金属材料-力学性能及金相检验基础知识
《金相检验》课件
金相检验的目的和意义
评估金属材料的质量和性能
通过金相检验，可以了解金属材料的微观结构和夹杂物分 布，从而评估其力学性能、耐腐蚀性能等，为产品的可靠 性和安全性提供保障。
控制生产过程
金相检验可以对生产过程中的金属材料进行实时监控，及 时发现并解决生产过程中出现的问题，提高产品质量和生 产效率。
促进新材料研发
利泽 。
04
金相显微镜观察
金相显微镜的构造与原理
金相显微镜由照明系统、载物台、物 镜、目镜等主要部分组成，能够将物 体放大并清晰地展示在屏幕上。
金相显微镜的原理基于光学成像原理 ，通过透镜的折射和反射将物体放大 并投影到目镜上，以便观察。
02
可以观察金属材料的相 组成、相比例和相分布 等相组成特征。
03
可以观察金属材料的表 面形貌、粗糙度和纹理 等表面特征。
04
可以观察金属材料的内 部缺陷、夹杂物和析出 相等内部特征。
05
金相检验标准与报告编写
金相检验标准
1 2
金属材料的金相检验标准
根据金属材料的种类、牌号和用途，制定相应的 金相检验标准，包括金相组织、晶粒度、夹杂物 等方面的规定。
相变类型
02
共析、包析、马氏体相变等。
相变对性能的影响
03
相变会导致金属材料的性能发生显著变化，如钢铁在冷却时发
生相变，硬度增加，耐磨性提高。
03
金相制备技术
金相试样的选取与截取
选取代表性试样
根据检验目的和要求，选取具有代表 性的金相试样，确保能够反映材料或 零件的整体特征。
截取方法
根据试样的大小和形状，采用适当的 锯切、切割或破碎等方法，将试样从 原始材料中截取下来。
金属的力学性能及试验方法
金属的力学性能及试验方法金属是指具有良好导电、导热性能，具有一定塑性和可锻性，通常为固态的元素或化合物。
在工业生产和建筑施工中，常常用到金属材料，因此了解金属的力学性能和试验方法非常重要。
本文将从金属的力学性能、力学试验和金属材料的应用等方面进行阐述。
1. 强度金属材料的强度是指抵抗外力破坏的能力，通常用抗拉、抗压、抗剪等强度来表示。
抗拉强度是指钢材在受到拉应力时发生的拉断应力最大值，抗压强度是指钢材在受到压应力时发生的压缩应力最大值，抗剪强度是指钢材在受到剪应力时发生的剪切应力最大值。
不同的金属材料的强度不同，可以通过力学测试来得到不同金属材料的强度值。
2. 塑性金属材料的塑性是指金属在受到外力作用下发生形变的能力。
通常用屈服点、延伸率和冷弯性能等来表示。
屈服点是指金属在受到拉应力时发生的弹性变形后，开始出现塑性变形的应力值。
延伸率是指金属在拉伸过程中能够完全拉开的长度与原长度之比，冷弯性能是指金属材料在冷弯时所能承受的最大应力值，一般来说，塑性强的金属材料能够承受更大的拉应力，延伸率也会更高，因此在一些需要有一定塑性和可锻性的场合，如汽车制造和机械制造等，常常使用具有良好塑性和可锻性的金属材料。
3. 硬度硬度是指金属材料抵抗刻擦的能力，即金属材料的表面极其内部能够承受的压力的大小。
硬度的测量有多种方法，如布氏硬度、Vickers硬度、洛氏硬度等。
不同的测量方法所得到的硬度值也不同。
1. 拉伸试验拉伸试验是最为常见的一种力学试验方法，用于测量金属材料的强度、塑性和弹性等力学性能。
试样用钳夹好，一头通过万能试验机的拉伸机械臂和传感器连接，另一头通过夹具固定。
在破断前，可以通过读数器和试验机的力值计算出试样在拉伸过程中出现的最大应力值。
2. 压缩试验压缩试验是测量金属材料抵抗压缩力的试验方法，试样一般为柱形。
试样被夹具夹紧，然后放入万能试验机的压缩机械臂下方进行压缩。
通过试验机内的传感器可以测量到试样在压缩过程中的应力值，以及当试样发生变形时所受到的最大压力值。
金相检验基础知识培训
金相检验基础知识培训金相检验是一种常用的金属材料分析方法，通过对金属材料的显微组织进行观察和分析，来了解其内部结构和性能。
它在工业生产和科学研究领域中起着重要的作用。
本篇文章将介绍金相检验的基础知识，包括金相检验的定义、检验方法与步骤、常用的显微镜及其使用方法、样品的制备以及金相检验的应用。
一、金相检验的定义金相检验是指对金属材料的显微组织进行观察和分析的一种方法。
通过利用显微镜对金属材料进行放大观察，可以获得关于金属内部结构、晶粒大小、晶粒形貌、相组成等方面的信息。
金相检验可以帮助我们了解金属材料的性能、品质以及工艺加工过程中的变化。
二、金相检验的方法与步骤1. 金相材料制备：首先需要将待检验的金属材料制备成试样。
通常采用切割、研磨、抛光等方法，使材料表面平整、光亮，方便显微观察。
