金相檢驗(yàn)技術(shù)2122

1、123非非鐵鐵合合金金鋁合金鋁合金銅合金銅合金鎂合金鎂合金鈦合金鈦合金粉末冶金制品粉末冶金制品硬質(zhì)合金等硬質(zhì)合金等非鐵金屬的相與合金元素有很大關(guān)系，不同的合金元素組合所生成的強(qiáng)化相也各不相同。41、鋁合金的特點(diǎn)：密度小、優(yōu)良的塑性、高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗蝕性能、鑄造性、切削加工成型，高的比強(qiáng)度和比剛度。2、應(yīng)用：飛機(jī)、機(jī)械、化工、電力、儀表、建筑等各領(lǐng)域。鋁及鋁合金的金相檢驗(yàn)包括宏觀檢驗(yàn)宏觀檢驗(yàn)和微觀檢驗(yàn)微觀檢驗(yàn)兩大部分。5一、一、 鋁及鋁合金的分類（按照成型方法分類）鋁及鋁合金的分類（按照成型方法分類）1、鑄造鋁合金、鑄造鋁合金2、變形鋁合金、變形鋁合金在工業(yè)上常用的鑄造鋁合金為Al-Si系、

2、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四大類。根據(jù)合金化及其熱處理特點(diǎn)，分為：熱處理不可強(qiáng)化鋁合金： 純鋁，L系列； 防銹鋁，LF系列： Al-Mn，Al-Mg；熱處理可強(qiáng)化鋁合金： 硬鋁LY（Al-Cu-Mg-Mn）系列；鍛鋁LD（Al-Mg-Si-Mn）系列；超硬鋁LC（Al- Zn-Mg -Mn）系列；其他系列，Al-Li合金。二元鋁合金的典型相圖及鋁合金的分類示意圖最大溶解度D點(diǎn)6L+（Si）（Si）L+（Al）（Al）（Al）+（Si）二、鋁合金中形成的主要相二、鋁合金中形成的主要相1.亞共晶Al-Si合金在凝固過(guò)程中先形成樹(shù)枝狀的相鋁，剩下部分鋁液在鋁樹(shù)枝晶間生成（+Si）共晶體

3、。2.過(guò)共晶Al-Si合金首先析出多邊形的塊狀出生Si，然后再生成（+Si）共晶體。3.共晶體中的Si一般呈大針狀分布，會(huì)降低合金的力學(xué)性能。生產(chǎn)上多采用（鈉鹽和鍶鹽）變質(zhì)處理的方法來(lái)提高鑄造Al-Si合金的綜合力學(xué)性能。經(jīng)過(guò)良好變質(zhì)處理的共晶Si得到了細(xì)化處理，呈點(diǎn)球狀。781、Si相相 2、Cu相相 初晶硅Si初，呈深灰色幾何多邊形；共晶硅Si共晶，呈灰色針狀、粒狀。3、Mg相相 4、Mn相相 5、Ni相相 6、Ti相相 CuAl2，相，帶粉紅色的白色結(jié)晶，輪廓圓滑。 Mg2Si，呈樹(shù)叉狀，骨骼狀；Mg2Al3，骨骼狀，浸蝕后淡黃色。 Al6Mn，呈亮白塊狀；Al4Mn，呈淺灰色塊狀。 A

4、l3Ni，呈黑色板塊狀。 Al3Ti，亮白色片狀。 97、主要雜質(zhì)相、主要雜質(zhì)相 FeAl3，呈灰色粗針狀； 初生Al12Fe3Si，呈灰色魚骨狀； Al9Fe3Si2，呈灰色細(xì)片狀； Al4Fe3Si2，呈灰色聚集分布的針狀。 Al9Fe2Si, 亮白色片狀、針狀。FeNiAl9，亮白色片狀、針狀。10三、三、 鋁合金的宏觀檢驗(yàn)鋁合金的宏觀檢驗(yàn)鋁合金及鋁合金鑄件、變形鋁及鋁合金鑄錠還是變形鋁合金加工材料、制品，都會(huì)在熔煉、凝固結(jié)晶、變形成形加工、熱處理等過(guò)程中產(chǎn)生缺陷。使用簡(jiǎn)單的手段進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，可以在很大范圍內(nèi)對(duì)鋁合金制品的內(nèi)在缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)，是一種行之有效的常規(guī)檢驗(yàn)方法。11宏觀檢驗(yàn)針孔度

