金相基礎(chǔ)課件

一、金相基本組織1.金相學(xué)的發(fā)展概況1）1831年,阿諾索夫首先應(yīng)用顯微鏡研究了鋼的組織；2）1868年，阿諾索夫指出鋼的臨界點(diǎn)存在是由于鋼底組織改變的結(jié)果-鋼的物理性能與機(jī)械性能的變化；3）現(xiàn)階段，利用先進(jìn)設(shè)備對(duì)金屬材料的認(rèn)識(shí)由表及里,已經(jīng)深入到“無微不至”的境地,這對(duì)材料的質(zhì)量控制、失效分析以及對(duì)新材料的研制都有著十分重大的作用。2.金相基本組織

金相基本組織包括鐵素體、珠光體、滲碳體、魏氏組織、奧氏體、馬氏體、回火馬氏體、回火屈氏體、回火索氏體、貝氏體。1）鐵素體－又稱純鐵體,呈白亮多邊形,也可呈塊狀、月牙狀、網(wǎng)絡(luò)狀,鐵素體性軟而韌,一般硬度在100HB左右；2）珠光體－鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。按碳化物的分布形態(tài)又將珠光體分成片狀珠光體和粒狀珠光體。3)滲碳體－一種化合物。在碳鋼中,滲碳體由鐵和碳化合而成;在合金鋼中,形成合金滲碳體。滲碳體性硬而輕脆,呈白亮多邊形,其形態(tài)呈白色的片狀(針狀)、粒狀、網(wǎng)絡(luò)狀、半網(wǎng)絡(luò)狀等。一、金相基本組織

4) 魏氏組織－亞共析鋼在鑄造、鍛造、軋制、焊接和熱處理時(shí),由于高溫形成粗晶奧氏體。在冷卻時(shí),游離鐵素體除沿晶界呈網(wǎng)狀析出外,還有一部分按切變機(jī)制形成鐵素體從晶界并排向晶粒內(nèi)部生長,或在晶粒內(nèi)部獨(dú)自析出。這種針片狀鐵素體分布在珠光體基體上的組織稱為魏氏組織。過共析鋼在一定條件下也會(huì)形成魏氏組織,但析出相是針狀滲碳體。5)貝氏體－是鋼的奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)以下、Ms點(diǎn)以上的中溫區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。它基本上也是就是鐵素體與滲碳體兩相組織的機(jī)械混合物,但形態(tài)多樣、不像珠光體那樣呈層狀排列。從金相的形態(tài)特征來看,大致可分為羽毛狀、針狀和粒狀。其中羽毛狀為上貝氏體,針狀為下貝氏體,粒狀為粒狀貝氏體。6)奧氏體－在碳鋼中，奧氏體是碳溶于γ-Fe中的固溶體。在合金鋼中，奧氏體則是碳和合金元素固溶于γ-Fe中的固溶體。奧氏體具有面心立方結(jié)構(gòu),在光學(xué)顯微鏡下呈白色。一、金相基本組織7)馬氏體－在碳鋼中，馬氏體是碳溶于а-Fe中的過飽和固溶體：在合金鋼中，馬氏體是碳和合金元素溶于а-Fe中的過飽和固溶體。8)回火馬氏體－淬火鋼經(jīng)低溫回火后的產(chǎn)物，回火馬氏體的基本特征是：仍具有馬氏體針狀特征，但經(jīng)侵蝕后的顏色比淬火馬氏體要深。在光學(xué)顯微鏡下的形貌與下貝氏體相似。馬氏體內(nèi)析出為ε－碳化物，呈無規(guī)則分布。9)回火屈氏體－淬火鋼經(jīng)中溫回火后的產(chǎn)物，回火屈氏體的基本特征是：馬氏體針狀形態(tài)將逐步消失，但仍隱約可見（某些合金鋼、特別含鉻等元素的鋼，由于合金鐵素體的再結(jié)晶溫度較高，故仍保持明顯的針狀形態(tài)），回火時(shí)析出的碳化物細(xì)小，在光學(xué)顯微鏡下難以分辨清楚，只有在電子顯微鏡下可以看出碳化物的顆粒。10)回火索氏體－淬火鋼經(jīng)高溫回火后的產(chǎn)物，由于回火溫度較高碳化物進(jìn)一步聚集長大，故回火索氏體的基本特征是：鐵素體＋細(xì)小顆粒狀碳化物，在光學(xué)顯微鏡下能分辨清楚，這種組織有時(shí)又稱為調(diào)質(zhì)組織，它具有良好的強(qiáng)度和韌性的配合。二、金相制樣3)粗磨：主要用立式砂輪機(jī)或金相試樣磨平機(jī)4)細(xì)磨：手工與機(jī)械兩種方法利用水砂和金相砂紙水砂粗磨: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# 金相砂紙:干和干濕兩用: 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、金相制樣5)拋光6）試樣的侵蝕結(jié)構(gòu)鋼淬火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下,以下幾種顯示原奧氏體晶界的常用試劑:a)飽和苦味酸水溶液;b)結(jié)晶苦味酸4g,水100mL,加熱至沸騰,腐蝕約15～20s;c)飽和苦味酸水溶液+洗凈劑;40Cr鋼淬火回火態(tài)100mL飽和苦味酸水溶液+1g洗凈劑;d)飽和苦味酸水溶液添加少量新潔爾滅(45鋼調(diào)質(zhì),70℃腐蝕);e)10%苦味酸乙醚溶液,再加入1～2mL鹽酸;f)飽和苦味酸水溶液+幾滴環(huán)氧乙烷（40Cr調(diào)質(zhì)）。三、金相設(shè)備及技術(shù)1.金相顯微鏡

