1、第十二章 晶粒尺度的測定及評級方法,金相實驗室: 師 琳,金屬及合金的晶粒大小與金屬材料的機械性能、工藝性能及物理性能有密切的關(guān)系。細晶粒金屬的材料的機械性能、工藝性能均比較好，它的沖擊韌性和強度都較高，在熱處理和淬火時不易變形和開裂。粒晶粒金屬材料的機械性能和工藝性能都比較差，然而粗晶粒金屬材料在某些特殊需要的情況下也被加以使用，如永磁合金鑄件和燃汽輪機葉片希望得到按一定方向生長的粗大柱狀晶，以改善其磁性能和耐熱性能。硅鋼片也希望具有一定位向的粗晶，以便在某一方向獲得高導(dǎo)磁率。金屬材料的晶粒大小與澆鑄工藝、冷熱加工變形程度和退火溫度等有關(guān)。 晶粒尺寸的測定可用直測計算法。掌握了這種方法也可對

2、其它組織單元長度進行測定，如鑄鐵中石墨顆粒的直徑；脫碳層深度的測定等。 某些具有晶粒度評定標(biāo)準(zhǔn)的材料，可通過與標(biāo)準(zhǔn)圖片對比進行評定。這種方法稱為比較法。,原理概述,(1) 利用物鏡測微尺寸出目鏡測微尺(或毛玻璃投影屏上的刻尺)每一刻度的實際值。 選定物鏡，并選用帶有目鏡測微尺的目鏡。將物鏡測微尺置于樣品臺上，調(diào)焦、調(diào)節(jié)樣品臺，使物鏡測微尺的刻度與目鏡測微尺(或投影屏上的刻度尺)良好吻合 。,圖1目鏡和物鏡測微尺的校正 圖 目鏡測微尺的測量顯示圖,直測計算法,已知物鏡測微尺的滿刻度為1mm，共分為100格，則最小格為0.01mm。在這一物鏡的放大倍數(shù)下，物鏡測微尺的Y格與目鏡測微尺的X格(或投影

3、屏上的刻度)相重合，則目鏡測微尺(或投影屏上)上的每一刻度格值即可求得： 例一：物鏡測微尺的10格和目鏡測微尺上的20格重合，則： 目鏡測微尺的每一刻度格值 例二：物鏡測微尺的30格和投影屏刻尺上的30格重合，則： 投影屏刻尺上的每一刻度格值,直測計算法,(2) 利用已知目鏡測微尺的格值(或投影屏格值)進行晶粒尺寸或其它組織單元長度的測定。 在得知格值后，可取掉物鏡測微尺，放上被測樣品，利用帶有測微尺的目鏡(或?qū)@微圖象投影到毛玻璃屏上)進行測量。為了使測量結(jié)果更具代表性，在數(shù)出測微尺刻尺線段上所交截的晶粒數(shù)后，可旋轉(zhuǎn)目鏡，測定幾個不可方向上的交截晶粒數(shù)，最后求出晶粒的平均直徑(圖所示)。,直

4、測計算法,式中：d晶粒平均直徑； x目鏡測微尺上所占格數(shù)； n刻尺線段交截的晶粒數(shù)。 例：已知使用某一物鏡時，目鏡測微尺格值為0.01mm，在目鏡測微尺上60格內(nèi)占有的晶粒數(shù)為10個。 則：,直測計算法,名詞解釋 起始晶粒度當(dāng)鋼加熱到臨界點AC1時，晶粒的尺寸急劇減小，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變剛一結(jié)束時的細粘奧氏體晶粒，通常叫起始晶粒度。 奧氏體本質(zhì)晶粒度當(dāng)鋼加熱至930和保溫足夠的時間所個有的奧氏體晶粒大小。它表示鋼的奧氏體晶粒在規(guī)定溫度下長大的傾向。 實際晶粒度在交貨狀態(tài)下鋼的實際晶粒大小，及經(jīng)不同熱處理后，鋼和零件所得到的實際晶粒大小。,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),(1) 用比較法測

5、定鋼的奧氏體(本質(zhì))晶粒度 目前生產(chǎn)中，一般都采用比較法測定晶粒度，在用比較法測定時，應(yīng)遵循下面的評定原則： a. 試樣制好后，在100倍的顯微鏡下測定。其視場直徑為0.80mm。 b. 測定時，首先在顯微鏡上作全面觀察，然后選擇晶粒度具有代表性的視場與標(biāo)準(zhǔn)中的1-8級級別圖相比較，確定試樣晶粒度的級別。 c. 如果顯微鏡的放大倍數(shù)不是100倍時，仍可按標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級別圖測定其晶粒度，隨后根據(jù)所選用的倍數(shù)按表1換算成100倍時的標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級別。 d. 標(biāo)準(zhǔn)圖可用帶8級晶粒度刻度毛玻璃屏為準(zhǔn)。,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),表1,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),(2) 用弦計算法測定

