PDF《Tech-Notes》

Volume 13, Issue

7 摘要:铁基合金的显微组织非常复杂,金相学的基本内容就是研究化学成分和处理工艺形成不同的 显微组织的学科.

为了保证钢铁产品的质量,金相工作者仅仅能够正确的辨别存在的相和组织还是 不够的,某些情况下还需要定量分析显微组织.这些都以正确的样品制备和样品侵蚀为前提. 简介: 铁基合金受到化学成分、均匀性、加工方法和截面尺寸等 因素的影响,故具有各种各样非常复杂的金相组织.铸造 显微组织与锻造就有很大区别.即便是化学成分相同,但 是热处理方法不同其显微组织也不尽相同.通常热处理回 火前的显微组织比较容易辨别.如:在淬火时形成的贝 氏体和马氏体的混合组织比较容易辨别,但是回火后就难 以辨别了,特别是当回火温度逐渐提高到临界温度附近 时,要想辨别这种显微组织就变得非常困难了.此外,硝 酸酒精溶液被广泛的应用于金相显微组织的侵蚀,但是硝 酸酒精溶液并不能显示所有的显微组织.有些公司禁止使 用苦味酸溶液作为侵蚀剂,这是因为苦味酸在特定条件下 会发生爆炸.苦味酸侵蚀剂对于钢中的某些金相组织具有 特殊的侵蚀效果,但是它不如硝酸酒精溶液使用安全. Vilella's侵蚀剂也包含苦味酸,对于某些成分的金相组 织有效果.10% 焦亚硫酸钠水溶液 (10% SMB) 对于钢而言 是一种非常好的常用侵蚀剂,这种侵蚀剂使用时比硝酸酒 精溶液和苦味酸侵蚀更安全,并且具备硝酸酒精溶液和苦 味酸侵蚀剂的综合效果. 名词术语: 在此需要讨论一下用于描述铁基合金组分的名词术语,因 为有些术语经常被混淆和误用.例如:索氏体和屈氏体在 1937年的金相词典中已经被删除,因为使用它们描述金相 组织不够准确. 但是,现在这些术语仍然偶尔在使用.描 述两相混合显微组织所使用的某些名词术语也不很准确, 例如:珠光体和贝氏体.一个相组分被认为是均质的,从 物理意义上讲是由不同物质组成.热处理淬火后的马氏体 是一种相,但是回火后其组织从体心立方的马氏体转变为 面心立方的铁素体和碳化物.在下面的文章中将描述和图 解铁基合金中的各种相和组织的定义. 侵蚀剂: 如果检查钢中的夹杂物和氮化物,不需要侵蚀样品.显微 组织的观察需要在侵蚀后进行.2%的硝酸酒精溶液是最常 用的侵蚀剂.它对于马氏体组织的侵蚀效果非常好,侵蚀 低碳钢中,马氏体组织上的铁素体和显示铁素体的晶界也 很好.苦味酸溶液显示合金中的碳化物和铁素体与碳化物 的混合组织很好,如:珠光体和贝氏体. 苦味酸溶液和硝 酸酒精溶液都能溶解铁素体, 但是硝酸酒精溶液是溶解部 铁基合金的显微组织 Tech-Notes Using Microstructural Analysis to Solve Practical Problem 分晶体取向的晶粒,而苦味酸溶液确是均匀的溶解.焦亚硫 酸钠水溶液侵蚀铁素体晶界并将某些铁素体晶界染色(有 些仍旧是白色),对于珠光体和贝氏体的侵蚀效果类似于苦 味酸溶液, 但是侵蚀淬火后或回火后的马氏体的效果更好 些.其他种类的侵蚀剂也在使用,特别是当对待高合金的钢 种时,如工具钢和不锈钢,或者当有选择性的侵蚀某些显微 组织,还有侵蚀奥氏体化前的晶界.在许多教科书、手册和 ASTM E 407标准中都能查到这些侵蚀剂. 也有些"彩色"侵蚀剂被用于钢中的某些特定组织的彩色侵 蚀.在研究和辨别晶粒尺寸、显微组织辨别、显示成分偏析 和残余应力方面更有用处.这些侵蚀剂既能彩色侵蚀铁素体 也能彩色侵蚀奥氏体,不像普通侵蚀剂那样仅仅显示部分晶 界,彩色侵蚀可以显示所有晶界.如果晶粒取向是随机的, 那么各种色彩也随机出现.如果织构存在,那么只能观察到 几种色彩.这是因为彩色侵蚀剂具有选择性的侵蚀,对于图 像分析工作这些侵蚀剂则非常有用,它可以使得你想要测量 的部分和不想测量部分的对比度最大. 显微组织结构: α―铁和铁素体 严格意义上讲α―铁是指面心立方纯铁(bcc),它在912 °C (1674 °F)温度以下非常稳定.而铁素体是一种或几 种元素与bcc结构的铁形成的固溶体.通常这些名词会被混 用,这是不正确的.铁素体是在一定冷却条件下,从奥氏体 中析出的一种针状产物.严格的讲所谓针状是指在三维空 间中像针一样,但是,实际上在三维空间中针状的铁素体并 不是针状.图1所示,低碳钢板材中铁素体晶粒的形貌.但是,由于受到晶粒取向的影响并非所有的铁素体晶界都被显 示出来.如图 1a所示,可是如果使用彩色侵蚀剂,铁素体 将被染色.注意所有的晶粒将被显示,参见1b. 在铁素体不锈钢中的铁素体具有高的Cr含量和较低的C含量.图2 所示,电解侵蚀后, 26-1铁素体不锈钢晶粒结 构.使用普通擦拭侵蚀或侵浸侵蚀的方法要显示不锈钢中的 铁素体那是非产困难.铁素体一种硬度低、塑性高的相,在 一些临界温度下它的冲击韧性会下降. Tech-Notes Volume13, Issue7 《铁基合金的金相》 图1. 在两种低碳钢钢板上的铁素体的显微组织:a) 侵蚀 剂:2% 硝酸酒精溶液 (500x) 和b)侵蚀剂 Klemm's I 彩色侵蚀剂 (偏振光+灵敏色片, 100x). γ-铁和奥氏体 γ - 铁与α-铁一样在912°C―1394°C(1674°F-2541°F)温度范围内非常稳定,γ―铁是指面心立方 纯铁(fcc),奥氏体是fcc的铁中固溶了一种或多种元 素.混用这些名词术语是不正确.对于热处理钢,奥氏体 是所有转变产物的母相,这也是铁合金具有广泛应用价值 的原因之一.在普通的合金中,奥氏体在室温下是不稳定 的,众所周知的Cr-Ni奥氏体不锈钢是不锈钢中非常重要的 一类,其中的奥氏体在室温下是稳定的.图3 所示,316 型奥氏体不锈钢的显微组织.图3a 所示,316 型奥氏 体不锈钢,侵蚀方法:使用Kalling's No. 2(无水的 Kalling's侵蚀剂)擦拭侵蚀,并非所有晶界被显示出 来. 对于图3 b所示这种级别的奥氏体晶粒使用彩色侵蚀的方 法,可以显示所有的晶粒结构.还有一种铁基的奥氏体合 金,如:Hadfield 锰钢(图4a)和Fe-Ni 磁性钢(见图4b). 奥氏体是一种软的、塑性高的相,通过加工硬化可以提高 其强度.对于渗碳硬化钢和高碳钢、高合金如:工具钢在 热处理时奥氏体化温度过高将会导致过多的碳化物溶解, 随着温度的降低开始向马氏体转变,转变完成后, 在室温 图2. 铁素体不锈钢(Fe ―