金相分析方法在金屬學(xué)中占有重要的地位。金相分析大多需要靠某些觀察裝置來實(shí)現(xiàn),把樣品放大到一定的倍數(shù)以觀察金屬內(nèi)部的金相組織。所指觀察裝置,首先是金相顯微鏡。分為臺(tái)式、正置式、倒置式金相顯微鏡正置式金相顯微鏡特點(diǎn)：1）試樣觀察面向上放置;2)試樣觀察面必須與底面平行,才能保證與物鏡光軸;3)試樣觀察面向上,不易損傷;4)試樣受高度,形狀的限制;5)操作方便,適用于快速檢驗(yàn);6)照相、圖像捕捉時(shí)防振要求高。三、金相設(shè)備及技術(shù)倒置式金相顯微鏡特點(diǎn)：1)試樣觀察面向下放置;2)試樣觀察面始終與物鏡光軸垂直;3)試樣觀察面向下,與載物臺(tái)表面垂合,易損傷;4)試樣不受高度,形狀的限制;5)不適宜快速檢驗(yàn);6)照相、圖像捕捉時(shí)防振性能好。單目與雙目光學(xué)金相顯微鏡2、金相顯微鏡的主要性能指標(biāo)2.1放大倍數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)為物鏡放大倍數(shù)M物和目鏡放大倍數(shù)子M目的乘積，即：

式中，f物—物鏡的焦距，f目—目鏡的焦距；L—顯微鏡的光學(xué)鏡筒長度；D

—明視距離（250mm）。f物和f目越短或L越長，則顯微鏡的放大倍數(shù)越高。有的小型顯微鏡的放大倍數(shù)需再乘一個(gè)鏡筒系數(shù)，因?yàn)樗溺R筒長度比一般顯微鏡短些。

顯微鏡的主要放大倍數(shù)一般是通過物鏡來保證，物鏡的最高放大倍數(shù)可達(dá)100倍，目鏡的放大倍數(shù)可達(dá)25倍。在物鏡和目鏡的鏡筒上，均標(biāo)注有放大倍數(shù)，放大倍數(shù)常用符號(hào)“×”表示，如100×，200×等。物鏡：是顯微鏡最主要的部件，它是由許多種類的玻璃制成的不同形狀的透鏡組所構(gòu)成的，位于物鏡最前端的平凸透鏡稱為前透鏡，其用途是放大，在它以下的其他透鏡均是校正透鏡，用以校正前透鏡所引起的各種光學(xué)缺陷（如色差、像差、像彎曲等）目鏡主要是用來對(duì)物鏡已放大的圖像進(jìn)行再放大。目鏡又可分為普通目鏡、校正目鏡和投影目鏡照明系統(tǒng)：兩種觀察物體的方法，即450平面玻璃反射和棱鏡全反射，這兩種方法都是為了能使光線進(jìn)行垂直轉(zhuǎn)向，并投射到物體上。起這種作用的結(jié)構(gòu)稱為“垂直照明器”。在金相工作中的照明方式分為明場(chǎng)和暗場(chǎng)照明兩種光欄：在金相顯微鏡中，常安置兩個(gè)可變的光欄，使用時(shí)可調(diào)節(jié)光欄大小，為了提高映像的質(zhì)量濾色片：金相顯微鏡攝影時(shí)一個(gè)重要的輔助工具，其作用是吸收光源發(fā)出的白光中波長不合需要的光線，而只讓所需波長的光線通過，以得到一定色彩的光線，從而得到能明顯表達(dá)各種組成物的金相圖片3、金相顯微鏡的光線系統(tǒng)4、金相顯微鏡的構(gòu)造

