焊接区断口金相分析(图片转文字)

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第一章绪论 (1)

§1—1断口金相学的发展及任务 (1)

一、断口金相学的由来爰发展 (1)

二、断口金相学的任务 (1)

三、断口金相学在焊接中的应用 (1)

§1—2断口金相的一般技术 (2)

一、断口的保存与清洗 (2)

二、断口的宏观分析技术 (2)

三、断口的微观分析技术 (3)

第二章典型金属断口的宏观

与微观分析 (7)

§2—1断裂形式的分类 (7)

按材料断裂前吸收能量或宏观

塑性变形量 (7)

二、按断裂途径或裂纹走向 (7)

§2—2典型断口的宏观形貌分析 (8)

一、静载拉伸断口的宏观形貌 (8)

二、v形缺口试样冲击断口

的宏观形貌 (13)

疲劳断口的宏观形貌 (17)

§2-3典型断口的微观形貌分析 (20)

一、延性断裂断口的微观特征及其

形成机制 (20)

二、脆性断裂断口的微观特征厦其

形成机翩 (28)

第三章焊接区裂纹断口金相分析 (59)

§3一l焊接热裂纹断口形貌分析 (59)

一、焊接热裂纹的形式与分类 (59)

二、凝固裂纹的形成条件与断口特征 (60)

三、液化裂纹的形成条件与断口特征 (65)

四、高温失塑裂纹的形成条件

与断口特征 (67)

§3-2焊接冷裂纹断口形貌分析 (68)

一、氢致延迟裂纹断口特征及其形成机制 (68)

二、淬火裂纹断口特征及其形成机制 (87)

三、层状撕裂断口特征及其形成机制 (93)

§3-3焊接再热裂纹断口特征厦形成

机制 (100)

一、裂纹性质，宏观特征爰形成条件 (100)

二、裂纹形成机制爰断口微观形貌 (102)

第四章焊接区脆化及脆性断裂

断口形貌分析 (108)

§4—1焊缝金属的低温脆性及其断口

焊缝金属的低温脆断爰其

最薄弱环节 (109)

二、焊缝金属低温冲击断口分析……………

§4r2热影响区脆化及低温脆断断口

形貌分析 (114)

熔合线脆化 (114)

二、多层焊热影响区中的局部脆化 (128)

三、热应变脆化 (131)

第五章焊接接头的腐蚀开裂断口形貌

分析 (132)

§5—l焊接接头的晶问腐蚀 (132)

一、奥氏体不锈钢焊接热影响区中

的敏化区腐蚀 (132)

二、稳定型奥氏体不锈钢热影响区中

的刀状腐蚀

三、铁素体不锈钢热影响区中的局部

腐蚀

§5-2 }材厦焊接接头的应力腐蚀

开裂 (134)

一，应力腐蚀裂纹的类型 (136)

二，应力腐蚀裂纹的断口形貌分析 (137)

§5--3氢侵蚀开裂 (142)

参考文献 (144)

分析 (109)

§1-1断口金相学的发展及任务

一、断口金相学的由来及发展

金属断口分析是一门研究金属断裂表面的科学。由于断裂过程往往是瞬间完成的，所以靠实验方法直接掌握整个断裂过程的物理现象或断裂机理比较困难，然而，在断裂造成的断口表面上却往往留下某些反映断裂的物理过程的痕迹或信息。正如考古学家靠分析化石，法医靠解剖尸体来取得结论那样，断口金相工作者靠对断口表面保留的痕迹的分析来获得断裂起因或断裂机制方面的可靠情报。

目录

从中世纪开始，人们已经会运用肉眼或放大镜对金属断口进行宏观分析，16世纪，人们已懂得用断口的宏观形貌来评定金属材料的质量。如将开缺口的铜锭横向打断，观察断口以检查铜锭的质量。19世纪，人们已经把断口的宏观形貌进行分类；研究了断口形貌由纤

