金相检验技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,第三章 金相检验技术及设备,1,金相试样的制备,重点,2,金相显微镜,1,、普通金相显微镜的光学原理,基本内容,2,、金相显微镜的光学系统,基本内容,3,、新型金相显微镜简介（偏振光、干涉和相衬显微镜）,基本内容,3,金相显微摄影与暗室技术,难点,4,显微硬度计,基本内容,第三章 金相检验技术及设备,3.1,金相试样的制备,第三章 金相检验技术及设备,金相试样的制备应具有代表性和典型性。试样的截取方向、部位及数量应根据金属制造的方法、检验的目的、技术条件或双方协议的规定选取有代表性的部位进行切取。,这是,金相试样的取样原则,3.1.1金相试样的选取,纵向取样 横向取样 缺陷或失效分析取样,取样大小取样方法,第三章 金相检验技术及设备,3.1.1,金相试样的选取,1,纵向取样指沿着钢材的锻轧方向进行取样。可检验内容为：,第三章 金相检验技术及设备,非金属夹杂物的数量、大小和形状；,晶粒畸变程度；,塑性变形程度；,变形后的各种组织形貌；,带状组织；,共晶碳化物等。,第三章 金相检验技术及设备,3.1.1,金相试样的选取,2,横向取样 指垂直于钢材锻轧方向进行取样。可检验内容为：,第三章 金相检验技术及设备,材料从表层到心部的组织；,显微组织状态；,晶粒度级别；,碳化物网；,表层缺陷深度；,脱碳层深度；,腐蚀层深度；,表面化学热处理及镀层厚度等。,第三章 金相检验技术及设备,3.1.1,金相试样的选取,第三章 金相检验技术及设备,3 缺陷或失效分析取样 在缺陷或失效部位取样，注意防止缺陷或失效部位在磨制时被损伤破坏。,4 取样大小：以便于在手中磨制为宜，通常一般为,1212mm,圆柱形或121212,mm,的正方形。,5 取样方法：,手锯（如灰铁，有色金属等）；,砂轮切割（如高速钢，淬火钢等）；,电火花切割（如钛金属等）；,锤击法（对于一些硬而脆的材料）等方式。,3.1,金相试样的制备,3.1.2,金相试样的镶嵌,1,机械镶嵌法,第三章 金相检验技术及设备,2,低熔点合金镶嵌法：要求合金的熔点必须在,100,以下，低于材料的回火温度。,3.1,金相试样的制备,3.1.2,金相试样的镶嵌,3,树脂镶嵌法：利用树脂来镶嵌细小的金相试样，可以将任何形状的试样镶嵌成一定尺寸。分为：,第三章 金相检验技术及设备,热压镶嵌法,：常用的电木粉热压镶嵌，保温,15min,；,浇注镶嵌法,：在室温下进行镶嵌的一种方法，常用环氧树脂及牙托粉，配方如下：,环氧树脂,6101 100g +,乙二胺（凝固剂）,8g,牙托粉,3,份,+,牙托水,1,份 （重量比）,优点：,不需要加热，不需要专用机械，与试样结合比较牢固，磨制时不易倒角，是一种理想的镶嵌方法。,3.1,金相试样的制备,3.1.3,金相试样的粗磨,第三章 金相检验技术及设备,磨平即粗磨,注意事项：,磨制时要用水冷却，以防止试样受热而改变组织；,接触时压力要均匀，不宜过压（易产生砂轮破裂和温度升高组织改变）；,不适用于检验表层组织的试样，如渗氮层、渗碳层组织的检验。,3.1,金相试样的制备,3.1.4,金相试样的细磨,磨光即细磨 细磨可分为手工细磨和机械细磨。,第三章 金相检验技术及设备,手工细磨：,依次用,100#,、,200#,、,400#,、,600#,、,800#,砂纸磨制，每换一次砂纸时试样要旋转,90,度，直到前道划痕消失；细磨完毕后应用水冲洗试样，滴酒精吹干。,机械细磨：,使用预磨机。,注意,用水冷却，避免磨面过热；因转盘转速高，磨制时压力要小；不允许使用已经破损的砂纸，否则会影响安全。,3.1,金相试样的制备,3.1.5,金相试样的抛光,第三章 金相检验技术及设备,是抛光材料的磨削作用和滚压作用,要求有较高的硬度，颗粒大小均匀，呈多角尖锐的外形，常用有氧化铬、氧化铝、氧化铁和氧化镁，以及金刚石研磨膏（效果最好）。