特种设备检测中金属材料分析的应用湖南省特种设备检验检测研究院张希旺特种设备检测中金属材料分析的应用主要内容一、金属学及热处理基本知识•金属学基本概念金属学就是研究金属和合金的性能与它们内部结构之间的关系，以及影响金属与合金组织和性能的因素的一门科学。•铁的几种基本固态相α铁、β铁、γ铁、δ铁。•金属材料的塑性变形及再结晶加工硬化：金属在塑性变形后，金属的强度和硬度会升高，塑性和韧性会降低，这种现象称为加工硬化（或冷作硬化）。再结晶过程：当温度升高时，变形金属的冷变形组织（被拉长的晶粒）逐渐回复到原来的晶粒形状，金属性能恢复到原来的性能的过程称为再结晶过程。•钢中的几种基本组织铁素体：碳和其它合金元素在α铁中的固溶体称为铁素体。以F表示。渗碳体：渗碳体是铁和碳的化合物，或以化合物为基体的固溶体，以Fe3C表示。奥氏体：奥氏体是碳和其它元素在γ铁（面心立方晶格）中的固溶体，以A表示。珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体以彼此相间片层状排列的机械混合物，以P表示。索氏体：索氏体即是片层较细的珠光体，以S表示。屈氏体（或托氏体）：屈氏体（或托氏体）即是片层极细的珠光体，以T表示。贝氏体：贝氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，按照组织形式和形成温度不同，分为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体中铁素体呈羽毛状，羽毛之间分布有片装和棒状的渗碳体。下贝氏体为针状的铁素体上分布有大量的渗碳体。贝氏体中的铁素体含有较多的（或过饱和的）碳，以B表示。马氏体：碳在铁素体中的过饱和固溶体，以M表示。•钢的热处理正火:即是将钢加热到Ac3以上30～50℃，在此温度停留一段时间后，将钢在静止空气中冷却的一种操作。正火目的：①、细化晶粒，改善钢的力学性能，并可作为某些钢（如20G锅炉管）的最终热处理。②、改善组织，以改善切削加工性能，并为淬火做组织准备。淬火：即是把钢加热到临界点（Ac3或Ac1）以上某一温度，并在此温度停留一段时间后，迅速冷却，以得到不稳定状态组织的一种操作。钢在淬火后一般得到的是马氏体组织，但对高合金奥氏体钢则淬火后为奥氏体组织。奥氏体钢淬火也被称为固溶处理或水韧处理。淬火目的：提高钢的强度和硬度。回火：即是将淬火后的钢加热到低于Ac1的温度，在此温度停留一段时间后冷却的一种操作。回火目的：①、得到较为稳定的组织。②、减小或完全消除钢淬火后存在于钢中的应力，降低淬火钢的脆性，得到工件所需要的最后的性能。常见的回火类型：①、低温回火回火温度为150～250℃。目的：消除工件中的部分内应力，稍稍提高韧性，但仍使工件保持着高的淬火硬度。适用范围：高碳钢和合金钢制造的刀具、量具等。②、中温回火回火温度为350～480℃。目的：使钢具有较高的弹性和韧性。适用范围：常用于弹簧和热冲模。③、高温回火回火温度为450～670℃（对碳钢或低合金钢）或更高温度（对中、高合金钢）。目的：完全消除内应力，回火后有足够的强度和良好的韧性。适用范围：广泛用于电站主蒸汽管道焊口的焊后热处理以及结构钢的最终热处理。退火：钢的退火可分为再结晶退火和退火两种。再结晶退火：即是将冷加工后的工件加热到Ac1以下温度，使冷加工后的不稳定的变形组织变为稳定的组织状态。这种退火没有相变发生。常见的退火类型：①、完全退火完全退火是将钢加热到Ac3以上，使钢全部变成奥氏体的工艺。目的：细化晶粒，改善钢的力学性能或为淬火作组织准备；降低钢的硬度以利于加工；消除内应力。适用范围：亚共析钢和共析钢组织的碳钢及合金钢铸件和锻件。如汽轮机气缸25钢铸件在铸造后即采用完全退火。②、不完全退火不完全退火与完全退火不同，其加热温度较低，为Ac1＋（20~30℃），在此温度加热保温后缓慢冷却。目的：降低钢的硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢及轴承钢。这些钢均是含碳量较高的钢，在不完全退火的加热温度下，其组织为奥氏体加二次渗碳体（对合金钢为碳化物）。之所以不采用完全退火工艺的原因在于，如采用完全退火，钢中所有含碳量均会溶于奥氏体中，导致奥氏体含碳量的含碳量提高，稳定性加大。如要获得均匀的退火组织，其冷却速度必须很慢。这样将大为延长退火时间，对生产不利。另外，对这些钢采用不完全退火，可使二次渗碳体易于成为球状，对降低钢的硬度并为淬火组织准备更为有利。③、扩散退火扩散退火即是将钢加热到很高的温度，通常为Ac3以上200℃左右，保温较长时间，然后缓慢冷却。目的：使钢的成分均匀。适用范围：高合金钢锭或铸件。④、等温退火等温退火即是把钢加热到临界点以上温度，使其转变为奥氏体，并保温一段时间