第四章 钢显微组织评定(全)
金属材料进厂检验方法
Nb
≤0.010 ≤0.010 0.020~0.050
RE
－ －
残留元素上限（%） Cr 0.15 Mo 0.020 Ni 0.10 Cu 0.15 Sn 0.040 Sb 0.020 Ti 0.025 Cu＋10Sn 0.35 Cr＋Mo＋Ni＋Cu 0.35
需方要求对成品化学成分进行验证分析时，与表 1.1.2 规定成分范围的偏差值应符 合 GB/T222-2006 钢的成品化学成分允许偏差中表 1 的规定。 对残留元素， 若供方保证 ， 可不做检验。 1.1.3 拉伸性能 钢轨的抗拉强度和伸长率应符合表 1.1.3 中规定。
外形、表面质量
验收检验项目
取样部位 图 1.1.1 图 1.1.1 过渡区外 的全断面 图 1.1.1 图 1.1.1 距轨端 300mm 处 全长 全长 － 试验方法 GB/T14203 GB/T228 GB226 GB/T13298 GB224 样板、影像 投影仪 目测 目测 － TB/T2344-2003 43kg/m~75kg/m 热轧钢轨订货 技术条件 检测依据
0.65~0.76 0.71~0.80 0.72~0.80
Si
0.15~0.35 0.50~0.80 0.60~0.90
Mn
1.10~1.40 0.70~1.05 1.00~1.30
P
≤0.030 ≤0.030 ≤0.030
SHale Waihona Puke ≤0.030 ≤0.030 ≤0.030
V
≤0.030 0.040~0.12 ≤0.030
图 1.1.1
普速 43kg/m~75kg/m 理化检验取样位置图
2
中铁轨道系统集团有限公司道岔分公司进料检验方法
钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法介绍
钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法介绍GB/T 10561—2005—何群雄，孙时秋：介绍了钢中非金属夹杂物含量测定显微检验法的概况，并对国标等同采用国际标准ISO4967：1998后变化的技术内容作了简要说明。
：非金属夹杂物；标准评级图显微检验法 0钢中非金属夹杂物的评定是衡量钢内在质量的一种重要方法，通过该方法的检验能反映钢中非金属夹杂物的含量、沾污度以及类型，为满足产品设计要求或改进生产工艺提供可靠的依据，尤其是非金属夹杂物的显微检验方法，更是各国冶金学家长期研究的课题。
随着显微技术和电子金相技术的不断发展，采用自动图像仪及计算机软件来评定非金属夹杂物的方法已经越来越多的被用于进行科学研究和实际生产检验。
目前美国金属材料协会（ASTM）E4委员会已有3个显微检验方法来评定非金属夹杂物含量的方法标准，即ASTM E45-97《用评级图谱评定非金属夹杂物的人工方法》、ASTM E1122-1986《自动图像分析法检查非金属夹杂物级别的方法》和ASTM E1245-2000《采用自动图像分析法测定钢中非金属夹杂物或第二相含量的方法》。
但是，应用光学显微镜测定钢中非金属夹杂物的标准图谱评级方法，至今还是在被最广泛地采用。
随着钢铁冶金技术的不断发展和对钢铁材料质量的要求不断提高，标准图谱评级的显微方法检验标准也在不断地修改和完善之中，如现行的国际标准ISO4967-1998《用标准图谱评定钢非金属夹杂物的显微方法》和美国ASTME45-97《钢中非金属夹杂物含量测定方法》对标准图谱和评定方法都作了较大的修改和变动，较好地解决了用光学显微镜评定钢中非金属夹杂物评定的一系列问题，使标准图谱的显微评定方法日趋完善。
GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准是我国钢检测领域的一项重要的基础标准，也是钢中非金属夹杂物含量的主要检测方法之一。
该标准已颁布了一项重要的基础标准，也是钢中非金属夹杂物含量的主要检测方法之一。
(完整)合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察与分析
合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容及方法指导实验报告要求思考题一：实验目的(1)观察各种常用合金钢、有色金属和铸铁的显微组织.（2)分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。
二:实验说明1．几种常用合金钢的显微组织一般合金结构钢、低合金工具钢都是低合金钢。
即合金元素总量小于5％的钢,由于加入了合金元素，使相图发生了一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有质的区别。
热处理后的显微组织仍然可借助C曲线来分析，除了Co元素之外，合金元素都使C曲线右移，所以低合金钢用较低的冷却速度即可获得马氏体组织。
例如，除作滚动轴承外，还广泛用作切削工具、冷冲模具、冷轧辊及柴油机喷嘴的GCrl5钢，经过球化退火、840～C油淬和低温回火，得到的组织为隐针或细针回火马氏体和细颗粒状均匀分布的碳化物以及少量残余奥氏体.高速钢是一种常用的高合金工具钢.如W18Cr4V高速钢，因为含有大量合金元素，使Fe-Fe3C相图中点E 大大向左移动,所以它虽然只含有w（C）=0．7%~0．8％碳，但已经含有莱氏体组织。