,抛光原理,易产生扰乱层，不能真实地反映材料的组织。消除方法：保证细磨质量；减少抛光时间；抛光与腐蚀交替进行。,抛光材料,3.1,金相试样的制备,3.1.5,金相试样的抛光,第三章 金相检验技术及设备,要求：织物的纤维必须柔软，不能有硬而粗的纤维；织物的纤维必须要兼顾耐磨，不易撕裂。,选用：一般钢铁材料选用海军呢、丝绒、平绒等；有色金属和不锈钢的抛光可选用法兰绒、丝绸等；检查夹杂物铸铁可选用帆布，的确良等。,抛光织物,3.1,金相试样的制备,3.1.5,金相试样的抛光,第三章 金相检验技术及设备,抛光方法,注意事项：,抛光液的浓度为,5,15%,的抛光粉蒸馏水悬浮液；抛光盘的湿度以提起试样后膜面上的水膜在,3,5,秒内蒸发为准；抛光压力不宜过大，时间不宜过长，否则会增加表面的扰乱层。,机械抛光,3.1,金相试样的制备,3.1.5,金相试样的抛光,抛光方法有：,第三章 金相检验技术及设备,电解抛光：,采用化学溶解作用使试样达到抛光的目的。,这种方法能能真实地显示材料的组织，尤其是硬度较低的金属或单相合金，对于极易加工变形的奥氏体不锈钢、高锰钢等采用电解抛光更合适。但不适用于偏析严重的金属材料、铸铁以及夹杂物的检验。,3.1,金相试样的制备,3.1.5,金相试样的抛光,第三章 金相检验技术及设备,3.1,金相试样的制备,3.1.6,金相试样的侵蚀,第三章 金相检验技术及设备,原理基本与电解抛光相似。此方法对于某些具有极高化学稳定性的合金，如不锈钢、耐热钢、热电偶材料等，仍极难清晰显示出它们的组织。,要点：磨面侵蚀前必须冲洗洁净，去除表面油污。侵蚀方法有浸入法和揩拭法。揩拭法侵蚀后磨面易侵蚀不均匀，适合大型工件和大试样的金相检验。,金相试样侵蚀的目的是显示它的微观组织。常用方法有化学侵蚀及电解侵蚀法等。,1,、化学侵蚀法,2,、电解侵蚀法,3.1,金相试样的制备,3.1.6,金相试样的侵蚀,第三章 金相检验技术及设备,1,）,2,5,硝酸酒精溶液,硝酸,2,5ml+,酒精,100ml,适用于碳钢、合金钢和经过热处理后的组织,3,、常用的化学侵蚀剂,2,）,4,5,苦味酸酒精溶液,苦味酸,4,5ml+,酒精,100ml,适用于碳钢、合金钢和经过热处理后的组织，区别是渗碳体呈黑色。,3,）氢氟酸水溶液,氢氟酸,0.5ml+,蒸馏水,99.5ml,，适用于铝及铝合金的组织。,4,）氯化铁盐酸酒精水溶液,氯化铁（,FeCl3,）,5g+,盐酸,2ml+,酒精,96ml,，适用于铜、铝、镁、镍、锌等合金。,第三章 金相检验技术及设备,3.2,金相显微镜,第三章 金相检验技术及设备,金相显微镜是用于观察金属内部组织结构的重要光学仪器。现代的金相显微镜已发展到相当完善和先进的程度，已成为金相组织分析最基本、最重要和应用最广泛的研究方法之一。,3.2,金相显微镜,3.2.1,显微镜的光学原理,第三章 金相检验技术及设备,图4-7,显微镜的光学成像图解,显微镜的放大倍数,显微镜是运用了光学的反射和折射定律。,3.2,金相显微镜,3.2.1,显微镜的光学原理,显微镜的分辨率：,是指显微镜对于要观察的物体上彼此相近的两点产生清晰像的能力，可表示为：,第三章 金相检验技术及设备,d,：,显微镜可以区分的两点间的距离；,：,光的波长,A,：,数值孔径。,从公式可以看出，物镜的数值孔径越大，入射光波波长越短，则显微镜的分辨率就越高。,3.2,金相显微镜,3.2.1,显微镜的光学原理,数值孔径,通常以,NA,表示，表征物镜的集光能力。,第三章 金相检验技术及设备,：,介质的折射率,：,孔径角的一半。,介质的折射率越大，则物镜的数值孔径越大，即分辨率越高。