金相分析技术及其应用.pdfVIP

金相分析技术及其应用 金属的性能取决于它的成分和微观组织，其中微观组织对金属性 能的影响最为直接，因此我们可以通过对金属微观组织的观察和分析 （即金相分析技术）来预测和判断金属的性能，并分析其失效破坏的 原因。金相分析技术是根据有关的标准和规定来评定金属材料内在质 量的一种常规检验方法，并可用来判断零件生产工艺是否完善，有助 于寻求零件产生缺陷的原因，因此它是涉及金属材料生产、使用和科 研中一种必不可少的手段。 进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规定制备试样 （即金 相试样），若金相试样制备不当，则可能出现假象，从而得出错误的 结论，因此金相试样的制备十分重要。通常，金相试样的制备步骤主 要有：取样、镶嵌、标识、磨光、抛光、浸蚀，但并非每个金相试样 的制备都必须经历上述步骤，如果试样形状、大小合适，便于握持和 磨制，则不必进行镶嵌；如果仅仅检验金属材料中的非金属夹杂物或 铸铁中的石墨，就不必进行浸蚀。总之，应根据检验的目的来确定制 样步骤。 一、金相试样制备与观察 1、取样 取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到检验 目的。因此，取样的部位、数量、磨抛光面方向等应严格按照相应的 标准规定执行。 （1）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，使所切取的试样具有代 表性。必要时应在检验报告单中绘图说明取样部位、数量和磨抛光面 方向。 图 1- 1 表示轧制型材金相试样的切取方位，一般纵断面 （图 1-1 中的 1、2 、4 、5 ）主要用于：1）检验非金属夹杂物的数量、大小和 形状；2 ）检验晶粒的变形程度；3 ）检验钢材的带状组织，以及通过 热处理对带状组织的消除程度。横断面 （图 1-1 中的 3 ）主要用于：1） 检验从表面到中心金相组织变化情况；2 ）检验表层各种缺陷，如氧 化、脱碳、过烧、折叠等；3 ）检验表面热处理结果，如表面淬火的 淬硬层，化学热处理的渗碳层、氮化层、碳氮共渗层以及表面镀铬、 镀铜层等；4 ）检验非金属夹杂物在整个断面上的分布；5 ）测定晶粒 度等。 （2 ）取样方法 金相试样一般为 φ12×12mm 的圆柱体或 12×12×12mm 的立方体。 若太小则操作不方便，若太大则磨制面过大，增长磨制时间且不易磨 平。非检验表面缺陷、渗层、镀层的试样，应将棱边倒圆，防止在磨 制中划破砂纸和抛光织物，反之，检验表层组织的试样，严禁倒角并 应保证磨面平整。 2 、镶嵌 当金相检验的材料为丝、带、片、管等尺寸过小或形状不规则的 试样，由于不便握持，可采用镶嵌的方法，得到尺寸适当，外形规则 的试样。当检验试样的表层组织时，为防止在磨制中产生倒角，也可 采用镶嵌。常用的镶嵌方法有机械夹持法、热镶嵌法和冷镶嵌法等。 3 、磨光与抛光 金相试样经过切取、镶嵌后，还需进行磨光、抛光等工序，才能 获得表面平整光滑的磨面。图1-3 表示了切取试样后形成的粗糙表面， 经粗磨、细磨、抛光后，磨痕逐渐消除，得到平整光滑的磨面。 磨光可以分为粗磨和细磨。每一道工序，都与上一道工序成 90o 方向，直到看不到上道工序的划痕为止。 抛光可以分为机械抛光和电解抛光。机械抛光适用于大部分钢 种，但是由于机械抛光有机械力的作用，不可避免会产生金属变形层， 使金属扰乱层加厚，出现伪组织。而电解抛光是利用电解方法，以试 样表面作为阳极，逐渐使凹凸不平的磨面溶解成光滑平整的表面，因 无机械力的作用，故无变形层，亦无金属扰乱层，能显示材料的真实 组织并兼有侵蚀作用，适用于硬度较低的单相合金、容易产生塑性变 形而引起加工硬化的金属材料，如奥氏体不锈钢、高锰钢、有色金属 和易剥落硬质点的合金等的试样抛光。 4 、金相显微组织的显示 抛光后的试样表面是平整光亮、无痕的镜面，置于金相显微镜下 观察时，除能见到非金属夹杂物、孔洞、裂纹、石墨和铅青铜中的铅 质点以及极硬相在抛光时形成的浮凸外，仅能看到光亮一片，看不到 显微组织，必须采用适当的显示方法 （即侵蚀），才能显示出组织。 金相显微组织的侵蚀方法很多，可分为化学侵蚀、电解侵蚀和其 他侵蚀等。其中化学侵蚀法具有显示全面、操作便捷、经济便宜、重 现性好等优点，故在生产以及科研中广泛应用。 化学浸湿是一个电化学溶解的过程。金属与合金中的晶粒与晶界 之间，以及各相之间的物理化学性质不同，他们具有不同的自由能， 在电解质溶液中则具有不同的电极电位，可组成许多微电池，较低电