实验十特殊性能钢的组织观察与检验

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1、实验十特殊性能钢的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1．观察耐磨钢、耐热钢、不锈钢的显微组织特点。2．了解耐磨钢、耐热钢、不锈钢所具有的特殊性能与化学成分、组织之间的关系。3．了解相关检验方法和标准检验技术。二、实验原理特殊性能钢是指加入了大量合金元素，使钢具有了一些特殊的物理性能和化学性能的钢，根据它们的性能特点，可分为耐磨钢、不锈钢、耐热钢、磁钢等（一）耐磨钢传统耐磨钢为ZGMn13俗称高锰钢。高锰钢是在过共析钢中增加锰的含量（约11％～14％）使Mn/C之比接近10/1，再经过水淬后得到室温单一奥氏体组织的钢。在承受载荷和严重摩擦作用下，

2、使钢发生显著硬化。载荷越大，硬化程度越高，耐磨性能好。如在静载荷下使用，它的耐磨性反而不高，因此适合制作承受剧烈冲击和在严重摩擦条件下工作的零件。1、铸态组织由于机加工困难，一般铸造成型。铸态组织应该为：奥氏体基体＋少量珠光体型共析组织＋大量分布在晶内和晶界上的碳化物。（在高温时析出的碳化物在晶界呈网状或者局部呈块状；在较低温度析出的碳化物则在晶内呈针状、片状分布，或者以明显或不明显的渗碳体魏氏组织出现在在奥氏体基体上。）碳化物较脆，一般不能直接使用。2、热处理后的组织一般经过水韧处理。水韧处理：将ZGMn13铸件加热到高温（1000～1100℃）保温

3、一段时间，使铸态组织中的碳化物全部溶入基体奥氏体中，然后迅速淬水快冷使碳化物来不及从过饱和的奥氏体中析出，以获得均匀的单相奥氏体组织，这种处理称为水韧处理。正常组织为过饱和的单相奥氏体，晶粒大小不均匀，也有少量均匀分布的粒状碳化物。水韧处理后的碳化物有：未溶、析出、或过热碳化物。3、铸造高锰钢的常见缺陷主要是分散分布的串状或串连成断续网状分布的显微疏松、气孔、非金属夹杂物及沿晶裂纹等。4、铸造高锰钢的金相检验标准按照GB/T13925-1992《铸造高锰钢金相》标准进行显微组织、碳化物、晶粒度和非金属夹杂物的评级。（二）不锈钢我们所说的不锈钢是指在大气

4、、水、酸、碱和盐等溶液或其他腐蚀介质中具有化学稳定性的钢的总称，而把其中的耐酸、碱和盐等侵蚀性强的介质腐蚀的钢称为耐酸钢。广义的不锈钢也包括耐热不锈钢，即具有较好的抗高温氧化性能的钢。不锈钢中常见的元素有C、Cr、Ni、Mn、Si、N、Nb、Ti、Mo等。（C元素是不锈钢中主要的元素之一，特别是马氏体不锈钢中的重要强化元素，C也强烈的促进奥氏体的形成。但是容易和其他合金元素生成合金碳化物，造成晶界贫铬，导致不锈钢的晶界腐蚀敏感性。Cr元素是不锈钢中最重要的合金元素，能够溶入铁素体，扩大铁素体区，缩小、封闭奥氏体区，并提高钢中铁素体的电极电位。一般要求钢

5、中的Cr含量在11.7%以上，才能提高钢的抗腐蚀能力。我国将不锈钢中含铬量定为不小于12%。Ni元素是增大奥氏体稳定性及扩大γ区，缩小α和（α+γ）区的元素，也是形成奥氏体的元素。Mn元素的作用同Ni元素相似，但是比Ni元素便宜。Si、Al、Nb、Ti、Mo等元素都是缩小和封闭奥氏体区的元素。）不锈钢的分类：按照金相组织的不同，可分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢；按照合金元素的不同分为铬系不锈钢、铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢、铬锰镍系不锈钢等。近年来又开发出高纯铁素体不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢等新品

6、种。1、不锈钢金相试样的制备与侵蚀（1）不锈钢金相试样的制备一般和高合金钢基本相同。其中奥氏体型不锈钢基体较软，韧性较高和易于加工硬化，制样难度较大，易产生机械滑移和扰乱层等假象影响组织分析检验。试样制备应当以不引起组织变化为前提。磨砂纸时尽量使用新砂纸，以减少磨制时间。不锈钢（耐热钢）最理想的抛光方法是电解抛光。常用电解抛光条件为：①（60%）高氯酸200mL+酒精800mL，电压35～80V，时间15～60S；②铬酸600mL+水830mL，电压1.5～9V，时间1～5min。（2）不锈钢金相试样的侵蚀不锈钢具有较高的耐腐蚀性能，显示其显微组织的侵

7、蚀剂必须具有强烈的侵蚀性，才能显示清晰的组织。常用的侵蚀剂有：①氯化高铁5g+盐酸50mL+水100mL；②盐酸10mL+硝酸10mL+酒精100mL；③苦味酸4g+盐酸5mL+酒精100mL。2、各类不锈钢的热处理及其金相组织（1）铁素体不锈钢主要牌号有0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Mo、00Cr27Mo、00Cr30Mo2等。轧制状态的显微组织为：铁素体及沿轧制方向分布的碳化物。退火状态的显微组织为：铁素体和点粒状分布其上的碳化物。淬火状态的显微组织为：δ铁素体+低碳马氏体。当含铬量较高时如00Cr27Mo钢，钢的显微组织为铁素体。当含碳量

8、较高、含铬量处于下限时，如1Cr17钢淬火后会出现低碳马氏体。（2）马氏体不锈钢马氏体不锈钢在