金相制备与分析综合实验——金相照片

金相制备实验一、实验目的1．掌握金属显微试样的制备及金相显微组织显示方法。

2．掌握铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征。

3．掌握利用显微镜进行显微组织分析、观察的方法。

二、实验原理（一）金相试样的制备方法：图1-1金相显微试样的制备过程金相显微试样的制备过程包括有如下工序：取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等，下面就各道工序加以简要说明：1．取样由于金相组织比较均匀，试样截取可在任一截面进行，确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径为Φ12~15mm，高度（或边长）为12~ 15mm的圆柱体或方形试样，如图1-2所示。

试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割；对硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下；对极硬的材料（如淬火钢）则可采用砂轮切片机或电脉冲加工等切割。

但是，不论采用哪种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。

图1-2 金相试样的尺寸2．镶嵌对于尺寸过于细小的金属丝、片及管等，用手来磨制，显然很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉，聚乙烯聚合树脂等）中。

3．磨制试样的磨制一般分为粗磨与细磨。

（1）粗磨粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，钢铁材料试样的粗磨通常在砂轮机上进行。

但在磨制时应注意：试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样表面形成很深的磨痕，从而增加了细磨和抛光的困难；要随时用水冷却试样，以免受热的影响而引起组织的变化；试样边缘的棱角如没有保存的必要，可先行磨圆（倒角），以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光市，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。

当试样表面平整后，粗磨就告完成，然后将试样用水冲洗擦干。

（2）细磨经粗磨后的试样表面虽较平整但仍还存在有较深的磨痕。

因此，细磨的目的就是消除这些磨痕，以获得一个更为平整而光滑的磨面，并为下一步抛光做准备。

细磨是在一套粗细程度不同的金相砂纸上由粗到细依次顺序进行的。

这么精美的金相图片，千万别错过！先发一张低倍立体对照片。

40Cr锻件，经过正火后发现纵裂，裂缝打开后发现是石状断口。

如果你看过立体画，就用看立体画的方法来看这两张照片，当两张照片变成三张了，你就进入了三维空间，特别是中间的一张立体感最佳。

GCr15的碳化物液析100倍100倍1000倍（横向）以前，有客户投诉液析超标，说是当地技术监督局抽查发现的。

把样拿来一看，是把硫化物当作液析了。

硫化物是浅灰色，液析白亮，氮化物黄色，混为一谈易闹笑话。

非金属夹杂轴承钢冷拉直条内部横裂用GCr15连铸轴承钢冷拉直条车制水泵轴半成品时，沟道处发生断裂，断口上有从心部向外的放射形条纹（下图1左），试样纵剖后发现内部存在横向裂纹（下图1右）。

在纵剖面上作金相检验，球化组织正常，但心部存在十分严重的碳的正偏析区（下图2），碳偏析区内有粗大、完整的网状渗碳体及块状渗碳体（下图3）。

由此认定：该连铸轴承钢的质量低劣，心部十分严重的碳偏析是导致冷拉时内部出现横裂的原因。

图1图2图3我第一次看到这种类型的试样时，就按书籍上所说评为脱碳层。

后来发现，表面片状较深时会引起拉拔横裂，脱碳层怎么会引起拉拔横裂呢？我产生了疑问。

后来又发现，用球化退火后存在表面片状的盘条生产轴承钢丝，经过一次冷拉+再给晶退火的成品钢丝，表面出现片状减少、球状增加的现象；凡经过数次冷拉+再给晶退火的，绝大多数成品钢丝表面已无片状，脱碳层也大多合格。

