钢的缺陷金相组织优秀课件.ppt

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1、钢的缺陷金相组织第1页，本讲稿共20页一、概述一、概述 由于钢锭或铸坯在凝固时选择结晶的结果，使得钢材在由于钢锭或铸坯在凝固时选择结晶的结果，使得钢材在由于钢锭或铸坯在凝固时选择结晶的结果，使得钢材在由于钢锭或铸坯在凝固时选择结晶的结果，使得钢材在冶炼、轧制、热加工过程中，易形成各种组织缺陷。冶炼、轧制、热加工过程中，易形成各种组织缺陷。冶炼、轧制、热加工过程中，易形成各种组织缺陷。冶炼、轧制、热加工过程中，易形成各种组织缺陷。钢的组织缺陷是指需利用金相显微镜析验才能判别的显微钢的组织缺陷是指需利用金相显微镜析验才能判别的显微钢的组织缺陷是指需利用金相显微镜析验才能判别的显微钢的组织缺陷是指需

2、利用金相显微镜析验才能判别的显微组织缺陷，它和宏观分析的不同之处在于放大倍数（宏观，肉组织缺陷，它和宏观分析的不同之处在于放大倍数（宏观，肉组织缺陷，它和宏观分析的不同之处在于放大倍数（宏观，肉组织缺陷，它和宏观分析的不同之处在于放大倍数（宏观，肉眼或眼或眼或眼或2020倍以下；微观，倍以下；微观，倍以下；微观，倍以下；微观，501000501000倍），首先简介一下金相试样倍），首先简介一下金相试样倍），首先简介一下金相试样倍），首先简介一下金相试样的制备过程，然后简略的介绍一下钢中常见的几种组织缺陷，如：的制备过程，然后简略的介绍一下钢中常见的几种组织缺陷，如：的制备过程，然后简略的介绍一

3、下钢中常见的几种组织缺陷，如：的制备过程，然后简略的介绍一下钢中常见的几种组织缺陷，如：带状组织，带状碳化物，网状碳化物，碳化物液析，钢中的非金带状组织，带状碳化物，网状碳化物，碳化物液析，钢中的非金带状组织，带状碳化物，网状碳化物，碳化物液析，钢中的非金带状组织，带状碳化物，网状碳化物，碳化物液析，钢中的非金属夹杂物，过热，过烧组织等。正确判断钢中的各种组织缺陷，属夹杂物，过热，过烧组织等。正确判断钢中的各种组织缺陷，属夹杂物，过热，过烧组织等。正确判断钢中的各种组织缺陷，属夹杂物，过热，过烧组织等。正确判断钢中的各种组织缺陷，以及形成原因，和为防止或消除这些组织缺陷应采取的措施是十以及形成

4、原因，和为防止或消除这些组织缺陷应采取的措施是十以及形成原因，和为防止或消除这些组织缺陷应采取的措施是十以及形成原因，和为防止或消除这些组织缺陷应采取的措施是十分重要的工作。分重要的工作。分重要的工作。分重要的工作。第2页，本讲稿共20页二、金相试样的制备二、金相试样的制备 由于金属对一般的光线是不透明的，所以显微分析要用由于金属对一般的光线是不透明的，所以显微分析要用经过特殊制备的试样，利用反射光线在显微镜下观察。经过特殊制备的试样，利用反射光线在显微镜下观察。n n1 1、取样、取样、取样、取样 取样的部位及磨面要根据被检验钢材的特点，加工工艺及研究的取样的部位及磨面要根据被检验钢材的特点

5、，加工工艺及研究的目的而进行选择。所取的试样必须有代表性，能充分代表被检验金属目的而进行选择。所取的试样必须有代表性，能充分代表被检验金属材料的组织特点。如：钢中非金属夹杂物含量，不仅各炉之间不同，材料的组织特点。如：钢中非金属夹杂物含量，不仅各炉之间不同，同一炉的不同钢锭之间也不同，而且相同钢锭不同部位也不相同。所同一炉的不同钢锭之间也不同，而且相同钢锭不同部位也不相同。所以在一批钢中应适当选择足够数量有代表性的试样。如：以在一批钢中应适当选择足够数量有代表性的试样。如：GB10561-GB10561-20052005标准规定取样方法：标准规定取样方法：直径或边长大于直径或边长大于40mm4