2. 试样腐蚀：经过制备后的金属材料试样需要进行腐蚀处理。
常用的腐蚀试剂有酸性溶液、碱性溶液和复合试剂等，在试样表面加以处理，以便于显微观察。
3. 显微观察：将腐蚀处理后的金属材料试样放置在显微镜下进行观察。
根据实际需要，可以选择不同倍率的显微镜进行观察。
观察过程中需要调节焦距、光照等参数，以获取清晰的显微图像。
4. 显微图像分析：对所观察到的显微图像进行分析。
可以测量晶粒尺寸、晶界类型、颗粒形貌等参数，还可以通过显微图像的比对，判断材料是否存在缺陷、变形、相分离等问题。
三、常用的显微镜及其使用方法常用的显微镜包括光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜。
光学显微镜主要用于金相检验中的观察和分析，而电子显微镜则可以提供更高的分辨率和更详细的信息。
在使用显微镜时，需要注意以下几点：1. 校准显微镜：使用前需要校准显微镜，确保观察结果的准确性。
2. 调节焦距：调节显微镜的焦距，使试样的显微图像清晰可见。
3. 光源调节：根据观察需求，调节显微镜的光源，以获得适当的亮度和对比度。
4. 观察角度：通过调整试样和显微镜的相对位置，选择最佳的观察角度。
金 相 基 础 知 识
金相基础知识金相基础概述金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。
金属和合金的组织通常是指它由哪些相所组成以及它们之间的相互配置(包括形状、数量，大小及分布)。
“相’，是指体系中成分和性能均匀一致的部分。
相与相之间有明显的分界。
金属和合金的组织与其成分、工艺过程以及所处的状态有关。
金相分析主要就是观察、鉴别和分析金属、合金内部的组织结构，研究成分、组织与性能之间的关系。
一、钢铁的基本组织形态铁碳合金——钢和铁是工业中应用最广泛的金属材料。
它主要是由铁和碳所组成的合金(其中也含有少量的硅、锰、硫和磷)。
通常在分析和研究问题时，总是把钢和铁看作是由铁和碳所组成的二元合金。
图1是铁碳合金相图。
它是研究钢铁组织和性能的基础，对于合金的加工工艺也具有指导意义。
碳在钢中以三种形式存在：(1)与铁形成铁基的间隙固溶体；(2)与铁形成化合物Fe 3 C；(3)在一定条件下形成游离态石墨。
铁碳合金相图中有四种合金相：(1)液体；(2)奥氏体；(3)铁素体；(4)渗碳体。
根据铁碳相图中的特性线和特性点，可简便地进行相图分析。
铁碳合金通常可按含碳量和室温平衡组织分为三大类：工业纯铁、钢和生铁(表1)。
C系）图1、铁碳合金相图（Fe－Fe3钢的典型金相显微组织钢的显微检验也常称为金相检验，它是应用金相显微镜研究钢的化学成分与显微组织的关系、钢的冶炼轧制、热处理等工艺过程对显微组织的影响以及钢材显微组织与物理性能内在联系的一种被广泛应用的试验研究方法。
常用碳素钢及合金钢中的铁素体、珠光体、渗碳体、奥氏体、魏氏组织及淬火状态下的马氏体、贝氏体，回火状态下的回火马氏体、屈氏体、索氏体等组织物形态的识别。
一、铁素体Feyyiteα铁或纯铁在金相学上称为铁素体，是碳和合金元素溶解在a—Fe中形成的固溶体。
碳素钢的含碳量在0.025~2.0％，铁素体的碳含合金成分量相当少，（常温0.08％）铁索体它是钢铁材料最基本的组织之一。
金相显微镜下观察，铁索体呈白色多种形态。
金相检测基础知识培训-ISQT
金相检验基础知识培训主讲：Gmi Li目录⏹金属材料基础知识⏹热处理基础知识⏹金相检测基础知识⏹不同材质金相检测举例1.金属的分类金属通常分为黑色金属和有色金属两大类。
⏹有色金属：除以铁、锰、铬为基的其他合金。
如铝及铝合金，铜及铜合金等。
⏹黑色金属：以铁、锰、铬为基。
常用为铁及铁碳合金。
铁碳合金按碳含量分类如下：A：低碳及低碳合金钢 C含量小于0.25%B：中碳及中碳合金钢 C含量0.25%-0.6%C：高碳及高碳合金钢 C含量大于0.6%D：铸铁 C含量3.5%左右A：低碳及低碳合金钢 C含量小于0.25%典型代表材料:Q345,20CrQ345主要应用于各种钢结构产品。
比如角钢、工字钢、槽钢、各种型材及常用钢板等等。
20Cr通常作为渗碳用钢，表面要求耐磨，心部又要求具有一定的韧性的零部件，通常选用20Cr。
例如齿轮、销轴、齿轮轴等等。
B：中碳及中碳合金钢 C含量0.25%-0.6%典型代表材料：45#、40Cr45#和40Cr的应用基本一致，40Cr的性能稍优于45#。
通常应用于对性能较高的产品上。
