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铁素体与渗碳体的鉴别方法

铁素体与渗碳体的鉴别方法

钢材相似显微组织鉴别系列

钢铁材料组织形态与材质、工艺、性能之间关系的研究是人们百年来为之努力不懈的一大课题。

而组织形貌的识别、分析(即金相分析)是一门实践性很强的学科,需要实践经验及借鉴、参考。

但是,由于很多材料不同处理状态的显微组织非常相似,比如网状铁素体和网状二次渗碳体、针状铁素体和针状渗碳体、马氏体及其回火产物(回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体)、未溶铁素体和先共析铁素体、淬火托氏体和回火托氏体、铁素体和残余奥氏体、低碳板条马氏体和羽毛状上贝氏体、高碳片状马氏体和针状下贝氏体等等。

尽管电子显微镜能准确判断并区分,但生产实际要求的快速检验往往不允许,这就给显微组织的检验工作带来一定困难。如何利用光学显微镜、硬度计等常规仪器,准确快速地判断显微组织就显得尤为重要。

其实很多显微组织只要认真仔细的观察比对,会在光镜下发现其独立的特征。

长期的观察表明,充分利用光学显微镜、硬度计等普通装备,在理论分析和相互比较的基础上,快速准确地鉴别不同材料或同种材料不同处理状态下的显微组织是可行的,而且有很强的现实性和可操作性。

以下是钢材中常见的几种相似显微组织及其鉴别方法,希望能给予从事金相检验教学及生产检验的金相工作者以帮助。

铁素体与渗碳体的鉴别

钢材在热加工过程中,往往会出现网状铁素体和网状二次渗碳体以及针状铁素体和针状渗碳体。

如果奥氏体晶粒较大,含碳量较高,冷却速度较慢时,先共析铁素体沿奥氏体晶界呈网状析出;如果奥氏体晶粒粗大,冷却速度适中,碳的质量分数在0.15%~0.5%范围内的钢,先共析铁素体沿某些晶面析出,呈片状或(针状),这种组织称为魏氏组织。

在过共析钢中先共析渗碳体的形态一般是网状或片状(针状),无块状渗碳体。网状渗碳体同样是冷却速度较慢时形成的,而针状渗碳体(即魏氏组织)是碳的质量分数为1.1%并在适当的冷速下产生的。

先共析铁素体和先共析渗碳体在4%的硝酸酒精溶液侵蚀后都是白色。可用以下方法鉴别两种形态比较相似的白色网状(或针状)铁素体和渗碳体组织。    

1.显微观察法

如果白色网状组织比较粗大,粗细不均匀,还能清楚看到网状组织中黑色细而均匀的线条(即晶界),可以判断该组织为铁素体,材料为亚共析钢,如图11a所示为45钢Φ13.2mm棒料横截面中的组织,由白色网状铁素体和索氏体组成;如果白色网状组织很细很均匀,则可判断为网状二次渗碳体,材料为过共析钢,如图11b所示为T12钢完全退火后的组织,由沿晶界析出的白色网状二次渗碳体和片层状珠光体组成。


2.显微硬度法

这种方法适用于较粗大的白色网状情况。一般选用较小载荷的显微硬度测量,所测之值在600HV以上者可确定为渗碳体相;所测之值在200HV以下者则确定为铁素体,并可判定认为是亚共析钢。


3.化学试剂浸蚀法

对于细网状组织,采用碱性苦味酸钠水溶液,将被测试样浸入其中煮沸5min左右,取出试样以流水冲洗干净,然后吹干,放在显微镜下观察,若白色网变为黑棕色或更深的黑色,则确定为渗碳体相;若其颜色不变仍呈白色(不受侵蚀),则认为是铁素体。


4.硬针刻划法

这是最简单易行的一种方法。只要有一台光学金相显微镜就可进行。

首先将样品制成金相试样,并进行普通的侵蚀,然后在其上刻划一条痕迹,放到显微镜下观察,若刻划的痕迹变粗,则认为白色为铁素体。反之刻痕较细或方向发生变化,则认为是渗碳体相,如图12a所示为T8钢1200℃加热保温5min20s,先700℃等温2.5min再600℃等温2min后水淬的组织,由于淬火加热温度特别高,使T8钢产生了严重的脱碳,在随后的冷却过程中得到了白色网状和针状铁素体、深色托氏体及针状铁素体间的灰色板条状马氏体;如图12b所示为T12钢1150℃渗碳后正火的组织,为粗大白色针状和网状渗碳体及深色索氏体。

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