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橢圓形封頭的微觀組織檢驗(yàn)工藝詳解

  利用金相顯微鏡將 制橢圓形封頭母材試樣放大到50~200倍來觀查金屬組織及其缺陷的方法稱為微觀組織檢驗(yàn)。它與宏觀組織檢驗(yàn)是一個(gè)承上啟下的關(guān)系,對(duì)于尺寸較大的缺陷和組織可用宏觀組織檢驗(yàn)方法進(jìn)行檢驗(yàn),反之則用微觀組織方法進(jìn)行檢驗(yàn)。工程上常用微觀組織檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)金屬材料的晶粒度和細(xì)微的非金屬夾雜物。

  GB6394和GB10561標(biāo)準(zhǔn)分別給出了金屬平均晶粒度測(cè)定方法和鋼中非金屬夾雜物的顯微評(píng)定方法。下面分別對(duì)它們進(jìn)行介紹。
  (一)晶粒度的測(cè)定及評(píng)定
  在第三章中已經(jīng)講過,橢圓形封頭母材的晶粒度大小對(duì)其性能影響較大,晶粒度越小,材料的綜合機(jī)械性能越好,因此測(cè)量材料的晶粒大小對(duì)鋼材的內(nèi)在質(zhì)量評(píng)判具有重要的意義。
  GB6394標(biāo)準(zhǔn)中給出的晶粒度測(cè)定方法有三種:即比較法、面積法和截點(diǎn)法。
  比較法是采用100倍的金相顯微鏡對(duì)橢圓形封頭母材試樣進(jìn)行觀查或拍片,然后與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖相比較來評(píng)定晶粒度的大小。標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖是按單位面積內(nèi)的平均晶粒數(shù)來分檔的,當(dāng)采用不同放大倍數(shù)的顯微鏡觀查時(shí),應(yīng)進(jìn)行倍數(shù)換算,換算關(guān)系在標(biāo)準(zhǔn)中已給出。
  比較法共給出了四個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)圖譜。
  系列Ⅰ:無孿晶晶粒,100倍;
  系列Ⅱ:有孿晶晶粒,100倍;
  系列Ⅲ:有孿晶晶粒,75倍;
  系列Ⅳ:奧氏體晶粒度,100倍。橢圓形封頭
  其中,奧氏體鋼用系列Ⅱ或系列Ⅳ圖譜,鐵素體鋼用系列I圖譜,不銹鋼用系列Ⅱ圖譜。
  各圖譜共將晶粒級(jí)別指數(shù)分為10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí),超出這10級(jí)范圍的級(jí)別為倍數(shù)換算時(shí)派生出來的。晶粒度評(píng)級(jí)也允許評(píng)半級(jí)。一般情況下,1~3級(jí)為粗晶粒,4~6級(jí)為中等晶粒,7~10級(jí)為細(xì)晶粒。
  晶粒度級(jí)別指數(shù)G是這樣定義的:橢圓形封頭母材在100倍放大鏡下,在645.16mm2面積內(nèi)包含的晶粒數(shù)N與G有如下關(guān)系:N=2G-1。
  比較法是常用的一種方法,它適用于等軸晶粒等大晶粒,而且誤差較大。對(duì)于加工變形的金屬小晶粒度不能用比較法而只能用面積法或截點(diǎn)法。
  面積法是直接計(jì)點(diǎn)單位面積內(nèi)的晶粒數(shù),并根據(jù)晶粒數(shù)與晶粒級(jí)別指數(shù)的關(guān)系計(jì)算出晶粒度級(jí)別指數(shù)。
  截點(diǎn)法是直接計(jì)算單位線段長度上的晶粒界面數(shù),橢圓形封頭母材并根據(jù)相應(yīng)關(guān)系式求出其晶粒級(jí)別指數(shù)。
  不同放大倍數(shù)下的晶粒度換算表見表9-4所示:
表9-4   不同放大倍數(shù)下晶粒度的關(guān)系

圖象放

 
與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖編號(hào)相同圖象的晶粒度級(jí)別
大倍數(shù)
NO.2
NO.3
NO.4
NO.5
NO.6
NO.7
NO.8
NO.9
0
25
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
50
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
100
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
200
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
400
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
800
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

 

