实验十-特殊性能钢的组织观察与检验

实验十-特殊性能钢的组织观察与检验

实验十特殊性能钢的组织观察与检验(验证性)

一、实验目的及要求

1．观察耐磨钢、耐热钢、不锈钢的显微组织特点。

2．了解耐磨钢、耐热钢、不锈钢所具有的特殊性能与化学成分、组织之间的关系。

3．了解相关检验方法和标准检验技术。

二、实验原理

特殊性能钢是指加入了大量合金元素，使钢具有了一些特殊的物理性能和化学性能的钢，根据它们的性能特点，可分为耐磨钢、不锈钢、耐热钢、磁钢等

（一）耐磨钢

传统耐磨钢为ZGMn13俗称高锰钢。高锰钢是在过共析钢中增加锰的含量（约11％～14％）使Mn/C之比接近10/1，再经过水淬后得到室温单一奥氏体组织的钢。

在承受载荷和严重摩擦作用下，使钢发生显著硬化。载荷越大，硬化程度越高，耐磨性能好。如在静载荷下使用，它的耐磨性反而不高，因此适合制作承受剧烈冲击和在严重摩擦条件下工作的零件。

1、铸态组织

由于机加工困难，一般铸造成型。铸态组织应该为：奥氏体基体＋少量珠光体型共析组织＋大量分布在晶内和晶界上的碳化物。（在高温时析出的碳化物在晶界呈网状或者局部呈块状；在较低温度析出的碳化物则在晶内呈针状、片状分布，或者以明显或不明显的渗碳体魏氏组织出现在在奥氏体基体上。）碳化物较脆，一般不能直接使用。

2、热处理后的组织

一般经过水韧处理。水韧处理：将ZGMn13铸件加热到高温（1000～1100℃）保温一段时间，使铸态组织中的碳化物全部溶入基体奥氏体中，然后迅速淬水快冷使碳化物来不及从过饱和的奥氏体中析出，以获得均匀的单相奥氏体组织，这种处理称为水韧处理。正常组织为过饱和的单相奥氏体，晶粒大小不均匀，也有少量均匀分布的粒状碳化物。水韧处理后的碳化物有：未溶、析出、或过热碳化物。

3、铸造高锰钢的常见缺陷

主要是分散分布的串状或串连成断续网状分布的显微疏松、气孔、非金属夹杂物及沿晶裂

纹等。

4、铸造高锰钢的金相检验标准

按照GB/T 13925-1992《铸造高锰钢金相》标准进行显微组织、碳化物、晶粒度和非金属夹杂物的评级。

（二）不锈钢

我们所说的不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称，而把其中的耐酸、碱和盐等侵蚀性强的介质腐蚀的钢称为耐酸钢。广义的不锈钢也包括耐热不锈钢，即具有较好的抗高温氧化性能的钢。

不锈钢中常见的元素有C、Cr、Ni、Mn、Si、N、Nb、Ti、Mo等。（C元素是不锈钢中主要的元素之一，特别是马氏体不锈钢中的重要强化元素，C也强烈的促进奥氏体的形成。但是容易和其他合金元素生成合金碳化物，造成晶界贫铬，导致不锈钢的晶界腐蚀敏感性。Cr元素是不锈钢中最重要的合金元素，能够溶入铁素体，扩大铁素体区，缩小、封闭奥氏体区，并提高钢中铁素体的电极电位。一般要求钢中的Cr含量在11.7%以上，才能提高钢的抗腐蚀能力。我国将

不锈钢中含铬量定为不小于12%。Ni元素是增大奥氏体稳定性及扩大γ区，缩小α和（α+γ）区的元素，也是形成奥氏体的元素。Mn元素的作用同Ni元素相似，但是比Ni元素便宜。Si、Al、Nb、Ti、Mo等元素都是缩小和封闭奥氏体区的元素。）

不锈钢的分类：按照金相组织的不同，可分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢；按照合金元素的不同分为铬系不锈钢、铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢、铬锰镍系不锈钢等。近年来又开发出高纯铁素体不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢等新品种。

1、不锈钢金相试样的制备与侵蚀

（1）不锈钢金相试样的制备

一般和高合金钢基本相同。其中奥氏体型不锈钢基体较软，韧性较高和易于加工硬化，制样难度较大，易产生机械滑移和扰乱层等假象影响组织分析检验。试样制备应当以不引起组织变化为前提。磨砂纸时尽量使用新砂纸，以减少磨制时间。不锈钢（耐热钢）最理想的抛光方法是电解抛光。常用电解抛光条件为：①（60%）高氯

酸200 mL+酒精800 mL，电压35～80V，时间15～60S；②铬酸600 mL+水830 mL，电压1.5～9V，时间1～5min。

（2）不锈钢金相试样的侵蚀

不锈钢具有较高的耐腐蚀性能，显示其显微组织的侵蚀剂必须具有强烈的侵蚀性，才能显示清晰的组织。常用的侵蚀剂有：①氯化高铁5g+盐酸50 mL+水100 mL；②盐酸10mL+硝酸10 mL+酒精100 mL；③苦味酸4g+盐酸5mL+酒精100 mL。

2、各类不锈钢的热处理及其金相组织

（1）铁素体不锈钢

主要牌号有0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Mo、00Cr27Mo、00Cr30Mo2等。

轧制状态的显微组织为：铁素体及沿轧制方向分布的碳化物。

退火状态的显微组织为：铁素体和点粒状分布其上的碳化物。

淬火状态的显微组织为：δ铁素体+低碳马氏体。当含铬量较高时如00Cr27Mo钢，钢的显微组织为铁素体。当含碳量较高、含铬量处于下限时，如1Cr17钢淬火后会出现低碳马氏体。

（2）马氏体不锈钢

马氏体不锈钢在高温时组织为奥氏体，经过淬火后，奥氏体转变为马氏体，故称为马氏体不锈钢。典型牌号有：1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13，9Cr18MoV等。

退火状态的显微组织为：铁素体和碳化物，碳化物常沿铁素体境界呈网状分布。

淬火状态的显微组织为：1Cr13钢的组织为马氏体＋少量δ铁素体。2Cr13钢的组织为针状马氏体；3Cr13和4Cr13钢的组织为马氏体＋碳化物＋少量残余奥氏体。

回火状态的显微组织为：1Cr13、2Cr13钢采用600～750℃高温回火，得到的组织为回火索氏体。3Cr13和4Cr13钢采用200～250℃低温回火，得到的组织为回火马氏体＋细颗粒状碳化物。9Cr18MoV钢采用低温回火，获得组织为回火马氏体＋颗粒状碳化物＋残余奥氏体。

（3）奥氏体不锈钢

此类不锈钢经过所有的热处理后，均得到奥氏体组织，称为奥氏体不锈钢。如图7-8所示。常见不锈钢有304，306。304不锈钢也称为18-8不锈钢，牌号有0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9,2Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti等。306不锈钢的牌号有