在高速钢的铸态组织中可看到鱼骨状共晶碳化物，如图1所示。
这些粗大的碳化物，不能用热处理方法去除，只能用锻造的方法将其打碎.锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和分布均匀的碳化物组成（图2)。
大颗粒碳化物是打碎了的共晶碳化物。
高速钢淬火加热时，有一部分碳化物未溶解,淬火后得到的组织是马氏体、碳化物和残余奥氏体(图3）。
碳化物呈颗粒状,马氏体和残余奥氏体都是过饱和的固溶体,腐蚀后都呈白色，无法分辨，但可看到明显的奥氏体晶界。
为了消除残余奥氏体，需要进行三次回火，回火后的显微组织为暗灰色回火马氏体、白亮小颗粒状碳化物和少量残余奥氏体，如图4所示。
图1 W18Cr4V钢铸态组织图2 W18Cr4V钢锻后退火组织图3 W18Cr4V钢的淬火组织图4 W18CNV钢的淬火回火组织2．铸铁的显微组织依铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁.白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，碳几乎全部以碳化物形式(Fe3C)存在；灰口铸铁没有莱氏体，而有石墨,即碳部分或全部以自由碳、石墨的形式存在。
钢的显微组织评定方法课件
在失效分析中的应用
失效原因分析 通过对失效材料的显微组织进行观察和分析，了解材料的 微观结构和性能变化，找出失效原因，为预防措施提供依 据。
失效模式识别 通过显微组织观察，识别材料的失效模式，如韧性断裂、 脆性断裂、疲劳断裂等，有助于采取相应的改进措施。
失效预防措施 根据显微组织评定的结果，制定针对性的失效预防措施， 如改进工艺参数、调整材料成分、加强产品检测等，提高 产品的可靠性和使用寿命。
渗碳体具有较好的耐腐蚀性，而铁素 体和奥氏体则相对较差。
02
显微组织评定方法
金相显微镜观察法
总结词
金相显微镜观察法是一种常用的显微组织评定方法，通过光 学显微镜观察金属材料的显微组织，分析其结构、形态和分布。
详细描述
金相显微镜观察法利用光学显微镜的高倍率放大能力，观察 金属材料的显微组织，包括晶粒大小、形态、相组成等。通 过对不同区域的组织观察和比较，可以对材料的性能和工艺 条件进行分析和评估。
钢的显微组织评定 方法课件
目 录
• 钢的显微组织基础 • 显微组织评定方法 • 钢的显微组织评定标准 • 钢的显微组织评定实践 • 钢的显微组织评定应用 • 钢的显微组织评定展望
contents
01
钢的显微组织基础
钢的显微组织组成
01
02
03
04
铁素体
一种常见的显微组织，具有较 低的强度和韧性，但良好的塑
04
钢的显微组织评定实践
钢材显微组织的制备
切割钢材样品
使用金相切割机将钢材切割成 适合观察的尺寸，确保样品表
面平整、无划痕。
磨平样品
将切割好的样品进行粗磨和细 磨，去除表面的杂质品
使用抛光机对样品进行抛光， 使表面更加光滑，减少观察时 的干扰。
第四章 二元合金相图与合金凝固参考答案
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶__。
20钢铁材料渗层深度测定及组织检验
第四节钢铁材料渗层深度测定及组织检验一、渗碳层检测钢的渗碳层检测包括渗碳层深度测定和渗碳层组织检验。
渗碳层深度检测方法有金相法、硬度法、断口法、剥层化学分析法，其中硬度法是仲裁方法。
（一）金相法一般来说，以过共析层+共析层+（1/2）亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于碳钢；以过共析层+共析层+亚共析过渡层之和作为总渗碳层深度，常用于合金渗碳钢。
以上两种试样应为退火状态。
（二）硬度法硬度法是从试样边缘起测量显微硬度分布的方法。
执行标准为GB/T9450-2005《钢件渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核》和GB/T9451-2005《钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定》。
被检测试样应在渗碳、淬火后采用维氏硬度试验方法进行，淬硬层深度是指从零件表面到维氏硬度值为550HV1处的垂直距离。
渗碳层的深度就是渗碳淬火硬化层深度，用CHD表示，单位为mm，如CHD=0.8mm；测定维氏硬度时试验力为1kg（）；硬度测试应在最终热处理后的试样横截面上进行。
测试时，一般宽度在1.5mm的范围内，垂直于渗碳层表面沿着两条平行线呈之字形打压痕，在一条直线上两相邻压痕的距离S不小于压痕对角线的倍，两条直线上相错位的压痕间距不应超过0.1mm。
测量压痕中心至试样表面的距离精度应在±μm的范围内，每个压痕对角线的测量精度应在±μm以内。
在适当条件下，可使用至HV1的试验力进行试验，并在足够的放大倍数下测量压痕。