6、0mm的钢棒或钢坯，检验面为钢材外的钢棒或钢坯，检验面为钢材外表面到中心的中间位置的部分径向界面。（表面到中心的中间位置的部分径向界面。（图图1 1）第3页，本讲稿共20页 直径或边长大于直径或边长大于25mm25mm，小于或等于，小于或等于400mm400mm的钢棒或的钢棒或钢坯，检验面为通过直径的界面的一半（由试样中心到边缘）钢坯，检验面为通过直径的界面的一半（由试样中心到边缘）（图图2 2）直径或边长小于或等于直径或边长小于或等于25mm25mm的圆棒，检验面通过直径的圆棒，检验面通过直径的整个界面，其长度应保证得到约的整个界面，其长度应保证得到约200mm200mm2 2的检验面积（的

7、检验面积（图图3 3）如果观察材料的变形程度，晶粒拉长的程度和带状组织等，应平如果观察材料的变形程度，晶粒拉长的程度和带状组织等，应平行于轧制方向上截取纵向试样。而观察氧化脱碳和表面渗碳处理的组行于轧制方向上截取纵向试样。而观察氧化脱碳和表面渗碳处理的组织，则磨面应该在横截面上。织，则磨面应该在横截面上。2 2、磨样、磨样、磨样、磨样 试样截取之后先粗磨，一般用砂轮磨平，注意用水冷却，防止试样截取之后先粗磨，一般用砂轮磨平，注意用水冷却，防止温度过高组织发生变化。温度过高组织发生变化。细磨是为了消除粗磨时留下的磨痕，为抛光工序作准备。细磨是为了消除粗磨时留下的磨痕，为抛光工序作准备。抛光的目的

8、是为了消除试样细磨留下的细磨痕，获得光亮抛光的目的是为了消除试样细磨留下的细磨痕，获得光亮无痕的镜面。无痕的镜面。第4页，本讲稿共20页3 3、试样磨面的侵蚀、试样磨面的侵蚀、试样磨面的侵蚀、试样磨面的侵蚀 除观察试样中的缺面（裂纹、气孔等）和非金属夹杂物除观察试样中的缺面（裂纹、气孔等）和非金属夹杂物的数量、大小、形状和分布外，一般都要用化学、物理等方的数量、大小、形状和分布外，一般都要用化学、物理等方法进行组织显示才能观察。一般利用化学侵蚀，它是通过化法进行组织显示才能观察。一般利用化学侵蚀，它是通过化学或化学作用显示金属的组织。学或化学作用显示金属的组织。纯金属及单相金属的侵蚀是一个化学

9、溶解过程，由于晶界上原子纯金属及单相金属的侵蚀是一个化学溶解过程，由于晶界上原子排列的规律性差，具有较高的自由能，所以晶界处较易侵蚀呈凹陷。排列的规律性差，具有较高的自由能，所以晶界处较易侵蚀呈凹陷。若侵蚀较浅，由于垂直光线在晶界上的反射作用，在显微镜下可显示若侵蚀较浅，由于垂直光线在晶界上的反射作用，在显微镜下可显示出纯金属或固溶体的多面体晶粒。若侵蚀较深，则在显微镜下可显示出纯金属或固溶体的多面体晶粒。若侵蚀较深，则在显微镜下可显示出明暗不一的晶粒，这是由于晶粒的位向不同，溶解度亦有差异，侵出明暗不一的晶粒，这是由于晶粒的位向不同，溶解度亦有差异，侵蚀后的显微平面和原子平面的角度不同，在垂

10、直光线作用下，反射光蚀后的显微平面和原子平面的角度不同，在垂直光线作用下，反射光线方向各异，显示明暗不一。线方向各异，显示明暗不一。第5页，本讲稿共20页三、显微组织缺陷观察三、显微组织缺陷观察 1 1、带状组织、带状组织、带状组织、带状组织 在经热加工的亚共析钢显微组织中，铁素体与珠光体沿压延在经热加工的亚共析钢显微组织中，铁素体与珠光体沿压延变形方向交替成层状分布的组织称为带状组织。变形方向交替成层状分布的组织称为带状组织。带状组织使钢的机械性能产生各向异性，即沿着带状纵向的强带状组织使钢的机械性能产生各向异性，即沿着带状纵向的强度高，韧性好，横向的强度低，韧性低。此外，度高，韧性好，横向

