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1、第二章 钢铁材料常见组织及 钢的宏观检验技术,1、Fe-C(Fe-Fe3C)相图的作用及分析 重点2、钢铁材料常见平衡组织 重点3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点4、钢的退火、正火、淬火与回火组织 重点5、钢的宏观检验技术 基本内容 硫印试验的方法和步骤 酸蚀试验的方法和步骤 断口检验的方法与断口分类和识别 塔形实验的方法和步骤,1、Fe-C(Fe-Fe3C)相图的作用及分析,包晶转变线（水平线HJB），反应式：LB 0.53%C+H 0.09%C J 0.17%C,共晶转变（水平线ECF），反应式：Ld E 2.11%C+Fe3C6.69%C,共析转变（水平线PSK），通常标为A1
2、温度，反应式：S0.77%CP0.0218%C+Fe3C6.69%C,其他重要的转变线GS线，A3线；ES线，ACM线。,工业纯铁（铁素体F）,工业纯铁显 微 组织,2、铁碳合金的平衡组织,共析钢。含碳量为0.77%；平衡组织为珠光体（P）,2、铁碳合金的平衡组织,珠光体 组织,亚共析钢。含碳量0.021%0.77%；其平衡组织为F+P。,2、铁碳合金的平衡组织,珠光体 铁素体组织,过共析钢。含碳量0.77%2.11%；其平衡组织为 网状Fe3C+P。,2、铁碳合金的平衡组织,网状Fe3C+P组织,共晶白口铁。含碳量4.30%；其平衡组织为Ld。,2、铁碳合金的平衡组织,Ld 组织,亚共晶白口
3、铁。含碳量2.11%4.30%；其平衡组织 为Ld+P+Fe3C。,2、铁碳合金的平衡组织,Ld+P+Fe3C组织,过共晶白口铁。含碳量4.30%6.69%；其平衡组织 为Ld+Fe3C。,2、铁碳合金的平衡组织,Ld+Fe3C 组织,以共析钢为例，过冷A等温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（Time Temperature Transformation）,图2-2,3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,以共析钢为例，过冷A等温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（Time Temperature Transformation）,P的转变发生在
4、临界温度A1以下较高的范围内，又称为高温转变。,钢的珠光体转变,片状珠光体在电子显微镜和金相显微镜中的形态,P的转变发生在临界温度A1以下较高的范围内，又称为高温转变。,钢的珠光体转变,此外，还有球状珠光体,以共析钢为例，过冷A等温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（Time Temperature Transformation）,图2-2,3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,马氏体转变属于低温转变。钢的马氏体组织是碳在-Fe中的过饱和固溶体，是典型的非扩散型相变。,钢的马氏体转变,45钢淬火后的马氏体组织,由于马氏体相变产生较大应力，一般淬火后应进行回火处理。,以共析钢为例，过冷A等
5、温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（Time Temperature Transformation）,图2-2,3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,以较慢条件下冷却得到沿晶界析出的T+M组织,3、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,以共析钢为例，过冷A等温转变曲线称为C曲线，也称为TTT（Time Temperature Transformation）,图2-2,贝氏体转变是介于马氏体和珠光体之间的转变，属于中温转变。,钢的贝氏体转变,上贝氏体,下贝氏体,贝氏体转变是介于马氏体和珠光体之间的转变，属于中温转变。,钢的贝氏体转变,粒状贝氏体,此外还有粒状贝氏体、无碳贝氏体。,3、
