1、實(shí)驗(yàn)十特殊性能鋼的組織觀察與檢驗(yàn)（驗(yàn)證性）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?觀察耐磨鋼、耐熱鋼、不銹鋼的顯微組織特點(diǎn)。2了解耐磨鋼、耐熱鋼、不銹鋼所具有的特殊性能與化學(xué)成分、組織之間的關(guān)系。3了解相關(guān)檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理特殊性能鋼是指加入了大量合金元素，使鋼具有了一些特殊的物理性能和化學(xué)性能的鋼，根據(jù)它們的性能特點(diǎn)，可分為耐磨鋼、不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼等（一）耐磨鋼傳統(tǒng)耐磨鋼為ZGMn1豁稱高錳鋼。高錳鋼是在過(guò)共析鋼中增加錳的含量（約11%14%）使Mn/C之比接近10/1，再經(jīng)過(guò)水淬后得到室溫單一奧氏體組織的鋼。在承受載荷和嚴(yán)重摩擦作用下，使鋼發(fā)生顯著硬化。載荷越大，硬化程度越高，耐磨性能好

2、。如在靜載荷下使用，它的耐磨性反而不高，因此適合制作承受劇烈沖擊和在嚴(yán)重摩擦條件下工作的零件。1、鑄態(tài)組織由于機(jī)加工困難，一般鑄造成型。鑄態(tài)組織應(yīng)該為：奧氏體基體少量珠光體型共析組織大量分布在晶內(nèi)和晶界上的碳化物。（在高溫時(shí)析出的碳化物在晶界呈網(wǎng)狀或者局部呈塊狀；在較低溫度析出的碳化物則在晶內(nèi)呈針狀、片狀分布，或者以明顯或不明顯的滲碳體魏氏組織出現(xiàn)在在奧氏體基體上。）碳化物較脆，一般不能直接使用。2、熱處理后的組織一般經(jīng)過(guò)水韌處理。水韌處理：將ZGMn1鑄件加熱到高溫（10001100C）保溫一段時(shí)間，使鑄態(tài)組織中的碳化物全部溶入基體奧氏體中，然后迅速淬水快冷使碳化物來(lái)不及從過(guò)飽和的奧氏體中析

3、出，以獲得均勻的單相奧氏體組織，這種處理稱為水韌處理。正常組織為過(guò)飽和的單相奧氏體，晶粒大小不均勻，也有少量均勻分布的粒狀碳化物。水韌處理后的碳化物有：未溶、析出、或過(guò)熱碳化物。3、鑄造高錳鋼的常見缺陷主要是分散分布的串狀或串連成斷續(xù)網(wǎng)狀分布的顯微疏松、氣孔、非金屬夾雜物及沿晶裂紋等。4、鑄造高錳鋼的金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T13925-1992鑄造高錳鋼金相標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行顯微組織、碳化物、晶粒度和非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)。（二）不銹鋼我們所說(shuō)的不銹鋼是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他腐蝕介質(zhì)中具有化學(xué)穩(wěn)定性的鋼的總稱，而把其中的耐酸、堿和鹽等侵蝕性強(qiáng)的介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。廣義的不銹鋼也包括耐熱不銹

4、鋼，即具有較好的抗高溫氧化性能的鋼。不銹鋼中常見的元素有C、Cr、Ni、MnSi、NNbTi、Mo等。（C元素是不銹鋼中主要的元素之一，特別是馬氏體不銹鋼中的重要強(qiáng)化元素，C也強(qiáng)烈的促進(jìn)奧氏體的形成。但是容易和其他合金元素生成合金碳化物，造成晶界貧鉻，導(dǎo)致不銹鋼的晶界腐蝕敏感性。Cr元素是不銹鋼中最重要的合金元素，能夠溶入鐵素體，擴(kuò)大鐵素體區(qū)，縮小、封閉奧氏體區(qū)，并提高鋼中鐵素體的電極電位。一般要求鋼中的Cr含量在鳩上，才能提高鋼的抗腐蝕能力。我國(guó)將不銹鋼中含鉻量定為不小于12%Ni元素是增大奧氏體穩(wěn)定性及擴(kuò)大丫區(qū)，縮小a和（a+丫）區(qū)的元素，也是形成奧氏體的元素。Mn元素的作用同Ni元素相似

