金相基础知识普及.共96页文档
金相试验基础知识
金相试验基础知识一刀云：骚年，我看你骨骼清奇，天赋异秉，将来在金相的道路上必成大器。
我先给你一本小小的秘籍等你踏上金相之路我们再来讨论怎样拯救世界。
你看如何啊？第一节：光学金相显微镜的结构和使用首先介绍一下我们使用的工具的构造，相信很多使用者用了好多年也没有办法具体叫出某个部件的名称。
一刀这次扫盲一下，高手们别笑话我啊，有说错的地方敬请斧正。
金相显微镜的种类、型号很多，可分为：台式、立式、卧式......此外还有紫外、红外、高温、低温、偏光、相衬、干涉等各种特殊用途的金相显微镜。
任何一种金相显微镜均主要由光学系统、照明系统、机械系统、附件装置(包括摄影或其它装置)组成。
这里我推荐一下金相显微镜领域的神器“蔡司”，业界第一不是吹出来的，一直被模仿从未被超越（借用了李涛足道的广告词了，我自己先无耻一下）光学系统等等杂七杂八的就不讲了，没人爱听，接下来使用过程中捞点干的说。
关于维护：（谁不说也罢，懒得打字了，坛子里有相关的帖子）说一下制样吧。
试样制备工作包括许多技巧，需要有长期的实践经验才能较好地掌握；同时它也比较费时和单调，往往使人感到厌烦。
由于研究材料各异，金相显微制样的方法是多种多样，其程序通常可分为取样、镶样、磨光、机械抛光(或电解概抛光、化学抛光)、腐蚀等几个主要工序，无论哪一个工序操作不当，都会影响最终效果。
因此，不应忽视任何一个环节。
不适当的操作可能形成“伪组织”导致错误的分析。
为能清楚的显示出组织细节，在制样过程中不使试样表层发生任何组织变化，曳尾、划痕、麻点等，有时尚需保护好试样的边缘。
选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。
取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程，应选择有代表性的部位。
生产中常规检验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定(详见有关行业和国家颁布标准)。
金相的基础知识
金相的基础知识金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。
不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。
所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。
所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。
金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。
奥氏体1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。
亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。
过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。
铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
珠光体4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。
上贝氏体5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。
过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。
金相基础知识培训
下贝氏体
4、奥氏体
在碳钢中，奥氏体是碳溶于Y-Fe中的固溶体。在合 金钢中，奥氏体则是碳和合金元素固溶于γ-Fe中的 固溶体。奥氏体具有面心立方结构。 从Fe-Fe3C平衡状态图可知，在碳素结构钢或一般 低合金结构钢中，奥氏体是一个高温相，在高温时 才稳定存在。在室温时奥氏体将转变成其他组织。 结构钢经淬火后会存在残留奥氏体，它分布在马氏 体针间隙中，或分布在下贝氏体针间隙中，不易受 侵蚀，在光学显微镜下呈白色。
奥氏体
5、马氏体
在碳钢中，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和固溶体;在合金 钢中，马氏体是碳和合金元素溶于α-Fe中的过饱和固体。 当钢的奥氏体以极快速度冷却下来时，过冷奥氏体以极快的 速度转变成马氏体。这时铁和碳原子都来不及扩散，只是由 γ-Fe的面心立方晶格转变为α-Fe的体心正方，即由碳在γ-Fe 中的固溶体转变为碳在α-Fe中的固溶体，故马氏体转变是无 扩散的。由于碳在α-Fe中的溶解度极小，因此转变的产物是 碳在α-Fe中的过饱和固溶体，这种过饱和的固溶体称为马氏 体。根据马氏体的金相特征，可将马氏体分为低碳的板条状 马氏体和高碳的针状马氏体。
针状马氏体
片状马氏体
（3）回火马氏体
回火马氏体是淬火钢经低温回火后的产物。
回火马氏体的基本特征是:仍具有马氏体针状 特征，但经侵蚀后显示的颜色比淬火马氏体 要深。在光学显微镜下的形貌与下贝氏体相 似。马氏体内析出为ε-碳化物，呈无规则分 布。
回火马氏体
6、回火屈氏体
回火屈氏体是淬火钢经中温回火后的产物。