,3.2,金相显微镜,3.2.2,金相显微镜的光学系统,第三章 金相检验技术及设备,物镜,目镜,照明系统,滤色片,光栏,光栏,3.2,金相显微镜,3.2.3,新型金相显微镜简介,第三章 金相检验技术及设备,3.2,金相显微镜,3.2.3,新型金相显微镜简介,第三章 金相检验技术及设备,偏振光显微镜,图,3-11,球铁金相组织,（表示石墨是一个多晶体 ）,图,3-14,钢中铁硅酸盐夹杂,（黑十字效应）,3.2,金相显微镜,3.2.3,新型金相显微镜简介,第三章 金相检验技术及设备,干涉显微镜,图,4-13,马氏体浮凸,图,4-14,碳化硅晶体的六角形螺旋生长台阶外形，每级高度差为,165,3.2,金相显微镜,3.2.3,新型金相显微镜简介,第三章 金相检验技术及设备,相衬显微镜,图,5-12 T12,钢球化退火组织（明视场照明，相衬照明）,3.3,金相显微摄影及暗室技术,什么叫金相显微摄影呢？,第三章 金相检验技术及设备,利用感光材料在金相显微镜上真实记载金属及其合金的组织和缺陷的过程。,怎样才能算是一张优质金相照片的呢？,照片要黑白分明，对比度适当，深浅浓淡层次清楚。,怎样才能获得优质的金相照片呢？,这要求金相试样表面不得有划痕和扰乱层；适当调节金相显微镜的孔径光栏、视域光栏和滤色片；选择正确的感光材料，选择最佳的曝光时间；进行正确的暗室操作。,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.1,显微镜的成像原理,第三章 金相检验技术及设备,图,9-1,显微镜的成像原理,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.2,照相显微镜,第三章 金相检验技术及设备,图,9-3,Neophot,21,型卧式金相显微镜光路图,1-,光源；,2-,滤色片；,3-,补偿透镜；,4-,外接相机；,5-,照相棱镜；,6-,照相目镜；,7-,快门；,8-,承影屏,卧式显微镜,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.2,照相显微镜,第三章 金相检验技术及设备,图,9-7,各种台式显微镜,台式显微镜,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,第三章 金相检验技术及设备,感光材料是照相机中所用的胶片、胶卷和相纸等材料的总称。,按照用途可分为：负性感光材料（由称“底片”）、正性感光材料（如洗印的相纸、电影幻灯片的胶片等）和反转感光材料。,一般分为黑白和彩色两种感光材料。,黑白感光胶片又可分为：,X,光片、无色片、全色片、红外片（用于军事科研等）。彩色感光胶片除了彩色正、负片、彩色中间片和彩色反转片外，按照感光乳剂不同又可分为水溶性成色彩色胶片和油溶性成色彩色胶片等。,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,第三章 金相检验技术及设备,1,、底片的结构,其它还包括：,保护膜：,保护乳剂膜在冲洗过程中不致于划伤；,结合膜：,使乳剂膜和色基结合牢固；,防晕膜：,是一种化学色素，增加片基的光线吸收能力。,底片的结构主要有：乳胶膜和色基组成。,乳剂膜：,由银盐（按照感光速度快慢分为碘化银、溴化银和氯化银）、动物胶（固定银盐的作用，并使银盐均匀地分布在乳剂层上）和色素（增加乳剂层的感色能力）；,片基：,硝化纤维组成的赛璐珞，透明的软片；,3.3.3,感光材料,第三章 金相检验技术及设备,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,2,、底片的性质,第三章 金相检验技术及设备,感光度,感色性,宽容度,分辨率,反差,感光度,表示感光片在一定明暗亮度下得到一种良好的负片所需要曝光时间。