5、，但是比Ni元素便宜。Si、Al、NbTi、Mo等元素都是縮小和封閉奧氏體區(qū)的元素。）不銹鋼的分類：按照金相組織的不同，可分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼；按照合金元素的不同分為鉻系不銹鋼、鉻鎳系不銹鋼、鉻鎳鉬系不銹鋼、鉻錳鎳系不銹鋼等。近年來(lái)又開發(fā)出高純鐵素體不銹鋼、超低碳奧氏體不銹鋼等新品種。1、不銹鋼金相試樣的制備與侵蝕（1）不銹鋼金相試樣的制備一般和高合金鋼基本相同。其中奧氏體型不銹鋼基體較軟，韌性較高和易于加工硬化，制樣難度較大，易產(chǎn)生機(jī)械滑移和擾亂層等假象影響組織分析檢驗(yàn)。試樣制備應(yīng)當(dāng)以不引起組織變化為前提。磨砂紙時(shí)盡量使用新砂

6、紙，以減少磨制時(shí)間。不銹鋼（耐熱鋼）最理想的拋光方法是電解拋光。常用電解拋光條件為：（60%高氯酸200mL+酉精800mL電壓3580V,時(shí)間1560S;鉻酸600mL+水830mL電壓9V,時(shí)間15min。（2）不銹鋼金相試樣的侵蝕不銹鋼具有較高的耐腐蝕性能，顯示其顯微組織的侵蝕劑必須具有強(qiáng)烈的侵蝕性，才能顯示清晰的組織。常用的侵蝕劑有：氯化高鐵5g+鹽酸50mL+水100mL鹽酸10mL+硝酸10mL+酉精100mL苦味酸4g+鹽酸5mL+酒精100mL2、各類不銹鋼的熱處理及其金相組織（1）鐵素體不銹鋼主要牌號(hào)有0Cr13AI、1Cr17、1Cr17Mo00Cr27Mo00Cr30Mo

7、2等。軋制狀態(tài)的顯微組織為：鐵素體及沿軋制方向分布的碳化物。退火狀態(tài)的顯微組織為：鐵素體和點(diǎn)粒狀分布其上的碳化物。淬火狀態(tài)的顯微組織為：S鐵素體+低碳馬氏體。當(dāng)含鉻量較高時(shí)如00Cr27Mo鋼，鋼的顯微組織為鐵素體。當(dāng)含碳量較高、含鉻量處于下限時(shí)，如1Cr17鋼淬火后會(huì)出現(xiàn)低碳馬氏體。（2）馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼在高溫時(shí)組織為奧氏體，經(jīng)過(guò)淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，故稱為馬氏體不銹鋼。典型牌號(hào)有：1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13，9Cr18MoV等。退火狀態(tài)的顯微組織為：鐵素體和碳化物，碳化物常沿鐵素體境界呈網(wǎng)狀分布。淬火狀態(tài)的顯微組織為：1Cr13鋼的組織為馬氏體+少量S鐵素

8、體。2Cr13鋼的組織為針狀馬氏體；3Cr13和4Cr13鋼的組織為馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體?；鼗馉顟B(tài)的顯微組織為：1Cr13、2Cr13鋼采用600750C高溫回火，得到的組織為回火索氏體。3Cr13和4Cr13鋼采用200250E低溫回火，得到的組織為回火馬氏體+細(xì)顆粒狀碳化物。9Cr18MoV鋼采用低溫回火，獲得組織為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘余奧氏體。（3）奧氏體不銹鋼此類不銹鋼經(jīng)過(guò)所有的熱處理后，均得到奧氏體組織，稱為奧氏體不銹鋼。如圖7-8所示。常見不銹鋼有304，306。304不銹鋼也稱為18-8不銹鋼，牌號(hào)有0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,2Cr18Ni9,1Cr1

