金相的概念:指金屬或合金的化學(xué)成分以及各種成分在合金內(nèi)部的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)。 金相組織是反映金屬金相的具體形態(tài),如馬氏體,奧氏體,鐵素體,珠光體等等。廣義的金相組織是指兩種或兩種以上的物質(zhì)在微觀狀態(tài)下的混合狀態(tài)以及相互作用狀況。
金相顯微鏡:
德國(guó)徠卡正置金相顯微鏡DM4 M ,DM6 M
德國(guó)徠卡倒置金相顯微鏡DMi8
金相顯微鏡除了用于觀察材料金相和微觀形態(tài),還多數(shù)用于清潔度檢測(cè)設(shè)備清潔度檢測(cè)儀,孔隙率檢測(cè)設(shè)備孔隙率檢測(cè)儀,作為清潔度和孔隙率的定量分析。
金相顯微鏡是將光學(xué)顯微鏡技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)全面地結(jié)合在一起而開(kāi)發(fā)研制成的高科技產(chǎn)品,可以在計(jì)算機(jī)上很方便地觀察金相圖像,從而對(duì)金相圖譜進(jìn)行分析,評(píng)級(jí)等以及對(duì)圖片進(jìn)行輸出、打印。 眾所周知,合金的成分、熱處理工藝、冷熱加工工藝直接影響金屬材料的內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)的變化,從而使機(jī)件的機(jī)械性能發(fā)生變化。因此用金相顯微鏡來(lái)觀察檢驗(yàn)分析金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要手段。
金相顯微鏡主要由光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、附件裝置(包括攝影或其它如顯微硬度等裝置)組成。根據(jù)金屬樣品表面上不同組織組成物的光反射特征,用顯微鏡在可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)這些組織組成物進(jìn)行光學(xué)研究并定性和定量描述。它可顯示500~0.2m尺度內(nèi)的金屬組織特征。早在1841年,俄國(guó)人(п.п.Ансов) 就在放大鏡下研究了大馬士革鋼劍上的花紋。至1863年,英國(guó)人(H.C.Sorby)把巖相學(xué)的方法,包括試樣的制備、拋光和腐刻等技術(shù)移植到鋼鐵研究,發(fā)展了金相技術(shù),后來(lái)還拍出一批低放大倍數(shù)的和其他組織的金相照片。索比和他的同代人德國(guó)人(A.Martens)及法國(guó)人(F. Osmond)的科學(xué)實(shí)踐,為現(xiàn)代光學(xué)金相顯微術(shù)奠定了基礎(chǔ)。至20世紀(jì)初,光學(xué)金相顯微術(shù)日臻完善,并普遍推廣使用于金屬和合金的微觀分析,迄今仍然是金屬學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)基本技術(shù)。
金相顯微鏡是用可見(jiàn)光作為照明源的一種顯微鏡可分為正立式和倒置式兩種。兩者的區(qū)別為:
正立式顯微鏡光路短,光路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,光損少,制樣要求高,樣品高度有要求,方便多視場(chǎng)連續(xù)觀察,鏡頭不易落灰易維護(hù)。
倒置式顯微鏡,光路長(zhǎng),光損較大,光路設(shè)計(jì)較復(fù)雜,制樣要求較低,對(duì)樣品高低無(wú)要求,檢測(cè)方便快速,不適合多視場(chǎng)分析,同等配置下倒置顯微鏡的價(jià)格要高于正立式顯微鏡。
金相名詞解釋:
奧氏體
定義:碳與合金元素溶解在面心立方鐵中的固溶體,仍保持面心立方晶格。
特征:奧氏體是一般鋼在高溫下的組織,其存在有一定的溫度和成分范圍。有些淬火鋼能使部分奧氏體保留到室溫,這種奧氏體稱殘留奧氏體。奧氏體一般由等軸狀的多邊形晶粒組成,晶粒內(nèi)有孿晶。在加熱轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束時(shí)的奧氏體晶粒比較細(xì)小,晶粒邊界呈不規(guī)則的弧形。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加熱或保溫,晶粒將長(zhǎng)大,晶粒邊界趨向平直化。鐵碳相圖中奧氏體是高溫相,存在于臨界點(diǎn)A1溫度以上,是珠光體加熱轉(zhuǎn)變而成。當(dāng)鋼中加入足夠多的擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的化學(xué)元素時(shí),如Ni,Mn等,則可使奧氏體穩(wěn)定在室溫,形成奧氏體鋼。