3、密排六方晶体结构
（二）、合金的晶体结构
合金是由两种或两种以上的金属或非金属经熔炼、烧结或其 他方法组合而成并具有金属特性的物质。碳钢就是由碳和铁 组成的合金。
金相检验1-基础知识
图1-3 体心立方结构晶胞 a）刚球模型 b）质点模型 c）晶胞原子数
面心立方结构
图1-4 a）刚球模型 b）质点模型 c）晶胞原子数
密排六方结构
图1-5 密排六方结构晶胞 a）刚球模型 b）质点模型 c）晶胞原子数
3、实际金属的晶体结构 原因：结晶条件、压力加工、原子热运动 结构：兼有完整性（规律性）和不完整性（不 规律性）两方面的统一体，而且完整性占主导 地位 多晶体结构 实际金属晶体结构特点 存在缺陷
1、晶体的基本知识：
金属和合金在固态下，通常都是晶体。
什么是晶体 ？
晶体就是原子在三维空间中有规则作周期重复排 列的物质，就是说，在金属和合金中，原子的排 列都是有规则的，而不是杂乱无章的。
晶体结构和空间点阵
图1-2 晶体中原子排列示意图 a）原子堆垛模型 b）晶格 c）晶胞
2、纯金属的三种典型晶体结构 体心立方结构
包晶转变反应式（水平线HJB）:
L0.53 + 0.09
共晶转变反应式（水平线ECF）:
1495℃
A0.17
L4.3
1148℃
( A2.11
+ Fe3C )
Ld
共析转变反应式（水平线PSK）: 727℃
A0.77
( F0.0218
+ Fe3C )
P
3、相区
⑴ 五个单相区： L、、、、Fe3C ⑵ 七个两相区: L+、 L+、L+Fe3C、 +、 +Fe3C、+ 、+Fe3C ⑶ 三个三相区：即HJB (L++)、ECF(L++ Fe3C)、PSK(++ Fe3C) 三条水平线
金相理论基础
一、金相分析的理论基础1、金相分析的理论基础金属和合金在固态时，通常就是那种原子在三维空间中有规则作周期重复排列的物质，也就是说，在金属和合金中，原子的排列都是有规律的，而这种周期性排列称为晶体。
晶体按照晶胞的形态不同可分为体心立方晶胞、面心立方晶胞和密排六方晶胞。
实际中的晶体由理想晶体和晶体缺陷共同组成。
晶体缺陷是指实际晶体中存在着偏离（破坏）晶格周期性和规则性的部分，一般分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
在合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。
组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体，有置换固溶体，间隙固溶体。
金属间化合物是合金的组元相互作用而形成的具有金属特性，而晶格类型和特性又完全不同于任一组元的化合物一中间相。
金属化合物的晶格类型与组成化合物各组元的晶格类型完全不同，一般可用化学分子式表示。
2、钢材中常见的金相组织(1) 铁素体。
碳溶于仅一 F e晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁索体，用符号F表示。
其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低。
(2) 奥氏体。
碳溶于，y — F e晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。
其强度和硬度比铁素体高，但塑性和韧性仍良好，并且无磁性。
(3) 渗碳体。
渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式表示。
硬度高( HBW=800) ，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大。
(4) 珠光体。
由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P 表示。
其力学性能介于铁索体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。
(5) 马氏体。
碳在仅—中的过饱和固溶体称为马氏体。
马氏体有很高的强度和硬度，但塑性很差，几乎为零，用符号M表示，不能承受冲击载荷。
(6) 贝氏体。
贝氏体是铁索体和渗碳体的机械混合物，介于珠光体与马氏体之间的一种组织，用符号B表示。
根据形成温度不同，分为粒壮贝氏体、上贝氏体( B上) 和下贝氏体( B下) 。
金 相 基 础 知 识
金相基础知识金相基础概述金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。
金属和合金的组织通常是指它由哪些相所组成以及它们之间的相互配置(包括形状、数量，大小及分布)。
“相’，是指体系中成分和性能均匀一致的部分。
相与相之间有明显的分界。
金属和合金的组织与其成分、工艺过程以及所处的状态有关。
金相分析主要就是观察、鉴别和分析金属、合金内部的组织结构，研究成分、组织与性能之间的关系。
一、钢铁的基本组织形态铁碳合金——钢和铁是工业中应用最广泛的金属材料。
它主要是由铁和碳所组成的合金(其中也含有少量的硅、锰、硫和磷)。
通常在分析和研究问题时，总是把钢和铁看作是由铁和碳所组成的二元合金。
图1是铁碳合金相图。
它是研究钢铁组织和性能的基础，对于合金的加工工艺也具有指导意义。