9、8Ni9Ti等。306不銹鋼的牌號(hào)有1Cr18Ni12Mo2Ti等。18-8型不銹鋼的處理工藝有： 消除應(yīng)力處理：分為高溫（通常與穩(wěn)定化處理一起進(jìn)行）和低溫（消除冷加工和焊接內(nèi)應(yīng)力）兩種。 固溶處理：固溶處理就是將鋼加熱至高溫，使碳化物得到充分的溶解，然后迅速冷卻，得到單一的奧氏體組織的一種熱處理方式。因此通過(guò)將奧氏體不銹鋼加熱到10501100C,使鋼中的碳化物、S鐵素體被充分溶于奧氏體中，經(jīng)水中冷卻，得到含有飽和碳的單一奧氏體組織。注意:固溶處理溫度過(guò)低將不能使碳化物迅速充分的溶于奧氏體中；溫度過(guò)高則導(dǎo)致奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。如鋼鐵金相圖譜圖4-129（1Cr18Ni9Ti鋼固溶處理組織為孿晶

10、奧氏體+少量鐵素體+灰色方塊狀成堆分布的TiN夾雜物，奧氏體鋼中加入Ti的目的是讓碳優(yōu)先與之結(jié)合成TiC，不再與鉻化合成CmG，也就不引起晶界貧鉻區(qū)，以抑制晶間腐蝕作用，但該樣品中鈦和氮結(jié)合，未達(dá)到加鈦的目的。侵蝕劑：王水）所示。 敏化處理：經(jīng)過(guò)固溶處理的奧氏體不銹鋼，再在500850E加熱，鉻將從過(guò)飽和的固溶體中以碳化物的形式析出，使碳化物周圍地區(qū)形成貧鉻區(qū)，從而造成奧氏體不銹鋼的晶界腐蝕敏感性，這樣的處理叫敏化處理，這種狀態(tài)叫敏化。主要的目的是為了評(píng)價(jià)奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕傾向，標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T4334-1990和GB/不銹鋼10%草酸侵蝕試驗(yàn)方法。根據(jù)GB/不銹鋼10%草酸侵蝕試驗(yàn)方法標(biāo)

11、準(zhǔn)侵蝕結(jié)果按晶界形態(tài)分為15類，凹坑形態(tài)分兩種67類：1類位階梯狀組織，晶界無(wú)腐蝕溝，晶粒間成階梯狀；2類為混合組織，晶界有腐蝕溝，但沒(méi)有一個(gè)晶粒被腐蝕溝包圍；3類為溝狀組織，個(gè)別或全部晶粒被腐蝕溝所包圍；4類和五類是針對(duì)鑄件或焊接件進(jìn)行評(píng)定。凹坑形態(tài)：6類為淺凹坑多，深凹坑較少的組織；7類為淺凹坑較少，深凹坑較多的組織。 穩(wěn)定化處理：將1Cr18Ni9Ti鋼加熱到850900E保溫，使得剛中的碳化物CmG充分溶解，不再引起晶界貧鉻，而TiC、NbC則穩(wěn)定存在，從而提高鋼的抗晶界腐蝕能力。（4）雙相不銹鋼在18-8型不銹鋼基礎(chǔ)上，提高含鉻量或加入其他鐵素體形成元素，當(dāng)不銹鋼中S鐵素體含量很高或

12、接近奧氏體含量時(shí)，稱為奧氏體-鐵素體不銹鋼。常見牌號(hào)有：1Cr21Ni6Mo2Ti、00Cr25Ni5Mn等。這類鋼一般在固溶處理狀態(tài)使用，其組織為：在S鐵素體基體上分布有小島狀的奧氏體，3鐵素體含量占50%70%（5）沉淀硬化不銹鋼主要利用馬氏體轉(zhuǎn)變強(qiáng)化和碳化物、金屬間化合物的沉淀硬化作用來(lái)獲得高的強(qiáng)度。從基體組織看有三種類型：馬氏體型、半奧氏體型、奧氏體型。主要牌號(hào)有：17-7PH、17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb、PH15-7MC等。“PH'英語(yǔ)中“沉淀硬化”的意思。沉淀硬化不銹鋼的處理工藝有固溶處理、調(diào)整處理、時(shí)效處理三個(gè)過(guò)程。 固溶處理獲得的組織為奧氏體+少量S鐵素體