测试时至少应在两条硬化线上进行，并绘制出每条线的硬度分布曲线（硬度值为纵坐标，至表面的距离为横坐标），用图解法分别确定硬度值为550HV处至表面的距离，如果两数值的差≤0.1mm，则取二者的平均值作为淬硬层深度，否则应重复试验。
上述方法适用于渗碳和碳氮共渗淬火硬化层，距表面3倍于硬化层深度处硬度值小于450HV且硬化层深度大于0.3mm的零件。
经协议各方协商，对于距表面3倍于硬化层深度处硬度大于450HV的钢件，可以选择硬度值大于550HV（以25HV为一级）的某一特定值作为界限硬度；可以使用其它维氏硬度载荷；也可以使用努氏硬度。
焊接金相组织
第四章焊接接头组织性能分析焊接过程是个局部快速加热到高温并随后冷却的过程，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，易形成在时间和空间域内梯度都很大的不均匀温度场，温度场的分布决定着焊缝区和热影响区的范围，对焊接接头的质量有着直接影响。
由于焊接过程中的特殊传热过程，焊接所连接的材料上距离热源的远近不同，其组织和性能也各有差异。
通常将受到焊接热作用后组织和性能相对于基材发生改变的区域称为焊接接头。
焊接接头不仅包括结合区，也包括其周围区域。
4.1焊接冶金基础焊接时，焊件或同焊接材料被加热到高温而熔化，冷却后形成的结合部分叫做焊缝。
焊件材料称为母材。
由于局部加热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响。
母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫热影响区。
焊缝与热影响区的交界线叫做熔合线或熔合区，实际为具有一定尺寸的过渡区，常称为熔合区。
对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头，特别是焊接热影响区的组织和性能。
焊缝、热影响区与熔合区共同构成焊接接头，如图1－1所示。
图1－1 焊接接头示意图在焊接过程中，随着温度的变化，焊缝区要发生熔化、化学反应、凝固及固态相变一系列过程；热影响区则会发生组织变化。
这些变化总称为焊接冶金过程。
冶金过程将决定焊缝的成分和接头的组织以及某些缺陷的形成，从而决定了焊接接头的质量。
下面就介绍一下焊接冶金的基本知识与基本规律。
4.1.1. 焊接传热过程的特点在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的凝固及连续冷却过程，称之为焊接热过程。
凡是通过局部加热来达到连接金属的焊接方法，不论是熔焊或固态焊接（如电阻焊接、摩擦焊），由于其加热的瞬时性和局部性使得焊缝附近的母材都经受了一种特殊热循环的作用。
其特点为升温速度快，冷却速度快；焊接加热的另一个特点为热场分步极不均匀，紧靠焊缝的高温区内接近熔点，远离焊缝的低温区内接近室温，这一加热特点也造成焊件的温度分布不均匀，并随时间而不断变化，参见图1－2。
第四章 铁碳合金相图
的性能与纯铁相似，硬度低而塑性高，并有铁磁
性。
铁碳合金中的基本相
• 铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好，
而强度、硬度低。
• δ=30%~50%，AK=128~160J
σb=180~280MPa，50~80HBS。
铁碳合金中的基本相
• 铁素体的显微组织与纯铁相同，用4%硝酸 酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的 多边形等轴晶粒，在亚共析钢中铁素体呈
铁碳合金中的基本相
• 奥氏体的组织与铁素体相似，但晶界较
为平直，且常有孪晶存在。
铁碳合金中的基本相
3、渗碳体（Cementite）
• 渗碳体是铁和碳形成的具有复杂结构的金
属化合物，用化学分子式“Fe3C”表示。它
的碳质量分数wc=6.69％，熔点为1227℃。
• 硬而脆，耐腐蚀。用4%硝酸酒精溶液浸蚀 后，在显微镜下呈白色，如果用4%苦味酸 溶液浸蚀，渗碳体呈暗黑色。
第四章 铁碳合金相图
LOGO
概述
• 钢铁是现代工业中应用最广泛的材料，其 基本组成元素是铁和碳，故称为铁碳合金。 普通碳钢和铸铁就属于铁碳合金的范畴， 而合金钢则是有意加入一些合金元素的铁 碳合金。 • 为了研究铁碳合金的组织和性能以及它们 与成分、温度的关系，就必须学习铁碳合 金相图。
概述
• 铁碳合金相图最早是在1889年测定的，距
• 钢中wc↑，其可焊性↓，故焊接用钢主要是指 低碳 钢和低碳合金钢。
上一级
• （三） 切削加工性能
• 金属的切削加工性能是指金属进行切削 加工时的难易程度。 • 钢的硬度为160～230HBS时，切削加工 性最好。
上一级
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
LOGO
水平线ECF为共晶反应线。
实验三 常见钢铁材料的显微组织观察
6
图 3-14 铁素体+珠光体
图 3-15 珠光体+网状分布的铁素体
18CrNiMo 具有较高强度、韧性和淬透性，适宜制作具有一定强韧性的汽车变速箱齿轮
以及轴类，原材料组织铁素体以及珠光体，呈枝晶状分布，如图 3-17 所示；因该钢具有良
