金相检验4-结构钢的金相检验
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2007-5-2 上海材料研究所 25
（二）轴承钢的热处理及组织 1、预备热处理 球化退火 2、最终热处理 淬火+低回(200 ℃左右) 3、组织 极细回火马氏体+细小均匀碳化物+少量 残余奥氏体
2007-5-2
上海材料研究所
26
（三）轴承钢的金相检验项目 1、球化退火组织（YB/T1255－2001第一级 别评级图）
冷变形 结构钢
冷压
生产工 艺
冲压
代表
组织
性能
检验项目
08钢、 08F钢、 10钢
铁素体+ 少量的颗 粒状碳化 物
晶粒度
铁素体晶粒、 游离渗碳体、 带状组织、 魏氏组织
冷拉
拉拔
15钢、25 冷拉纤维 钢、45钢、 组织（铁 15Mn 素体+珠 光体）
渗碳体的 球化
断口、脱碳 层、非金夹 杂、铁素体 晶粒度、带 状组织
优质碳素结构钢（45钢）
碳素铸钢
易切削钢
机械零件用钢
渗碳钢(15,20Cr,20CrMnTi, 18Cr2Ni4WA) 调质钢(40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo) 弹簧钢(65Mn、60Si2Mn) 滚动轴承钢(GCr15)
工程构件用钢
（低合金结构钢）（16MnVN）
2007-5-2
上海材料研究所
38CrMoAlA、40CrNiMoA、40CrMnMo等。
上海材料研究所 2007-5-2 12
（二）调质钢的缺陷组织 1、脱碳层 检验标准为GB/T 224-1987。
2007-5-2
上海材料研究所
图4-6 40Cr调质处理后 出现脱碳层（100×）13
2、淬火后回火过来自百度文库组织
中等针状 马氏体
28
3、淬火回火组织
依据YB/T1255－2001第二级别评级图进行，马 氏体针的粗细和残余奥氏体的多少。
残余奥 氏体
粗大马氏 体
图4-20 2007-5-2
GCr15钢840℃淬油160℃ 图4-21 GCr15钢严重过热 上海材料研究所 回火后的组织（500×） 淬火组织（550×）
29
4、表面脱碳层
上海材料研究所
24
模块五、轴承钢的金相检验
（一）轴承钢
轴承钢适合于制造各种不同工作环境的各类滚动轴承套圈 和滚动体。要求硬度高、接触疲劳强度高和耐磨性好。铬 元素其主要作用。硬度为61～65 HRc。 常见牌号有：高 碳高铬轴承钢以GCr15、GCr15SiMn钢为代表；渗碳轴承 钢以25钢、15Mn、G20CrMo、G20Cr2Ni4钢为代表；不 锈钢轴承以9Cr18、1Cr18Ni9、1Cr17Ni2和Cr13为代表； 耐腐蚀、高温轴承以Cr4Mo4V、W18CrV、 W6Mo5Cr4V2为代表，中碳轴承钢以65Mn、55SiMoV为 代表；防磁轴承以25Cr18Ni10W、70Mn18Cr4W2MoV 为代表。 轴承钢对原材料质量要求较高，要求材料严格控制杂质和 有害成分，并且化学成分要均匀一致。
1.按用途分类
2007-5-2
上海材料研究所
3
2.按化学成分分类
2007-5-2
上海材料研究所
4
3.按质量分类
4.按冶炼方法分类 5.按金相组织分类 （1）按退火组织分类
（2）按正火组织分类
2007-5-2 上海材料研究所 5
结 构 钢
碳 素 结 构 钢
合 金 结 构 钢
普通碳素结构钢（Q235B）
2007-5-2 上海材料研究所
未溶铁 素体
15
4、欠淬透组织
托氏体 （片状 渗碳体）
图4-10 40Cr钢850℃淬油 冷却不足组织（500×）
2007-5-2 上海材料研究所 16
模块四、弹簧钢的金相检验
1、弹簧钢
弹簧钢是用于制造各种弹性元件的专用结构钢， 具有弹性极限高，足够的韧性、塑性和较高的疲 劳强度。弹簧钢中加入的合金元素主要有硅和锰， 目的是为提高淬透性。 常用牌号：冷拔钢丝T8MnA、65Mn，碳素钢65、 65Mn、70Mn，硅铬系的60SiCrA、60Si2CrVA， 硅锰系的60Si2Mn，退火态使用的50CrVA、 60Si2MnA、65Si2MnWA等。