5、檢驗(yàn)宏觀缺陷檢驗(yàn)宏觀晶粒度檢驗(yàn)氧化膜缺陷檢驗(yàn)粗晶環(huán)檢驗(yàn)鑄造鋁合金針孔度檢驗(yàn)可參照J(rèn)B/T7946.3-1999鑄造鋁合金針孔。標(biāo)準(zhǔn)將針孔度分為5級(jí)，并給出了5級(jí)針孔度等級(jí)，一般控制在三級(jí)以下。 鋁合金的宏觀缺陷的種類及特征的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3246.2-2012變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 包括斷口檢驗(yàn)和低倍檢驗(yàn)。規(guī)定疏松、非金屬夾雜、氣孔、冷隔、粗晶環(huán)、鑄造裂紋等22中缺陷 。還規(guī)定了晶粒度的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。宏觀缺陷檢驗(yàn)13宏觀晶粒度檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法參照檢驗(yàn)方法參照GB/T3246.2-2012晶粒度的評(píng)定可以通過(guò)實(shí)物與晶粒度標(biāo)準(zhǔn)照片相比較確定，其中等軸晶粒度分為8級(jí)，（連）鑄（連）軋板（帶

6、）晶粒度分為5級(jí)。注意：注意：與常用的晶粒度評(píng)定方法相反，所執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中晶粒度級(jí)別越高、晶粒越細(xì)。氧化膜缺陷檢驗(yàn)檢驗(yàn)方法參照檢驗(yàn)方法參照GB/T3246.2-2012鋁合金在熔鑄過(guò)程中，由于一些工藝原因會(huì)使一些液面氧化膜卷入鑄錠內(nèi)形成錠內(nèi)氧化膜，這些卷入物在合金變形過(guò)程中使變形不均勻，并在材料內(nèi)部形成由若干微裂紋和氧化膜組成的缺陷，經(jīng)低倍侵蝕后即成小分層。氧化膜在低倍試樣上呈斷線狀裂縫，多集中于最大變形部位，并沿金屬流線方向分布。斷口呈白色、灰色或金黃色、黃褐色的小平臺(tái)，對(duì)稱或?qū)ε嫉胤植荚跀嗔衙嫔?。粗晶環(huán)：淬火處理后的擠壓制品橫向低倍試樣上，沿制品周邊出現(xiàn)的粗大再粗晶環(huán)：淬火處理后的擠壓制品橫向

7、低倍試樣上，沿制品周邊出現(xiàn)的粗大再結(jié)晶區(qū)。結(jié)晶區(qū)。單孔擠壓呈環(huán)形，多孔擠壓呈月牙形。單孔擠壓呈環(huán)形，多孔擠壓呈月牙形。根據(jù)鋁合金的性能特點(diǎn)，制樣過(guò)程通過(guò)手工完成。根據(jù)鋁合金的性能特點(diǎn)，制樣過(guò)程通過(guò)手工完成。用 手 鋸 在用 手 鋸 在需 要 分 析需 要 分 析的 部 位 截的 部 位 截取試樣取試樣用銼刀銼平用銼刀銼平斷面較平齊斷面較平齊時(shí)也可用粗時(shí)也可用粗砂紙逐漸整砂紙逐漸整平，但不能平，但不能用力過(guò)大，用力過(guò)大，以免形成較以免形成較厚的金屬損厚的金屬損傷層。傷層。磨光時(shí)注意切勿將磨光時(shí)注意切勿將上道砂紙的粗砂粒上道砂紙的粗砂粒帶到下一道砂紙上帶到下一道砂紙上，防止產(chǎn)生很深的，防止產(chǎn)生很深