金相顯微鏡的種類和型式很多，但最常見的型式有臺(tái)式、立式和臥式三大類。其構(gòu)造通常均由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)三大部分組成，有的顯微鏡還附帶照像裝置和暗場(chǎng)照明系統(tǒng)等。現(xiàn)以國產(chǎn)XJB-1型金相顯微鏡為例進(jìn)行說明；必須充分了解儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理，使用方法，嚴(yán)守操作規(guī)程操作時(shí)雙手要干凈，試樣的觀察表面應(yīng)用酒精沖洗并吹干顯微鏡下觀察時(shí),一般先用低倍50×～100×,其次用高倍對(duì)某相些細(xì)節(jié)進(jìn)行細(xì)觀察。根據(jù)所需放大倍數(shù)選擇物鏡及目鏡，如規(guī)定鏡筒長度下物鏡放大倍數(shù)為M1,目鏡放大倍數(shù)為M2,則顯微鏡的放大倍數(shù)為M1×M2。如鏡筒長度增大時(shí),則計(jì)算倍數(shù)應(yīng)按比例修正,必要時(shí)可用測(cè)微標(biāo)尺校準(zhǔn)(測(cè)微標(biāo)尺按計(jì)量要求須進(jìn)行校驗(yàn))根據(jù)特殊需要,可采用特殊的照明方法，如斜射光、暗場(chǎng)、偏振光、干涉、相襯、微分干涉(DIC)等,或者用特殊的組織顯示方法進(jìn)一步確定所觀察的合金相操作顯微鏡時(shí)，對(duì)鏡頭要輕拿輕放，不用的鏡頭應(yīng)隨時(shí)放入盒中，不能用手觸摸鏡頭。調(diào)整焦距時(shí)，應(yīng)先輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)，使物鏡和觀察面盡量靠近，并從目鏡對(duì)焦，然后輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)，直到調(diào)節(jié)成像清晰為止。在調(diào)節(jié)中，必須避免顯微鏡的物鏡和試樣磨面碰撞，損壞鏡頭。顯微鏡使用完畢后，應(yīng)及時(shí)將物鏡、目鏡卸下，放入鏡頭盒中，最后切斷電源。5、金相顯微鏡的操作與維護(hù)金相顯微鏡的操作：金相顯微鏡的工作地點(diǎn)必須干燥、少塵、少振動(dòng)，不應(yīng)放在陰暗潮濕的地方，也不應(yīng)受陽光曝曬不宜靠近揮發(fā)性、腐蝕性等化學(xué)藥品，以免造成腐蝕環(huán)境在顯微鏡工作時(shí)，樣品上的殘留液體、油污必須去凈，如不慎沾污鏡頭，應(yīng)立即用棉花擦凈。油鏡頭用畢應(yīng)立即以二甲苯細(xì)心的揩凈顯微鏡的照明燈泡必須接在6～8V變壓器上，切勿直接插入220V電源，以免燒毀燈泡。旋轉(zhuǎn)粗調(diào)和微調(diào)手輪時(shí)，動(dòng)作要慢，碰到故障應(yīng)立即報(bào)告,不能強(qiáng)行用力轉(zhuǎn)動(dòng)，以免損壞機(jī)件。