8
2007-5-2
上海材料研究所
模块二、冷变形钢常用金相检验标准
（一）铁素体晶粒度测定法 评级标准为GB/T 4335-1984 《低碳钢冷 轧薄板铁素体晶粒度测定法》。适用于含 碳量小于0.2％的低碳钢冷轧薄板铁素体晶 粒度的测定。 1、比较法 2、切割法
2007-5-2 上海材料研究所 9
（二）钢的显微组织评定方法铁素体和珠光 铁素体和珠光体相间的带状组织评级标准 为GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定 法》。
图4-22 GCr15钢球 化处理表面脱碳层 组织（400×）
2007-5-2
上海材料研究所
30
5、网状碳化物组织
依据YB/T1255－2001第四级别评级图进行评定。
图4-23 GCr15 钢白色网状的碳
化物（400×）
2007-5-2
上海材料研究所
31
结构钢金相检验实例
选取材料GCr15(结构钢里的轴承钢) 1、了解所选材料的热处理工艺及原始组织。 2、检验：硬度测试、宏观检验、微观检验。 3、分析和讨论产生缺陷的原因，形成机理。 4、得出结论。
图4- 7 40CrNiMo钢910℃淬 油，180℃回火过热淬火组 织（500×）
2007-5-2
粗大马 氏体
图4-8 40CrNiMo钢850℃淬 油，180℃回火正常淬火组织 (500×)
14
上海材料研究所
3、淬火后回火欠热组织
图4-9 40CrNiMo钢790℃淬 油，180℃回火欠热淬火组 织（500×）
游离渗 碳体
游离渗 碳体
铁素体
图 4-1 钢退火组织（500×）（A系1级） 上海材料研究所 图 4-2 钢冷轧组织(500×)(B系3～4级 ) 10 2007-5-2
图4-3 16Mn钢热轧带状组织（100×）(B系3～4级 )
2007-5-2
上海材料研究所
11
模块三、调质钢的金相检验
（一）调质钢 调质：结构钢在淬火加高温回火后具有良 好的综合力学性能，有较高的强韧性，这 种热处理方法叫做调制处理，经调质处理 后的钢称之为调质钢。 热处理：淬火+高温回火、最终温度Ac3以 上30~50℃。 原始组织：细小均匀的铁素体+珠光体。 常用牌号有：40Cr、40MnB、30CrMnSi、
2007-5-2
上海材料研究所
32
END！
上海材料研究所
33
作业
请从下面几个方面比较调制钢、弹簧钢、 轴承钢： 1 热处理工艺 2 组织 3 金相检验项目
2007-5-2
上海材料研究所
34
上海材料研究所
22
淬火组织为针状马氏体。
粗大羽 毛状B 马氏体
图4-15 65Mn钢830℃淬 火组织(500×)
2007-5-2
残余奥 氏体
上海材料研究所
图4-16 70Si3Mn钢过热淬火 组织（500×）
23
回火组织为回火托氏体
图4- 17 50CrV钢正 常回火托氏体组织 （500×）
2007-5-2
6
模块一、冷变形钢的金相检验
冷变形钢是指可以在常温下用冲压或拉拔等 冷变形的方法，以支撑某种机械零件或毛坯 的钢材。分为冷冲压用钢和冷拉结构钢。 （一）、冷压结构钢的金相检验 （二）、冷拉结构钢的金相检验 （三）、冷变形钢热处理后的组织和性能
（等轴晶组织）
2007-5-2
上海材料研究所
7
表4-1 冷压和冷拉结构钢对比
图4-18 GCr15钢 730℃球化退火欠热球 化不良组织（500×）
片状珠 光体
2007-5-2 上海材料研究所 27
2、非金属夹杂物的检验：
依据GB/T10561－2005进行。
图4-19 （500×）图3-179（100×） GCr15钢带状碳化物组织
2007-5-2 上海材料研究所
硫化物 夹杂
未脱碳层：球状珠光体。
2007-5-2
上海材料研究所
20
②脱碳层深度的测定方法 金相法 硬度法（显微硬度、洛氏硬度） 化学分析法
2007-5-2
上海材料研究所
21
（3）显微组织的检验 球化退火处理，组织为球状珠光体。