8、的劃痕而增加拋光的劃痕而增加拋光的難度。選用難度。選用1000 砂紙。砂紙。用較濃的氧化鋁懸浮液進(jìn)行拋光。（注意：拋光織物的濕度以提起樣品時(shí)，表面的水用較濃的氧化鋁懸浮液進(jìn)行拋光。（注意：拋光織物的濕度以提起樣品時(shí)，表面的水膜在膜在3-5s內(nèi)自動(dòng)揮發(fā)為宜。鋁合金拋光時(shí)，試樣表面易氧化，實(shí)驗(yàn)證明，用細(xì)粒度的內(nèi)自動(dòng)揮發(fā)為宜。鋁合金拋光時(shí)，試樣表面易氧化，實(shí)驗(yàn)證明，用細(xì)粒度的金剛石研磨膏拋光效果較好。當(dāng)試樣表面劃痕較深且拋光難以消除時(shí)，可以采用浸蝕金剛石研磨膏拋光效果較好。當(dāng)試樣表面劃痕較深且拋光難以消除時(shí)，可以采用浸蝕、拋光交替的方法，也可以用電解拋光的方法制樣。）、拋光交替的方法，也可以用電解拋

9、光的方法制樣。）15四、鑄造鋁合金的微觀檢驗(yàn)四、鑄造鋁合金的微觀檢驗(yàn)1、鑄造鋁硅合金的變質(zhì)檢驗(yàn)鑄造鋁硅合金的平衡組織為鋁基體上分布著粗大的共晶硅，經(jīng)過(guò)正常變質(zhì)鑄造鋁硅合金的平衡組織為鋁基體上分布著粗大的共晶硅，經(jīng)過(guò)正常變質(zhì)處理后其顯微組織為均勻分布的樹(shù)枝狀處理后其顯微組織為均勻分布的樹(shù)枝狀鋁初晶及細(xì)粒狀的硅與鋁基體組成鋁初晶及細(xì)粒狀的硅與鋁基體組成的（的（+Si）共晶體。）共晶體。變質(zhì)檢驗(yàn)可按照變質(zhì)檢驗(yàn)可按照J(rèn)B/T7946.1999鑄造鋁硅合金變質(zhì)鑄造鋁硅合金變質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。進(jìn)行評(píng)定。標(biāo)準(zhǔn)將變質(zhì)情況分為未變質(zhì)、變質(zhì)不足、變質(zhì)正常、變質(zhì)衰退、輕度過(guò)變質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將變質(zhì)情況分為未變質(zhì)、變質(zhì)不足、變質(zhì)正常

10、、變質(zhì)衰退、輕度過(guò)變質(zhì)和嚴(yán)重過(guò)變質(zhì)和嚴(yán)重過(guò)變質(zhì)6級(jí)。級(jí)。16屬二元鋁-硅合金，又名硅鋁明，含Si%=1013%。 圖11-1 ZL102合金為未變質(zhì)的顯微組織圖11-2 ZL102合金為變質(zhì)的顯微組織初晶硅 共晶硅 固溶體 （+Si）共晶體（1）ZL10217（2）ZL109 屬共晶型鋁合金。成分為Si%=1113%，Cu%=0.51.5%，Mg%=0.81.3%，Ni%=0.81.5%，F(xiàn)e%=0.7%，余量為鋁。 圖 11-3 ZL109合金為變質(zhì)的顯微組織 固溶體Si Al3Ni Mg2Si 18 （3）ZL203 屬Al-Cu系合金，該合金的成分為Wcu=4.0-5.0%，余量為鋁。

11、圖 11-4 ZL203合金的顯微組織 （Al） Al2Cu+N(Al2Cu2Fe)相 192.2.鑄造鋁合金的過(guò)燒檢驗(yàn)鑄造鋁合金的過(guò)燒檢驗(yàn)過(guò)燒：鑄造鋁合金在凝固過(guò)程中存在偏析和低熔點(diǎn)共晶物，在隨后的固過(guò)燒：鑄造鋁合金在凝固過(guò)程中存在偏析和低熔點(diǎn)共晶物，在隨后的固溶處理溫度下，會(huì)在合金中出現(xiàn)過(guò)燒三角或晶界熔化、復(fù)熔球及復(fù)熔共溶處理溫度下，會(huì)在合金中出現(xiàn)過(guò)燒三角或晶界熔化、復(fù)熔球及復(fù)熔共晶體等金相組織。晶體等金相組織。過(guò)燒三角：晶粒交叉處最后凝固的低熔點(diǎn)共晶物在熱處理過(guò)程中過(guò)燒復(fù)過(guò)燒三角：晶粒交叉處最后凝固的低熔點(diǎn)共晶物在熱處理過(guò)程中過(guò)燒復(fù)熔，并在表面張力作用下形成銳菱三角。熔，并在表面張力作用