13、，鐵素體為條狀。 調(diào)整處理：目的是獲得必要數(shù)量的馬氏體，使鋼強(qiáng)化。 時(shí)效處理3、不銹鋼金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼的低倍組織及缺陷的試驗(yàn)方法可以根據(jù)GB/T226-1991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法。不銹鋼的非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)按照GB/T10561-1989鋼中非金屬夾雜物顯微評(píng)定方法。奧氏體鋼的晶粒度檢驗(yàn)按照YB/T5148-1993金屬平均晶粒度測(cè)定方法中孿晶晶粒度評(píng)級(jí)圖進(jìn)行評(píng)級(jí)。(三)耐熱鋼耐熱鋼的使用溫度范圍為400650E，溫度較高。主要應(yīng)用于動(dòng)力機(jī)械、石油、化工、航空工業(yè)等領(lǐng)域，如用于制造鍋爐、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等。耐熱鋼是通過(guò)向鋼中加入鉻、鎳、鉬、硅、鈮、鎢、釩、鈦等合金元素來(lái)

14、提高其熱強(qiáng)性和抗氧化性能，以滿足使用要求，可以分為鐵素體耐熱鋼、珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。耐熱鋼的金相檢驗(yàn)內(nèi)容包括一般的原始態(tài)金相組織檢驗(yàn)和高溫長(zhǎng)期使用后的顯微組織的變化。這類鋼在長(zhǎng)期高溫條件下運(yùn)行會(huì)發(fā)生一些組織變化： 石墨化，即鋼中的滲碳體會(huì)發(fā)生Fa石墨+F的變化。破壞了基體連續(xù)性，使沖擊韌性顯著下降，造成極大破壞。碳鋼、鉬鋼長(zhǎng)期高溫運(yùn)行易出現(xiàn)石墨化。耐熱鋼種的Al、Si促使石墨化，Cr、Ti、V、Nb等元素減輕、阻止石墨化傾向。 珠光體球化、碳化物聚集。長(zhǎng)期高溫運(yùn)行使珠光體由片層狀球狀小球變大球，使鋼的強(qiáng)度、硬度降低，也降低鋼的蠕變強(qiáng)度。 合金元素的再分。長(zhǎng)期高溫運(yùn)行使固溶

15、體內(nèi)的合金元素轉(zhuǎn)變成碳化物，降低了固溶強(qiáng)化效果，使固溶體軟化，降低鋼的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。1、耐熱鋼的金相檢驗(yàn)(1)金相試樣的制備制備方法同不銹鋼金相試樣的制備。(2) 鐵素體耐熱鋼主要牌號(hào)有：1Cr13AI、1Cr17、2Cr25N等。這類鋼冷卻后得到的組織為鐵素體組織。(3) 珠光體鐵素體耐熱鋼屬于低合金鋼，工作溫度為：350670E。典型牌號(hào)有：15CrMo1Cr5Mo12Cr1MoV17CrMo1V12Cr2MoWV等。典型熱處理工藝為：正火+高溫回火，熱處理后組織為鐵素體+珠光體或貝氏體。(4) 馬氏體耐熱鋼這類鋼是從含鉻量12%的不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。為提高其耐高溫性能常添加WMo等

16、元素，為防止其與碳形成碳化物富集，添加V、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素。常見牌號(hào)有：1Cr13、ICrIIMoV1Cr12WMoV4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等。典型熱處理為淬火（得到馬氏體組織）+高溫回火（得到回火索氏體）。奧氏體耐熱鋼常溫組織為奧氏體，耐熱溫度為600E。常見牌號(hào)有：0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、5Cr21Mn8Ni4N、2Cr25Ni20等。典型熱處理為固溶處理+時(shí)效處理。三、實(shí)驗(yàn)儀器及材料實(shí)驗(yàn)儀器XJG-01型立式金相顯微鏡，XJG-02立式型金相顯微鏡，XJG-05型臥式金相顯微鏡，4XC型金相顯微鏡1. 試驗(yàn)材料ZGMn1，31Cr17，1Cr13，2Cr13，3Cr13，4Cr13，9Cr18MoV，0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,1Cr1