6、钢的等温转变曲线及钢铁材料常见组织 难点,过冷奥氏体连续转变曲线 难点,魏氏组织：当亚共析钢或者过共析钢在高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或者渗碳体从奥氏体晶界上沿一定的晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下，呈羽毛或三角状，其间存在着珠光体组织，称为魏氏组织。,铁素体魏氏组织,渗碳体魏氏组织,（1）退火 将工件加热到Ac3（或Ac1）以上的适当温度保温后在炉内缓慢冷却的工艺方法，称为退火。（2）正火 将工件加热到Ac3（或Acm）以上，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,（3）淬火 淬火是将工件加热到Ac3或Ac1以上某一温
7、度保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,45钢850淬水组织,（3）淬火 淬火是将工件加热到Ac3或Ac1以上某一温度保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,45钢750淬水组织,45钢920淬水组织,45钢860淬油组织,（4）钢的回火 回火是指工件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温下的热处理工艺。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,低温回火马氏体组织,45钢在850淬火后200 回火后的组织,（4）钢的回
8、火 回火是指工件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温下的热处理工艺。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,中温回火托氏体组织,45钢在850淬火后400 回火后的组织,（4）钢的回火 回火是指工件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温下的热处理工艺。,4、钢的退火、正火、淬火与回火组织,高温回火索氏体组织,45钢在850淬火后600 回火后的组织,5、钢的宏观检验技术,钢的宏观检验技术的定义：又称宏观分析，它是通过肉眼或者放大镜来检验金属材料及其制品的宏观组织和缺陷的方法。优点：检验范围大，视域宽，检验方法、操作技术以及所需的检验设备简
9、单，较快捷全面地反映出材料或产品的品质。检验范围：钢材中的疏松、气泡、缩松残余、非金属夹杂物、偏析、白点、裂纹以及各种不正常的断口缺陷。实验方法：硫印实验、酸蚀实验、断口实验、塔形实验等,硫印实验可以用来检验硫元素在钢中的分布情况。基本原理：H2SO4+FeS H2S+FeSO4 H2SO4+MnS H2S+MnSO4 H2S+2AgBr Ag2S（棕色）+2HBr,5.1、硫印实验,方法和操作步骤 钢的硫印实验方法按照国标GB/T 4236-1984进行。试样选取和制备：棒材、钢胚和圆钢等产品从垂直于扎制方向的界面选取。对于锻件，应选取纵向截面进行实验。对硫印试样采用刨、车、铣和研磨等方式加
10、工，建议表面粗糙度约为Ra 1.61.8m。试验材料和试剂：相纸；3%体积硫酸+97%体积水；定影液（采用商用定影液或150200g/L Na2S2O3水溶液）。,5.1、硫印实验,步骤：,5.1、硫印实验,注意事项：为验证效果，需重复试验一次，第二次试验时相纸覆盖时间延长一倍。如对结果有怀疑，可将试样同一被检面进行机加工至少去处0.5mm以上。,5.1、硫印实验,5.1、硫印实验,45钢曲轴锻造正火态硫印实验 0.8x,酸蚀实验是显示钢铁材料低倍组织和各种缺陷，如：裂纹、夹杂、疏松、偏析以及气孔等的实验方法。试样的选取：酸蚀试样必须选取最易发生各种缺陷的部位。检验淬火裂纹、磨削裂纹、淬火软点
11、等缺陷应选取材料的外表面进行实验；检验钢材质量时在钢材两端分别取样；钢中白点、偏析、皮下气泡、翻皮、疏松、残余缩孔、轴向晶间裂纹和折叠裂纹等缺陷，在横截面试样上取样；钢材中的锻造流线、应变线和条带状组织，在纵截面上取样。在作失效分析或缺陷分析时，除在缺陷出取样外，还应在有代表性的部位取样作比较分析。,5.2、酸蚀实验,5.2.2 热酸蚀试验：酸液加热到一定温度时，电化学腐蚀反应速度加快。试验所需设备：酸蚀槽、加热器、碱水槽、流水冲洗曹、电热吹风。操作过程：在酸蚀槽中加热酸液将加工好清洗干净的试样放于酸蚀槽中热蚀在一定温度下侵蚀一定时间后将试样取出大型试样可先放入碱液槽中作中和处理，小试样直接用
12、流水冲洗干净，用电吹风吹干检验。注意：试样制备好后应防止生锈。,5.2、酸蚀实验,腐蚀试剂和实验规范见表3-1,5.2、酸蚀实验,5.2.3 冷酸蚀试验：适用于不能切割的大型锻件和外形不能破坏的大型及其零件。此方法可直接在现场进行。冷酸蚀实验分为冷酸浸蚀法和冷酸擦蚀法。,5.2、酸蚀实验,5.2.4 电解腐蚀试验：此试验是近年发展起来的试验方法，适用于钢材厂的大批量大型试验。电解腐蚀的原理：同原电池反应 试验装置：如图所示,5.2、酸蚀实验,低倍组织缺陷的评定和标准贯彻 钢的低倍组织缺陷评定范围和评定规则按照国家标准GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图，该标准适用于碳素结构钢、
