實驗鋼鐵材料常見組織及鋼的宏觀檢驗技術(shù)

實驗鋼鐵材料常見組織及鋼的宏觀檢驗技術(shù)第1頁/共63頁第二章鋼鐵材料常見組織及

鋼的宏觀檢驗技術(shù)1、Fe-C(Fe-Fe3C)相圖的作用及分析重點2、鋼鐵材料常見平衡組織重點3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織難點4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織重點5、鋼的宏觀檢驗技術(shù)基本內(nèi)容硫印試驗的方法和步驟酸蝕試驗的方法和步驟斷口檢驗的方法與斷口分類和識別塔形實驗的方法和步驟第2頁/共63頁1、Fe-C(Fe-Fe3C)相圖的作用及分析

第3頁/共63頁①工業(yè)純鐵（鐵素體F）工業(yè)純鐵顯微組織2、鐵碳合金的平衡組織

第4頁/共63頁②共析鋼。含碳量為0.77%；平衡組織為珠光體（P）

2、鐵碳合金的平衡組織

珠光體組織第5頁/共63頁③亞共析鋼。含碳量0.021%～0.77%；其平衡組織為F+P。2、鐵碳合金的平衡組織

珠光體＋鐵素體組織第6頁/共63頁④過共析鋼。含碳量0.77%～2.11%；其平衡組織為

網(wǎng)狀Fe3CⅡ+P。2、鐵碳合金的平衡組織

網(wǎng)狀Fe3CⅡ+P組織第7頁/共63頁⑤共晶白口鐵。含碳量4.30%；其平衡組織為Ld’。2、鐵碳合金的平衡組織

Ld’

組織第8頁/共63頁⑥亞共晶白口鐵。含碳量2.11%～4.30%；其平衡組織

為Ld’+P+Fe3CⅡ。2、鐵碳合金的平衡組織

Ld’+P+Fe3CⅡ組織第9頁/共63頁⑦過共晶白口鐵。含碳量4.30%～6.69%；其平衡組織

為Ld’+Fe3CⅠ。2、鐵碳合金的平衡組織

Ld’+Fe3CⅠ

組織第10頁/共63頁

以共析鋼為例，過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為C曲線，也稱為TTT（TimeTemperatureTransformation）圖2-23、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點第11頁/共63頁3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點

以共析鋼為例，過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為C曲線，也稱為TTT（TimeTemperatureTransformation）第12頁/共63頁P的轉(zhuǎn)變發(fā)生在臨界溫度A1以下較高的范圍內(nèi)，又稱為高溫轉(zhuǎn)變。

①鋼的珠光體轉(zhuǎn)變

片狀珠光體在電子顯微鏡和金相顯微鏡中的形態(tài)第13頁/共63頁P的轉(zhuǎn)變發(fā)生在臨界溫度A1以下較高的范圍內(nèi)，又稱為高溫轉(zhuǎn)變。

①鋼的珠光體轉(zhuǎn)變

此外，還有球狀珠光體第14頁/共63頁

以共析鋼為例，過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為C曲線，也稱為TTT（TimeTemperatureTransformation）圖2-23、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點第15頁/共63頁

馬氏體轉(zhuǎn)變屬于低溫轉(zhuǎn)變。鋼的馬氏體組織是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，是典型的非擴散型相變。②鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變板條馬氏體（500×）

針狀馬氏體（500×）第16頁/共63頁45鋼淬火后的馬氏體組織第17頁/共63頁由于馬氏體相變產(chǎn)生較大應(yīng)力，一般淬火后應(yīng)進(jìn)行回火處理。45鋼淬火后低溫回火M回45鋼淬火后中溫回火T回45鋼淬火后高溫回火S回第18頁/共63頁

以共析鋼為例，過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為C曲線，也稱為TTT（TimeTemperatureTransformation）圖2-23、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點第19頁/共63頁45鋼860℃淬油組織以較慢條件下冷卻得到沿晶界析出的T+M組織第20頁/共63頁3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點

以共析鋼為例，過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線稱為C曲線，也稱為TTT（TimeTemperatureTransformation）圖2-2第21頁/共63頁

貝氏體轉(zhuǎn)變是介于馬氏體和珠光體之間的轉(zhuǎn)變，屬于中溫轉(zhuǎn)變。③鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變上貝氏體

下貝氏體

第22頁/共63頁貝氏體轉(zhuǎn)變是介于馬氏體和珠光體之間的轉(zhuǎn)變，屬于中溫轉(zhuǎn)變。③鋼的貝氏體轉(zhuǎn)變粒狀貝氏體

此外還有粒狀貝氏體、無碳貝氏體。第23頁/共63頁3、鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線及鋼鐵材料常見組織