比如9.8级及以上的螺栓，要求不高的注塑模具，其他要求调质热处理的零件，表面淬火的零件，氮化的零件等等。
C：高碳及高碳合金钢 C含量大于0.6%典型代表材料：65Mn，T865Mn主要应用于弹簧材料。
热处理工艺是淬火加中温回火。
T8主要用于工具钢，比如冲子，锉刀，锯条等。
其热处理工艺是淬火加低温回火。
D：铸铁 C含量3.5%左右典型代表材料：球铁、灰铁灰铁减震效果较好,通常用于承受压力的底座。
球铁强度较高，可用于曲轴等零件，还可通过热处理进行强化。
2.金属的力学性能所谓力学性能是指金属在外力作用时表现出来的性能。
力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
⏹强度：金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂是能力成为强度，强度大小通常用压力来表示。
⏹塑性：断裂前金属材料产生永久变形的能力为塑性。
塑性指标也是由拉伸试验测得的。
1.1材料的力学性能
洛氏硬度测试示意图
洛 氏 硬 度 计
h1-h0
（2）符号及标注 符号：HR 常用三种标度符号：HRA HRB 标注方法： 数值＋符号 如：５２ HRC ７０ HRA （3）应用
HRC
压痕小，在批量成品或半成品质量检验中广 泛应用，并可测量较薄的工件或较薄的硬化层。
HRA用于测量高硬度材料, 如
三、硬度 含义：是指材料在外力作用下抵抗局部变形， 特别是塑性变形、压痕或 划痕的能力，通俗 说材料抵抗外力压入其表面的能力。硬度是 衡量材料软硬程度的判据。 硬度判据：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度ＨＶ
测量方法：硬度实验法
１、布氏硬度HB
（1）测量方法：用直径D钢球或硬质合金球， 一定载荷p ，保持一定时间卸除，由读数显微 镜测得压痕直径d，计算得到。（单位Mpa） 注：实际应用中，不需计算，根据d查布氏硬度 表即可。
2、塑性
含义：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。 指标（两个）： 伸长率： 断面收缩率：
l1 l 0 100% l0
F0 F1 100% F0
断裂后
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
说明：
① 用表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 与试样尺寸 有关，d0 相同时，l0，，故5> 10。只 有l0/d0 为常数时， 才有可比性。 ③ > 时，无颈缩，为脆性材料表征
关
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图） 的冲击试验结果
Titanic
近代船用钢板
五、疲劳强度
何为疲劳？材料在低于s的循环交变应力作 用下发生断裂的现象。（举例） 疲劳强度的含义：材料抵抗疲劳破坏的能力。 指标： 疲劳极限：材料在规定次数应力循环后仍不 发生断裂时的最大应力称为疲劳极限。用N 表示（对称循环交变应力-1 。） 钢铁材料规定次数为107，有色金属合金为 108。
金相分析及检测基础.pptx
一、纯金属的晶体结构 一、取样
第一章 金相试样的制备 §1.1 取样和镶嵌
（一）取样部位和磨面方向的选择 取样部位必须与检验目的和要求相一致，使所切取的式样具有代表性。
例如： பைடு நூலகம்图中 1 用于检验非金属夹杂物的数量、大小、形状；2 用于检验晶粒的变形程度；3 用 于检验钢材的带状组织消除程度。 （二）取样方法 1. 金相式样的形状 ①Φ12×12mm 的圆柱体。②12×12×12mm 的立方体。③其他不规则的形状。
2
一寸光阴不可轻
2、非金属夹杂物试样的热处理 3、碳化物不均匀度试样的热处理 二、镶嵌 1. 机械夹持法 适用于表层检验，不易产生倒角。 要求：夹具的硬度略高于试样（低、中碳钢均可）；垫片多用铜或铝质；垫片的电极电位 略高于试样。 2. 塑料镶嵌法 一种是用环氧树脂在室温镶嵌；一种是在专用的镶嵌机上进行。 1 环氧树脂镶嵌 要求:材料为环氧树脂+固化剂+磨料；用于较硬且热敏感性不高的材料。 2 镶嵌机镶嵌 是在专用的镶嵌机上进行镶嵌。镶嵌机由加热、加压、压模装置组成。 3 低熔点合金镶嵌 配制合金→熔化浇注即可。
3
一寸光阴不可轻