13、合金结构钢、弹簧钢钢材（锻、轧坯）横截面试样的缺陷评定。评定原则：一般疏松评定原则，中心疏松评定原则，锭型偏析评定原则，斑点状偏析评定原则，白亮带评定原则，中心偏析评定原则，冒口偏析评定原则，皮下气泡评定原则，残余缩孔评定原则，翻皮评定原则，白点评定原则，轴心晶间裂缝评定原则，非金属夹杂物（目视可见）及夹渣评定原则。,5.2、酸蚀实验,断口检验能够发现钢本身的冶炼缺陷和热加工、热处理等制造工艺中存在等问题，是宏观检验中常用的一种方法，是反映产品质量极为重要的手段之一。断口检验的优点：对于使用过程中破损的零件和在生产制造过程中由于某种原因而导致破损的断口，以及做拉力、冲击试验试样破断之后的断口，
14、无需任何加工试样，就可直接进行观察和检验。,5.3、断口检验,断口试样制备方法：对于钢材中的偏析、非金属夹杂物以及白点等缺陷，应尽可能选取纵向断口；对于钢材直径或边长大于40mm的钢材应作纵向断口，对于钢材直径或边长小于40mm的钢材应作横向断口。纵横断口制备示意图如图所示：,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 按照国家标准GB/T 1814-1979钢材断口检验法，该标准适用于结构钢，滚珠钢，工具钢及弹簧钢的热轧、锻造，冷拉条钢和钢坯。断口分类如下：纤维状断口 结晶状断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 层状断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种
15、缺陷形态的识别 白点断口 缩孔残余断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 气泡断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 非金属夹杂物（目视可见）及夹渣断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 黑脆断口,5.3、断口检验,钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 石状断口 萘状断口,5.3、断口检验,塔形试验是将钢材制成不同直径的阶梯形试样，用酸蚀或磁力探伤方法检验钢中发纹情况的方法。检验方法按照国家标准GB/T 1012-1988塔形发纹磁粉检验法以及GB/T 15711-1995钢材塔形发纹酸浸检验方法。发纹是钢内夹杂物、气孔、疏松和孔隙等在
16、热加工过程中沿加工方向伸展排列而成的线状缺陷，主要分布在偏析区。,5.4塔形试验,各种基本组织的鉴别方法,1、F与Fe3C网的鉴别,显微硬度法：用50g载荷下，HV600以上为Fe3C；HV200以下为F。,化学侵蚀法：用碱性苦味酸钠热蚀，白色组织变为黑色为Fe3C；呈白色为F。,硬针刻划法：划痕粗者为F；反之为Fe3C。,2、M和B下的鉴别,从形态上区别：针状M针叶较宽且长，两个针叶相交时呈60角；下贝氏体针细且短，针的分布较任意，若两针相交时多为55角。,用浸蚀法来区分：对试样进行浅浸蚀，下贝氏体由两相组成易于浸蚀，呈黑色；而马氏体不易浸蚀，颜色较浅。,在电镜下区别：下贝氏体针表面分布有F
17、e3C；而针状马氏体是孪晶，只看到中脊。,3、F和A的区别,未溶F有明显的晶界，存在于马氏体的相界边缘上；而A在马氏体针之间，其形态随马氏体针叶的分布形状而改变。,70Si3Mn钢过热淬火组织（500）,粗大羽毛状B,残余奥氏体,马氏体,20Cr钢880淬水，180回火后的组织（500）,铁素体,羽毛贝氏体,黑色托氏体,一、实验目的及要求,1掌握钢铁材料常见平衡组织、非平衡组织。2了解钢的宏观检验技术。,实验二 钢铁材料常见组织及 钢的宏观检验技术,二、实验仪器及材料,1实验仪器 XJG-01型立式金相显微镜，XJG-02立式型金相显微镜，4XC型金相显微镜2试验材料 碳钢平衡状态试样、碳钢热处理试样等。,三、实验内容及步骤,1、分析Fe-C相图。2、根据Fe-C相图画出钢的平衡组织。3、根据C曲线画出钢的非平衡组织。4、画出钢在回火后的组织。5、分析钢的宏观检验技术。,四、思考题,1马氏体有几种类型，其组织形态如何？2贝氏体有几种类型，其组织形态如何？3什么是宏观检验技术，其主要检验内容及实验方法有哪些？4铁素体和渗碳体如何区别？5马氏体和下贝氏体的组织如何区别？,