鐵素體
定義:碳與合金元素溶解在體心立方鐵中的固溶體。
特征:亞共析鋼中的慢冷鐵素體呈塊狀,晶界比較圓滑,當(dāng)碳含量接近共析成分時(shí),鐵素體沿晶粒邊界析出。
滲碳體
定義:碳與鐵形成的一種化合物
特征:滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕,在顯微鏡下呈白亮色,但受堿性苦味酸鈉的腐蝕,在顯微鏡下呈黑色。滲碳體的顯微組織形態(tài)很多,在鋼和鑄鐵中與其他相共存時(shí)呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀或板狀。在液態(tài)鐵碳合金中,首先單獨(dú)結(jié)晶的滲碳體(一次滲碳體)為塊狀,角不尖銳,共晶滲碳體呈骨骼狀過(guò)共析鋼冷卻時(shí)沿Acm線析出的碳化物(二次滲碳體)呈網(wǎng)結(jié)狀,共析滲碳體呈片狀鐵碳合金冷卻到Ar1以下時(shí),由鐵素體中析出滲碳體(三次滲碳體),在二次滲碳體上或晶界處呈不連續(xù)薄片狀
珠光體
定義:鐵碳合金中共析反應(yīng)所形成的鐵素體與滲碳體的混合物。
特征:珠光體的片間距離取決于奧氏體分解時(shí)的過(guò)冷度。過(guò)冷度越大,所形成的珠光體片間距離越小。在A1~650℃形成的珠光體片層較厚,在金相顯微鏡下放大400倍以上可分辨出平行的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體,稱為粗珠光體、片狀珠光體,簡(jiǎn)稱珠光體。在650~600℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍,滲碳體上僅看到一條黑線,只有放大1000倍才能分辨的片層,稱為索氏體。在600~550℃形成的珠光體用金相顯微鏡放大500倍,僅看到黑色的球團(tuán)狀組織,只有用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨的片層稱為屈氏體。
上貝氏體
定義:過(guò)飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物,滲碳體在鐵素體針間
特征:過(guò)冷奧氏體在中溫(約350~550℃)的相變產(chǎn)物,其典型形態(tài)是一束大致平行位向差為6~8°鐵素體板條,并在各板條間分布著沿板條長(zhǎng)軸方向排列的碳化物短棒或小片;典型上貝氏體呈羽毛狀,晶界為對(duì)稱軸,由于方位不同,羽毛可對(duì)稱或不對(duì)稱,鐵素體羽毛可呈針狀、點(diǎn)狀、塊狀。若是高碳高合金鋼,看不清針狀羽毛;中碳中合金鋼,針狀羽毛較清楚;低碳低合金鋼,羽毛很清楚,針粗。轉(zhuǎn)變時(shí)先在晶界處形成上貝氏體,往晶內(nèi)長(zhǎng)大,不穿晶。
下貝氏體
定義:同上,但滲碳體在鐵素體針內(nèi)。
特征:過(guò)冷奧氏體在350℃~Ms的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。其典型形態(tài)是雙凸透鏡狀含過(guò)飽和碳的鐵素體,并在其內(nèi)分布著單方向排列的碳化物小薄片;在晶內(nèi)呈針狀,針葉不交叉,但可交接。與回火馬氏體不同,馬氏體有層次之分,下貝氏體則顏色一致,下貝氏體的碳化物質(zhì)點(diǎn)比回火馬氏體粗,易受侵蝕變黑,回火馬氏體顏色較淺,不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高,針葉比低碳低合金鋼細(xì)。
粒狀貝氏體
定義:大塊狀或條狀的鐵素體內(nèi)分布著眾多小島的復(fù)相組織。
