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金相分析学习报告,报告人:董晨,学习过程,有色金属的金相组织及检验,金相样品的制备,金相试验方法,钢铁的金相组织及检验,在光学显微镜下，研究金属材料组织形态规律的科学，谓之金相学,金相样品的制备,样品制备的目标获得真实的组织结构试样制备要求代表性、保留所有的组织结构、表面平整步骤切取镶嵌研磨抛光腐蚀显微观察,金相样品的制备,切取方法：1.尽量采用锯、车、铇的方法截取。,2.截取试样的部位应在缺陷可能出现最严重部位截取。,3.气割取样时为消除过热引起的不良组织、需留不小于10mm的加工余量。,4.若是剪切取样，需留5mm的加工余量，去除因剪切引起的塑性变形组织。,5.试样尺寸一般为10X10mm或20X20mm，轴向不要过高。,镶嵌当样品小,试样形状复杂,需要边缘保护时,我们对样品进行镶嵌.优质镶嵌的标准:表面无污染,选择与试样相适应的镶嵌料.一般常用牙托粉作为镶嵌料,金相样品的制备,金相样品的制备,热镶嵌质量及硬度优于冷镶嵌单个镶嵌速度快尺寸标准,冷镶嵌用于脆性易碎试样大量快速镶嵌用于真空镶嵌可镶嵌任意形状试样,自动磨抛机型号为30的夹头,金相样品的制备,（1）粗磨用砂轮切割、锯等方法截取的试样，表面极为粗糙，可采用金相砂轮机进行粗磨；对于较软的材料，则可用锉刀挫平。但在粗磨过程中应注意试样的温度，不能使温度超出能使组织保持原状的温度范围，因此应对试样进行适当的冷却。同时，粗磨时不宜施加过大的接触力，因为压力太大会造成较厚的变形层，不易在后面的磨削过程中去除。,磨粒粒度大于100m时的磨光称为粗磨，粒度在10-100m之间可看成是细磨，当磨粒粒度小于1m时的磨削过程就叫抛光。,（2）细磨粗磨后试样的表面仍很粗糙，且都留下严重的变形层，可借助于不同粒度金相砂纸的多道磨光，使表面不平程度变小，变形层减小到最薄程度。,金相样品的制备,抛光,机械抛光是当前应用最广的抛光方法，它是在专门的金相试样抛光机上进行的。细磨后的试样经冲洗（避免粗磨粒带入抛光工序）后，将其磨面轻轻地置于抛光盘上进行抛光。,抛光膏有不同粒度，分成W7、W5、W3直到W0.25等。W7表示最粗磨粒直径为7m；如此类推。,金相样品的制备,化学腐蚀的原理：化学溶解过程。纯金属或单相均匀的固溶体化学腐蚀方式;两相组织化学腐蚀方式;,腐蚀分类：化学腐蚀、电解腐蚀、光学浸蚀、物理浸蚀。,常用化学腐蚀方法,金相样品的制备,金相试验方法,金相检验的分类,宏观检验；100倍以下观察,微观检验：100倍以上观察,冶金缺陷和加工制造引入的缺陷：气孔、缩孔、夹渣、裂纹、折叠；锻件的变形流线等,材料晶粒、夹杂物分布、带状组织、第二相质点大小、形状和分布以及材料的金相组织等,战略指导,金相试验方法,光学金相显微镜的放大原理示意图,AB表示待放大的物体，它置于物镜的一至二倍焦距之间（f1为物镜前焦距）。,经物镜放大后的一次像A/B/是一个倒立实像,一次像A/B/都应落在目镜的一倍焦距（f2）之内，它再经目镜放大则成为一个正立的虚像A/B/。,金相试验方法,光学金相显微镜的使用,明场照明特点,暗场照明特点,光线垂直地射向试样表面，得到在发亮的背底上衬出黑色像的映像。