再来一张石状断口上面一张“立体对”的石状断口，其实在锻件上已发生了纵裂，但当时没发现，后续正火时裂缝内产生氧化脱碳，晶粒的棱边已变得圆滑。

这一个石状断口，在我见过的石状断口中，是最“漂亮”的，晶粒的棱边完整清晰。

这也是40Cr锻件，用的原料是锻圆，打成一个类似塔形试样的部件，最粗的一节没有经过变形，锻后发生了纵裂，其他经过变形的几节都完好。

所以这最粗的一节相当于用锻造温度来进行正火处理，产生了严重的过热现象。

金相分析发现晶粒异常粗大，开裂为沿晶开裂，有沿晶界分布的二次裂纹，断口上无脱碳层。

（a）20%塑性变形（b）40%塑性变形（c）60%塑性变形图1 黄铜不同塑性冷变形程度退火的显微组织Fig.1 Annealing of different plastic cold deformation degrees of brass（a）200℃退火（b）400℃退火（c）600℃退火图2 黄铜不同再结晶退火温度的显微组织Fig.2 Microstructure of different recrystallization annealing temperatures ofbrass（a）200×（b）500×图3 ZL102未变质5%HF侵蚀剂Si+（α+Si针状）共晶Fig.3 ZL102undegraded 5%HF etchant Si+（α+Si acicular）eutectic（a）200×（b）500×图4 ZL102变质5%HF侵蚀剂Si+（α+Si点状）共晶Fig.4 ZL102metamorphic 5%HF etchant Si+（α+Si point shape）eutectic（a）200×（b）500×图5 可锻铸铁微观组织（侵蚀剂：4%硝酸酒精）Fig.5 Malleable cast iron microstructure(erodant: 4% nitric acid)（a ）200× （b ）500×图6 铁素体灰口铸铁微观组织（侵蚀剂：4%硝酸酒精）Fig.6 Ferrite gray cast iron microstructure (erodant: 4% nitric acid)（c ）860℃退火炉冷500× （d ）860℃正火空冷500×（a ）1000℃过热淬火（粗大的马氏体）500× （b ）860℃淬火+600℃回火（索氏体）500×（e）760℃淬火加热不足500×（f）860℃油淬冷速不足500×图7 45钢不同热处理条件下的微观组织（侵蚀剂：4%硝酸酒精）Fig.7 Microstructure of 45 steel under different heat treatment conditions(erodant: 4% nitric acid)（a）铁素体球墨铸铁500×（b）珠光体球墨铸铁500×图8 球墨铸铁的微观组织（侵蚀剂：4%硝酸酒精）Fig.8 Microstructure of ductile iron (erodant: 4% nitric acid)（a）珠光体500×（b）屈氏体500×图9 灰口铸铁的微观组织（侵蚀剂：4%硝酸酒精）Fig.9 Microstructure of gray cast iron (erodant: 4% nitric acid)。

图号：01 材料：45钢浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：500倍显微组织：网状铁素体+珠光体图号：02 材料：H70（黄铜）浸蚀方法：高氯化铁溶液图号：03 材料：T12钢（淬火过烧）浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：500倍显微组织：粗大针状马氏体+残余奥氏体（晶界裂纹）图号：04 材料：ZCuZn38（双相黄铜）浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液图号：05 材料：H13钢浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：800倍显微组织：马氏体+贝氏体+残余奥氏体图号：06 材料：低碳钢表面离子氮化浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液图号：07 材料：T12钢高温淬火浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：800倍显微组织：马氏体+残余奥氏体图号：08 材料：高磷铸铁浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液图号：09 材料：工业纯铁浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：500倍显微组织：不同位向铁素体图号：10 材料：过共析钢浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液图号：11 材料：灰口铸钢浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：400倍显微组织：共晶团石墨+铁素体+珠光体图号：12 材料：HT250（灰口铸铁）图号：13 材料：球墨铸铁浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：500倍显微组织：球状石墨+马氏体+渗碳体+残余奥氏体图号：14 材料：球墨铸铁图号：15 材料：球墨铸铁浸蚀方法：硝酸盐酸酒精溶液放大倍数：800倍显微组织：球状石墨+片状马氏体+残余奥氏体+渗碳体图号：16 材料：球墨铸铁图号：17 材料：球墨铸铁浸蚀方法：热染侵蚀放大倍数：500倍显微组织：球状石墨+铁素体+珠光体图号：18 材料：蠕墨铸铁图号：19 材料：铸造铝硅合金浸蚀方法：氢氟酸硝酸盐酸水溶液放大倍数：400倍显微组织：α固溶体+共晶硅+粗大鱼骨状铁相图号：20 材料：铸造锌铝合金浸蚀方法：氢氟酸硝酸盐酸水溶液。

66张典型金相图片金相图谱说明1、工业纯铁-退火-白色等轴晶为F晶粒，黑色网络为晶粒之间的边界。

2、20钢-退火-F+P，白色晶粒为F，黑色块状为片P。

3、45钢-退火-F+P,白色晶粒为F，黑色块状为片状P。

4、65钢-退火-F+P，黑色基体为片状P，白色呈网络状分布的为F。

5、T8钢-退火-片状P。

6、T12钢-退火-黑白相间的层片状基体为P，晶界上的白色网络为Fe3Cll。

7、T12钢-退火-P+Fe3Cll,Fe3C染成黑色，P仍保留白色。

8、亚共晶生铁-铸态-P+Ld+Fe3Cll,斑点装基体为共晶Ld，黑色枝晶为P。

9、共晶生铁-铸态-共晶Ld是由P+Fe3Cll+Fe组成，P组织细小。

10、过共晶生铁-铸态-Fe3Cll+Ld,板条状是Fe3Cl,斑点状是Ld。

11、T8钢-正火态-S。

细层片状F与Fe3C的机械混合物。

12、T8钢-等温淬火-B上+M+A残。

B上是由成束的大致平行排列的条状F与分布在F条间的断续Fe3C组成的羽毛状组织。

13、T8钢-等温淬火-B下+M+A残。

B下是呈扁片状的过饱和F 与分布在F内的短针状Fe3C的两相混合物。

14、20钢-淬火-板条M。

15、T8钢-淬火-针状M+Ar。

高碳M呈针状，互成一定的角度。

16、45钢-正火-F+S。

白色条块状为F。

沿晶界析出；黑色块状为S。

17、45钢-860度水淬-860度水淬-中碳M。

M成板条和针状混合分布。

18、45钢-860度水淬低回火-回火中碳M。

19、45钢-860度水淬中温回火T。

回火T是从M分解出的F基体上分布极细粒状Fe3C的混合物组合。

20、45钢-860度水淬高温回火S。

回火S是F基体上分布细粒状Fe3C的混合物。

21、45钢-780度水淬-亚温淬火组合F+M。

M呈黑色，F为白色。

22、45钢-1100度水淬-水淬过热淬火组织M。

23、T12球化退火-球状P。

是F基体上分布颗粒状Fe3C。

白色为F基体，白色小颗粒为Fe3C。