好的淬透件，淬火后已经完全渗透，基体全为低碳马氏体，如图 3-18 所示。
高速钢淬火组织：淬火加热温度一般为 1260~1280℃，高温加热的目的是使较多的碳
化物溶解于奥氏体中，淬火后马氏体中合金元素含量高，回火后钢的硬度高且耐磨性好。淬
火采用油冷或空冷，其显微组织为马氏体＋未溶碳化物＋残余奥氏体。马氏体呈隐针状，其
针形很难显示出来，但可看出明显的奥氏晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物，淬火后的硬度
B．针状马氏体是含碳量较高的钢淬火后得到的组织。在光学显微镜下，它呈竹叶状或 针状，针与针之间成一定的角度。最先形成的马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将 奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体针的大小受到限制。因此，针状马氏体的大小不 一。同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。针状马氏体的硬度高而 韧性差。
B．下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。它比淬火马氏体易 受浸蚀，在显微镜下呈黑色针状（见图 3-6）。在电镜下可以见到，在片状铁素体基体中分 布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成 55~60°的角度。
C．粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。在低、中碳合金钢中，特别是连续冷却 时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。它的形
约为 HRC61~62，见图 3-26 所示。
高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体、少量残余奥氏体，大块白色颗粒
钢的显微组织评定
试样的制备
奥氏体晶粒度的显示
晶粒度的测定方法：
1、比较法
•比较法：通过与标准系列评级图对比来评定平均晶粒度，存 在±0.5级偏差
•适于具有等轴晶粒的再结晶材料或铸态材料
•适合大多工业生产检验，如果第二相（或组元）基本上与基 体晶粒大小相同由岛状或片状组成，或者是第二相质点（晶粒） 的数量少而尺寸又小的，并位于初生晶粒的晶界处
i [3.3115lg(d)] 3.22
取样：沿钢材或零件的轧制或锻造方向通过中心取样；钢坯上
切取的检验面应通过钢材（或钢坯）轴心的纵截面20mm×10mm
钢材外表面到中心的中 通过直径的截面的一半 间位置的部分截面
通过整个直径的截 面，长度保证得到 检验面积
宽度1/4初的全厚度截面
检验面位于宽度1/4和从钢板表面到中心 位置，检验面为钢板厚度的1/2截面e出现粗系的夹杂物，s出现细系的夹杂物 如：B1e, B2.5s
B法：表示给定观察视场数（N）中每类夹杂物及每个宽度系 列夹杂物在给定级别上的视场总数
按照协议规定总级别( itol )或平均级别( imoy )
试验报告：
•非传统类夹杂物按与其形态最接近的A、B、C、D、DS类夹杂物评定
•对于A、B、C类夹杂物，纵向距离d≤40μm，横向距离s≤ 10μm，一条夹杂物
•一个串（条）状夹杂物宽度不同，取最大宽度
A类和C类夹杂物
B类夹杂物
结果表示：
通则：用每个试样的级别以及在此基础上所得的每炉钢每类 和每个宽度系列夹杂物的级别算术平均值表示。
四个系列的标准评级图：
评级图适用范围：
1.1 显微晶粒度的评定：
使用与相应标准系列评级图相同的放大倍数，直接对比。
钢的显微组织评定方法
第七节
钢质模锻件金相组织评级图与 评定方法
（GB/T13320-1991）
适用范围
– 调质处理或正火处理的汽车、拖拉机、通用机 械等结构钢锻件，不适用于锻件脱碳、过热、 过烧等组织的评定。
一、试样的选取（A）截面尺寸 小于40mm，取 整个截面（B）截面尺寸 40-60mm，取中心试样 （C）截面尺寸大于60mm，取边部和中心试样 。
报告
第三节
低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度
的测定法
（GB/T4335-1984）
适用 范围
– 含碳量小于0.2%的低碳（低碳低合金）冷轧薄板的铁 素体晶粒度
试样的制取：取平行于压力加工方向截面
晶粒延伸度e=n1/n2 ：n1横向所切割的晶粒数； n2 纵向所切割的晶粒数。
测定方法（100×）
铝及铝合金晶粒度 铜及铜合金晶粒度 镁及镁合金晶粒度 镍及镍合金晶粒度 锌及锌合金晶粒度
晶粒度的测定方法
比较法：通过与标准评级图对比来评定。
– 评级图四个系列 ：无孪晶晶粒100×、有孪晶晶粒 100×、有孪晶晶粒75×、 钢中奥氏体晶粒
–
面积法 截点法
– 直线截点法 – 单圆截点法 – 三圆截点法