金相砂纸规格见教材。 手工细磨时应注意： 1 粗磨后的试样须清洗、吹干后进行细磨，直到得到方向一致的磨痕，再更换更细的 砂纸 ，并转 90°后继续磨制。 2 磨制时压力不能过大，否则磨痕过深、发热严重。 3 磨制软材料时，应在砂纸上滴润滑剂。 4磨过硬材料的砂纸不得用于软材料的磨制。 3.机 械细磨 常用装置有预磨机、蜡盘、预磨膏。 1 预磨机细磨 把由粗到细的水砂纸置于旋转盘上，加水润滑兼冷却，试样磨面轻压在砂纸上，沿径向移 动试样并与旋转方向相反转动，待粗磨痕消失，新磨痕一致即可。 水砂纸与金相砂纸的规格不同。 2 蜡盘细磨 把石蜡、磨料加热搅拌均匀，使成糊状，浇注到预磨机或抛光机上，约 5～10mm 厚，待冷 却后刮平后即可使用。 二、抛光 金相试样磨制的最后一道工序。抛光方式有机械抛光、电解抛光、化学抛光、综合抛光等。 （一）机械抛光 目前应用最为广泛，分为粗抛和精抛（抛光粉颗粒大小不同）。较软的金属必须粗磨和精 磨，对钢铁材料仅粗磨即可。 1. 机械抛光设备 国产抛光机有单盘 P-1 和双盘 P-2 型，都是由电动机（0.18KW）带动旋转盘，转速为 1350r/min。旋转盘由铜或铝制成，直径 200～250mm。 2. 抛光原理 1 磨削作用:图 1-15。 2滚压作用：甩出抛光微粉在织物与磨面间滚动，实现滚压作用。 3.抛 光微粉 4.抛光织物（抛光布） 作用：
金属的力学性能
金属的力学性能
金属的力学性能是指金属材料在受力下的变形能力和承受能力。
主要包括以下几个方面：
1. 强度：金属的抗拉强度是指材料在拉伸试验中能承受的最大拉应力，抗压强度则是材料在压缩试验中能承受的最大压应力。
强度越高，说明金属材料越能承受拉伸或压缩载荷。
2. 延伸性：金属的延伸性是指材料在受拉力作用下能够发生可逆塑性变形的能力，通常用延伸率来表示。
高延伸性意味着材料能够在受力下进行较大的可逆形变，适用于需要抵抗冲击或振动载荷的应用。
3. 硬度：金属的硬度是指材料抵抗划伤或穿刺的能力，通常用洛氏硬度或布氏硬度来表示。
高硬度的金属能够抵抗划伤或穿刺，适用于需要较高耐磨性的应用。
4. 韧性：金属的韧性是指材料在断裂前能够吸收能量的能力，通常通过断裂韧性、冲击韧性或静态韧性来衡量。
高韧性的金属能够在受力下吸收更多的能量，抵抗断裂或破损。
5. 弹性模量：金属的弹性模量是指材料在受力下能够恢复原状的能力，也叫做弹性刚度。
高弹性模量的金属具有较大的刚度和弹性，适用于需要较好的回弹性能的应用。
以上是金属的一些基本的力学性能指标，不同金属材料具有不同的性能特点，可以根据具体需求选择合适的金属材料。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
金相检验培训课件
案例二
汽车用铝合金零部件的金相检验 。金相检验可以检测铝合金零部 件的内部缺陷、晶粒度等，确保
汽车零部件的质量和安全性。
其他领域金相检验应用案例分析
能源领域
在能源领域，如核能、太阳能等领域，金相检验可以用于检测材 料在高温、高压等极端条件下的组织变化和性能稳定性。
电子领域
在电子领域，金相检验可以用于检测半导体材料、电子元器件等的 微观结构和性能，确保电子产品的质量和稳定性。
检验流程与操作规范
检验流程
包括样品制备、显微观察、图像分析、结果判定等步骤，需按照标准规定的流程 进行操作。
操作规范
如样品制备时应选择适当的磨削、抛光和蚀刻方法，显微观察时应选择合适的放 大倍数和光源等。
检验报告的编写与审核
检验报告编写
应包括样品信息、检验方法、显微组织特征描述、结果判定 等内容，需按照规定的格式和要求编写。
炼钢连铸坯的金相检验。通过金相检 验，可以检测连铸坯的内部裂纹、孔 洞等缺陷，确保产品质量。
铝合金行业金相检验案例分析
铝合金行业概述
铝合金具有轻质、高强度、耐腐 蚀等优点，广泛应用于航空、汽
车、建筑等领域。
案例一
航空用铝合金材料的金相检验。 通过金相检验，可以检测铝合金 材料的微观组织结构，评估其力 学性能和疲劳性能，确保航空器
优点
能够准确确定晶体结构，对样品制备 要求较低。
缺点
操作相对复杂，需要专业人员操作。
03
金相检验标准与规范
国家标准与行业标准
国家标准
如GB/T 18173-2016《金属显微组织检验方法》等，规定了金相检验的基本原 则、方法、步骤和要求。
行业标准
如YB/T 5145-2003《钢铁显微组织检验方法》等，针对特定金属材料制定了相 应的金相检验标准。
金属材料金相检验
金属材料金相检验导言：金相检验是对金属材料进行组织结构观察和分析的一种方法，通过显微镜观察样品的金相组织，可以了解材料的晶粒大小、晶界分布、相含量以及存在的缺陷等信息。