感光度越高，对光线的反应越敏感，一般用：“国家标准”加数字表示，如,GB15,，,17,，,18,，,21,，,22,，,24,，,28,。,数字越大，感光度越大。一般金相用,17,，,18,，,21,。,原因是金相摄影对感光速度要求不高，因为在摄影时有足够亮度的照明，即使感光速度低的通过不同的曝光时间也能取得优良的负片。,感色性,表示对不同颜色的感受能力。可分为：色盲片（只能感受紫色和蓝色光，是用于翻拍文件图标，制作幻灯片，暗室安全灯用红绿黄色灯），分色片（除红光以外的所有可见光，对红光缺乏辨别能力，又称正色片，适用于翻拍文字图表金相照片等，暗室安全灯用暗红灯），全色片（能感受自然界,7,种可见光，应用最为广泛，暗室安全灯用深绿色）。,宽容度,重要参数之一。是感光片在感光度上的伸缩性，即感光范围。,宽容度与感光度呈正比，即感光度越高，宽容度越大。,分辨率,金相组织细微部分在底片上能分辨清的程度。底片分辨率的大小与感光乳剂中银盐的颗粒大小有关，银盐颗粒越小，分辨率越高。此外银盐的均匀程度、乳剂膜本身的均匀程度以及片基反光膜的好坏都影响底片的分辨能力。,反差,重要参数之一。即底片上黑白色调的对比程度，也就是底片显影后明亮部分与阴暗部分密度的差别。反差低，黑白差别少，反差高的负片，黑白就极为分明。一般来说各类底片的反差性在乳剂的制造过程中已经确定。银盐粗，感光速度快的底片，反差低；银盐细，感光速度慢的底片，反差性高。,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,第三章 金相检验技术及设备,金相照片的质量和曝光有着密切的关系。曝光过度，所得负片的密度过厚，影像的细微部分无法分辨；曝光不足，所得负片的密度过低，使影像不清晰。因此要选择正确的曝光时间。对感光速度快的底片，曝光时间可以少些；对感光速度慢的底片，曝光时间可以多一些。曝光时间除与底片的感光度有关外，还与影象的亮度有关，一般初学者可以选用,阶段曝光法,来确定曝光时间。,3,底片的曝光,阶段曝光法,在正式摄影前，先把影像调清晰，随后将底片盒装上，摄影时不是把暗盒一次抽出，而是将抽板抽出一段距离作第一次曝光，然后再抽出一段作第二次曝光，那么第一次的曝光时间就是二次曝光时间的总和。以此类推，可以摄取不同区域不同时间的底片，底片经过显影后，选择最好的一段作为最佳曝光时间。确定以后再进行正式拍摄。,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,4,感光胶片的显影和定影,第三章 金相检验技术及设备,感光胶片的显影：显影的目的在于使潜影转变为可见的影像。前面提到对于曝光不足的底片，在显影时可以得到补救。在显影时，卤化银晶体微粒子中感受光的作用后由银原子所形成的“潜影”开始扩大，蔓延至整个晶体粒子中，使整个晶体粒子还原成为黑色的金属银，其他未感光的部位不存在 “潜影”，不发生还原。感光多的地方显影快，还原的银粒子多，形成黑色微粒的密度就大，随着显影时间的延长，所拍摄的影像能充分的显现出来。,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,第三章 金相检验技术及设备,感光胶片的显影,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.3,感光材料,4,感光胶片的显影和定影,第三章 金相检验技术及设备,感光胶片的定影：作用是使感光胶片上未经感光还原的卤化银变为可溶解于水的盐类。定影液通常采用酸性定影液，,3.3,金相显微摄影及暗室技术,3.3.4,暗室技术,第三章 金相检验技术及设备,暗室技术即暗室工作的总称，包括以下内容：,1,）底片和相纸的裁切和安装,2,）底片和相纸的冲洗过程,3,）底片的印相和放大,1,、,暗室的要求,2,、,底片的冲洗,3,、,印相,1,、暗室的要求,暗室面积要宽敞，配有通风设备，保持室内空气流动,必须要有,2,个门或套间。