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淺談金相分析在生產(chǎn)中的應(yīng)用
淺談金相分析在生產(chǎn)中的應(yīng)用
張寶坤,，張覺(jué)靈，楊海西
( 河北敬業(yè)集團(tuán) 技術(shù)中心，河北 平山 050400)
摘要: 金相分析是研究金屬或合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的方法,，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有積極作用,。河北敬業(yè)集團(tuán)利用金相分析對(duì) HRB400 抗震鋼筋鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)金相顯微鏡觀察鋼材的微觀組織,， 可以根據(jù)顯微組織分析生產(chǎn)過(guò)程中各工藝參數(shù)的控制情況,， 為質(zhì)量事故分析提供有力數(shù)據(jù)。針對(duì)金相組織分析結(jié)果,，可以指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程,、 改進(jìn)生產(chǎn)工藝，為提高產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的依據(jù),。
關(guān)鍵詞: 金相分析; 生產(chǎn); 應(yīng)用
1 前言
隨著鋼鐵工業(yè)向高標(biāo)準(zhǔn),、大型化方向發(fā)展，給鋼鐵市場(chǎng)提出了更高的技術(shù)要求,。金相分析是金屬材料試驗(yàn)研究的重要手段之一,，采用定量金相學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測(cè)量和計(jì)算來(lái)確定合金組織的三維空間形貌,，可以建立合金成分,、 組織和性能間的定量關(guān)系。金相檢測(cè)設(shè)備配套靈活,，再配以金相圖像分析系統(tǒng),，能夠真正實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工作一體化，開(kāi)展各種金屬材料顯微組織檢驗(yàn)及評(píng)定,、晶粒度,、非金屬夾雜物、脫碳層 /滲碳硬化層深度測(cè)定等檢測(cè)項(xiàng)目,。將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于金相分析中的圖像處理,， 具有精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn),，可以大大提高工作效率,。計(jì)算機(jī)定量金相分析正逐漸成為科研人員分析研究各種材料，建立材料的顯微組織與各種性能間定量關(guān)系,，研究材料組織轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)等的有力工具,。河北敬業(yè)集團(tuán)引進(jìn)計(jì)算機(jī)定量金相分析技術(shù)與設(shè)備，為企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。
2 金相分析用主要設(shè)備
金相鑲嵌機(jī),、試樣磨拋機(jī)、金相試樣切割機(jī),、Axiovert40 MAT倒置材料顯微鏡,。
3 金相試樣制備方法
金相分析用試樣的制備過(guò)程包括取樣、鑲嵌、磨制,、拋光,、浸蝕等工序。
3.1 取樣
試樣的選取應(yīng)根據(jù)研究的目的,，取鋼材中具有代表性的部位,。待確定好部位就可以把試樣截下，試樣的尺寸通常制成 Φ12～15 mm,、高12～15mm的圓柱體,，或邊長(zhǎng)12～15mm的方形，可用金相切割機(jī),、鋸床切割或錘擊等方法取樣,。
3.2 鑲嵌
如果試樣尺寸太小，直接用手磨制困難時(shí),，可把試樣鑲嵌在塑料中,，以便于試樣的磨制和拋光。
3.3 磨制