12、下形成銳菱三角。復(fù)熔球：枝晶內(nèi)低熔點(diǎn)共晶物熔化后液相球化。復(fù)熔球：枝晶內(nèi)低熔點(diǎn)共晶物熔化后液相球化。若熱處理保溫溫度過(guò)高，則上述區(qū)域內(nèi)的低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化、冷卻后形成若熱處理保溫溫度過(guò)高，則上述區(qū)域內(nèi)的低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化、冷卻后形成二元、三元等復(fù)熔共晶。二元、三元等復(fù)熔共晶。JB/T7946.2-1999鑄造鋁硅合金過(guò)燒鑄造鋁硅合金過(guò)燒標(biāo)準(zhǔn)將過(guò)燒分為正常組織、過(guò)熱組織、輕微過(guò)燒組織、過(guò)燒組織、嚴(yán)重標(biāo)準(zhǔn)將過(guò)燒分為正常組織、過(guò)熱組織、輕微過(guò)燒組織、過(guò)燒組織、嚴(yán)重過(guò)燒組織過(guò)燒組織5級(jí)。級(jí)。1.變形強(qiáng)化鋁合金的相鑒別變形強(qiáng)化鋁合金的相鑒別部分變形強(qiáng)化鋁合金只能采用加工硬化的方法提高強(qiáng)度，主要有純鋁合金。部分變

13、形強(qiáng)化鋁合金只能采用加工硬化的方法提高強(qiáng)度，主要有純鋁合金。純鋁的雜質(zhì)主要為硅、鐵，以雜質(zhì)相的形態(tài)存在。純鋁的雜質(zhì)主要為硅、鐵，以雜質(zhì)相的形態(tài)存在。Fe3Al相：針狀或片狀；相：針狀或片狀；初生初生Al12Fe3Si:枝條狀；枝條狀；共晶共晶Al12Fe3Si:骨骼狀。骨骼狀。經(jīng)變形加工后，雜質(zhì)相被破碎沿壓延方向呈不連續(xù)的條帶狀排列，組織呈變形纖維經(jīng)變形加工后，雜質(zhì)相被破碎沿壓延方向呈不連續(xù)的條帶狀排列，組織呈變形纖維狀，雜質(zhì)相分布其中不易發(fā)現(xiàn)。狀，雜質(zhì)相分布其中不易發(fā)現(xiàn)。21一、銅合金的宏觀檢驗(yàn)一、銅合金的宏觀檢驗(yàn)1 1、鑄造銅合金的鑄造缺陷、鑄造銅合金的鑄造缺陷疏松、氣孔、外來(lái)非金屬夾雜、

14、鑄造粗晶、冷隔等 浸蝕：將試樣在10%的硝酸水溶液（或50%的硝酸水溶液）中浸泡數(shù)分鐘后，取出，用稀鹽酸將表面的黑色氧化膜去除，即可觀察到銅合金的結(jié)晶狀態(tài)和宏觀缺陷。 經(jīng)過(guò)變形加工的試樣根據(jù)檢驗(yàn)的目的分為縱向取樣和橫向截面取樣。鑄件或鑄錠可以從指定部位取樣。2 2、宏觀檢驗(yàn)試樣的制備、宏觀檢驗(yàn)試樣的制備也可采用以下浸蝕劑：a）30ml HCl + 10g FeCl3 + 120ml H20； b）50ml HNO3 + 5g AgNO3 + 50ml H20。 22二、銅合金的微觀檢驗(yàn)二、銅合金的微觀檢驗(yàn)1 1、浸蝕劑、浸蝕劑10ml HCl + 5g FeCl3 + 80ml H201g F