11、的强度低，韧性低。此外，带状组织的工件热处理时易产生变形，且使得硬度不均匀。带状组织的工件热处理时易产生变形，且使得硬度不均匀。归纳形成带状组织的原因，其外因为压延，其内因为钢锭的磷、硫归纳形成带状组织的原因，其外因为压延，其内因为钢锭的磷、硫的偏析和夹杂物（见的偏析和夹杂物（见图图4 4，MnSMnS夹杂形成的带状）夹杂形成的带状）带状组织不能用退火的方法来消除，应用正火的方法来减带状组织不能用退火的方法来消除，应用正火的方法来减轻或消除。轻或消除。第6页，本讲稿共20页n n2 2、带状碳化物、带状碳化物、带状碳化物、带状碳化物 在钢的凝固过程中，由于成分偏析，使含有较高碳和合金元素的在钢

12、的凝固过程中，由于成分偏析，使含有较高碳和合金元素的钢内出现共晶碳化物，它在热加工过程中随着变形、延伸呈带状分布，钢内出现共晶碳化物，它在热加工过程中随着变形、延伸呈带状分布，称为带状碳化物，或称碳化物不均匀性。称为带状碳化物，或称碳化物不均匀性。碳化物不均匀性除受化学成分影响外，还与钢的冶炼方法，浇注碳化物不均匀性除受化学成分影响外，还与钢的冶炼方法，浇注温度，钢锭的几何形状，钢锭的大小，钢锭的冷却速度以及成材时的温度，钢锭的几何形状，钢锭的大小，钢锭的冷却速度以及成材时的变形程度有关。变形程度有关。高速钢、铬轴承钢、高鉻钢等钢种，出现带状碳化物的几率比较高速钢、铬轴承钢、高鉻钢等钢种，出现

13、带状碳化物的几率比较多。（如多。（如图图5 5，GCr15GCr15钢的带状组织；钢的带状组织；图图6 6，Cr12MoVCr12MoV钢的带状碳钢的带状碳化物）化物）带状碳化物使工件脆性增大，加工成模具易产生崩刃、断裂，在带状碳化物使工件脆性增大，加工成模具易产生崩刃、断裂，在热处理过程中，带状碳化物外的贫碳区域，容易造成加热时的过热。热处理过程中，带状碳化物外的贫碳区域，容易造成加热时的过热。此外带状碳化物使工件在淬火时产生较大的变形，还可能导致淬火裂此外带状碳化物使工件在淬火时产生较大的变形，还可能导致淬火裂纹。纹。反复锻造，可以改变碳化物不均匀性的程度。反复锻造，可以改变碳化物不均匀性

14、的程度。第7页，本讲稿共20页3 3、网状碳化物、网状碳化物、网状碳化物、网状碳化物 网状碳化物实际上亦是碳化物不均匀的另一种形式。网状碳化物实际上亦是碳化物不均匀的另一种形式。在含碳量不大于在含碳量不大于0.77%0.77%的碳工具钢，合金工具钢，鉻轴的碳工具钢，合金工具钢，鉻轴承钢等钢种，在热加工冷却过程中，碳化物沿晶界呈网状析承钢等钢种，在热加工冷却过程中，碳化物沿晶界呈网状析出，故称为网状碳化物。出，故称为网状碳化物。形成网状碳化物的原因是由于钢材在热轧或退火过程中，因形成网状碳化物的原因是由于钢材在热轧或退火过程中，因加热温度过高，保温时间太长，造成奥氏体晶粒的粗大，并在缓加热温度过

15、高，保温时间太长，造成奥氏体晶粒的粗大，并在缓慢冷却过程中，碳化物沿晶界析出，形成网状分布的碳化物。同慢冷却过程中，碳化物沿晶界析出，形成网状分布的碳化物。同样，在热加工的终止温度较高，在随后的缓冷过程中亦形成网状样，在热加工的终止温度较高，在随后的缓冷过程中亦形成网状碳化物。碳化物。网状碳化物的存在，将使钢的机械性能显著降低，尤其是冲击韧网状碳化物的存在，将使钢的机械性能显著降低，尤其是冲击韧性下降，脆性增大，做成的工模具易在使用过程中崩刃或开裂。性下降，脆性增大，做成的工模具易在使用过程中崩刃或开裂。析验网状碳化物时，试样应经淬火、回火处理并深侵蚀，腐蚀过析验网状碳化物时，试样应经淬火、回