將切好或鑲嵌好的試樣在砂輪機(jī)上磨平,，尖角處要倒圓,。然后再分別用2#和 1#等粗砂紙磨光，再換用 W28,、W20,、W14、W10等金相砂紙逐級(jí)細(xì)磨,，一直磨到 W10 砂紙后即可在拋光機(jī)上進(jìn)行粗拋光和細(xì)拋光,。磨制試樣時(shí)，每換一號(hào)砂紙時(shí),，試樣磨制方向應(yīng)旋轉(zhuǎn)90°,，確保上一道砂紙的磨痕被磨掉，使試樣的表面光潔度進(jìn)一步提高,。在每一號(hào)砂紙上磨制試樣時(shí),，要沿一個(gè)方向磨,，切忌往返磨削,并且給試樣施加的壓力要適當(dāng),。
3.4 拋光
經(jīng)過(guò)砂紙細(xì)磨的試樣還需進(jìn)行拋光，拋光的目的是去除細(xì)磨時(shí)下來(lái)的磨痕而獲得光亮的金屬表面,。試樣的拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行,，拋光機(jī)轉(zhuǎn)速 1000～ 1500 r /min。拋光時(shí)在拋光盤(pán)盤(pán)面上覆有絲絨等織物,，并不斷在試樣上滴注拋光液,。拋光液是由Al2O3、Cr2O3 或金剛石微粉等極細(xì)粒度的磨料加水形成的懸浮液，依靠拋光液中極細(xì)的拋光粉末與試樣磨面間產(chǎn)生的相對(duì)磨削和滾壓作用來(lái)消除磨痕,。拋光時(shí)應(yīng)使試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤(pán)上,，并沿盤(pán)的邊緣到中心不斷做徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。除機(jī)械拋光方法外,，還有電解拋光,、化學(xué)拋光等其它拋光方法。
3.5 浸蝕
經(jīng)拋光后的試樣必須經(jīng)過(guò)浸蝕后才能在顯微鏡下進(jìn)行金相組織觀察,。浸蝕試樣主要是依靠浸蝕劑對(duì)金屬的溶解或電化學(xué)腐蝕過(guò)程,，使金屬試樣表面的晶粒、晶界及各組成相之間呈現(xiàn)凹凸不平,，在顯微鏡下就可以清楚地觀察到試樣表面的金相組織,。浸蝕時(shí)間要適當(dāng)，一般以試樣磨面發(fā)暗時(shí)就可停止浸蝕,。試樣浸蝕后立即用凈水沖洗,，然后用酒精沖洗，后用吹風(fēng)機(jī)吹干,，吹干后的試樣即可置于金相顯微鏡上進(jìn)行觀察,。
4 試樣觀察及結(jié)果分析
金相即金相學(xué)，是研究金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的科學(xué),，可觀察因外部條件或內(nèi)在因素對(duì)金屬或合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,。外部條件指溫度、加工變形,、澆鑄等條件; 內(nèi)在因素主要指金屬或合金的化學(xué)成分,。金相組織是反映金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)，如馬氏體,、奧氏體,、鐵素體、珠光體等,。
4.1 力學(xué)性能不合產(chǎn)品的金相分析
試樣在拉伸實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)脆斷,，伸長(zhǎng)率達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可取試樣的橫截面做金相組織分析,?；w組織為: 珠光體+鐵素體+針狀鐵素體+少量貝氏體，出現(xiàn)了大量針狀鐵素體與少量貝氏體,，這種組織是造成試樣伸長(zhǎng)率較低的主要原因,，也對(duì)試樣的冷彎性能不利。分析認(rèn)為,，應(yīng)該適當(dāng)提高鋼材的初軋溫度,，減小風(fēng)冷速度,，使奧氏體在600～700℃ 范圍結(jié)晶。金相組織分析為改進(jìn)軋制工藝提供了依據(jù),。
4． 2 軋廢產(chǎn)品的金相組織分析
圖2為HRB400鋼軋廢產(chǎn)品的金相組織,，基體組織為: 珠光體+鐵素體+針狀鐵素體。該試樣母材表面存在裂紋(橫截面),，圖中的裂紋處晶粒已經(jīng)長(zhǎng)大,，有明顯脫碳，裂紋內(nèi)部存在氧化物夾雜,，通過(guò)以上三點(diǎn)可以判斷該母材鋼坯在軋制前存在缺陷,。
分析認(rèn)為，該缺陷可能是由于煉鋼二冷水處冷卻速度過(guò)快導(dǎo)致鋼坯裂紋,。鋼坯存在裂紋,，可能會(huì)在軋制過(guò)程中造成堆鋼，影響軋制效率,。