碳在钢中以三种形式存在：(1)与铁形成铁基的间隙固溶体；(2)与铁形成化合物Fe 3 C；(3)在一定条件下形成游离态石墨。
铁碳合金相图中有四种合金相：(1)液体；(2)奥氏体；(3)铁素体；(4)渗碳体。
根据铁碳相图中的特性线和特性点，可简便地进行相图分析。
铁碳合金通常可按含碳量和室温平衡组织分为三大类：工业纯铁、钢和生铁(表1)。
C系）图1、铁碳合金相图（Fe－Fe3钢的典型金相显微组织钢的显微检验也常称为金相检验，它是应用金相显微镜研究钢的化学成分与显微组织的关系、钢的冶炼轧制、热处理等工艺过程对显微组织的影响以及钢材显微组织与物理性能内在联系的一种被广泛应用的试验研究方法。
常用碳素钢及合金钢中的铁素体、珠光体、渗碳体、奥氏体、魏氏组织及淬火状态下的马氏体、贝氏体，回火状态下的回火马氏体、屈氏体、索氏体等组织物形态的识别。
一、铁素体Feyyiteα铁或纯铁在金相学上称为铁素体，是碳和合金元素溶解在a—Fe中形成的固溶体。
碳素钢的含碳量在0.025~2.0％，铁素体的碳含合金成分量相当少，（常温0.08％）铁索体它是钢铁材料最基本的组织之一。
金相显微镜下观察，铁索体呈白色多种形态。
金相基础知识普及解析
石英 SiO2 铝酸盐 CaO·2Al2O3
3Al2O3·2SiO2
形状及分布
明场
暗场
成群，成串
成群，变形后成 串
金黄色
不透明
随碳含量不同由浅黄变 完全不透明 紫玫瑰
偏光 各向同性 各向同性
孤立或成群 孤立或成群
淡粉色 淡粉
不透明 不透明
各向同性 各向同性
球状 变形后呈链状
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金相组织识别——夹杂
GB/T10561-2005 /ISO 4967:1998中夹杂物宽度
单位：μm
夹杂物 类型
细系
最小宽度
最大宽度
粗系 最小宽度 最大宽度
A
2
4
＞4
12
B
2
9
＞9
15
C
2
5
＞5
12
D
3
8
＞8
13
D类夹杂物规定为最8
金相组织识别——夹杂
GB/T10561-2005 /ISO 4967:1998 中夹杂物级别最小值
色随MnS量而变，MnS 少时呈淡黄色，增多时 变深蓝色，再变深为深 灰色
深灰色，球体中的环圈 反光而中心有亮点。
不透明
各向异性，不透明
透明，色由淡黄 各向异性，透明呈玻
到褐色
璃状时各向同性
锰矽酸盐 2MnO·SiO2
铁锰矽酸盐 mFeO·nMnO·SiO2
多为玻璃质，球 状任意分布，易 变形，变形后伸 长
其观测研究的材料组织结构的代表性尺度范围为10-9-10-2m 数 量级，主要反映和表征构成材料的相和组织组成物、晶粒、非金属 夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大小、分布、 取向、空间排布状态等。
金相基础知识普及
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铁素体
金相组织识别——铁碳合金的基本相
奥氏体 Austenite
碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥 氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立
评级图 级别
0.5
A总长μm 37
B总长μm 17
夹杂物类别 C总长μm 18
D数量个 1
DS直径μm 13
1
127
77
76
4
19
1.5
261
184
176
9
27
2
436
343
320
16
38
2.5
649
555
510
25
53
3
9
898 ＜1181
822 ＜1147
746 ＜1029
36 ＜49
76 ＜107
色随MnS量而变，MnS 少时呈淡黄色，增多时 变深蓝色，再变深为深 灰色
深灰色，球体中的环圈 反光而中心有亮点。
不透明
各向异性，不透明
透明，色由淡黄 各向异性，透明呈玻
到褐色
璃状时各向同性
锰矽酸盐 2MnO·SiO2
铁锰矽酸盐 mFeO·nMnO·SiO2
多为玻璃质，球 状任意分布，易 变形，变形后伸 长
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金相组织识别——马氏体
当高温的奥氏体获得极大的过冷（对共析钢要过 冷到230℃以下）造成碳无法扩散，碳化物无法从奥 氏体中析出，就形成一种非平衡的新组织。试验表明， 虽然碳无法从奥氏体中扩散出来，但是奥氏体仍然从 原来γ—Fe的FCC结构转变成α—Fe的BCC结构。因为 没有碳化物的析出，所以碳就过饱和的溶解在BCC结 构中将晶格拉长变成了BCT结构。钢中形成的这种碳 在α—Fe中过饱和的固溶体就被称为马氏体 （Martensite）。有两种典型的组织：板条马氏体与 片状马氏体。
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6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
金相基础知识普及.
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
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