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鑄鋼金相組織檢測 |
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鑄鋼金相組織的檢驗是評定鑄鋼件材質的主要方法之一,有宏觀和微觀檢測兩大類。此外斷口檢測也是金相檢驗的一種方式,金屬的自然斷面可作宏觀觀察,也可進行電子顯微技術的微觀分析。 宏觀組織檢驗 金相宏觀組織檢驗是用目視或低倍放大鏡檢查鑄件表面或截面的宏觀組織或缺陷,以確定它們的性質和嚴重程度的方法。它具有視域大、適用范圍廣和試驗方法簡便等優(yōu)點,與觀組織檢驗配合能較全面地反映鑄鋼件的質量問題。 酸蝕試驗的介紹如下。 用酸液腐蝕的方法可以顯示金屬的結晶情況、成分不均勻性及冶金或鑄造缺陷。除了可取樣作切片試驗外,還經常作為檢查鑄件表面缺陷是否去除干凈或檢驗表面質量的輔助手段。 1)試樣的選取和制備 取樣的部位和方向視檢查的目的和要求而異,有要求時應在有關標準、技術條件或雙方協議中予以規(guī)定,為檢查鑄件的致密度和結晶情況,一般應在所關心的部位或有代表性的部位截取剖面試樣。分析鑄件缺陷時,則應盡量保留完整的缺陷。試樣的截取可采用機鋸、氣割或砂輪切割等方法。切割時必須注意冷卻。熱切割的試料應去除30 40mm的熱影響層。當試驗目的在于顯示宏觀組織的細節(jié)時,試樣應有較細的粗糙度。檢查表面缺陷的試樣母材需機械加工,通常的腐蝕就足以去除氧化皮并暴露出皮下的缺陷。 2)腐蝕方法和常用腐蝕試劑 常規(guī)的方法有熱酸浸蝕法和冷酸腐蝕法。熱酸浸蝕法使用最廣,大截面試樣或鑄件實物或為了顯示特殊組織或缺陷時可采用冷腐蝕法。熱蝕試驗時間視試驗鋼種的耐蝕程度、試樣表面的粗糙度和試驗要求而定。冷酸腐蝕一般較慢,腐蝕時間以準確顯露宏觀組織及缺陷為準。試樣需要保存?zhèn)洳闀r,可涂上防銹油或清漆,以防止氧化生銹。常用腐蝕劑的配方、腐蝕條件及用途見表8.1。
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腐蝕劑序號 |
腐蝕劑組成 |
腐蝕條件 |
用 途 |
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1
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HCI(工業(yè)) 50%
H20 50% |
65~80。C,浸入l0~30min |
顯示偏析、枝晶晶粒、疏松和裂紋 |
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2
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HCl 38%
HzS04 12%
H20 50% |
60~80℃,浸入5~25min
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顯示鋼的組織和缺陷
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3①
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HNOs l0%~40%
H20 60%~90% |
室溫,擦蝕
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一般鑄鋼的組織和缺陷
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4①
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(NH4)2S208 10%~20%
Hz0 80%~90% |
室溫,擦蝕
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一般鑄鋼的結晶組織和缺陷
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5