    注:該表摘自GB6394標(biāo)準(zhǔn)。
  在測(cè)量橢圓形封頭母材晶粒度時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題:
  a、如果被測(cè)橢圓形封頭母材試樣中的晶粒大小不均勻時(shí),應(yīng)同時(shí)給出其中主要的幾個(gè)晶粒度。例如,如果某試樣中的主要晶粒有6、7、8三級(jí),則標(biāo)記為該材料的晶粒度為6~8級(jí)。當(dāng)某試樣中的一種級(jí)別的晶粒數(shù)目能占總數(shù)的90%以上時(shí),例如前面提到的試樣中6級(jí)晶粒度的晶粒數(shù)能占90%以上時(shí),則標(biāo)記該材料為6級(jí)晶粒度。
  b、金屬的實(shí)際晶粒度測(cè)定時(shí),試樣應(yīng)從實(shí)際的加工狀態(tài)或熱處理狀態(tài)中制取,并按規(guī)定進(jìn)行拋光和浸蝕,然后拿到金相顯微鏡下觀查。
  c、金屬的奧氏體晶粒度測(cè)定時(shí),要采用滲碳法或氧化法等進(jìn)行 殊處理,以便在室溫下能顯示出奧氏體晶粒的大小。 殊處理后的試樣再進(jìn)行拋光和浸蝕,拿到金相顯微鏡下去觀查。檢查奧氏體晶粒度的目的主要是考評(píng)其奧氏體長大的傾向。
  (二)非金屬夾雜物的測(cè)定及評(píng)定
  橢圓形封頭母材中的非金屬夾雜物是指材料中不具有金屬性質(zhì)的氧化物、硫化物、硅酸鹽和氮化物等,它們與未熔化或澆注過程中落入的非金屬物相比,其尺寸較小(冶煉過程中未及時(shí)排出的熔渣除外),但對(duì)材料的性能如疲勞極限、沖擊韌性、塑性、耐蝕性(尤其是應(yīng)力腐蝕)等影響較大。因此評(píng)審金屬材料中非金屬化合物的含量、存在形態(tài)和分布情況是評(píng)定金屬材料內(nèi)在質(zhì)量的又一重要指標(biāo)。
  前面已經(jīng)講到,對(duì)于外來的大量夾雜物和由硫、磷偏析或化合形成的大尺寸夾雜物,可采用宏觀組織分析的方法(如酸浸和印痕法)進(jìn)行評(píng)定,但對(duì)于小尺寸、分散分布的非金屬夾雜物 須要借助于微觀顯微分析法了。有的橢圓形封頭母材可以 行宏觀組織分析,如果顯示太小,可進(jìn)一步進(jìn)行微觀分析。而有些材料,如電弧爐冶煉的材料只須進(jìn)行微觀分析 可以。
  非金屬夾雜物的檢驗(yàn)一般是采用金相法并輔以一定的化學(xué)浸蝕進(jìn)行的。橢圓形封頭母材金相法是利用不同非金屬夾雜物所具有的不同機(jī)械性能、形態(tài)、光學(xué) 征和化學(xué) 征,借助于金相顯微鏡的明、暗場及偏振光來觀查甄別的。一些專著和標(biāo)準(zhǔn)中給出了不同非金屬夾雜物的存在形態(tài)及呈現(xiàn)的光學(xué) 征,有興趣的材料工程師可查閱相應(yīng)的專著或標(biāo)準(zhǔn)。
  GB10561標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭母材對(duì)非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)也是采用標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較法進(jìn)行的。它按四類不同的非金屬夾雜物共給出了四套標(biāo)準(zhǔn)圖譜,每類又按材料的厚度和直徑不同分為粗、細(xì)兩個(gè)系列。這四類非金屬夾雜物分別是:A類——硫化物類型;B類——氧化鋁類型;C類——硅酸鹽類型;D類——球狀氧化物類型。標(biāo)準(zhǔn)共給出1、2、3、4、5共五個(gè)評(píng)定級(jí)別,當(dāng)實(shí)物缺陷介于兩標(biāo)準(zhǔn)圖譜之間時(shí)允許評(píng)半級(jí)。橢圓形封頭母材非金屬夾雜物的級(jí)別表示方法由三部分組成,即“類型字母(A、B、C或D)+評(píng)定級(jí)別號(hào)(例如2,3,5等)+粗系列代號(hào)e(細(xì)系列省略) ”。
 

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