二、方钢试样的选取：边长≤25mm,应取整个对角线的纵向剖面；边长2560mm,应取1/2对角线的纵向剖面；边长＞ 60mm，应取1/4对角线的纵向剖面 （试样宽度同上）。
三、扁 钢试样选取：厚度≤30mm,应在1/4扁钢宽度处取纵向剖面试样，试面的 长度约15 mm，宽度约1/4厚度。厚度＞30mm，同样在1/4扁钢宽度处取纵向剖 面试样，试面长度约15mm,宽度约1/2厚度。
– 比较法：评级图Ⅰ（ e=1）、评级图Ⅱ（ e=2）、评 级图Ⅲ（ e=4）
钢材质量检测
问题1
弹性、塑性变形的力学特征区别？
➢ 可逆性： ➢ -关系： ➢ 对组织和性能的影响： ➢ 变形机理：
8
弹性形变
1. Initial
2. Load
bonds stretch
塑性形变
d
1. Initial
F
2. Load
bonds stretch & planes shear
3. Unload
return to initial shape
表示方法：640HV30/20,表示在30kg F作 用下保持20 s，维氏硬度值为640。
特点：可测较薄的硬化层以及很软、很硬的材料。
16
布氏硬度计 洛氏硬度计 维氏硬度计 17
4、里氏硬度ＨＬ：由瑞士LEEB博士1978年首次提出的全新的硬度测量方
法，它的定义是：用规定质量的冲击体在弹力作用下以一定速度冲击试样表面， 用冲头在距离试样表面1mm处的回弹速度与冲击速度之比计算出的数值。
里氏硬度计的计算公式如下： HL=1000×Vb /Va ,式中： Va / Vb————球头的冲击速度/反弹，m/s；
18
5、肖氏硬度：简称HS。表 示材料硬度的一种标准。由 英国人肖尔(Albert F.Shore) 首先提出。
应用弹性回跳法将撞销 从一定高度落到所试材料的 表面上而发生回跳。撞销是 一只具有尖端的小锥，尖端 上常镶有金刚钻。用测得的 撞销回跳的高度来表示硬度。
23
24
不合格品的控制：评审、处置、预防
4、按生产顺序检验的分类：进货检验、过程检验、最终检验 5、钢材数量检验：检斤计重、理论换算计重、点件验收 6、钢的检验方法：现有600多个检验标准，总体包括力学性能检验、化学成分分析、
材料力学第四章钢的热处理
本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所
对应的组织。
本章练习1
5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77％的钢片加热至727℃以上，分别以不同 方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。 试问图中①、②、③、④点各是什么组织?定性地比较②、④点组织的 硬度大小。
a)A1～650℃：P，5～25HRC，片间距为0.6～0.7μm，( 500× )。 b)650℃ ～600℃：细片状P---索氏体(S)，片间距为0.2～0.4μm，25～36HRC。 c)600℃ ～550℃：极细片状P---托氏体(T)，片间距为＜0.2μm，35～40HRC。
a)
b)
c)
第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550℃～Ms，根据其组织形态不同，分为：
铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保温时间长(10h以上) 去应力退火
用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 ～ 200 ℃)，经一段时间保温后随炉
除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间
加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：实验目的(1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
(2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。
图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。
由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
第四章 钢中奥氏体的形成
4、奥氏体成分均匀化 珠光体转变为奥氏体时，在残留渗碳体刚刚完 全溶入奥氏体的情况下，C在奥氏体中的分布是不 均匀的。原来为渗碳体的区域碳含量较高，而原来 是铁素体的区域，碳含量较低。这种碳浓度的不均 匀性随加热速度增大而越加严重。因此，只有继续 加热或保温，借助于C原子的扩散才能使整个奥氏 体中碳的分布趋于均匀。
1、奥氏体等温形成动力学曲线 （1）共析碳钢奥氏体等温形成图建立
试样：厚2mm左右，直径约为10mm的小圆片； 原始状态：每个试样均有相同的原始组织状态； 温 度 ： 在 AC1 以 上 设 定 不 同 的 温 度 ， 如 730℃ 、 745℃ 、 765℃、……； 时 间 ： 在 每 个 温 度 下 保 持 一 系 列 时 间 ， 如 1S 、 5S 、 10S 、 20S、……；