特征:過(guò)冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。剛形成時(shí)是由條狀鐵素體合并而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成,富碳奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中,可能全部保留成為殘余奧氏體;也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物(珠光體或貝氏體);最可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,部分保留下來(lái)而形成兩相混合物,稱為M-A組織。
無(wú)碳化物貝氏體
定義:板條狀鐵素體單相組成的組織,也稱為鐵素體貝氏體。
特征:形成溫度在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體,富碳奧氏體在隨后的冷卻過(guò)程中也有類似上面的轉(zhuǎn)變。無(wú)碳化物貝氏體一般出現(xiàn)在低碳鋼中,在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。
馬氏體
定義:碳在體心立方鐵中的過(guò)飽和固溶體。
特征:板條馬氏體:尺寸大致相同的細(xì)馬氏體條定向平行排列,組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域;在領(lǐng)域與領(lǐng)域之間位向差大,一顆原始奧氏體晶粒內(nèi)可以形成幾個(gè)不同取向的領(lǐng)域。由于板條狀馬氏體形成的溫度較高,在冷卻過(guò)程中,必然發(fā)生自回火現(xiàn)象,在形成的馬氏體內(nèi)部析出碳化物,故它易受侵蝕發(fā)暗。針狀馬氏體:又稱片狀馬氏體或高碳馬氏體,它的基本特征是:在一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)形成的第一片馬氏體片較粗大,往往貫穿整個(gè)晶粒,將奧氏體晶粒加以分割,使以后形成的馬氏體大小受到限制,因此片狀馬氏體的大小不一,分布無(wú)規(guī)則。針狀馬氏體按一定 方位形成。在馬氏體針葉中有一中脊面,碳量越高,越明顯,且馬氏體也越尖,同時(shí)在馬氏體間伴有白色殘留奧氏體。
萊氏體
定義:奧氏體與滲碳體的共晶混合物。
特征:呈樹(shù)枝狀的奧氏體分布在滲碳體的基體上。
回火馬氏體
定義:馬氏體分解得到極細(xì)的過(guò)渡型碳化物與(含碳較馬氏體低)過(guò)飽和鐵素體相混合組織。
特征:它由馬氏體在150~250℃時(shí)回火形成。這種組織極易受腐蝕,光學(xué)顯微鏡下呈暗黑色針狀組織(保持淬火馬氏體位向),與下貝氏體很相似,只有在高倍電子顯微鏡下才能看到極細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)。
回火屈氏體
定義:碳化物和鐵素體相的混合物。
特征:它由馬氏體在350~500℃時(shí)中溫回火形成。其組織特征是鐵素體基體內(nèi)分布著極細(xì)小的粒狀碳化物,針狀形態(tài)已逐漸消失,但仍隱約可見(jiàn),碳化物在光學(xué)顯微鏡下不能分辨,僅觀察到暗黑的組織,在電鏡下才能清晰分辨兩相,可看出碳化物顆粒已明顯長(zhǎng)大。
回火索氏體
定義:以鐵素體為基體,基體上分布著均勻碳化物顆粒。
特征:它由馬氏體在500~650℃時(shí)高溫回火形成。其組織特征是由等軸狀鐵素體和細(xì)粒狀碳化物構(gòu)成的復(fù)相組織,馬氏體片的痕跡已消失,滲碳體的外形已較清晰,但在光鏡下也難分辨,在電鏡下可看到的滲碳體顆粒較大。
球狀珠光體
定義:由鐵素體和粒狀碳化物組成。
特征:經(jīng)球化退火獲得,滲碳體成球粒狀分布在鐵素體基體上;滲碳體球粒大小,取決于球化退火工藝,特別是冷卻速度。球狀珠光體可分為粗球狀、球狀和細(xì)球狀和點(diǎn)狀四種珠光體。
魏氏組織
定義:如果奧氏體晶粒比較粗大,冷卻速度又比較適宜,先共析相有可能呈針狀(片狀)形態(tài)與片狀珠光體混合存在,稱為魏氏組織。
特征:亞共析鋼中魏氏組織的鐵素體的形態(tài)有片狀、羽毛狀或三角形,粗大鐵素體呈平行或三角形分布。它出現(xiàn)在奧氏體晶界,同時(shí)向晶內(nèi)生長(zhǎng)過(guò)共析鋼中魏氏組織滲碳體的形態(tài)有針狀或桿狀,它出現(xiàn)在奧氏體晶粒的內(nèi)部
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