金相檢驗(yàn)基礎(chǔ)知識

發(fā)布者：曙光時(shí)間：2022-09-29

金相基礎(chǔ)知識

金相分析

金相分析—是運(yùn)用放大鏡和顯微鏡，根據(jù)對金屬材料的宏觀及微觀組織進(jìn)行觀察研究的方法，生產(chǎn)實(shí)際中常常稱為金相檢驗(yàn)。宏觀組織是用10倍以下的放大鏡或者人眼睛直接觀察到的金屬材料內(nèi)部所具有的各組成物的直觀形貌，微觀組織主要是指在光學(xué)顯微鏡下所觀察到得金屬材料內(nèi)部具有的各組成物的直觀形貌。

金相檢驗(yàn)基礎(chǔ)

首先要明確金屬和合金在固態(tài)下，通常都是晶體。晶體就是原子在三維空間中有規(guī)則作周期重復(fù)排列的物質(zhì)，就是說，在金屬和合金中，原子的排列都是有規(guī)則的，而不是雜亂無章的。

晶體通常具有如下的特征：

1.均勻性；

2.各向異性；

3.能自發(fā)地組成多面體外形；

4.具有確定的熔點(diǎn)；

5.晶體的理想外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性；

6.對X射線產(chǎn)生衍射效應(yīng)。

晶格分類

體心立方晶格

體心立方晶格晶胞的3個(gè)棱邊長度相等，3個(gè)軸間夾角均為90度，構(gòu)成立方體。晶胞的8個(gè)角上各有一個(gè)原子，在立方體的中心還有一個(gè)原子。

面心立方晶格

面心立方晶格晶胞的8個(gè)角上各有一個(gè)原子，構(gòu)成立方體。在立方體的6個(gè)面的中心各有一個(gè)原子。

密排六方晶格

密排六方晶格晶胞在晶胞的12個(gè)頂角上各有1個(gè)原子，構(gòu)成六方柱體，上、下底面的中心也各有一個(gè)原子，晶胞內(nèi)有6個(gè)原子。

Fe-C相圖

相圖的相區(qū)

1.單相區(qū)，簡化的Fe-Fe3C相圖中有F、A、L和Fe3C四個(gè)單相區(qū)。

2.兩相區(qū)，簡化的Fe-Fe3C相圖中有L+A、L+Fe3C、A+F、A+FeC和F+Fe3C五個(gè)兩相區(qū)。

每個(gè)兩相區(qū)都與相應(yīng)的兩個(gè)單相區(qū)有相鄰兩條三相共存線，即：共晶線：ECF、L、A和Fe3C三相共存。共析線：PSK、A、F和Fe3C三相共存。

鋼在加熱和冷卻時(shí)臨界溫度的定義

AC1 – 加熱時(shí)，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度。

Ar1 – 冷卻時(shí)，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度。

AC3 – 加熱時(shí)，先共析鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終止溫度。

Ar3 – 冷卻時(shí)，奧氏體開始析出先共析鐵素體的溫度。

Accm – 加熱時(shí)，二次滲碳體全部融入奧氏體的終止溫度。

Arcm – 冷卻時(shí)，奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度。

通常把加熱時(shí)的臨界溫度加注下標(biāo)“C”，冷卻時(shí)的臨界溫度加注下標(biāo)為“r”

鐵碳合金的七種類型

1.工業(yè)純鐵：w（C）﹤0.0218%

2.共析鋼：w（C）=0.77%

3.亞共析鋼：w（C）=0.021%～0.77%

4.過共析鋼：w（C）=0.77%～2.11%

5.共晶白口鐵：w（C）=4.30%

6.亞共晶白口鐵：w（C）=2.11%～4.30%

7.過共晶白口鐵：w（C）=4.30%～6.69%

鐵碳合金的基本組織

鐵素體：

碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。因?yàn)轶w心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度極小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時(shí)達(dá)到最大值，也僅有0.0218%。

鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。

奧氏體：

碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶解較多的碳。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時(shí)為0.77%，在1148度時(shí)達(dá)到最大值2.11%。奧氏體塑性很好，強(qiáng)度和硬度也比鐵素體高。

滲碳體：

滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。

滲碳體的含碳量為6.69%，熔點(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒有塑性。一般來說，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

珠光體：

鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物叫做珠光體，常用P表示。珠光體的平均含碳量為0.77%。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

萊氏體：

由奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（共晶體）叫做萊氏體，常用Ld表示。萊氏體的平均含碳量為4.3%，因它以滲碳體為基體，其性能硬而脆。當(dāng)冷卻至727度時(shí)，萊氏體中的奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。

鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的五個(gè)基體組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的三個(gè)基本相，而珠光體和萊氏體則為基本相組成的機(jī)械混合物。

金相顯微鏡

1. 金相顯微鏡的放大原理

金相顯微鏡是由兩塊透鏡（物鏡和目鏡）組成，并借助物鏡、目鏡兩次放大，使物體得到較高的倍數(shù)。放大率與物鏡和目鏡的焦距乘積成反比。

物鏡：顯微鏡成象質(zhì)量主要決定于物鏡的優(yōu)劣，因此它是顯微鏡中的最重要的光學(xué)零件。物鏡的分辨率：是指將試樣上細(xì)微組織構(gòu)成清晰可分的能力。

象差：一般實(shí)用光束均要有一定寬度，而且物體的發(fā)光點(diǎn)也不可能全部都用在光軸上，對不同波長的光折射率也不相同。因此，實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)與近軸光學(xué)系統(tǒng)所得圖像有所偏差。

目鏡：是將物鏡放大的中間象再次放大。放大倍數(shù)=物鏡放大倍數(shù)×目鏡放大倍數(shù)。

觀察：為了保證在聚焦過程中物鏡不觸及試樣的操作次序是先調(diào)節(jié)粗動(dòng)螺絲使物鏡接近試樣，再通過目鏡觀察試樣時(shí)用微動(dòng)螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2. 金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)

3. 金相組織檢驗(yàn)方法

GB/T 13298-1991》

a.試樣的侵蝕-一般情況下顯示組織用4%硝酸酒精溶液侵蝕。

b.在顯微鏡下觀察鐵素體為均勻明亮的多邊形晶粒。

c.滲碳體不會(huì)被硝酸酒精溶液腐蝕，所以在顯微鏡下顯示白亮顏色。

d.珠光體在高倍顯微鏡下可以看到是條狀滲碳體分布于鐵素體機(jī)體上，在低倍顯微鏡下呈片層狀特征。

4. 金相顯微鏡的操作

1）操作者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；

2）操作時(shí)雙手要干凈，試樣的觀察面應(yīng)用酒精沖洗并吹干；

3）操作顯微鏡時(shí)，對鏡頭要輕拿輕放，不用的鏡頭應(yīng)隨時(shí)放入盒中，不能用手觸摸鏡頭；

4）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)中必須避免物鏡和試樣磨面碰撞，損壞鏡頭；

5）顯微鏡使用完畢后，應(yīng)及時(shí)將物鏡、目鏡卸下，放入盒中，最后切斷電源。

5. 金相顯微鏡的維護(hù)

1）金相顯微鏡的工作地點(diǎn)必須干燥、少塵、少震動(dòng)，不應(yīng)放在陰暗潮濕的地方，也不應(yīng)受陽光暴曬；

2）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；

3）在顯微鏡工作時(shí)，樣品上的殘留液體、油污必須去凈，如不慎玷污鏡頭，應(yīng)立即用棉花擦凈。油鏡頭用畢應(yīng)立即用二甲苯細(xì)心的揩凈；

4）物鏡、目鏡一般應(yīng)放在干燥皿中，如果有灰塵用吹灰球洗凈，然后用擦鏡紙擦干凈；

5）陰暗潮濕的空氣對顯微鏡危害很大，會(huì)造成部件生銹、發(fā)霉，以致報(bào)廢；

6）機(jī)械部分不要隨意拆卸，經(jīng)常加潤滑油，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

金相切割機(jī)

1. 使用方法

1）右手將手柄抬起，左手將支撐板脫開支撐點(diǎn)，這時(shí)右手握住手柄使試樣漸漸接近砂輪片，進(jìn)行切割；

2）切割時(shí)，冷卻液必須對準(zhǔn)試樣的切割位置，并同時(shí)保持均勻進(jìn)給。冷卻液的大小也應(yīng)調(diào)節(jié)至切割要求，以免溢出機(jī)外；

3）切割完畢將鋸架抬起到一定的高度，支撐板便自動(dòng)將鋸架支撐在一定位置，此時(shí)方可取下試樣。

2. 維護(hù)與保養(yǎng)

1）嚴(yán)禁使用已有裂紋或破損的砂輪片進(jìn)行切割。

2）不宜在沒有冷卻液或冷卻液不充分的情況下切割。

3）切割機(jī)應(yīng)每天做好清潔保養(yǎng)工作，各轉(zhuǎn)動(dòng)處在操作前應(yīng)注入潤滑油。

4）機(jī)體內(nèi)積屑及垃圾應(yīng)經(jīng)常清除，使排水暢通。

金相鑲嵌機(jī)