维状转变为结晶状的影响因素；认识了典型的标准形状拉伸断口的形成与分区等等(2)，进

人20世纪以后，进一步用光学显微镜发展了断口金相技术。如zapffe用光学显微镜在

较高的放大倍数F对氢脆断口形貌进行了较细微的观察(2)。但是，由于受到光学显微镜本

身放大倍数及焦点深度的限制，不可能对断口的微观形貌进行深人的研究分析，因而断口金相技术难以发展。直到20世纪50年代以后，电子显微镜得到广泛的使用，借助电子显微镜较大的焦点深度，人们得以在高倍下对凹凸不平的断口表面的细节进行仔细的观察研究，达到判断断裂的发生原因及揭示断裂的微观机制的目的，从面使断口分析技术逐步发展为研究材料断裂过程的机制以及进行失效分析的一门专门技术学科，命名为断口金相学。20世纪70年代以来，随着扫描电子显微镜的普及应用，使断口分析更加方便易行，像用光学显微镜对材料的金相组织进行观察那样，扫描电镜对于断裂过程而言，已逐渐作为一种常规的、程序性的观察分析手段被广泛应用了。由于断口金相学是电镜应用之后才命名的，所以它实际上是电子断口金相学的简称，其所用的名词术语，也大都来自电镜观察的术语。

二、断口金相学的任务

(1)确定断裂源，井判定断裂的性质，为分析破坏发生的原因提供依据，从而可作为事

故分析的重要手段。

(2)作为研究金属材料断裂的微观过程机制的重要手段。

由上述可知，断口金相学可以说是近代发展起来的一门学科，它是研究断裂产生的力学条件与判据的断裂力学，与研究断裂过程微观机理的断裂物理这两门学科之间的桥梁，是把断裂宏观判据与微观组织参量联系起来的必要手段。因面，近年来它与这两门学科一道，相瓦关联地得到了迅速发展。

三、断口金相学在焊接中的应用

近30年以来，随着焊接结构向大型化、高参数化以及高强度材料的发展及其在焊接构件中的广泛应用，焊接结构的破坏事故屡有发生。例如，国内外都曾多次发生灾难性的压力容器爆炸事故、桥梁脆断事故、海洋平台沉褴事故等，事后找寻断裂起源时，往往与焊接接头中存在的裂纹、夹渣、未熔透等缺陷，焊缝或热影响区脆化或与接头中高的残余应力、应变，而导致的应力腐蚀开裂等有关。而无论是进行事故原因分析还是试验研究中的断裂起源的分析，都离不开对断口表面的宏、微观形貌分析。诸如，对断裂性质的准确判定，对焊接裂纹类型的准确识别、脆化原因的分析等。都要依靠断口金相学的技术。因而，断口金相分析不仅是进行焊接接头失效分析的重要手段，而且也是研究断裂微观机制、控制接头质量、保证结构安全可靠的有力武器。对于从事焊接冶金、金属材料焊接性、焊接结构的强度与断裂等方而的科技工作者来说，掌握断日金相学的基本知识与分析技术是十分必要。

焊接接头断口金相分析是一门实践性很强的学科，它主要依靠电子显微镜，特别是扫描电子显微镜作为主要研究手段，运用金属物理、冶金学、断裂力学及断裂物理的基础知识，对焊缝金属或热影响区的断口表面的细节进行宏、微观分析。在与金相学研究方法的密切配合下，可以更深入、更明确地揭示裂纹或断裂过程的机制，从而能把焊接物理冶金学、焊接区断裂物理学等学科的有关内容推向深化。在高等学校中，本课程可作为焊接物理冶金学及金属材料焊接性分析课程的后续课程。

§1—2断口金相的一般技术

一、断口的保存与清洗

在断裂事故后的断日或试件断口表面上保存了断裂过程的珍贵资料，要妥为保护，应避免碰伤或锈蚀污染，尽力保持其原始状态。如果已有污染，应在电镜观察前清洗断口，方法如下：

(1)对于有灰尘等附着物的断口，可先用干燥空气吹，然后用无水乙醇或丙酮等溶液清洗，也可用空白复型法清除表而的机械附着物，即涂上醋酸纤维膜后再揭去，反复几次则清除效果最好。

(2)对有油污的断口，可先用汽油洗去油污，再用丙酮或苯等有机溶剂浸泡，也可放在超声波振荡器中加速清洗过程或使用软毛刷清洗。

(3)对于在潮湿空气中暴露时间较长、锈蚀较严重或已氧化的断口，则要求必须去除氧化膜。可采用化学清洗去锈：对碳钢及合金钢断口可采用1％的NaOH(质量分数)溶液煮沸，或采用酪酐15％、磷酸8 5％、水76 5％的混合溶液在85～95℃下煮2min左右去锈。