難點第24頁/共63頁過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線難點第25頁/共63頁

魏氏組織：當(dāng)亞共析鋼或者過共析鋼在高溫以較快的速度冷卻時，先共析的鐵素體或者滲碳體從奧氏體晶界上沿一定的晶面向晶內(nèi)生長，呈針狀析出。在光學(xué)顯微鏡下，呈羽毛或三角狀，其間存在著珠光體組織，稱為魏氏組織。鐵素體魏氏組織滲碳體魏氏組織

第26頁/共63頁（1）退火將工件加熱到Ac3

（或Ac1）以上的適當(dāng)溫度保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻的工藝方法，稱為退火。（2）正火將工件加熱到Ac3（或Acm）以上，保溫適當(dāng)時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

第27頁/共63頁（3）淬火淬火是將工件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度保溫一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。

4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

45鋼850℃淬水組織第28頁/共63頁（3）淬火淬火是將工件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度保溫一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。

4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

45鋼750℃淬水組織45鋼920℃淬水組織45鋼860℃淬油組織第29頁/共63頁（4）鋼的回火回火是指工件淬硬后，再加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

低溫回火馬氏體組織

45鋼在850℃淬火后200℃回火后的組織第30頁/共63頁（4）鋼的回火回火是指工件淬硬后，再加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

中溫回火托氏體組織

45鋼在850℃淬火后400℃回火后的組織第31頁/共63頁（4）鋼的回火回火是指工件淬硬后，再加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫下的熱處理工藝。4、鋼的退火、正火、淬火與回火組織

高溫回火索氏體組織

45鋼在850℃淬火后600℃回火后的組織第32頁/共63頁5、鋼的宏觀檢驗技術(shù)

鋼的宏觀檢驗技術(shù)的定義：又稱宏觀分析，它是通過肉眼或者放大鏡來檢驗金屬材料及其制品的宏觀組織和缺陷的方法。優(yōu)點：檢驗范圍大，視域?qū)?，檢驗方法、操作技術(shù)以及所需的檢驗設(shè)備簡單，較快捷全面地反映出材料或產(chǎn)品的品質(zhì)。檢驗范圍：鋼材中的疏松、氣泡、縮松殘余、非金屬夾雜物、偏析、白點、裂紋以及各種不正常的斷口缺陷。實驗方法：硫印實驗、酸蝕實驗、斷口實驗、塔形實驗等第33頁/共63頁

硫印實驗可以用來檢驗硫元素在鋼中的分布情況?；驹恚?/p>

H2SO4+FeS→H2S↑+FeSO4

H2SO4+MnS→H2S↑+MnSO4H2S+2AgBr→Ag2S↓（棕色）+2HBr5.1、硫印實驗

第34頁/共63頁5.1.2方法和操作步驟

鋼的硫印實驗方法按照國標(biāo)GB/T4236-1984進(jìn)行。①試樣選取和制備：

棒材、鋼胚和圓鋼等產(chǎn)品從垂直于扎制方向的界面選取。對于鍛件，應(yīng)選取縱向截面進(jìn)行實驗。對硫印試樣采用刨、車、銑和研磨等方式加工，建議表面粗糙度約為Ra1.6～1.8μm。②試驗材料和試劑：相紙；3%體積硫酸+97%體積水；定影液（采用商用定影液或150～200g/LNa2S2O3水溶液）。5.1、硫印實驗

第35頁/共63頁③步驟：5.1、硫印實驗

室溫下把相紙浸入硫酸水溶液中5min左右→將濕潤相紙的感光面貼到收件表面，受檢表面應(yīng)干凈無油污→排出試樣表面與相紙間的氣泡和液滴↓反應(yīng)一定時間←揭掉相紙，流水清洗，定影，顯影，干燥上光第36頁/共63頁④注意事項：為驗證效果，需重復(fù)試驗一次，第二次試驗時相紙覆蓋時間延長一倍。如對結(jié)果有懷疑，可將試樣同一被檢面進(jìn)行機加工至少去處0.5mm以上。5.1、硫印實驗

第37頁/共63頁5.1、硫印實驗

45鋼曲軸鍛造正火態(tài)硫印實驗0.8x第38頁/共63頁

酸蝕實驗是顯示鋼鐵材料低倍組織和各種缺陷，如：裂紋、夾雜、疏松、偏析以及氣孔等的實驗方法。5.2.1試樣的選?。核嵛g試樣必須選取最易發(fā)生各種缺陷的部位。

檢驗淬火裂紋、磨削裂紋、淬火軟點等缺陷應(yīng)選取材料的外表面進(jìn)行實驗；檢驗鋼材質(zhì)量時在鋼材兩端分別取樣；鋼中白點、偏析、皮下氣泡、翻皮、疏松、殘余縮孔、軸向晶間裂紋和折疊裂紋等缺陷，在橫截面試樣上取樣；鋼材中的鍛造流線、應(yīng)變線和條帶狀組織，在縱截面上取樣。在作失效分析或缺陷分析時，除在缺陷出取樣外，還應(yīng)在有代表性的部位取樣作比較分析。5.2、酸蝕實驗