dc1 dx1 , dc2 dx2 …… 铁素体和奥氏体界面处碳在铁素体和奥
C C
……奥氏体与铁素体相界面间的碳浓度差;
负号表示下坡扩散。
由于碳在铁素体中的浓度梯度很小，可近似看作是0。 上式可以改写为：
V
DC dc dx K C C
4.2奥氏体的形成
钢的临界转变温度
平衡 转变温度：
A1、 A3、Acm 实际加热时转变温度： Ac1、 Ac3、Accm
实际冷却时转变温度：
Ar1、Ar3、Arcm
以共析钢为例说明奥氏体(A)的形成过程。从珠光
体向奥氏体转变的转变方程，
P（α＋ Fe3C） >Ac1 As（ ） 碳含量C% 0.0218 6.69 0.77
冷却：在盐水中急冷到室温；
观察：在显微镜下测出试样中马氏体的数量（相当于高温下奥氏 体的数量）； 做图：做出每个温度下奥氏体形成量和保温时间的关系曲线，即 得到了奥氏体等温形成的动力学曲线。
常用金属材料的显微组织
铝及铝合金的显微组织
纯铝的显微组织
纯铝的显微组织由等轴晶粒组成，晶 界清晰，晶粒大小不均匀。
铝合金的显微组织
铝合金的显微组织由固溶体、金属化 合物和机械混合物组成，不同合金元 素对铝合金的显微组织有不同的影响 。
钛及钛合金的显微组织
纯钛的显微组织
纯钛的显微组织由等轴晶粒组成，晶界清晰，晶粒大小不均匀。
05 金属材料的热处理工艺与 显微组织的关系
退火与显微组织的关系
退火是一种金属热处理工艺，通 过加热至一定温度并保温一段时 间后缓慢冷却，使金属内部组织
结构发生变化。
退火过程中，金属内部的晶体结 构逐渐变得均匀，减少晶体缺陷 和内应力，提高金属的塑性和韧
性。
退火后的显微组织通常表现为晶 粒粗大、组织致密，不同金属材
钛合金的显微组织
钛合金的显微组织由固溶体、金属化合物和机械混合物组成，不同合金元素对钛合金的显微组织有不同的影响。
03 金属材料的相与组织转变
固态相变
相变类型
相变过程
固态相变是指金属材料在固态下发生 的相变，包括调幅分解、马氏体相变 等。
固态相变过程通常包括形核、长大和 粗化等阶段，这些阶段对金属材料的 性能和加工工艺具有重要影响。
详细描述
珠光体具有较好的塑性和韧性，同时 具有较高的强度和硬度。珠光体的形 态和分布对钢的性能有重要影响。在 显微镜下观察，珠光体的层片状结构 清晰可见。
02 有色金属材料的显微组织
铜及铜合金的显微组织
纯铜的显微组织
纯铜的显微组织由晶界和晶粒组 成，晶界清晰，晶粒大小不均匀 。
铜合金的显微组织
铜合金的显微组织由固溶体、金 属化合物和机械混合物组成，不 同合金元素对铜合金的显微组织 有不同的影响。
第04章 马氏体转变
根据钢的成分不同，马氏体可能有 体心立方(bcc)、体心正方
(bct)和体心斜方(bcp)三种晶格，统称为α马氏体(αM)。
�用X射线研究Fe-Mn合金时发现了ε马氏体或六方马氏体； �上世纪60年代初期，在Fe-Mn钢中发现ε′马氏体； �1965年,对单晶体低温X射线研究时,发现一种名为k ′的马氏体。
马氏体是C和合金元素在α-Fe中的过饱
和固溶体。C溶入bcc点阵的α-Fe中时会 引起较大的点阵畸变。C原子在 12[001]位置 呈择优分布, 造成bcc点阵被畸变为体心
正方(bct)结构。
碳原子在α-Fe中的位置有两种可能:
八面体和四面体间隙。已经证实,在室温 以上,碳原子择优占据c(或z)轴上的八面 马氏体晶格模型及碳的位置
三、马氏体转变的特点
1、表面浮凸效应和切变共格性; 出现表面浮凸效应说明马氏体转
变是通过切变方式进行的;同时,新相 与母相间保持共格关系。
马氏体形成时表面浮凸示意图
共格界面的界面能较小，但弹 性应变能较大。因此,随着马氏体 的形成,其周围奥氏体点阵中将产 生一定的弹性应变,导致应变能的 产生,并且,这种应变能随马氏体 马氏体形成时在其周围奥氏体点阵中 尺寸增大而增大。
3、具有特定的位向关系和惯习面 1）位向关系
马氏体与原奥氏体之间存在严格的 晶体学位向关系，常见的有以下几种：
K-S(Kurdjumov-Sachs)关系: {111}γ∥{011}α′; <110>γ∥<111>α′ 西山(Nishiyama)关系: {111}γ∥{011}α′; <112>γ∥<110>α′
带有中脊的片状马氏体×500
片状马氏体长大过程中位向关系与亚结构的变化
铸钢的金相组织及检验
铸钢的金相组织及检验一、铸造碳钢的金相组织及检验（一）铸造碳钢的显微组织1．铸态组织为铁素体＋珠光体＋魏氏组织。
如图8-1、图8-2。
图8-1 ZG230-450铸钢铸态组织(100×) 图8-2 ZG310-570铸钢铸态组织(100×)铸态组织的形貌和组成相的含量与钢的碳含量有关。
碳含量越低的铸钢，铁素体含量越多，魏氏组织的针状越明显、越发达，数量也多。
随铸钢碳含量的增加，珠光体量增多，魏氏组织中的针状和三角形的铁素体量减少，针齿变短，量也减少，而块状和晶界上的网状铁素体粗化，含量也增多。
若存在严重的魏氏组织，或存在大量低熔点非金属夹杂物沿晶界呈断续网状分布，将使铸钢的脆性显著增加。
2．退火组织为铁素体＋珠光体。
铁素体呈细等轴晶。
珠光体分布形态随钢的碳含量增加而变化。