图4-14 65Mn 钢球 化退火组织(500×)
球状P
2007-5-2
结构钢的金相检验
《金相检验》第四单元
主讲：王文科
上海材料研究所
1
内容
钢的分类 冷变形钢的金相检验 冷变形钢常用金相检验标准 调质钢的金相检验 弹簧钢的金相检验 轴承钢的金相检验 钢的脱碳层深度测定法 结构钢金相检验分析案例
上海材料研究所 2
2007-5-2
钢的分类(预备知识)
2007-5-2
上海材料研究所
17
2、弹簧钢的强化工艺及组织
弹簧钢丝成材过程的强化处理工艺有：冷拉后淬 火加中温回火，组织为回火托氏体；“铅淬” 冷 拔处理。 （1）热成形弹簧 （2）冷成形弹簧
2007-5-2
上海材料研究所
18
3、弹簧钢的金相检验项目
（1）石墨碳和非金属夹杂物 检验按照国标GB/T 10561-1989和GB/T 133021991进行评级。 （2）表面脱碳层检验 按照GB/T 224-1987进行。
半脱碳 层
图4-13 60Si2MnA钢 脱碳层组织(500×)
全脱碳 层
2007-5-2
上海材料研究所
19
①脱碳层及其组织
全脱碳层：全部为铁素体组织，深度由试样边缘到 出现珠光体或其他组织的部分。 部分脱碳层：深度由全脱碳层的终端到心部组织出 现为止 脱碳层的总厚度：全脱碳层和部分脱碳层之和。 全脱碳层：铁素体 部分脱碳层：（1）铁素体及片状珠光体； （2）片状 及球状光体；
（二）轴承钢的热处理及组织 1、预备热处理 球化退火 2、最终热处理 淬火+低回(200 ℃左右) 3、组织 极细回火马氏体+细小均匀碳化物+少量 残余奥氏体
2007-5-2
上海材料研究所
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（三）轴承钢的金相检验项目 1、球化退火组织（YB/T1255－2001第一级 别评级图）
冷变形 结构钢
冷压
生产工 艺
冲压
代表
组织
性能
检验项目
08钢、 08F钢、 10钢
铁素体+ 少量的颗 粒状碳化 物
晶粒度
铁素体晶粒、 游离渗碳体、 带状组织、 魏氏组织
冷拉
拉拔
15钢、25 冷拉纤维 钢、45钢、 组织（铁 15Mn 素体+珠 光体）
渗碳体的 球化
断口、脱碳 层、非金夹 杂、铁素体 晶粒度、带 状组织
优质碳素结构钢（45钢）
碳素铸钢
易切削钢
机械零件用钢
渗碳钢(15,20Cr,20CrMnTi, 18Cr2Ni4WA) 调质钢(40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo) 弹簧钢(65Mn、60Si2Mn) 滚动轴承钢(GCr15)
工程构件用钢
（低合金结构钢）（16MnVN）
2007-5-2
上海材料研究所
38CrMoAlA、40CrNiMoA、40CrMnMo等。
上海材料研究所 2007-5-2 12
（二）调质钢的缺陷组织 1、脱碳层 检验标准为GB/T 224-1987。
2007-5-2
上海材料研究所
图4-6 40Cr调质处理后 出现脱碳层（100×）13
2、淬火后回火过来自百度文库组织
中等针状 马氏体
28
3、淬火回火组织
依据YB/T1255－2001第二级别评级图进行，马 氏体针的粗细和残余奥氏体的多少。
残余奥 氏体
粗大马氏 体
图4-20 2007-5-2
GCr15钢840℃淬油160℃ 图4-21 GCr15钢严重过热 上海材料研究所 回火后的组织（500×） 淬火组织（550×）
29
4、表面脱碳层
上海材料研究所
24
模块五、轴承钢的金相检验
（一）轴承钢
轴承钢适合于制造各种不同工作环境的各类滚动轴承套圈 和滚动体。要求硬度高、接触疲劳强度高和耐磨性好。铬 元素其主要作用。硬度为61～65 HRc。 常见牌号有：高 碳高铬轴承钢以GCr15、GCr15SiMn钢为代表；渗碳轴承 钢以25钢、15Mn、G20CrMo、G20Cr2Ni4钢为代表；不 锈钢轴承以9Cr18、1Cr18Ni9、1Cr17Ni2和Cr13为代表； 耐腐蚀、高温轴承以Cr4Mo4V、W18CrV、 W6Mo5Cr4V2为代表，中碳轴承钢以65Mn、55SiMoV为 代表；防磁轴承以25Cr18Ni10W、70Mn18Cr4W2MoV 为代表。 轴承钢对原材料质量要求较高，要求材料严格控制杂质和 有害成分，并且化学成分要均匀一致。