本文将从金相检验的原理、方法和应用等方面进行阐述。
一、金相检验的原理金相检验的原理是利用金相显微镜对金属材料进行观察和分析。
金相显微镜是一种特殊的显微镜，它可以放大样品的组织结构，使人眼可以清晰地观察到金属材料的晶粒、相和孔隙等微观结构。
金相显微镜通常采用光学显微镜和电子显微镜两种类型，其中光学显微镜是最常用的金相检验仪器。
通过金相显微镜的观察和分析，可以得到金属材料的组织特征和性能信息。
二、金相检验的方法1. 样品准备：金相检验的第一步是制备样品，通常需要将金属材料切割成适当大小的试样，并进行粗磨和细磨处理，最后进行抛光以得到光滑的试样表面。
2. 腐蚀显色：为了使金属材料的组织结构能够在显微镜下观察到，需要对试样进行腐蚀显色处理。
腐蚀液的选择根据金属材料的类型和需要观察的组织结构而定，常用的腐蚀液有酸性腐蚀液和碱性腐蚀液。
3. 显微观察：腐蚀显色后的试样可以放入金相显微镜中进行观察。
观察时需要选择适当的放大倍数，以保证观察到的结构清晰可见。
观察时可以通过调整显微镜的焦距、光源亮度和对比度等参数，使观察到的图像更加清晰。
4. 图像分析：观察到的金相图像可以通过图像分析软件进行处理和分析，以得到更准确的结果。
常用的图像分析方法包括晶粒大小测量、相含量计算和颗粒分布分析等。
三、金相检验的应用金相检验广泛应用于金属材料的研究和工程实践中。
具体应用包括：1. 材料研究：金相检验可以用于研究金属材料的晶粒生长规律、相变行为和力学性能等。
通过观察和分析金相组织，可以揭示材料的微观结构特征和性能变化规律。
2. 质量控制：金相检验可以用于对金属材料的质量进行控制和评估。
通过观察和分析金相组织，可以判断材料是否存在缺陷、杂质和非金属夹杂物等。
3. 故障分析：金相检验可以用于对金属材料的故障进行分析和判断。
金相检验培训课件
01
传统金相检验技术受到挑战
传统的金相检验技术以人力为主，效率低下，易出错。
02
金相检验技术发展需求
随着工业生产的不断发展，对金相检验技术的需求日益增长。
03
金相检验技术发展现状
目前，金相检验技术的发展已经取得了一些进展，如自动化、智能化
等。
金相检验技术发展趋势和研究方向
1 2
自动化金相检验
采用机器视觉、图像处理等技术实现金相检验 的自动化。
金相检验培训课件
目 录
• 金相检验基础知识 • 金相检验技术 • 金相检验标准与规范 • 金相检验操作实例 • 金相检验常见问题及解决办法 • 金相检验技术发展趋势
01
金相检验基础知识
金相学简介
1 2
金属材料的科学研究
金相学是研究金属材料内部结构与性能关系的 一门学科，包括金属的晶体结构、相变、合金 相和金属间化合物等。
质量控制的关键手段
在质量控制方面，金相检验是确保材料质量的关键手段，对于保证产品的可靠性具有重要 意义。
产品失效分析的基础
在产品失效分析中，金相检验是确定失效原因的基础，对于提高产品质量和延长产品使用 寿命具有重要作用。
02
金相检验技术
金相检验的常规技术
01
磨光和抛光
通过磨光和抛光的方法，使试样表面达到一定的粗糙度和清洁度，以
不锈钢金相检验规范
铝合金金相检验规范
铜合金金相检验规范
钢铁热处理金相检验规范
金相检验的试验方法和流程
金相显微镜观察
金相组织定性分析
金相试样的制备
金相定量分析
金相图片的拍摄和处理
04
金相检验操作实例
钢铁材料的金相检验
金相检验概述
金相检验在金属材料的研发、生产、质量控制和失效分析等方面发挥着重要作 用，能够提供关于材料微观结构、成分、相变、缺陷等方面的详细信息。
金属材料显微组织特点
晶粒
金属材料的显微组织由晶粒组成 ，晶粒大小和形状对材料性能有
显著影响。
相
金属材料中不同成分或结构的区域 称为相，相的类型、数量和势
电子显微镜在金相检验中优势体现
高分辨率
电子显微镜能够提供比光学显微镜更高的分辨率，能够观察到更 细微的金相组织结构。
大景深
电子显微镜景深大，能够观察到更全面的金相组织形貌，减少漏检 的可能性。
多种成像模式
电子显微镜可以通过不同的成像模式（如二次电子像、背散射电子 像等）来观察金相组织，提供更多信息。
方法选择
选择硬度测试方法时，需要考虑材料的性质、测试的准确性 和便捷性等因素。例如，对于较软的材料，可以选择布氏硬 度测试；对于较硬的材料，可以选择洛氏硬度或维氏硬度测 试。
拉伸试验参数设置和结果解读
参数设置
拉伸试验的主要参数包括试样尺寸、 拉伸速度、温度等。这些参数的设置 应根据材料的特性和试验标准进行。