随钢的碳含量增加，珠光体呈断续网状分布→网状分布→珠光体与铁素体均匀分布，其含量也不断增多。
若退火组织中存在残留的铸态组织或组织粗化均属于不正常组织。
3．正火组织为铁素体＋珠光体，分布较均匀，如图8-3。
与退火组织相比较，正火组织的组成相更细、更均匀，珠光体含量稍多。
若存在残留铸态组织或组织粗化均属不正常组织。
4．调质组织 ZG270-500以上牌号的铸造碳钢可进行调质处理，组织为回火索氏体，见图8-4。
若出现未溶铁素体或粗大的回火索氏体属不正常组织。
图8-3 ZG230-450 铸钢正火组织(100 ×) 图8-4 ZG35CrMo铸钢调质组织(650×)5．几种常用铸造碳钢的组织见表8-1,表8-1 常用铸造碳钢的组织铸造碳钢 ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640显微组织铸态魏氏组织+块状铁素体+珠光体珠光体+魏氏组织+铁素体珠光体+铁素体部分铁素体呈网状分布铁素体呈网状分布退火铁素体+珠光体珠光体+铁素体珠光体呈断续网状分布珠光体呈网状分布正火铁素体+珠光体珠光体+铁素体调质回火索氏体（二）铸造碳钢的质量检验铸造碳钢多数用于一般工程，金相检验按照GB/T 8493-1987《一般工程用铸造碳钢金相》标准进行。
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游离渗碳体评定（400×） （碳的质量分数≤0.15%的退火钢）
评级图：三个系列、六个级别 A系列：铁素体晶粒外围被渗碳体网包围的
比率作为评定原则
B系列：渗碳体颗粒构成单层、双层、多层 不同长度链状和颗粒尺寸的增大为原则
C系列：点状渗碳体向不均匀的带状过渡为 原则
低碳变形钢的珠光体评定（400×）
（GB/T13320-1991）
适用范围 调质处理或正火处理的汽车、拖拉机、通用 机械等结构钢锻件，不适用于锻件脱碳、过 热、过烧等组织的评定。
一、试样的选取（A）截面尺寸 小于40mm， 取整个截面（B）截面尺寸 40-60mm，取中 心试样（C）截面尺寸大于60mm，取边部和中 心试样。
试样的制取：取平行于压力加工方向截面
晶粒延伸度e=n1/n2 e=n1/n2 n1:横向所切 割的晶粒数： n2纵向所切割的晶粒数
测定方法（100×）
比较法：评级图Ⅰ（ e=1）、评级图Ⅱ（ e=2）、 评级图Ⅲ（ e=4）
切割法晶粒度级数 级别数表示：评级图+下标（例如Ⅱ3）
评级图：二个系列、六个级别 A系列：含碳量0.15~0.30% 钢的魏氏织 B系列：含碳量0.31~0.50%钢的魏氏组
织
第四节 钢的脱碳层深度测定方法
（GB/T224-2008）
脱碳层的专业术语
部分脱碳：钢样表层碳含量低于材料规定的含碳 量的下限，但碳含量高于在铁素体中的做大溶解 度。
适用范围
测定钢材及零件的脱碳层深度 完全脱碳与部分脱碳
测定方法
金相法：不同部位的五点脱碳层深度；这些测 量值的平均值为总脱碳层深度
硬度法：用0.49N~4.9N试验力，从表面测至 基体平稳处的距离为总脱碳层深度
化学分析法
碳含量与产品表面距离的关系
不同规格圆钢棒的取样方法
钢中非金属夹杂物显微评定方法
（GB/T10561-2005）
适用范围
适用于经过压缩比大于或等于3的延伸变形（轧制、 锻造、冷拔等）的钢材中非金属夹杂物的显微评定
试样的选取与制备
纵向，面积200mm2
显微评定方法(100X)
评级图：ISO评级图 检验方法：A法、B法 结果表示 试验报告
根据其形态将夹杂物归入五种夹杂物进行评定，但注 明化学特征
例如：球状硫化物Dsulf1.0 球状硫化钙Dcas0.5 串连状氮化钛BTiN1.5
不在同一直线上夹杂物的评定
二条夹杂物纵间距≤40μm、横间距≤10μm应视为一条夹杂物
超大尺寸夹杂物的评定
1）在100×下的 71mm×71mm范围内夹杂物 纳入评级 2）单独指明超大夹杂物的长度或宽度
完全脱碳：钢样表层碳含量低于碳在铁素体中的 做大溶解度。
总脱碳层深度：完全脱碳深度+部分脱碳深度。 有效脱碳层深度：从产品表面到规定的碳含量或
硬度水平的点的距离，规定的碳含量或硬度水平 以不因脱碳而影响使用性能为准（产品规定的碳 含量最小值）。 铁素体脱碳层深度：表面完全脱碳层的深度。
奥氏体钢晶粒度
化学试剂显示法 电解腐蚀显示法
铝及铝合金晶粒度 铜及铜合金晶粒度 镁及镁合金晶粒度 镍及镍合金晶粒度 锌及锌合金晶粒度
晶粒度的测定方法
比较法：通过与标准评级图对比来评定。
评级图四个系列 ：无孪晶晶粒100×、有孪晶晶粒 100×、有孪晶晶粒75×、 钢中奥氏体晶粒
不同规格方钢的取样方法
钢板和矩形钢材的取样方法
第五节
中碳钢与中碳合金钢结构钢马 氏体等级
（JB/T9211-2008）
适用范围
中碳钢和中碳合金结构钢整体淬火或淬火后 200℃以下回火的马氏体组织的检验，
标准规定
马氏体的级别1~8级，放大倍数500倍。
第六节
钢质模锻件金相组织评级图与评定 方法
16
38
555
510
25
53
822 ＜1147 746 ＜1029 36 ＜49 76 ＜107
夹杂物宽度极限值（μm）
类别
细系
粗系