1.按用途分类
2007-5-2
上海材料研究所
3
2.按化学成分分类
2007-5-2
上海材料研究所
4
3.按质量分类
4.按冶炼方法分类 5.按金相组织分类 （1）按退火组织分类
（2）按正火组织分类
2007-5-2 上海材料研究所 5
结 构 钢
碳 素 结 构 钢
合 金 结 构 钢
普通碳素结构钢（Q235B）
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未溶铁 素体
15
4、欠淬透组织
托氏体 （片状 渗碳体）
图4-10 40Cr钢850℃淬油 冷却不足组织（500×）
2007-5-2 上海材料研究所 16
模块四、弹簧钢的金相检验
1、弹簧钢
弹簧钢是用于制造各种弹性元件的专用结构钢， 具有弹性极限高，足够的韧性、塑性和较高的疲 劳强度。弹簧钢中加入的合金元素主要有硅和锰， 目的是为提高淬透性。 常用牌号：冷拔钢丝T8MnA、65Mn，碳素钢65、 65Mn、70Mn，硅铬系的60SiCrA、60Si2CrVA， 硅锰系的60Si2Mn，退火态使用的50CrVA、 60Si2MnA、65Si2MnWA等。
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模块二、冷变形钢常用金相检验标准
（一）铁素体晶粒度测定法 评级标准为GB/T 4335-1984 《低碳钢冷 轧薄板铁素体晶粒度测定法》。适用于含 碳量小于0.2％的低碳钢冷轧薄板铁素体晶 粒度的测定。 1、比较法 2、切割法
2007-5-2 上海材料研究所 9
（二）钢的显微组织评定方法铁素体和珠光 铁素体和珠光体相间的带状组织评级标准 为GB/T 13299-1991《钢的显微组织评定 法》。
图4-22 GCr15钢球 化处理表面脱碳层 组织（400×）
2007-5-2
上海材料研究所
30
5、网状碳化物组织
依据YB/T1255－2001第四级别评级图进行评定。
图4-23 GCr15 钢白色网状的碳
化物（400×）
2007-5-2
上海材料研究所
31
结构钢金相检验实例
选取材料GCr15(结构钢里的轴承钢) 1、了解所选材料的热处理工艺及原始组织。 2、检验：硬度测试、宏观检验、微观检验。 3、分析和讨论产生缺陷的原因，形成机理。 4、得出结论。
图4- 7 40CrNiMo钢910℃淬 油，180℃回火过热淬火组 织（500×）
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粗大马 氏体
图4-8 40CrNiMo钢850℃淬 油，180℃回火正常淬火组织 (500×)
14
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3、淬火后回火欠热组织
图4-9 40CrNiMo钢790℃淬 油，180℃回火欠热淬火组 织（500×）
游离渗 碳体
游离渗 碳体
铁素体
图 4-1 钢退火组织（500×）（A系1级） 上海材料研究所 图 4-2 钢冷轧组织(500×)(B系3～4级 ) 10 2007-5-2
图4-3 16Mn钢热轧带状组织（100×）(B系3～4级 )
2007-5-2
上海材料研究所
11
模块三、调质钢的金相检验
（一）调质钢 调质：结构钢在淬火加高温回火后具有良 好的综合力学性能，有较高的强韧性，这 种热处理方法叫做调制处理，经调质处理 后的钢称之为调质钢。 热处理：淬火+高温回火、最终温度Ac3以 上30~50℃。 原始组织：细小均匀的铁素体+珠光体。 常用牌号有：40Cr、40MnB、30CrMnSi、
