三、金相试验

金相分析时用金相显微镜观察金属内部的组成相及组织组成物的内型以及它们的相对量、大小、形态及分布等特征。材料的性能取决于内部的组织形态，而组织又取决于化学成分及加工工艺，热处理时改变组织的主要工艺手段，因此，金相分析是材料及热处理质量检验与控制的重要方法。

1、通常金相检验方法的标准如下： GB/T11354－1989

钢铁零件 渗氮层深度测测定和金相组织检验

GB/T9450－1988 钢铁渗碳淬火有效硬化层深度的测定与校核 GB/T9451－1988 钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 GB/T5617－1985 钢的感应淬火或火焰火后有效硬化层深度的参定 JB/T9204－1999 钢件感应淬火金相检验

JB/T9211－1999 中碳钢与中碳合金结合钢马氏体等级 JB/T7710－1995 薄层碳氮共渗或薄层渗碳显微组织检验 GB/T13298－1991 金相显微组织检验方法 GB/T13299－1991 钢的显微组织评定方法 GB6394－86 NJ309－83 NJ326－84

金属平均晶粒度测定法 内燃机连杆螺栓金相检验标准 内燃机活塞销 金相检验标准

2、金相试样的选取与检验步骤： 2.1金相试样的选取： 2.1.1纵向取样：

纵向取样是指沿着刚材的锻扎方向进行取样。主要检验内容为：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、碳化物网、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。

2.1.2横向取样

横向取样指垂直于钢材的锻扎方向进行取样。主要检验内容为：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表面缺陷深度、氧化层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度等。

2.1.3缺陷或失效分析取样：

截取缺陷分析的试样，应包括零件的缺陷部分在内；或在缺陷部分附近的正常部位取样

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进行比较。

为此，通常检验零件的最重要项目为表层显微组织观察和硬化层深度测定，应横向取样；但紧固体的螺纹部分的渗层检验需要纵向取样。

2.2金相检验步骤：

选样——金相切割机（或线切割机）取样—镶嵌机加热镶嵌－磨抛机磨光/抛光－化学腐蚀（通常用4％硝酸酒精溶液）－金相观察/硬化层深度（或显微硬度）测定－出具检验报告

2.3取样数量：

通常连续式加热炉（如网带炉）：1件/4小时

通常周期式加热炉（如井式炉、箱式炉）：2－3件/炉（装炉夹具不同部位） 备注：（1）金相试样以磨面面积小于400MM2，高度15－20MM为宜。

（2）试样的制备过程中，部允许因受热而导致组织变化，应避免试样边缘出现圆角并防止改变斜截面试样的角度。

3、金相组织观察于判别： 3.1渗碳或碳氮共渗：

3.1.1适用于08F、Q235AF、20、20Cr等低碳或低合金钢的零件。

3.1.2试样应从渗碳或碳氮共渗零件上切取。液可用于钢件的材质，热处理状态，有效厚度一致，避过经同炉渗碳或碳氮共渗处理的试样。

3.1.3薄层碳氮共渗件（层深≤0.3mm），表层碳含量应不低于0.5％，氮含量应不低于0.1％。薄层渗碳钢件（层深≤0.3mm）表层碳含量应不低于0.5％

3.1.4渗层显微组织评级在淬火状态下进行（放大倍率为400倍）。

3.1.5针状马氏体级别及残余奥氏体级别评定：当渗层显微组织主要为针状马氏体时，依据JB/T7710-1995标准图谱共分1－5级，其中1－2级合格。

3.1.6板条马氏体级别评定：当渗层显微组织主要为板条马氏体时，依据JB/T7710-1995标准图谱共分1－5级，其中1－2级合格。

3.1.7渗层（层深≤0.3mm）碳化物级别评定：依据NJ326－84标准图谱共分1－5级，其中1－3级合格。

3.1.8心部铁素体级别评定：依据JB/T7710-1995标准图谱共分1－5级，其中一般零件1－4级合格，重要零件1－3级合格。

3.2渗氮或碳氮共渗（软氮化）：

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3.2.1渗氮前调质组织的检验：

3.2.1.1渗氮前调质组织级别（对大工件可在表面2mm深度范围内检查），依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍），回火索氏体中游离体素体数量共分1－5级，其中一般零件1－3级为合格，重要零件1－2级为合格。