15、eNO3 + 100ml H20，主要用于顯示純銅的晶界。2 2、非金屬夾雜物、非金屬夾雜物種類特征Cu2O明場(chǎng)下為點(diǎn)狀或球狀，呈灰藍(lán)色CuS點(diǎn)狀、塊狀，呈青灰色MnS長(zhǎng)條形，暗場(chǎng)不透明Cu3P不規(guī)則形狀，呈深灰褐色Fe星狀或點(diǎn)狀，呈藍(lán)灰色Pb點(diǎn)狀或網(wǎng)狀，呈深灰色23二、銅合金的微觀檢驗(yàn)二、銅合金的微觀檢驗(yàn)3 3、氫脆、氫脆 當(dāng)銅含氧量較高時(shí)，在氫氣等氣氛中退火時(shí)，會(huì)形成高壓水蒸汽，導(dǎo)致銅開(kāi)裂；未逸出的水蒸汽形成氣泡成為裂紋源，導(dǎo)致在以后的加工中開(kāi)裂。這成為氫脆病。 4 4、銅及銅合金的晶粒度評(píng)定、銅及銅合金的晶粒度評(píng)定檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為YS/T 347-2004銅及銅合金平均晶粒度測(cè)定方法或YB/T

16、 5148-1993金屬平均晶粒度測(cè)定法中的第三系列評(píng)級(jí)圖。24三、典型金相組織三、典型金相組織1 1、純銅、純銅 具有孿晶的等軸晶粒具有孿晶的等軸晶粒 圖11-5 純銅的顯微組織25三、典型金相組織三、典型金相組織2 2、黃銅、黃銅 常用的黃銅中含鋅為常用的黃銅中含鋅為393945%45%的黃銅，具有的黃銅，具有+兩相組織，稱為雙兩相組織，稱為雙相黃銅。含鋅量相黃銅。含鋅量39%39%的黃銅的黃銅又稱單相黃銅。又稱單相黃銅。 未變形 相 相 變形處理相 相 圖11-6 二相黃銅的顯微組織 26三、典型金相組織三、典型金相組織3 3、錳黃銅、錳黃銅 在黃銅中加入錳元素，其目的是提高合金強(qiáng)度和對(duì)

17、海水的抗蝕性能，但在黃銅中加入錳元素，其目的是提高合金強(qiáng)度和對(duì)海水的抗蝕性能，但使韌性有所下降，在其加入錳的同時(shí)使韌性有所下降，在其加入錳的同時(shí) 再加入鐵能明顯提高黃銅的再結(jié)晶溫再加入鐵能明顯提高黃銅的再結(jié)晶溫度和細(xì)化晶粒度和細(xì)化晶粒。 圖 11-7 鑄態(tài) 錳黃銅的顯微組織 相 相 27三、典型金相組織三、典型金相組織4 4、鑄造青銅、鑄造青銅 錫青銅：含錫青銅：含SnSn6%6%的錫青銅，其鑄態(tài)組織為樹(shù)枝晶外形的單相固溶體。的錫青銅，其鑄態(tài)組織為樹(shù)枝晶外形的單相固溶體。這種合金經(jīng)變形及退火后的組織為具有孿晶的這種合金經(jīng)變形及退火后的組織為具有孿晶的等軸晶粒。含等軸晶粒。含SnSn6%6%時(shí)，

18、時(shí)，其鑄態(tài)組織為其鑄態(tài)組織為+（+）共析體。）共析體。 圖11-8 鑄態(tài) 錫青銅的顯微組織 （+）相 相 28三、典型金相組織三、典型金相組織4 4、鑄造青銅、鑄造青銅 鋁青銅：鋁青銅是以鋁青銅：鋁青銅是以Cu-AlCu-Al為基體的合金，為基體的合金，WAl11%，常用的鋁青銅的，常用的鋁青銅的平衡組織有兩種：平衡組織有兩種： 一種是含一種是含W WAlAl9.4%9.4%的，組織為單一的樹(shù)枝狀的，組織為單一的樹(shù)枝狀相用于壓力加工。一種是相用于壓力加工。一種是WAl=9.4-11.8%的，組織為樹(shù)枝狀的的，組織為樹(shù)枝狀的固溶體與層片狀的（固溶體與層片狀的（+r2）共析體）共析體 。圖11-9 鑄態(tài) 鋁青銅的顯微組織 （+r2 ）共析體固溶體