三维重构技术在金相领域应用前景探讨
真实感呈现
三维重构技术能够将二 维的金相图像转化为三 维模型，更真实地呈现 金相组织的三维形态。
定量分析
通过对三维模型进行定 量分析，可以更准确地 评估材料的性能和质量 。
虚拟实验
三维重构技术还可以用 于虚拟实验，模拟不同 工艺参数对金相组织的 影响，为实际生产提供 指导。
02
一般采用比较法、面积法、截点法等来评定晶粒度。
标准对照
03
将待测金属的晶粒度与标准晶粒度图谱进行对照，确定其晶粒
金属材料的力学性能课件
二、 洛氏硬度
测量范围
用于测量淬火钢、硬质合金等材料
三、维氏硬度
测量范围
用于测薄件、镀层、化学热处理后的表层等
南山学院
δ=(L1-Lo)/Lo x 100%
Lo:标距长度（本实验Lo=100） L1:拉断后的试件标距长度。将断口密合在一起，用卡尺直接量出。 2、断面收缩率 指试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
Ψ =(A0-A1)/A0 x 100%
A0:试件原横截面积。 A1:断裂后颈缩处的横截面积，用卡尺直接量出。
第一章 金属材料的力学性能
引言：
1、金属材料的性能 使用性能： 指材料在使用过程中所表现的性能，主要包括力学性 能、物理性能和化学性能。 工艺性能： 指在制造机械零件的过程中，材料适应各种冷、热加 工和热处理的性能。
包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、冲压性能、切削 加工性能和热处理工艺性能等。
2、金属材料力学性能 指材料在外力作用下表现出来的性能，主要有强度、塑性、 硬度、冲击韧度和疲劳强度等。
南山学院
§1-1 强度与塑性
一、强度的指标
强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力 。 1、屈服点
σ s = Fs/Ao 符号： σs 材料产生屈服现象时的最小应力
Fs：试样屈服时所承受的拉伸力（N） Ao：试样原始横截面积（mm）
2、抗拉强度
指试样拉断前所承受的最大拉应力。 其物理意义是在于它反映了最大均匀变形的抗力。
σ
σ
b=
Fb/A0
当材料的内应力
σ ＞σ
b时，材料将产生断裂。
b常用作脆性材料的选材和设计的依据。
金属材料-力学性能及金相检验基础知识共56页
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
金属材料-力学性能及金相检验基础知 识
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
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拉伸曲线的类型
不同类型曲线上的上屈服强度和下 屈服强度（ReH和ReL）
塑性
• 是指在外力作用下，能引起金属永久变形而不发 生破断，在外力取消后仍能保持变形后的形状的 能力。 • 材料的塑性值也可以通过拉伸试验，在测得金属 材料强度的同时确定出来。通常塑性的高低用伸 长率（A、δ）和断面收缩率（Z、ψ）来衡量，其 单位为%。 • 伸长率表示拉断后试样的伸长量与原来标距长度 相比的百分数。 • 截面收缩率表示拉断后试样在断裂处的收缩面积 与原来横截面积相比的百分数。
压缩、弯曲、剪切试验
• 压缩试验与拉伸试验相似，只是受力方向相反。通常只用 于生铁、水泥等较脆的材料。抗压强度的符号是σbc ，单 位也是MPa（N/mm2）。 • 弯曲试验主要用于测定材料在弯曲力矩作用下的强度和塑 性，通常有两种加载方法：三点加载和四点加载，弯曲试 验的对象主要是对塑性变形很小或较脆的材料，在拉伸时 不易进行塑性变形测量的材料，如铸铁、硬质合金、工具 钢等，测量指标是抗弯强度和挠度。弯曲强度的符号是 σbb ，单位也是MPa（N/mm2），挠度符号是f，单位mm。 对于塑性很好的材料，弯曲试验没有什么意义，只在评定 材料工艺性能时进行冷弯试验，以观察其在弯曲到规定角 度时有无裂缝或断裂，借此评定材料的工艺质量，不进行 应力计算。试验方法是GB/T232《金属材料 弯曲试验方 法》。 • 剪切试验的对象是铆钉、销子等，其试验材料为塑性很好 的金属。剪切试验的目的是测出材料的最大错动力和相应 的应力，即剪切强度。
维氏硬度