3.2.1.2渗氮零件的工作面部允许由脱碳层或粗大的回火索氏体组织。

3.2.2试样应从渗碳零件上垂直于渗氮表面切取，也可用与零件的材料、处理条件、加工精度相同，并经同炉渗氮处理的试样；检验部位应具有代表性，若检查渗氮层脆性的试样，表面粗糙度要求>0.25－0.63mm，但不允许把化合物磨掉。

3.2.2渗氮层脆性检验：经气体渗氮的零件，必须进行脆性的检验。

3.2.2.1依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为100倍），渗氮层脆性级别按维氏硬度压痕边角碎裂程度共分1-5级，其中一般零件1-3级为合格，重要零件1-2级为合格。

3.2.2.2检验渗氮层脆性，采用维氏硬度计，试验力规定用98.07N（10kgf），加载必须缓慢（在5－9s内完成），加载后停留5－10s，然后去载荷，同时，每制件至少测3点，其中2点以上处于相同级别时，才能定级，否则，需重新测定一次。

如由特殊情况经有关各方协商，亦可采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）的试验力，但需按下表4的值换算。 试验力（kgf） 49.03（5） 98.07（10） 294.21（30） 1 1 2 2 2 3 压痕级别换算 3 3 4 4 4 5 4 5 5 3.2.2.3渗氮层脆性应在零件工作部位或随炉试件的表面检验，对于渗氮后留由磨量的零件也可在磨去加工余量后表面上测定。

3.2.3渗氮层疏松检验：经氮碳共渗（软氮化）的零件，必须进行疏松检验。

依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍）取其疏松最严重的部位，渗氮层疏松级别按表面化合物内微孔的形状、数量、密集程度共分1－5级，其中一般零件1－3级为合格，重要零件1－2级为合格。

3.2.4渗氮扩散层中氮化物检验：气体渗氮的零件必须进行氮化物检验。

依据GB/T11354－1989标准图谱（放大倍率为500倍），去其组织中最差的部位，渗氮层中氮化物级别按情况共分1－5级，其中一般零件1－3级合格，重要零件1－2级为合格。

3.3感应淬火：

3.3.1适用于中碳碳素钢（如45钢）和中碳合金钢（如40Cr）的机械零件。

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3.3.2零件淬火后，表面不应有裂纹，灼伤等缺陷。

3.3.3零件经淬火，低温回火(≤200℃)，金相组织按GB/T5617－1985标准共分1－10级，规定如下：

硬度下限≥55HRC时，3－7级为合格。 硬度下限<55HRC时，3－9级为合格。 4、硬化层深度的测定方法：

硬化层深度的测定方法分为金相法和硬度法两种，有争议时，以硬度法作为仲裁方法。 测定表面淬火【如感应淬火】、化学热处理【如渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗（软氮化）】及其他各种表面强化层深度时金相检验的重要内容。根据硬化层深可以分为大于0.3mm的两种情况。

4.1金相法：

4.1.1层深>0.3mm的表面硬化层测定方法：

从零件表面垂直方向测量到规定的某种显微组织边界的距离。测定层深时，各种强化工艺所规定的特征组织，见下表5： 强化工艺 感应淬火 渗碳、碳氮共渗 渗氮、氮碳共渗 材料 碳钢、合金钢 碳钢、合金钢 各种钢铁材料 特征组织（体积分数） 淬火后检验，50％M 退火太检验，50％F+P 渗氮后或经附加热处理，心部组织 4.1.2层深≤0.3mm的表面硬化层测定方法：

从表面垂直方向测量到与基体金属间的显微组织没有明显变化处的距离，即总硬化层深度。

4.2硬度法：

4.2.1从零件表面垂直方向测量到规定的显微硬度硬化层处的距离。测定层深时，各种强化工艺下有效硬化层评定的参数，见下表6： 强化工艺 感应淬火 渗C,CN共渗 有效硬化层 DS DC 界限硬度（HV） 推荐试验力/N 10.8HVMS○ 29.8(4.9-49)○ 国家标准 GB5617-1985 GB9450-1988 GB11354-1989 550 9.8(4.9-49) 渗N,NC共渗（软氮化） DN 说明 1○HV比基体硬度高50 2.94(1.96-19.6) MS为技术要求规定的最低表面硬度 2○ ( )内的数值为允许试验力范围 4.2.2渗碳和碳氮共渗有效硬化层（DC）：

4.2.2.1渗碳和碳氮共渗共渗有效硬化层（DC），经热处理至最终硬度值后，离表面三倍

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