物鏡、目鏡一般應(yīng)放在干燥皿中，如有灰塵可用吹灰球吹凈，然后用擦鏡紙揩凈陰暗潮濕的空氣對(duì)顯微鏡危害很大，會(huì)造成部件生銹發(fā)霉，以致報(bào)廢，在梅雨季節(jié)，顯微鏡的各個(gè)零件都應(yīng)注意防霉機(jī)械部分不要隨意拆卸，經(jīng)常加潤滑油脂，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)金相顯微鏡的維護(hù)：條件許可情況下，建議您的試驗(yàn)室應(yīng)具備三防條件：防震（遠(yuǎn)離震源）、防潮（使用空調(diào)、干燥器）、防塵（地面鋪上地板）；電源：220V±10%，50HZ；溫度：0℃～40℃。調(diào)焦時(shí)注意不要使物鏡碰到試樣，以免劃傷物鏡。當(dāng)載物臺(tái)墊片圓孔中心的位置遠(yuǎn)離物鏡中心位置時(shí)不要切換物鏡，以免劃傷物鏡。亮度調(diào)整切忌忽大忽小，也不要過亮，影響燈泡的使用壽命，同時(shí)也有損視力。所有（功能）切換，動(dòng)作要輕，要到位。關(guān)機(jī)時(shí)要將亮度調(diào)到最小。非專業(yè)人員不要調(diào)整照明系統(tǒng)（燈絲位置燈），以免影響成像質(zhì)量。更換鹵素?zé)魰r(shí)要注意高溫，以免灼傷；注意不要用手直接接觸鹵素?zé)舻牟Ａw。關(guān)機(jī)不使用時(shí)，將物鏡通過調(diào)焦機(jī)構(gòu)調(diào)整到最低狀態(tài)關(guān)機(jī)不使用時(shí)，不要立即該蓋防塵罩，待冷卻后再蓋，注意防火。使用金相顯微鏡時(shí)特別應(yīng)注意的地方：三、金相設(shè)備及技術(shù)2.硬度計(jì)硬度是金屬材料力學(xué)性能中最常用的一個(gè)性能指標(biāo)。硬度檢測(cè)又是最訊速最經(jīng)濟(jì)的一種試驗(yàn)方法，是金相分析中常用的方法之一。按試驗(yàn)原理分：布氏、洛氏、維氏、肖氏、里氏、努普、韋氏、巴氏和劃痕、銼刀以及其他物理檢測(cè)方法,如超聲波、磁矯頑力、磁導(dǎo)率等1）布氏硬度 GB/T231.1—2002等效采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6506—1:1999。規(guī)定K值為30、15、10、5、2.5、1共6種(K值為試驗(yàn)力F與球體直徑D平方的比率),球徑φ10mm、φ5mm、φ2.5mm、φ1mm4種,規(guī)定使用硬質(zhì)合金(碳化鎢)球HBW,在過渡期中使用鋼球壓頭時(shí),則在用符號(hào)表示其測(cè)試結(jié)果時(shí)仍應(yīng)寫明HBS符號(hào)。當(dāng)試樣尺寸允許量,應(yīng)優(yōu)先選用直徑10mm的球壓頭進(jìn)行試驗(yàn)。三、金相設(shè)備及技術(shù) 應(yīng)用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)