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HN03 1份
HCl 3~10份 |
室溫,擦蝕
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高合金耐熱、耐蝕鑄鋼
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6
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CuCIz lg
FeCla 309
SnClz 0.59
HCl 50mL
H20 500mL
C2 HsOH 500mL |
室溫,擦蝕
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銅沉淀顯示枝晶組織
| 3)鑄鋼件的缺陷組織 ①脫碳和氧化熱處理過程中,鑄鋼表面與周圍環(huán)境中的氧作用而失去全部或部分碳量,如氧化嚴重并滲入晶界,則可能成為開裂的根源。嚴重的脫碳還會大大降低鑄件表面的硬度和疲勞強度。脫碳層的金相組織為全部或部分鐵素體。它的深度測定常采用微觀組織法和顯微硬度法。GB 224—78規(guī)定用微觀組織法測定的脫碳深度是指從鑄件表面到與基體金相組織相同處的最大距離。 ②氮化鋁、碳化物、硫化物等析出引起的晶界脆化組織 在原奧氏體晶界或枝狀晶晶界析出的氮化鋁、碳化物或其他脆硬相以及大量的硫化物質點,都起著弱化晶界的作用,鑄件的開裂敏感性增加,當析出相呈鏈狀沿晶界連續(xù)分布時,危害更大。如鑄鋼中Ⅱ類硫化物的點、線分布(圖8.3),削弱了晶界強度,斷口呈巖石狀高錳鋼鑄件水韌處理后,金相組織應為單一的奧氏體,允許有少量的碳化物存在。如果熱處理不當,晶界上有粗大的網狀碳化物分布如圖8.4所示,將導致鑄鋼韌性的下降。高錳鋼組織的評級參閱GB 5680一85。 ③&一鐵素體和&相脆化鑄造奧氏體鉻鎳不銹鋼中的一鐵素體呈島狀分布。其數量超過6%,即對鑄件的力學性能、焊接性能及耐腐蝕性能有不利的影響。其評定除用化學成分測定和磁性法外,也可用金相法(按GB l954—80),后者與磁性法同時測定有較好的一致結果。當鋼中的一鐵素體增加時,形成脆性相的傾向也隨之增加,局部的一鐵素體富集了較 :多的鉻也使&相易成核長大(圖8.5),重新固溶是行之有效的消除方法。 ④晶間腐蝕 為高鉻鐵素體不銹鋼和奧氏體鉻鋼鑄件的主要破損形式,而晶界的碳化鉻析出和界面的貧鉻是產生這種局部腐蝕的主要原因。組織上可見沿晶界有明顯的腐蝕溝槽(圖8.6);斷口上有沿晶界斷裂的結晶特征和腐蝕產物。晶間腐蝕造成的晶界區(qū)擇優(yōu)腐蝕,鑄件外形上可能未發(fā)現絲毫損傷,但當受拉應力時,界面強度幾乎為零,其危害很大。 ⑤魏氏組織 魏氏組織是鋼鑄態(tài)下的常見組織。顯微鏡下為沿奧氏體晶界呈網狀或向晶內生長的片狀鐵素體和珠光體組織(圖8.7)。鐵素體有時呈羽毛狀或與晶界成一定方位排列。在中等碳量和厚壁鑄件中容易形成。鑄鋼中魏氏組織的存在,通常對鑄鋼的韌性、塑性指標有惡化作用,其評級可參照YB31—61。 4)鑄鋼的晶粒度及其檢驗 測定鑄鋼的晶粒度包括奧氏體本質晶粒度和實際晶粒度。本質晶粒度是指鑄鋼加熱到(930±lo)℃,保溫、冷卻后的奧氏體晶粒度的大小。測定本質晶粒度的目的之一是確定鑄鋼加熱時的奧氏體晶粒長大傾向。用鋁脫氧的鋼都屬本質細晶鋼,測定本質晶粒度的另一個目的是確定奧氏體晶粒迅速長大時的臨界溫度,以便控制在臨界溫度范圍內加熱和保溫,避免奧氏體晶粒的過分長大。實際晶粒度是指鋼在一具體加熱條件下得到的奧氏體晶粒的大小。對本質細晶鋼,由于晶粒長大傾向小,在正常熱處理規(guī)范下均可得到較細的晶粒。細小的晶粒通常具有較高的塑性、韌性和強度。GB 6394—86中規(guī)定晶粒度除用等級范圍來表示其不均勻外,還用短連接線來表示主次晶粒度,不足90%的主導級別記在短線的前部。顯示奧氏體本質晶粒的腐蝕劑見表8.3。顯露后的本質奧氏體晶粒和實際奧氏體晶粒見圖8.8。實際奧氏體晶粒為一級,由珠光體包圍的本質奧氏體晶粒為4~5級。
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