體兩大類。金屬化合物金屬化合物：合金組元之間發(fā)生相互作用而形成的一種新相二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖實際金屬的結構工業(yè)使用的金屬材料主要是合金，是多晶體結構，并存在各類晶體缺陷。鋼中基本相-Fe-FeFe3C鋼中的基本組織鐵素體（F）奧氏體（A）珠光體（P）滲碳體（F

13、e3C）馬氏體（M）貝氏體（B）魏氏體（W）萊氏體（Ld）二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖相圖：相圖：表示合金系中的合金狀態(tài)與溫度、成分之間關系的一種圖解。u制訂熱加工和熱處理工藝u研究鋼鐵材料的成分、溫度、組織和性能關系的理論基礎u分析廢品產(chǎn)生和工件破壞的原因作用二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖u工業(yè)純鐵u碳鋼： C：0.02182.11%C少于0.0218%共析鋼（0.77%C）亞共析鋼（0.02180.77%C）過共析鋼(0.772.11%C)u鑄鐵： C大于2.11%共晶鑄鐵（4.30%C）亞共晶鑄鐵（2.114.30%C）過共晶鑄鐵（4.306.69%C）FeFe3CFe-C合金的三

14、類典型材料二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖純Fe的三種同素異構轉變-Fe-Fe-Fe 低于912，bcc結構9121394，fcc結構13941538，bcc結構91213941538LFeFe-Fe3C相圖中的相二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖FFe的三種固溶體（碳溶解在各種結構固態(tài)鐵中）u鐵素體碳溶在-Fe中u-鐵素體碳溶解在-Fe中u奧氏體碳溶在-Fe中FeFe3C用或F表示用或A（Austenite）表示用表示Fe-Fe3C相圖中的相二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖FeFe3Cu碳與鐵形成Fe3C、Fe2C等化合物鋼中的Fe3C稱滲碳體u鐵碳相圖一般以Fe- Fe3C表示正交晶系，結構

15、復雜，硬脆相。Fe-Fe3C相圖中的相二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖L+u 一般相圖中會給出單相區(qū)L+Fe3C5個單相區(qū)7個兩相區(qū)3個三相區(qū)FeFe3Cu只要按照相關規(guī)則即可填 出兩相區(qū)和三相區(qū)（即等溫水平線） + +LFe3C +LF+Fe3CF+Fe-Fe3C相圖中的相區(qū)組成二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖FeFe3C包晶相圖，包晶反應共晶相圖，共晶反應類似于共晶相圖，共析反應Fe-Fe3C相圖是基本相圖的組合二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖三種等溫反應u包晶反應（1495）u共晶反應（1148）u共析反應（727） LB+HJ LC AEFe3CAS FPFe3CLFeFe3CF L0.53+0.09=A0.17L4.30=A2.11+Fe3CA0.77=F0.0218+Fe3CFe-Fe3C相圖中的等溫反應二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖uGS 線 ， A3溫度碳在奧氏體中溶解度線uPSK 線奧氏體中開始析出鐵素體或鐵素體全部溶入奧氏體的轉變線uES線， Acm溫度A1溫度線F+F+Fe3C+Fe3CLFeFe3CF共析反應Fe-Fe3C相圖中的三條線二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金相圖二、鐵碳合金的平衡結晶過程及其組織二、鐵碳合金的平衡結晶過程及其組織（重要）（重要）課堂作業(yè)，一起完成