有凹凸不平处无阴影产生，得到清晰平坦的影像,入射磨面的光线不先经过物镜，减少了反射及炫光现象，减少了像差，衬度好于明场，像的颜色自然而均匀,衬度低、缺乏立体感,金相试验方法,带有摄影仪的金相显微镜,一、根据合金成分，结合状态判断合金中可能出现的组成相；,二、根据合金的加工工艺过程，结合相变和加工条件，估计加工后各种组成相的状态；,三、选取典型部位的试样通过磨制、抛光并腐蚀制备出合乎要求的金相试样；,四、在显微镜下先采用一般的明场分析，从低倍到高倍进行观察；,五、将试样放在带有摄影系统的金相显微镜下摄下图象。,钢铁的金相组织及检验,铸铁,工模具钢,焊接件,特种钢,钢铁,铸铁的金相组织及检验,铸铁分类：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。铁碳相图：随铸铁的化学成分和冷却条件不同,碳可能以两种形式存在,一种是化合态的渗碳体,另一种为结晶态的石墨.Fe3C3Fe+C.影响石墨化因素:成分及冷却速度的影响,AlCSiTiNiCuPCoZrZbWMnMoSCrVFeMgCeB,0,促进石墨化,阻碍石墨化,铸铁的金相组织及检验,白口铸铁分为冷硬白口铸铁和高铬白口铸铁。冷硬白口铸铁表面一定深度内形成白口层（细密的莱氏体），向内冷速稍慢形成麻口层（渗碳体、珠光体和片状石墨），心部冷速进一步下降，形成灰尘口层（珠光体和片状石墨）；高铬白口铸铁的铸态组织一般是共晶碳化物、马氏体和奥氏体，还有托氏体等；,铸铁的金相组织及检验,石墨的分布形状,灰铸铁的金相组织是由金属基体和片状石墨所组成的,有时还会有磷共晶出现.,片状,菊花状,块片状,枝晶点状,枝晶片状,星状,其中以片状为最常见,此类铸铁的性能也较好;而菊花状型由于石墨聚焦分布,使铸铁强度有所降低;块片状型铸铁性能显著恶化;枝晶点状由于其石墨密集分布,故有损于铸铁的力学性能;枝晶片状型由于石墨分布更明显的方向性,对性能不利;星状型属于正常的合格组织.,铸铁的金相组织及检验,灰铸铁金相图片,片状型石墨、呈弯曲片状、分布均匀，无方向性,菊花状石墨、中心为点状、周围向外辐射弯曲的片状，形如菊花,100 x,100 x,结构钢的金相组织及检验,结构钢,碳素结构钢(铁素体在显微镜下晶粒光滑平整),低合金结构钢(在碳素结构钢的基础上添加少量合金元素的钢,屈服点比其高25-150%以上,晶粒不平整,有凸起浮雕),鉴别各种热加工处理后的显微组织，鉴别和评定钢中非金属夹杂物的类型、形态和数量,检验钢的晶粒度等;,结构钢的金相检验主要为：,结构钢的金相组织及检验,碳素结构钢：,低碳结构钢：基体为铁素体及片状珠光体的混合组织。,中碳结构钢：具有铁素体及片状珠光体组织，含碳量提高，片状珠光体增多硬度和强度也随之升高。淬火后可得到马氏体，经回火后可以得到均匀分布或保持马氏体位向分布的索氏体组织。下图为10号钢退火处理后的金相图,200 x,200 x,结构钢的金相组织及检验,低合金结构钢我国低合金结构钢的种类颇多，加入的合金元素主要有锰、硅、铬、镍等，这些元素对提高钢的淬透性有较大的作用。锰为主要合金元素的低合金结构钢，如Q345,材料名称:Q345钢（16Mn钢）【w（C）0.12%-0.20%，w（Si）0.40%-0.60%，w（Mn）1.30%-1.60%，w(S)0.050%，w（P）0.045%】侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液处理情况：热轧供应状况基体为铁素体及块状分布的片状珠光体,100 