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END！
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作业
请从下面几个方面比较调制钢、弹簧钢、 轴承钢： 1 热处理工艺 2 组织 3 金相检验项目
2007-5-2
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34
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22
淬火组织为针状马氏体。
粗大羽 毛状B 马氏体
图4-15 65Mn钢830℃淬 火组织(500×)
2007-5-2
残余奥 氏体
上海材料研究所
图4-16 70Si3Mn钢过热淬火 组织（500×）
23
回火组织为回火托氏体
图4- 17 50CrV钢正 常回火托氏体组织 （500×）
2007-5-2
6
模块一、冷变形钢的金相检验
冷变形钢是指可以在常温下用冲压或拉拔等 冷变形的方法，以支撑某种机械零件或毛坯 的钢材。分为冷冲压用钢和冷拉结构钢。 （一）、冷压结构钢的金相检验 （二）、冷拉结构钢的金相检验 （三）、冷变形钢热处理后的组织和性能
（等轴晶组织）
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表4-1 冷压和冷拉结构钢对比
图4-18 GCr15钢 730℃球化退火欠热球 化不良组织（500×）
片状珠 光体
2007-5-2 上海材料研究所 27
2、非金属夹杂物的检验：
依据GB/T10561－2005进行。
图4-19 （500×）图3-179（100×） GCr15钢带状碳化物组织
2007-5-2 上海材料研究所
硫化物 夹杂
未脱碳层：球状珠光体。
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②脱碳层深度的测定方法 金相法 硬度法（显微硬度、洛氏硬度） 化学分析法
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（3）显微组织的检验 球化退火处理，组织为球状珠光体。
图4-14 65Mn 钢球 化退火组织(500×)
球状P
2007-5-2
结构钢的金相检验
《金相检验》第四单元
主讲：王文科
上海材料研究所
1
内容
钢的分类 冷变形钢的金相检验 冷变形钢常用金相检验标准 调质钢的金相检验 弹簧钢的金相检验 轴承钢的金相检验 钢的脱碳层深度测定法 结构钢金相检验分析案例
上海材料研究所 2
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钢的分类(预备知识)
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17
2、弹簧钢的强化工艺及组织
弹簧钢丝成材过程的强化处理工艺有：冷拉后淬 火加中温回火，组织为回火托氏体；“铅淬” 冷 拔处理。 （1）热成形弹簧 （2）冷成形弹簧
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18
3、弹簧钢的金相检验项目
（1）石墨碳和非金属夹杂物 检验按照国标GB/T 10561-1989和GB/T 133021991进行评级。 （2）表面脱碳层检验 按照GB/T 224-1987进行。
半脱碳 层
图4-13 60Si2MnA钢 脱碳层组织(500×)
全脱碳 层
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19
①脱碳层及其组织
全脱碳层：全部为铁素体组织，深度由试样边缘到 出现珠光体或其他组织的部分。 部分脱碳层：深度由全脱碳层的终端到心部组织出 现为止 脱碳层的总厚度：全脱碳层和部分脱碳层之和。 全脱碳层：铁素体 部分脱碳层：（1）铁素体及片状珠光体； （2）片状 及球状光体；