第39頁/共63頁5.2.2熱酸蝕試驗：酸液加熱到一定溫度時，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)速度加快。①試驗所需設(shè)備：酸蝕槽、加熱器、堿水槽、流水沖洗曹、電熱吹風(fēng)。②操作過程：在酸蝕槽中加熱酸液→將加工好清洗干凈的試樣放于酸蝕槽中熱蝕→在一定溫度下侵蝕一定時間后將試樣取出→大型試樣可先放入堿液槽中作中和處理，小試樣直接用流水沖洗干凈，用電吹風(fēng)吹干→檢驗。注意：試樣制備好后應(yīng)防止生銹。5.2、酸蝕實驗

第40頁/共63頁③腐蝕試劑和實驗規(guī)范見表3-15.2、酸蝕實驗

第41頁/共63頁5.2.3冷酸蝕試驗：適用于不能切割的大型鍛件和外形不能破壞的大型及其零件。此方法可直接在現(xiàn)場進(jìn)行。

冷酸蝕實驗分為冷酸浸蝕法和冷酸擦蝕法。5.2、酸蝕實驗

第42頁/共63頁5.2.4電解腐蝕試驗：此試驗是近年發(fā)展起來的試驗方法，適用于鋼材廠的大批量大型試驗。①電解腐蝕的原理：同原電池反應(yīng)

②試驗裝置：如圖所示5.2、酸蝕實驗

第43頁/共63頁5.2.5低倍組織缺陷的評定和標(biāo)準(zhǔn)貫徹

鋼的低倍組織缺陷評定范圍和評定規(guī)則按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼鋼材（鍛、軋坯）橫截面試樣的缺陷評定。

評定原則：一般疏松評定原則，中心疏松評定原則，錠型偏析評定原則，斑點狀偏析評定原則，白亮帶評定原則，中心偏析評定原則，冒口偏析評定原則，皮下氣泡評定原則，殘余縮孔評定原則，翻皮評定原則，白點評定原則，軸心晶間裂縫評定原則，非金屬夾雜物（目視可見）及夾渣評定原則。5.2、酸蝕實驗

第44頁/共63頁

斷口檢驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)鋼本身的冶煉缺陷和熱加工、熱處理等制造工藝中存在等問題，是宏觀檢驗中常用的一種方法，是反映產(chǎn)品質(zhì)量極為重要的手段之一。5.3.1斷口檢驗的優(yōu)點：對于使用過程中破損的零件和在生產(chǎn)制造過程中由于某種原因而導(dǎo)致破損的斷口，以及做拉力、沖擊試驗試樣破斷之后的斷口，無需任何加工試樣，就可直接進(jìn)行觀察和檢驗。5.3、斷口檢驗

第45頁/共63頁5.3.2斷口試樣制備方法：

對于鋼材中的偏析、非金屬夾雜物以及白點等缺陷，應(yīng)盡可能選取縱向斷口；對于鋼材直徑或邊長大于40mm的鋼材應(yīng)作縱向斷口，對于鋼材直徑或邊長小于40mm的鋼材應(yīng)作橫向斷口。縱橫斷口制備示意圖如圖所示：5.3、斷口檢驗

第46頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1814-1979《鋼材斷口檢驗法》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于結(jié)構(gòu)鋼，滾珠鋼，工具鋼及彈簧鋼的熱軋、鍛造，冷拉條鋼和鋼坯。斷口分類如下：①纖維狀斷口②結(jié)晶狀斷口5.3、斷口檢驗

第47頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別③層狀斷口5.3、斷口檢驗

第48頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別④白點斷口⑤縮孔殘余斷口5.3、斷口檢驗

第49頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別⑥氣泡斷口5.3、斷口檢驗

第50頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別⑦非金屬夾雜物（目視可見）及夾渣斷口5.3、斷口檢驗

第51頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別⑧黑脆斷口5.3、斷口檢驗

第52頁/共63頁5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態(tài)的識別⑨石狀斷口⑩萘狀斷口5.3、斷口檢驗

第53頁/共63頁

塔形試驗是將鋼材制成不同直徑的階梯形試樣，用酸蝕或磁力探傷方法檢驗鋼中發(fā)紋情況的方法。檢驗方法按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1012-1988《塔形發(fā)紋磁粉檢驗法》以及GB/T15711-1995《鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗方法》。

發(fā)紋是鋼內(nèi)夾雜物、氣孔、疏松和孔隙等在熱加工過程中沿加工方向伸展排列而成的線狀缺陷，主要分布在偏析區(qū)。5.4塔形試驗

第54頁/共63頁各種基本組織的鑒別方法1、F與Fe3C網(wǎng)的鑒別①顯微硬度法：用50g載荷下，HV600以上為Fe3C；HV200以下為F。②化學(xué)侵蝕法：用堿性