门与门不能相对，套间作底片冲洗，外间做印相放大；,墙壁要刷成深绿色或黑色，要有冲水池和下水道；,暗室安全灯要备齐，包括红黄绿三种颜色；,暗室器具要整洁，按照指定位置放置，不能用金属（不锈钢除外）器具，最好使用玻璃、塑料、胶木、搪瓷等耐腐蚀材料，避免与显影剂发生化学反应。,2,、底片的冲洗,底片经过曝光后，需要到暗室经过显影、停影、定影、冲洗、晾干等工序，才能得到一张负片（底版），其颜色与实物相反。,1,）显影 有两种不同的方法：,盆中显影,和罐中显影。,2,）停影 目的是立即停止显影，并中和粘在底片上的残留显影液，可以延长定影液的使用寿命。,3,）定影 溶解底片上的未感光的银盐，得到黑白透明的负片。,4,）冲洗 去处留在底片上的一切化学药品保证负片的长期保存不变质。,5,）晾干 去除底片上的水分。,盆中显影,又称为观察显影适合于单张底片和,120,胶卷。显影时先将底片在清水中浸泡一下，然后再放入显影液中，使底片的乳剂膜向上并不断晃动，使得显影充分，同时避免划伤乳剂膜，一般显影时间为,4,6,分钟。显影液温度,18,。,3,、印相,经过冲洗后的底片称为负片，它的黑白与实际组织相反，所以需要用相纸制作正片。印相就是将负片与相纸紧叠在一起，是负片的乳胶层与相纸的乳胶层对合，然后用光透过负片射在相纸上，使相纸的银盐感光，经冲洗后得到与负片黑白相反而与被摄组织吻合的影像。,印相可以在暗室红光下进行。,印相时，可根据印相的需要选择不同的感光纸。根据其反差强弱，感光纸分为,1,4,号。,1,号印相纸称为软性纸，,2,号印相纸是中性纸，,3,号印相纸是硬性纸，,4,号印相纸是特硬性纸。,金相照片宜选用,3,、,4,号感光纸。,感光纸的印相也分为曝光、显影、定影、水洗和干燥上光（使照片表面光亮）的过程。,3.4,显微硬度计,3.4.1,显微硬度的测试原理,硬度的测定是材料在力学性能研究中最简单最常用的一种方法，也是金相检验中常用的测试手段之一。与布氏硬度和洛氏硬度不同，显微硬度使用较小的载荷把硬度测试的范围缩小到微观尺度以内。,显微硬度与一般的维氏硬度测试相仿。,第三章 金相检验技术及设备,3.4,显微硬度计,3.4.1,显微硬度的测试原理,第三章 金相检验技术及设备,压头的类型,维氏锥体,努普型压头,3.4,显微硬度计,3.4.1,显微硬度的测试原理,第三章 金相检验技术及设备,维氏显微硬度值,显微硬度单位是,Nmm-2,，,硬度值以,HV,表示，以正方压头测量为例。,式中：,F,表示压头承受的载荷（,N,），,A,表示压痕面积,mm-2,。以,d,表示压痕对角线程度，锥体两面间夹角,=136,，,因此：,3.4,显微硬度计,3.4.1,显微硬度的测试原理,第三章 金相检验技术及设备,维氏显微硬度值,3.4,显微硬度计,3.4.2,影响显微硬度值的因素,测量误差,主要由载荷测量误差及压痕测量误差引起的,试样的表面状态,加载部位,试验载荷,载荷施加速度及保持时间,第三章 金相检验技术及设备,3.4,显微硬度计,3.4.3,显微硬度试验的应用范围,显微硬度的测定应当遵循,GB/T 4340.1-1999,金属维氏硬度试验第,1,部分：试验方法,中的有关规定，应当严格按照标准测量。,通过显微硬度试验的应用范围如下,:,测定细小薄片零件和零件的特殊部位，以及氮化层、氧化层、渗碳层等表面层的硬度。,对金相显微组织硬度的测定进行比较来研究金相组织。,对工件的剖面沿其纵深方向按一定的间隔进行硬度测定，以判定电镀、氮化、氧化或渗碳层等表面层的厚度。,第三章 金相检验技术及设备,作业,完成作业,1-12,题，交课代表。,