1、第二章 鋼鐵材料常見組織及 鋼的宏觀檢驗技術,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 基本內容 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,1、fe-c(fe-fe3c)相圖的作用及分析,包晶轉變線（水平線hjb），反應式： lb 0.53%c + h 0.09%c j 0.17%c,共晶轉變（水平線ecf），反應式： ld e 2.11%c + fe3c6.69%c,共析轉變（水平線

2、psk），通常標為a1溫度，反應式： s0.77%cp0.0218%c + fe3c6.69%c,其他重要的轉變線 gs線，a3線；es線，acm線。,工業純鐵 （鐵素體f）,工業純鐵顯 微 組織,2、鐵碳合金的平衡組織,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,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,過共析鋼。含碳量0.77%2.11%；其平衡組織為 網狀fe3c+p。,2、鐵碳合金的平衡組織,網狀fe3c+p組織,共晶白口鐵。含碳量4.30%；其平衡組織為ld。,2、鐵碳合金的

3、平衡組織,ld 組織,亞共晶白口鐵。含碳量2.11%4.30%；其平衡組織 為ld+p+fe3c。,2、鐵碳合金的平衡組織,ld+p+fe3c組織,過共晶白口鐵。含碳量4.30%6.69%；其平衡組織 為ld+fe3c。,2、鐵碳合金的平衡組織,ld+fe3c 組織,以共析鋼為例，過冷a等溫轉變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,以共析鋼為例，過冷a等溫轉變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transfo

4、rmation）,p的轉變發生在臨界溫度a1以下較高的范圍內，又稱為高溫轉變。,鋼的珠光體轉變,片狀珠光體在電子顯微鏡和金相顯微鏡中的形態,p的轉變發生在臨界溫度a1以下較高的范圍內，又稱為高溫轉變。,鋼的珠光體轉變,此外，還有球狀珠光體,以共析鋼為例，過冷a等溫轉變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,馬氏體轉變屬于低溫轉變。鋼的馬氏體組織是碳在-fe中的過飽和固溶體，是典型的非擴散型相變。,鋼的馬氏體轉變,45鋼淬火后的馬氏體組織,由于馬氏體相變產生較大應力，一般淬火后應進行回

5、火處理。,以共析鋼為例，過冷a等溫轉變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,以較慢條件下冷卻得到沿晶界析出的t+m組織,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,以共析鋼為例，過冷a等溫轉變曲線稱為c曲線，也稱為ttt（time temperature transformation）,圖2-2,貝氏體轉變是介于馬氏體和珠光體之間的轉變，屬于中溫轉變。,鋼的貝氏體轉變,上貝氏體,下貝氏體,貝氏體轉變是介于馬氏體和珠光體之間的轉變，屬于中溫轉變。,鋼的貝氏體轉變,粒狀貝氏體,此外還

6、有粒狀貝氏體、無碳貝氏體。,3、鋼的等溫轉變曲線及鋼鐵材料常見組織 難點,過冷奧氏體連續轉變曲線 難點,魏氏組織：當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生長，呈針狀析出。在光學顯微鏡下，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,（1）退火 將工件加熱到ac3 （或ac1）以上的適當溫度保溫后在爐內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,（3）淬火 淬火是

7、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,（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,（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

8、后200 回火后的組織,（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,（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,5、鋼的宏觀檢驗技術,鋼的宏觀檢驗技術的定義：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。 優點：檢驗范圍大，視域寬，

9、檢驗方法、操作技術以及所需的檢驗設備簡單，較快捷全面地反映出材料或產品的品質。 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,硫印實驗可以用來檢驗硫元素在鋼中的分布情況。 基本原理： h2so4 + fes h2s+ feso4 h2so4 + mns h2s+ mnso4 h2s + 2agbr ag2s（棕色）+ 2hbr,5.1、硫印實驗,5.1.2方法和操作步驟 鋼的硫印實驗方法按照國標gb/t 4236-1984進行。 試樣選取和制備： 棒材、鋼胚和圓鋼等產品從垂直于扎制方向的界面

10、選取。 對于鍛件，應選取縱向截面進行實驗。 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ra 1.61.8m。 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150200g/l na2s2o3水溶液）。,5.1、硫印實驗,步驟：,5.1、硫印實驗,注意事項： 為驗證效果，需重復試驗一次，第二次試驗時相紙覆蓋時間延長一倍。 如對結果有懷疑，可將試樣同一被檢面進行機加工至少去處0.5mm以上。,5.1、硫印實驗,5.1、硫印實驗,45鋼曲軸鍛造正火態硫印實驗 0.8x,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