二、断口的宏观分析技术

用肉眼、放大镜或立体光学显微镜(40～50倍以下)对断口全貌进行的分析，被称为

宏观分析。它不须特殊的仪器设备，因而简便．快速，且试件尺寸不受限制。宏观分析作为一种初步的、基本的分析方法是不可缺少的，通过它可以粗略地判断裂源位置及断裂的性质；对于大型断口还可缩小需深人进行微观分析的范围。在大型构件断裂事故的现场，宏观分析则是唯一的手段。首先可根据断口各区形貌及放射线方向找到裂纹源。还可根据断口表而的颜色、反光与否、表面粗糙度，花样(人字纹、疲劳纹带等)以及断口边缘情况(剪切

唇及塑性变形大小)，来初步判断破坏的性质。

由于宏观分析只能在低倍下观察断口，不能得到十分准确的信息．还必须进行电镜下的微观分析，但不能由此而忽视宏观分析的重要性。

三、断口的微观分析技术

由于断口表面的凹凸差较大，必须借助于焦点深度大、分辨率高的电子显微镜，在高倍F才对断口进行微观分析。一般常用于观察断口形貌的电镜可有下述两种。

(一)透射式电子显微镜

透射式电镜(TEM)是利用高电压(一般50～100kv)使聚焦后的细电子束具有很高

的速度，可以穿透厚约2000?的金属薄膜样品，最后在屏幕或底片上成像。由于TEM分辨率很高，可达3～5A．因而可在数十万倍下观察到未经腐蚀的金属内部的微观组织亚结构，如位错、李晶以及极细小析出相等等；超高分辨率的电镜甚至可看到金属的晶格。用TEM电镜研究金属样品有两种方法．

1薄膜法金属样品

必须极薄才能使电子透过，

一般在100kV电压下，金

属样品的厚度为1000～

2000A为合适。将金属切

成0 5mm左右薄片，机械

研磨到100um左右再用化

学抛光减薄，用电解抛光最

终减薄，再经穿孔后才能在

孔边缘区域得到厚度合适的

薄膜样品供观察。薄膜法主

要用于研究金属内部微观结

构，并可以进行区域衍射研

究微区点阵。

2．复型法不像薄膜法那样可直接以金属样品为观察对象，能直接反映金属中各相的微观结构。复型法是用塑料及碳膜将抛光腐蚀后的金属样品表面微小的凹凸复制下来，在TEM 下借助观察碳的复型薄膜面间接地显示金属表而各相的形貌。

用TEM研究金属断口的表面细微形貌时无法使用薄膜试样，必须采用复型技术进行观察与研究。复型法通常有两种制作方法：

(1)一次复型法(或称直接复型法) 是将塑料或碳直接喷在断口上，再把塑料或碳膜

剥离下来作观察(图卜la、b)。其优点是不经过中间的复型，能较真实地反映断口上的细

节形貌。碳复型的分辨率最高可达20～30A，而塑料因分子较大(约100～200A)，所以分

辨率较低，一般不常用。由于剥离碳膜过程中需用酸腐蚀试件表而，所以要损坏断口本身，这是很大的缺点。

(2)二次复型法是先用塑料如醋酸纤维纸密贴在断口表面，干后揭下，制成一次复

型。再在塑料复型上喷碳作成碳膜复型(图1一lc)。此法分辨率约为100A左右。优点是不破坏断口，可多次取复型，特别是在大型构件破坏的现场，取制供分析的断口复型较方便。但二次复型如不精心制作易有假象。

用复型法观察断口形貌的最大缺点是：由于剥离下来的小块碳膜面积小，只能每次观察断口上一个很小的区域的微观形貌，而且找寻复型位置与实际宏观断口的位置的对应关系比较麻烦，不如扫描电镜直观；其优点是比扫描电镜的分辨率高得多，如果复型技术熟练，可以在高倍放大下分辨出极细微的花样。较早期出版的断口金相图谱均是在TEM下用二次复型拍摄的，其中典型的图象至今仍广泛应用。