16、火处理并深侵蚀，腐蚀过轻、过重均不能正确反应网状组织。轻、过重均不能正确反应网状组织。第8页，本讲稿共20页4 4、碳化物的液析、碳化物的液析、碳化物的液析、碳化物的液析 某些高合金工具钢，在凝固过程中，由于碳和合金元素的偏析，某些高合金工具钢，在凝固过程中，由于碳和合金元素的偏析，从液态中析出碳化物，这种碳化物在往后一般加工过程中不被消除，从液态中析出碳化物，这种碳化物在往后一般加工过程中不被消除，它的链状，块状，或条状沿钢的轧制方向存在。它的链状，块状，或条状沿钢的轧制方向存在。形成碳化物液析原因是由于熔炼时钢液过热，浇注温度偏形成碳化物液析原因是由于熔炼时钢液过热，浇注温度偏高，钢锭冷却

17、缓慢等因素造成。高，钢锭冷却缓慢等因素造成。在在GCr15GCr15、CrWMnCrWMn、CrMnCrMn钢中，容易产生碳化物液析。钢中，容易产生碳化物液析。碳化物液析存在，切割了金属基体，使钢的脆性增大。在热碳化物液析存在，切割了金属基体，使钢的脆性增大。在热处理时容易产生淬火裂纹，并使工件在使用过程中由于碳化处理时容易产生淬火裂纹，并使工件在使用过程中由于碳化物的剥落而成为磨粒磨损或形成疲劳破坏的发源地，故其存物的剥落而成为磨粒磨损或形成疲劳破坏的发源地，故其存在有较大的危险性。在有较大的危险性。防止及减轻方法：采用合理的定型设计，适当降低浇注温度防止及减轻方法：采用合理的定型设计，适当

18、降低浇注温度并加快冷却速度，对已产生的碳化物液析，可进行高温均热或扩并加快冷却速度，对已产生的碳化物液析，可进行高温均热或扩散退火的办法进行补救。如散退火的办法进行补救。如GCr15GCr15细钢锭可先于细钢锭可先于12301230加热，然加热，然后再进行开坯轧制。后再进行开坯轧制。第9页，本讲稿共20页5.5.非金属夹杂物非金属夹杂物非金属夹杂物非金属夹杂物 非金属夹杂物就是指存在于钢中的金属或非金属化合物，在钢铁非金属夹杂物就是指存在于钢中的金属或非金属化合物，在钢铁材料中一般都含有非金属夹杂物。材料中一般都含有非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物的来源通常可以分为两类，一类是外钢中非金属夹杂物

19、的来源通常可以分为两类，一类是外来的非金属夹杂物，指在冶炼、浇注过程中的炉渣及耐火材来的非金属夹杂物，指在冶炼、浇注过程中的炉渣及耐火材料浸入剥落后进入钢液中形成的。另一类是内在的非金属夹料浸入剥落后进入钢液中形成的。另一类是内在的非金属夹杂物，即在冶炼及浇注过程中物理化学反应的生成物，如氧杂物，即在冶炼及浇注过程中物理化学反应的生成物，如氧化物、硅酸盐、硫化物等。化物、硅酸盐、硫化物等。通常存在于钢中的非金属夹杂物大致有这样几种：通常存在于钢中的非金属夹杂物大致有这样几种：1 1、氧化物：常见的有、氧化物：常见的有Al2O3Al2O3、Cr2O3Cr2O3等。用等。用AlAl脱氧时易产生高硬

20、脱氧时易产生高硬度的度的Al2O3Al2O3脆性夹杂，在热加工时它不易变形，总是沿着加工压延方脆性夹杂，在热加工时它不易变形，总是沿着加工压延方向呈多角形颗粒排列成条状分布。向呈多角形颗粒排列成条状分布。2 2、硫化物：硫化物夹杂具有塑性，在钢材中呈条状形态。、硫化物：硫化物夹杂具有塑性，在钢材中呈条状形态。3 3、硅酸盐：钢中的硅酸盐夹杂的成分比较复杂。硅酸盐夹杂物经过、硅酸盐：钢中的硅酸盐夹杂的成分比较复杂。硅酸盐夹杂物经过热加工后一般沿着变形方向延伸，外形粗糙，不光滑。热加工后一般沿着变形方向延伸，外形粗糙，不光滑。第10页，本讲稿共20页4 4、氮化物：常见的有、氮化物：常见的有TiN