• 表示方法：如，225HV1/20表示用1kgf（9.807N）试验力 保持20秒，测定的维氏硬度值为225。 • 对试样要求：试验面的制备要求较高，一般要求粗糙度不 大于0.2μm，但对于小负荷和显微维氏硬度试验，则要求 在0.1μm以下；而且试验面的加工也必须确保使表面产生 形变硬化。 • 优点：试验力可任意选择，可测厚薄不同的试样的厚度， 是测量最精确的一种试验方法。 • 缺点：试样制备与压痕测量较费时间，工作效率较低，只 适用于在试验室中进行，不适用大批量生产中的常规检验， 压痕较小，代表性差，受成分偏析和组织不均匀等缺陷影 响较大，因此所测硬度值的重复性差，分散度大。 • 虽然试验力可任意选择，硬度值可任意比较，但因压痕大 小不同，测量误差也不同，因此，在进行硬度值比较时， 应尽可能选择与原先测试那些试样硬度时相同的试验力。
拉伸试验过程简介
• 拉伸试验的全部过程是：把试样夹持在拉伸试验 机上，把拉伸载荷逐渐缓慢地施加在试样上，观 察测定出由于载荷而引起的长度变化，直到试样 拉断为止。 • 拉伸载荷与试样伸长量的对应关系可用下图表示 出来，图中纵坐标表示试验力F，单位为N；横坐 标表示伸长量，单位为mm。这个图叫拉伸图， 这条拉伸曲线也叫外力—伸长曲线，可在试验机 的记录装置上自动绘制出来。
布氏硬度
• 表示方法如下：120HBW10/1000/30,表示用直径为10mm 的硬质合金球压头在1000kgf（9.807kN）试验力的作用 下，保持30秒测得布氏硬度值为120。 • 当压头直径为10mm，试验力为3000kgf，保持10秒进行 测试时，可以省略试验条件，只在硬度符号前标出硬度值 即可，如230HBW。 • 对试样的要求：试验面应光滑、无氧化皮及外来污物，粗 糙度一般不大于1.6μm；支撑面应平整、平行，有足够的 厚度；试验面不得因受热、加工硬化而影响原来的硬度。 • 硬度值的比较：一般较硬的材料选较大的F/D2值进行试验， 只有当F/D2值相同时，才可进行比较。 • 优点：由于压痕较大，所测得的硬度值代表性和重复性较 好。 • 缺点：效率较低，因压痕较大，不宜在产品表面进行试验。 • 适用范围：适合于测定组织粗大且不均匀的的金属材料的 硬度，如铸铁、铸钢、有色金属及其合金以及各种退火、 正火或调质处理后的钢材。
பைடு நூலகம்
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里氏硬度
• 与肖氏硬度相似，也是一种动载荷试验法。其原理是：用规定质量的冲 击体在弹力的作用下以一定速度冲击试样表面，用冲头距离试样表面 1mm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度值。 • 表示方法，例： 600HLD表示用D型里氏冲击装置测定的里氏硬度值为600。 对于用里氏硬度换算的其它硬度，应在里氏硬度符号之前附以相应的硬 度符号，例如：400HVHLG表示用G型冲击装置测定的里氏硬度值换算的 维氏硬度值为400。 • 试样要求： 试样必须有足够的质量和刚性以保证在冲击过程中不产生位移和弹动； 试样质量和粗糙度的要求高于肖氏硬度，粗糙度应不低于1.6（D、DC型） 或6.3（G型）。 试样表面不应有氧化皮和外力污物，尤其不应有油脂；试样不应带有磁 性。 • 试验时，冲击装置尽可能垂直向下，对于其它方向所测定的硬度值，应 按规定进行修正。 • 优缺点和应用范围与肖氏硬度相同。
强度
• 强度是指在外力作用下，金属材料抵抗变形和破 断的能力。根据受力状态，有扭转、抗弯、剪切、 抗压和抗拉强度之分，其中应用最为普遍的是抗 拉强度。 • 强度用单位横截面上的内力，即应力来表示，其 单位是N/mm2 （1 N/mm2 =1 MPa ）。 • 抗拉强度通过拉伸试验来测定，拉伸试验可测定 金属材料的屈服强度、抗拉强度，还可测定材料 的伸长率和断后收缩率。 • 拉伸试验方法的国家标准是GB/T228《金属材料 拉伸试验方法》
硬度
• 所谓硬度，就是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压 痕或划痕的能力，是衡量金属材料软硬程度的一种性能指 标，也是金属材料力学性能的一个重要指标。 • 硬度试验的方法很多，硬度值也没有明确的物理意义，而 是人为规定的在特定试验条件下的一种工程量或技术量。 • 硬度试验主要包括：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖 氏硬度和里式硬度试验。 • 硬度试验由于设备简单，操作迅速方便，同时又能敏感地 反映出材料的化学成分或组织结构的差异，因而被广泛用 来检查原材料的质量及零件或工具热加工和热处理的性能。 • 由于硬度试验仅在金属表面局部体积内产生很小的压痕， 因而对大多数零件和工具可用产品试验，而无需专门加工 试样。同时，硬度试验也易于检查金属表面层情况，如脱 碳与增碳、表面淬火以及化学热处理后的表面硬度等。