6、鋼的晶粒度 當(dāng)測量精度要求較高或當(dāng)晶粒為橢園形時，可采用弦計算法測定，此時應(yīng)遵守以下原則： a. 先進行初步觀察，以選擇具有代表性的部位和適合的倍數(shù)，選擇倍數(shù)時，先用100倍，當(dāng)晶粒過大或過小時，可適當(dāng)調(diào)定顯微鏡的倍數(shù)，以在80mm直徑的視場內(nèi)不少于50個晶粒為宜。 b. 將顯微圖象投影到毛玻璃屏上，計算被一條直線相交的晶粒數(shù)目，直線要有足夠的長度，以便使被一條直線相交截的晶粒數(shù)不少于10個。 c. 計算時，直線端部未被完全交截的晶粒應(yīng)以一個晶粒計算。 d. 最少應(yīng)選擇三個不同部位的三條直線來計算相截的晶粒數(shù)。用相截的晶粒總數(shù)除以選用直線的總長度(實際長度以毫米計)，得出弦的平均長度(mm)。

7、 e. 用弦的平均長度查表2確定鋼的晶粒度。 f. 計算也可以在帶有刻度的目鏡上直接進行。,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),表,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),(3) 測定非等軸晶粒時(扁園或伸長的)，沿試樣的三軸線分別計算出各軸線方向每一毫米長度的平均晶粒數(shù)目。每一軸線方向的平均晶粒靈敏，必須在不少于三條直線上求得。由試樣三個軸線方向得出的每一毫米長度的平均晶粒數(shù)量值之積乘以晶粒扁園系數(shù)0.7，即可求出每1mm3內(nèi)的平均晶粒數(shù)。再查表2確定其晶粒度。 式中：n每1mm3內(nèi)平均晶粒數(shù)。 n1a軸方向每一毫米長度平均晶粒數(shù)。 n2b軸方向每一毫米長度平均晶粒數(shù)。 n3c軸方向每一毫米

8、長度平均晶粒數(shù)。 0.7晶粒扁園度系數(shù)。,鋼的晶粒度測定(參考YB27-77),單相銅合金晶粒度的測定，通常用比較法，在有疑議時，可用直測計算法或面積計算法校準(zhǔn)。 (1) 比較法 a. 試樣制備好后，在放在100倍顯微鏡下進行全面觀察，選好有代表性的視場與標(biāo)準(zhǔn)級別圖比較，確定晶粒度，并且晶粒平均直徑(mm)表示。 b. 若晶粒度超過標(biāo)準(zhǔn)級別范圍時，可在適當(dāng)倍數(shù)下進行觀察，再與標(biāo)準(zhǔn)級別圖比較，然后再材料表12-3換算成標(biāo)準(zhǔn)晶粒度。 c. 若晶粒不均勻，如有一種晶粒在視場內(nèi)約占90%以上面積，則僅指出此種晶粒的晶粒度即可。否則，應(yīng)計算不同大小晶粒各占的面積百分比。,單相銅合金晶粒度的測定(參考YB

9、797-71),例：(1) 如在放大50倍時，晶粒度為0.040mm，則標(biāo)準(zhǔn)晶粒度為0.020mm。 (2) 又如放大倍數(shù)為200時，粒度為0.013mm，則標(biāo)準(zhǔn)晶粒度為0.025mm。,表3,單相銅合金晶粒度的測定(參考YB797-71),(2) 直接計算法 將制備好的試樣，在適當(dāng)放大倍數(shù)下，進行全面觀察，選好具有代表性的視場，投影到毛玻璃上或攝成照片。在其上沿三軸方向劃三條線段，并量出此線段總長L(實際長度，mm)再仔細數(shù)出被此線段所交截的晶粒(若線段兩端有未被完全截取的晶粒，則應(yīng)以一個晶粒計算)的總數(shù)目N(不應(yīng)少于100個)。則得晶粒平均直徑： 式中：V放大倍數(shù),單相銅合金晶粒度的測定(

10、參考YB797-71),(3) 面積計算法 在保證計算面積內(nèi)不少于50個晶粒的條件下，選好有代表性的視場，投影到毛玻璃上或攝成照片，在其上劃5000平方毫米的圓(也可小些)，然后數(shù)出在此圓內(nèi)晶粒數(shù)z，再數(shù)出被圓周所交截的晶粒度n。按下式計算出一個晶粒的平均面積a(mm)。 式中：FK圓的面積。 V放大倍數(shù)。 根據(jù)a值查表確定晶粒度。,單相銅合金晶粒度的測定(參考YB797-71),單相銅合金晶粒度的測定(參考YB797-71),實驗,一、實驗?zāi)康?1學(xué)習(xí)晶粒尺寸及其它組織單元長度的基本測量方法。 2了解鋼和單相銅合金晶粒度測定方法標(biāo)準(zhǔn)。 二、實驗器材 帶毛玻璃投影屏的金相顯微鏡；物鏡測微尺；目鏡測微尺；供測量晶粒度用的單相銅合金和鋼樣品；供比較法評定用的單相銅合金和鋼的奧氏體晶粒度評定標(biāo)準(zhǔn)圖片。,實驗,三、實驗任務(wù)和步驟 1學(xué)習(xí)利用物鏡測微尺標(biāo)