21、TiN、TiTi（NCNC）等，它在钢中多呈一定规则）等，它在钢中多呈一定规则的几何形状，如方形、矩形、六角形、条形。在明场下具有粉的几何形状，如方形、矩形、六角形、条形。在明场下具有粉红的色泽。红的色泽。5 5、点状不变形。、点状不变形。近代随着精炼技术的开发，钢的近代随着精炼技术的开发，钢的“洁净度洁净度”大大提高，然而大大提高，然而还无法完全避免钢中内生夹杂物的产生。非金属夹杂物降低钢的还无法完全避免钢中内生夹杂物的产生。非金属夹杂物降低钢的塑性、韧性和疲劳性能，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能塑性、韧性和疲劳性能，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。但是，夹杂物的相并不总是损害钢

22、的性能，有时甚至还能变坏。但是，夹杂物的相并不总是损害钢的性能，有时甚至还能改善钢的性能。如含改善钢的性能。如含S S钢，可改善切削加工性能。钢，可改善切削加工性能。第11页，本讲稿共20页6.6.过热过烧组织过热过烧组织过热过烧组织过热过烧组织 钢材过热一般是指加热时由于超过正常加热温度引起韧钢材过热一般是指加热时由于超过正常加热温度引起韧性下降的一种现象。碳素钢过热的金相特征是出现魏氏组织。性下降的一种现象。碳素钢过热的金相特征是出现魏氏组织。魏氏组织的出现往往伴随有粗大的奥氏体晶粒，因此，魏氏魏氏组织的出现往往伴随有粗大的奥氏体晶粒，因此，魏氏组织将造成钢的机械性能尤其是冲击韧性下降，严

23、重的将造组织将造成钢的机械性能尤其是冲击韧性下降，严重的将造成零件在使用过程中的脆性断裂。一般钢的魏氏组织可以通成零件在使用过程中的脆性断裂。一般钢的魏氏组织可以通过热处理（正火处理）手段来加以矫正。但是有这样一种情过热处理（正火处理）手段来加以矫正。但是有这样一种情况不可逆转，即锻件由于炉温过高，除了出现上述的过热的况不可逆转，即锻件由于炉温过高，除了出现上述的过热的组织特征外，还会产生硫化物向组织特征外，还会产生硫化物向A A体的固溶以及在冷却时沿体的固溶以及在冷却时沿境界的再析出。境界的再析出。这种过热区别于一般过热，可称之为稳定过热或锻造过热。这种过热区别于一般过热，可称之为稳定过热或

24、锻造过热。这是因为已经过热的成形锻件，不可能也不允许再次加热到锻造这是因为已经过热的成形锻件，不可能也不允许再次加热到锻造温度并通过再度变形来改善硫化物的分布形态了，同时由于硫化温度并通过再度变形来改善硫化物的分布形态了，同时由于硫化物沿晶界的析出是十分细小的，容易被忽视，但是由于它的存在物沿晶界的析出是十分细小的，容易被忽视，但是由于它的存在破坏了晶粒间的紧密结合，使断面脆性增加，常会导致零件的突破坏了晶粒间的紧密结合，使断面脆性增加，常会导致零件的突然断裂。然断裂。第12页，本讲稿共20页 过烧，一般是由于加热温度过高，或在高温下停留时间过烧，一般是由于加热温度过高，或在高温下停留时间过长

25、，除出现魏氏组织外，同时发现粗大的晶粒边界被烧熔过长，除出现魏氏组织外，同时发现粗大的晶粒边界被烧熔而氧化，破坏了金属基体的连续性，这种现象称为过烧。而氧化，破坏了金属基体的连续性，这种现象称为过烧。表面过烧在条件许可（足够的加工余量）的情况下可以用机表面过烧在条件许可（足够的加工余量）的情况下可以用机械加工除去，一般无法改正。因此，过烧是不允许的缺陷，一般械加工除去，一般无法改正。因此，过烧是不允许的缺陷，一般只能做废品处理。只能做废品处理。第13页，本讲稿共20页2008年12月*日第14页，本讲稿共20页第15页，本讲稿共20页第16页，本讲稿共20页第17页，本讲稿共20页第18页，本讲稿共20页第19页，本讲稿共20页第20页，本讲稿共20页