1. 使用方法

1）接通電源開關(guān)；

2）將需鑲嵌的試樣放置在下模，放入電玉粉或膠木粉，合上防護(hù)蓋板，旋緊八角旋鈕，使下模上升到壓力指示燈亮，恒溫一定時(shí)間，使試樣成形；

3）松開八角旋鈕及蓋板，頂出試樣，并在十分安全的情況下取出試樣；

4）如需調(diào)整設(shè)定溫度時(shí)，可根據(jù)需要按鍵進(jìn)行調(diào)整設(shè)定溫度值，其他參數(shù)均不需要調(diào)整。

2. 維護(hù)與保養(yǎng)

1）每次使用完畢，及時(shí)做好清潔保養(yǎng)工作，嚴(yán)禁使用帶有腐蝕性的液體進(jìn)行清洗，清潔后的鋼模套內(nèi)腔和上下模應(yīng)涂上油脂，防止銹蝕。

2）對絲杠、花鍵套等轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)部位必須定期加油潤滑，連續(xù)使用3～5次，以免在操作時(shí)產(chǎn)生卡死和超負(fù)荷現(xiàn)象，損壞機(jī)件。

金相預(yù)墨機(jī)

1. 使用方法：

1）調(diào)節(jié)水旋鈕，讓水不停地流入磨盤；

2）磨盤注入適量水后，放入砂紙；

3）接通開關(guān)磨盤旋轉(zhuǎn)后，進(jìn)行磨光工作；

4）放入不同型號的砂紙，由粗至細(xì)連續(xù)進(jìn)行磨光；

5）使用的砂紙以水砂紙最為適宜。

2. 維護(hù)與保養(yǎng)

1）不允許使用已破損的砂紙，以免影響磨光時(shí)的安全。

2）及時(shí)清除底座中的沉積物以利于排水，不使用時(shí)應(yīng)及時(shí)蓋好塑料蓋。

3）長期使用后應(yīng)及時(shí)更換軸承的潤滑油。

金相拋光機(jī)

1.使用方法

1）取下蓋、罩和套圈，做好清潔工作；

2）將拋光織物粘貼在拋光盤上，并在粘貼前先在盤上涂少量的機(jī)油，為保證使用安全，一般呢絨類織物采用粘貼法；

3）將罩緊壓在盤內(nèi)，并在織物表面滴上適量的拋光液或拋光膏與水，接通電源開關(guān)，進(jìn)行拋光工作；

4）在不使用時(shí)及時(shí)蓋上塑料蓋，以免灰塵或其他雜物落入拋光織物上影響拋光效果。

2. 維護(hù)與保養(yǎng)

1）在使用時(shí)不允許對試樣加過大的壓力，以免電動(dòng)機(jī)過載而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞。

2）拋光織物應(yīng)緊貼在拋光盤上，不允許使用已破損的織物，以免在拋光時(shí)試樣有飛出去的危險(xiǎn)。

3）在不使用時(shí)應(yīng)及時(shí)清理排污通道的沉積物做好清潔保養(yǎng)工作。

4）長期使用后，應(yīng)及時(shí)更換電動(dòng)機(jī)潤滑油。

金相試樣的制備

金相試樣制備是通過切割、研磨、拋光等步驟使金屬材料成為具備金相觀察所要求的過程。金相試樣截取的方向、部位及數(shù)量應(yīng)根據(jù)金屬制造的方法、檢驗(yàn)的目的、技術(shù)條件或雙方協(xié)議的規(guī)定選擇有代表性的部位進(jìn)行截取。金相試樣的制備、研磨和侵蝕參照GB/T13298—1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

取樣注意事項(xiàng)：

試樣尺寸以磨面面積小于400平方毫米，高度以15—20mm為宜。試樣可以用手鋸、砂輪切割機(jī)、電火花切割機(jī)、車、銑、鋸等方式。脆而硬的金屬可以用錘擊法取樣。不論使用何種方法切割，均應(yīng)該注意不能使試樣由于變形或受熱導(dǎo)致組織發(fā)生變化。對于使用高溫切割的試樣，必須除去熱影響部分。

1.在金相試樣制備過程中，有許多試樣直接磨拋有困難，需要進(jìn)行鑲嵌。通常進(jìn)行鑲嵌的試樣有：形狀不規(guī)則的試樣、線材及板材，細(xì)小工件；表面處理及滲層、鍍層等。