x,工模具钢的金相组织及检验,碳素工具钢：高的硬度和耐磨性、淬透性差轴承钢：耐磨性、弯曲疲劳强度、冲击韧度均较高冷作模具钢：高硬度和耐磨性，小的热处理变形量热作模具钢：稳定地保持热强性、热疲劳性和韧性塑料模具钢：尺寸精度和表面粗糙度要求高高速钢：含有大量合金元素，较高的热硬性，淬火温度比一般工具钢高,工模具钢是用于制造零件的加工工具，大体有以下几种分类：,工模具钢的金相组织及检验,T12A钢腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液处理情况：锻造后空冷白色网状及针状组织为渗碳体，黑色基体组织是珠光体。,T10A钢腐蚀剂：3%苦味酸酒精溶液处理情况：860加热保温后炉冷粗大片状珠光体及沿晶界呈断续网状分布的渗碳体。,100 x,500 x,焊接件的金相组织及检验,焊接接头(焊缝、母材热影响区、母材未受热影响区）焊缝区：焊缝是填料和母材受热熔化后，先凝固结晶然后连续快速冷却到室温形成的组织。焊缝具有由结晶产生的一次组织和由固态相变生成的二次组织两种形态。,焊缝的一次组织：为铸态奥氏体。受焊缝组分过冷度大小影响，归纳五种形态：平面晶；胞状晶；胞状树枝晶；柱状树枝晶（最普遍）；等轴晶；,焊缝的二次组织：奥氏体冷却到Ar3以下，生成各种二次组织，如铁素铁、珠光体、贝氏体等。焊接所用含低碳的钢种，冷却后易生成先共析铁素体。随冷却速度增大，二次组织中先共析铁素体的形貌由块状变为针状；珠光体的片间距越来越小；超过一定冷却速度后会得到非平衡组织贝氏体和马氏体。,焊接件的金相组织及检验,焊缝组织，白色相为铁素体，粗针状及块状的先共析铁素体沿柱状晶晶界分布，粗针铁素体魏氏组织向晶内生长。晶内有大量细针状铁素体及少量珠光体,100 x,100 x,熔合区附近组织，图右部柱状晶区为焊缝组织，图中部为母材热影响过热区组织：沿晶界析出的先共析铁素体、魏氏组织，铁素体针向晶内生长。晶内黑色区为珠光体。图左部为热影响重结晶区组织：细晶粒铁素体和少量珠光体,Q235F钢,有色金属的金相组织及检验,铜及铜合金主要分为纯铜（T）、黄铜（H）、青铜（Q）、白铜（B）四大类。,纯铜的组织：铸态下纯铜的高倍组织为单相晶粒，其低倍组织多为发达的柱状晶；,黄铜的组织：黄铜分为普通黄铜和复杂黄铜。其中，普通黄铜的组织中，随着黄铜中锌含量的增加，固态下可出现三种相，位于相区的合金称为黄铜，位于相区为黄铜，位于相区称为黄铜。复杂黄铜为在铜-锌二元合金中再加入少量其他合金元素构成的多元合金。主要有锡黄铜，铅黄铜、锰黄铜等。因为再加元素的含量不高，常以CuZn相图为基础，再改善添加元素对、相界线左右移动的影响来了解其金相组织。,有色金属的金相组织及检验,铝及铝合金,变形铝合金：合金元素总含量低于D点，加热到一定温度后可形成单相固溶体，塑性好。主要分为工业纯铝、防锈铝合金、硬铝、超硬铝、锻铝几类；,铸造铝合金：合金元素总量大于D点时，出现共晶组织，性能差但液态流动性好，适用于铸造。其主要包括Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Zn合金四大类。,铝合金分类示意图,L,L+,有色金属的金相组织及检验,钛及钛合金,TA钛合金TB钛合金TC+钛合金,钛合金按组织命名,钛的金相组织：钛与铁一样具有同素异构转变，其、同素异构转变点为882，转变点以下的稳定相为相，属密排六方结构；转变点以上的稳定相为相，属体心立方结构。、相的组织形态，在光学显微镜下均为等轴状的多边形晶粒。、相可在偏振光下加以区别，相呈各向异性，而相呈各向同性。,感谢老师的指导!,