鑄鐵、有色金屬及其合金,各種退火、調(diào)質(zhì)處理后的大多數(shù)出廠供貨的鋼材等。具有高的測(cè)量精度,因此復(fù)現(xiàn)性和代表性好。不足之處是:操作時(shí)間較長,對(duì)不同硬軟材料試樣要選擇和更換壓頭及檢測(cè)力,壓痕測(cè)量也稍費(fèi)時(shí)。2）洛氏硬度 金屬洛氏硬度試驗(yàn)GB/T230.1—2004系采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6508—1—1999≤金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第1部分:(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標(biāo)尺)≥:。這一標(biāo)準(zhǔn)代替了GB/T230—19999≤金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法≥和GB/T1818—1994≤金屬表面洛氏硬度試驗(yàn)方法≥。主要修改內(nèi)容有:增加了用硬質(zhì)合金球;改變了計(jì)算洛氏硬度的符號(hào),修改了用球壓頭時(shí)對(duì)試樣最小厚度的要求;修改了試驗(yàn)力施加及保持時(shí)間的規(guī)定;增加了對(duì)薄產(chǎn)品HR30Tm的試驗(yàn)規(guī)范。三、金相設(shè)備及技術(shù)

產(chǎn)生的壓痕比布氏硬度檢測(cè)的壓痕小,因而對(duì)制件表面沒有明顯損傷。由于使用金剛石壓頭和兩種直徑球作為壓頭,有三種檢測(cè)力,共計(jì)有9個(gè)標(biāo)尺,可以測(cè)量從較軟到較硬材料的硬度,使用范圍寬廣。再者有預(yù)檢測(cè)力,所以試樣表面輕微的不平度對(duì)硬度值的影響比布氏、維氏為小。因此,適用于成批生產(chǎn)大量檢測(cè)的機(jī)械、冶金熱加工過程中以及半成品或成品檢驗(yàn)。特別適用于刃具、模具、量具、工具等的成品制件檢測(cè)。3）維氏硬度維氏硬度檢測(cè)法是用面角為136°的正四棱錐體金剛石壓頭,在一定的靜檢測(cè)力作用下壓入試樣的表面,保持規(guī)定時(shí)間后,卸除檢測(cè)力,測(cè)量試樣表面壓痕對(duì)角線長度。三、金相設(shè)備及技術(shù)

應(yīng)用及其特點(diǎn)

維氏硬度檢測(cè)(≥HV5) 除特別小和薄試驗(yàn)層的樣品外,測(cè)量范圍可覆蓋所有金屬。

小負(fù)荷維氏硬度檢測(cè)(HV0.2～﹤HV5) 小負(fù)荷維氏硬度檢測(cè),它的原理、計(jì)算公式都同于維氏硬度檢測(cè)。其特點(diǎn)是檢測(cè)力值介于維氏和顯微維氏硬度檢測(cè)之間。特別適宜于測(cè)量鋼表面強(qiáng)化層和化學(xué)熱處理表面層以及各種滲層、鍍層等的表面硬度。

顯微維氏硬度檢測(cè)(HV0.01～﹤HV0.2)顯微維氏硬度檢測(cè)最早應(yīng)用于20世紀(jì)30年代。經(jīng)過多年應(yīng)用和改進(jìn),現(xiàn)在已有多種專用金相顯微式的顯微硬度計(jì)。測(cè)量誤差：屬于靜態(tài)誤差，注意每次操作前應(yīng)校正零位。試樣的表面狀態(tài)：表面狀態(tài)直接影響測(cè)試結(jié)果的可靠性，測(cè)定顯微硬度的試樣與普通金相樣品的制備相同，磨光、拋光時(shí)應(yīng)盡量避免表層微量的塑性變形，引起加工硬化。加載部位：應(yīng)選取較大截面的晶粒試驗(yàn)載荷：為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，試驗(yàn)載荷在原則上應(yīng)盡可能大，且壓痕大小必須與晶粒大小成一定比例；在測(cè)定軟基體上硬質(zhì)點(diǎn)時(shí)，被測(cè)點(diǎn)截面直徑必須4倍于壓痕對(duì)角線長；在測(cè)定脆性相時(shí)，高載荷可能出現(xiàn)“壓碎”現(xiàn)象。載荷施加速度及保持時(shí)間：施加載荷時(shí)，盡可能平穩(wěn)，緩慢的速度進(jìn)行，另外載荷保持時(shí)間一般為10～15S2、影響顯微硬度值的因素可以測(cè)定細(xì)小薄片零件和零件的特殊部位（如刀具和刀刃具），以及氮化層、氧化層、滲碳層等表面層的硬度可以對(duì)金相顯微組織硬度的測(cè)定進(jìn)行比較來研究金相組織可以對(duì)試件的剖面沿其縱深方向按一定的間隔進(jìn)行硬度測(cè)定（硬度梯度），以判定電鍍、氮化、氧化或滲碳層等表面層的厚度3、顯微硬度的應(yīng)用硬度不是一個(gè)單純的物理量，反映材料的彈性、塑性、強(qiáng)度和韌性的一種綜合性能指標(biāo)。試樣表面應(yīng)平坦光滑，試驗(yàn)面上應(yīng)無氧化皮及外來污物及油脂。試樣表面的質(zhì)量應(yīng)能保證壓痕對(duì)角線長度的精確測(cè)量建議試樣表面粗糙度如下：小負(fù)荷維氏硬度試樣：=0.2μm顯微維氏硬度試樣：=0.1μm制備試樣時(shí)，應(yīng)使例如由于發(fā)熱或冷加工等因素對(duì)試樣表面硬度的影響減至最小。另外加工試樣時(shí)，建議根據(jù)材料特性