金属材料 力学性能及金相检验基础知识
力学性能
• 金属材料的力学性能，以前叫做机械性能。 • 常用的金属材料力学性能指标有：强度、 硬度、塑性、韧性、疲劳和蠕变等。它们 的具体指标都能通过各种专用试验机测定 出来，以适用设计、制造和使用的需要。 • 这些试验大都是用“取样” 的办法来进行 的，只有在必要时才会模拟零部件的实际 受力状态进行破坏试验。
取样试验有如下几种情况
• 从材料（板材、型材、棒材、管材、线材）直接 取样的试验，即从钢材上直接取样做拉伸、弯曲、 冲击等试验。 • 从产品的重要部位（最薄弱、最危险的部位）截 取试样进行试验，这种试验和实验与应力分析相 配合，可进一步校核设计计算的正确性，也可检 验产品热处理和加工等效果是否符合预期要求。 • 对于铸件，根据技术条件要求，可以直接浇注成 试样或单铸试棒进行试验，也可以浇注成连体试 块、附铸试块等进行试验，还可以在本体上取样 进行试验。 • 对实物零件直接进行试验，如螺丝、螺栓、圆环 或链条的拉伸试验等。
洛氏硬度
• 表示方法：如，50HRC表示用洛氏硬度C标尺测 定的洛氏硬度值为50；90HRBW表示用球形硬质 合金压头B标尺测得的洛氏硬度值为90。 • 对试样要求：与布氏硬度相近，但支撑面的平整 要求更高。 • 优点：操作简便迅速，硬度值可直接读出，压痕 较小，可在工件表面进行试验，广泛应用于半成 品或成品的质量检验。 • 缺点：测量误差大，不够精确，压痕较小，代表 性差，重复性差，分散度大，不同标尺之间的硬 度值没有联系，不能进行比较。
拉伸试验几个主要测试指标的符号
• • • • • • • 抗拉强度 Rm （σb） 屈服强度 （σS） 上屈服强度 ReH （σSU） 下屈服强度 ReL （σSL） 规定非比例伸长应力 RP0.2（σ0.2） 断后伸长率 A5（δ5） 断面收缩率 Z （ψ）
冲击韧性
• 所谓冲击韧性，就是在冲击力量的作用下，金属抵制变形和断裂的能 力。也是金属材料力学性能的一个重要特性，金属材料的韧性是通过 冲击试验来测定的。 • 冲击试验的简要过程是：将规定几何形状和尺寸的缺口试样，置于冲 击试验机的两支座之间，试样的缺口背向打击面放置，摆锤自一定的 高度自由落下，一次把试样打断，测定摆锤打断试样所消耗的能量也 就是试样的冲击吸收能量（冲击功、冲击吸收功），其单位为焦耳J。 更早期的标准中是以冲击韧性值来表示的，是将冲击功除以试样缺口 底部原横截面积，符号是ak，单位是J/cm2 。 • 冲击试验的国家标准是GB/T229《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》 • 冲击试样的缺口有——V型，深度2mm，表示符号为KV2或KV8； • U型，深度2mm，表示符号为KU2(2mm）或 • KU8(2mm） • U型，深度3mm，表示符号为KU2(3mm）或 • KU8(3mm）或DVM或KU(DVM)等 • 旧版标准的表示符号是：Akv、Aku2、 Aku3，等。
疲劳
• 金属材料在周期性的交变载荷作用下，经过一段时 间产生破坏的现象，称为金属的疲劳。疲劳最容易 发生在旋转或往复运动时受载的机械零件和部件， 如轴、弹簧、活塞杆、连杆、轧辊等。这些工件在 工作时，截面上所受的力随时发生或大或小、时拉 时压的周期性变化，尽管所受的力还远低于材料的 抗拉强度，甚至屈服强度，也会因疲劳而引起断裂。 • 疲劳的型式很多，有弯曲疲劳、旋转弯曲疲劳、扭 转疲劳、轴向载荷疲劳、接触疲劳、腐蚀疲劳等， 所以相对应的试验方法也很多。疲劳强度用符号σ1表示。
硬度与强度的换算
• 金属的硬度与静强度等其它力学性能指标之间没有严格的 对应关系，但可根据大量试验数据进行粗略的换算，换算 数据也在有关的国家标准或行业标准中进行了“规定”， 但并不赞成使用这种换算。 • 硬度与强度、硬度与硬度换算的标准有： GB/T1172《黑色金属及强度换算值》 GB/T 3771《铜合金硬度与强度换算值》 GB/T 13313《轧辊肖氏、里氏硬度试验方法》附录A、B GB/T 17394《金属里氏硬度试验方法》附录B、C、D GBn