11、方法。 5.2.1試樣的選?。核嵛g試樣必須選取最易發生各種缺陷的部位。 檢驗淬火裂紋、磨削裂紋、淬火軟點等缺陷應選取材料的外表面進行實驗； 檢驗鋼材質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，還應在有代表性的部位取樣作比較分析。,5.2、酸蝕實驗,5.2.2 熱酸蝕試驗：酸液加熱到一定溫度時，電化學腐蝕反應速度加快。 試驗所需設備：酸蝕槽、加熱器、堿水槽、流水沖洗曹、電熱吹風。 操作過程：在酸蝕槽中加熱酸液將加工

12、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，用電吹風吹干檢驗。注意：試樣制備好后應防止生銹。,5.2、酸蝕實驗,腐蝕試劑和實驗規范見表3-1,5.2、酸蝕實驗,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。此方法可直接在現場進行。 冷酸蝕實驗分為冷酸浸蝕法和冷酸擦蝕法。,5.2、酸蝕實驗,5.2.4 電解腐蝕試驗：此試驗是近年發展起來的試驗方法，適用于鋼材廠的大批量大型試驗。 電解腐蝕的原理：同原電池反應 試驗裝置：如圖所示,5.2、酸蝕實驗,5.2.5低倍組織缺陷的評定和標準

13、貫徹 鋼的低倍組織缺陷評定范圍和評定規則按照國家標準gb/t 1979-2001結構鋼低倍組織缺陷評級圖，該標準適用于碳素結構鋼、合金結構鋼、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,斷口檢驗能夠發現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，是反映產品質量極為重要的手段之

14、一。 5.3.1斷口檢驗的優點：對于使用過程中破損的零件和在生產制造過程中由于某種原因而導致破損的斷口，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，就可直接進行觀察和檢驗。,5.3、斷口檢驗,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的鋼材應作縱向斷口， 對于鋼材直徑或邊長小于40mm的鋼材應作橫向斷口。 縱橫斷口制備示意圖如圖所示：,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 按照國家標準gb/t 1814-1979鋼材斷口檢驗法，該標準適用于結構鋼，滾珠鋼，工具鋼及彈簧

15、鋼的熱軋、鍛造，冷拉條鋼和鋼坯。 斷口分類如下：纖維狀斷口 結晶狀斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 層狀斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 白點斷口 縮孔殘余斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 氣泡斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 非金屬夾雜物（目視可見）及夾渣斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 黑脆斷口,5.3、斷口檢驗,5.3.3鋼材斷口的分類及各種缺陷形態的識別 石狀斷口 萘狀斷口,5.3、斷口檢驗,塔形試驗是將鋼材

16、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紋情況的方法。檢驗方法按照國家標準gb/t 1012-1988塔形發紋磁粉檢驗法以及gb/t 15711-1995鋼材塔形發紋酸浸檢驗方法。 發紋是鋼內夾雜物、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。,5.4塔形試驗,各種基本組織的鑒別方法,1、f與fe3c網的鑒別,顯微硬度法：用50g載荷下，hv600以上為fe3c；hv200以下為f。,化學侵蝕法：用堿性苦味酸鈉熱蝕，白色組織變為黑色為fe3c；呈白色為f。,硬針刻劃法：劃痕粗者為f；反之為fe3c。,2、m和b下的鑒別,從形態上區別：針狀

17、m針葉較寬且長，兩個針葉相交時呈60角；下貝氏體針細且短，針的分布較任意，若兩針相交時多為55角。,用浸蝕法來區分：對試樣進行淺浸蝕，下貝氏體由兩相組成易于浸蝕，呈黑色；而馬氏體不易浸蝕，顏色較淺。,在電鏡下區別：下貝氏體針表面分布有fe3c；而針狀馬氏體是孿晶，只看到中脊。,3、f和a的區別,未溶f有明顯的晶界，存在于馬氏體的相界邊緣上；而a在馬氏體針之間，其形態隨馬氏體針葉的分布形狀而改變。,70si3mn鋼過熱淬火組織 （500）,粗大羽毛狀b,殘余奧氏體,馬氏體,20cr鋼880淬水，180回火后的組織（500）,鐵素體,羽毛貝氏體,黑色托氏體,一、實驗目的及要求,1掌握鋼鐵材料常見平衡組織、非平衡組織。 2了解鋼的宏觀檢驗技術。,實驗二 鋼鐵材料常見組織及 鋼的宏觀檢驗技術,二、實