最小宽度(μm) 最大宽度(μm) 最小宽度(μm)
A
2
4
＞4
B
2
9
＞9
C
2
5
＞5
D
3
8
＞8
注：D类夹杂物的最大尺寸定义为直径
最大宽度(μm)
12 15 12 13
非传统类夹杂物的评定
D
型
细系
1.5
1.5
1.5
1.5
粗系
1.0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1.0
1.0
1.0
晶粒度： ≥5级
三、扁 钢试样选取：厚度≤30mm,应在1/4扁钢宽度处取纵向剖面试样， 试面的长度约15 mm，宽度约1/4厚度。厚度＞30mm，同样在1/4扁钢宽 度处取纵向剖面试样，试面长度约15mm,宽度约1/2厚度。
四、试样的放大倍数为100X，评定的视场为样品中最严重的区域。对于网 状碳化物，要考虑网的变形、完整及网上碳化物的堆积程度。对于带状碳化 物，要考虑带的宽度和带内碳化物的堆积程度。
A类夹杂物级别0.5级的视场数为n1,级别为1的为n2,级别为2.5的为n3…….那 么所有视场评级为：(0.5*n1+1*n2+2.5*n3)/(n1+n2+n3)
GB/T10561-2005标准中夹杂物的评定类 型
A：硫化物类（灰色条状） B：氧化铝类（黑色带角并沿变形方向排成一行——至少 三颗） C：硅酸盐类（深灰色条状） D：球状氧化物类（深灰色） DS：单颗球状氧化物（深灰色——直径≥13μm）
第二节
金属平均晶粒度测定方法
（GB/T6394-2002）
适用范围
测定金属材料晶粒度，以晶粒的几何图形为基础。
试样的制备
在交货状态的材料切取，尺寸：φ10~12mm， 10×10mm
晶粒度的显示方法
铁素体钢的奥氏体晶粒度
渗碳法 网状铁素体法 氧化法 直接淬火法 网状渗碳体法 网状珠光体（托氏体）法
附3（GB/T13305-1991）
奥氏体不锈钢中α相面积含量金相测定方法
α级别 0.5 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0
α相面积含量% ≤2 ＞2~5 ＞5~8 ＞8~12 ＞12~20 ＞20~35
附4（GB4234-1994） 外科植入物用不锈钢
测定夹杂物和晶粒度要求
夹杂物类 A
B
C
评级图1：中碳结构钢的正火处理锻件（1~8级） 评级图2：低碳低合金钢的正火处理锻件（1~8级） 评级图3：中碳结构钢的调质处理锻件（1~8级） 评级图4：中碳合金结构钢的调质处理锻件（1~8级）
附1
低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度的测
定法
（GB/T4335-1984）
适用 范围
含碳量小于0.2%的低碳（低碳低合金）冷轧薄板的 铁素体晶粒度
实际检验A法：
把抛光后的未经侵蚀的试样置于显微镜下观察，对各类夹杂物按粗系或细 系记下，然后把最恶劣的视场与标准评级图进行比较，相符的即为该试样 夹杂物的级别。 表示：A2；B1e, B2.5s
实际检验B法：
应检验整个抛光面，试样每个视场同标准图片相比较，每类夹杂物按细系 或粗系记录下来与检验视场最符合的级别数。为了使检验费用降到最低， 可以减少检验视场，并使其分布符合一定的方案，然后对试样局部检验。
夹杂物的评级界限：长度、颗数、直径（最小值）
级别(i) A总长度(μm) B总长度(μm) C总长度(μm) D(颗数） DS (直径μm)
0.5 37 1.0 127 1.5 261 2.0 436 2.5 649 3.0 895＜
1181
17
18
1
13
77
76
4
19
184
176
9
27
343
320
第一评级图：适用直径、边长或厚度＜120mm的热轧、锻制及冷拉钨系高 速钢。
第二评级图：适用直径、边长或厚度＜120mm的热轧、锻制及冷拉钨钼系 高速钢、 高温不锈轴承钢
第三评级图：适用直径≥120mm的高速工具钢锻材。 第四评级图：热轧、锻制及冷拉合金工具钢材。 第五评级图：热轧、锻制及冷拉高碳铬不锈轴承钢材 第六评级图：高温轴承钢钢材
带状组织评定
带状贯穿视场的程度、连续性、变形铁素体晶粒的多少为原则（ 100×）
A系列：含碳量≤0.15 %钢的带状组织 评级图：三个系列、六个级别 B系列：含碳量0.16~0.30% 钢的带状组
织 C系列：含碳量0.31~0.50%钢的带状组织
魏氏组织的评定（100×)
针状铁素体的数量、尺寸、奥氏体晶粒大小为原则
面积法
截点法
单圆截点法 直线截点法 三圆截点法
报告
第三节 钢的显微组织评定方法
（GB/T13299-1991）
适用范围
低碳、中碳钢的钢板、钢带、和型材的显微组织
试样的制取 评定方法 评定原则
游离渗碳体 低碳变形钢的珠光体 带状组织 魏氏组织
(碳的质量分数≤0.10~0.30%）
评级图：三个系列、六个级别 A系列：含碳量0.10~0.20%冷轧钢，渗碳
体颗粒聚集并趋向带状为原则 B系列：含碳量0.10~0.20%热轧钢中细粒
状珠光体向片状珠光体过渡为原则 C系列：含碳量0.21~0.30%热轧钢细粒状
珠光体向不均匀的珠光体带状过渡为原则
附2 钢的共晶碳化物不均匀度评级法
（GB/T14979-1994）