另外，还有萃板复型法(图卜ld)，一般是用碳膜作的一次复型。试件经过特制溶液的

深腐蚀后，用碳膜将其表面凸起的第二期粒子粘附下来，配合能谱分析及电子衍射技术，用于研究及分析金属组织中第二相粒子的形状、成分、结构、大小及分布。

(二)扫描式电子显微镜

扫描式电子显微镜又称SEM，是近20多年来迅速发展并完善的一种电镜。其成像原理与TEM不同，是以类似电视摄影显示图象的方式，用聚焦后的细电子柬在断口样品表面扫描，靠收集人射的高速电子的轰击所激发出来的各种电、物理信号(常用的有二次电子、背散射电子、特征x射线等)成像(图卜2)。断口观察主要使用分辨率高的二次电子像，其

分辨率可达70A，若使用背散射电子像，其分辨率要低得多，用扫描电镜观察断口虽分辨率较TEM低，但其他的优点很多：首先是直接使用金属断口本身的样品，立体感强。观察方便，不易失真；而且倍数可以大范围变化，对断口同一部位可进行几十倍直到几万倍的连续观察，因而可随意选择所需的视野，找寻宏观与微观形貌的对应关系非常方便。

用SEM作断口分析时，除一般观察形貌外，还有一些配合的辅助技术，例如：

l用二次电子像与特征x射线相配合这种配合可以在断口上进行微区分析，以确定

析出相或夹杂物的化学成分，如析出相粒子太少，成分分析困难时，还可采用萃取复型法，使复型既可反映断口表面大致形貌，又可将析出相(或夹杂物)粒子粘附于其上之后，再进

行的成分分析较易准确。

2找寻断口形貌与金属组织的直接对应关系先在断口表面镀镍或敷上其他种断口保

护层，然后垂直断口切出金相剖面，进行研磨及腐蚀显示金属组织，或用腐蚀坑法显示其结晶方位，然后剥去断口表面的镍层，便可在扫描电镜下同时观察断口形貌与其垂直剖面上相对应的组织(图l一3)。镀镍层的作用不仅是为了保护断口免受腐蚀，而且也为了保持断口与剖面间相交的棱线更尖锐。如图l-4所示为15MnvN钢母材的低温冲击断口与垂直方向

剖面的组织的对应观察的例子。左上为硝酸酒精腐蚀的母材组织(铁索体加珠光体)，右下

为其冲击断口形貌，照片对角线方向是区分断口与剖面的棱线。从图中可看出，断口中一个

个小的解理断口单元尺寸恰与组织中细小的铁索体晶粒大小相对应。

直接对断口进行腐蚀亦可找到与组织的对应关系或测定结晶方位，佃要损伤断口。无论是为观察结晶方位，即腐蚀坑的形状而作的特殊腐蚀，还是为观察断口所对应的组织而作的腐蚀，都必须在腐蚀前确定位置，作出记号并拍下所需的断口形貌，才能在腐蚀后找到对应关系。图卜5为15MnvN钢模似粗晶_x冲击断口放射区中的一个解理小面所对应的一个上贝氏体板条束。

第二章典型金属断口的宏观与微观分析

§2—1断裂形式的分类

一、按材料断裂前吸收能量或宏观塑性变形量

(一)延性断裂

是高能量吸收的断裂过程，特征是材料存断裂前发牛大量的．明显的宏观塑性变形。

韧性材料在室温下受载，一般是先产生弹性变形。随载荷加大到屈服点后开始滑移，产生大量塑性变形。在塑性变形达到一定程度后，在某蝤部位发生位错的塞积，导致微裂纹形核。继续增加载荷时，微裂纹扩展并相互连接，直到最终断裂。延忤断裂是应力水平高于整体屈服应力下的由塑性变形控制的断裂过程。裂纹扩展呈较缓慢的稳定扩展特征；减少载荷或卸载，则会随时止裂。延性断裂过程由于伴随大量的塑性变形及能量吸收，工件的外形呈现明显的缩颈、弯曲及断面收缩等宏观整体变形，其宏观断口形貌呈u…凸不平的暗灰色纤维

状。由于断前发生显著的塑性变形(图2—11，可引起人们的重视，小易造成事故。

(二)脆性断裂

属低能最吸收的断裂过程，特点是断前无显著塑性变形。

脆性断裂过程中裂纹扩展速度很快，断裂

往往是突然爆发，事先无征兆，因而是一种危

险的断裂形式，往往会造成严重事故。典型的

脆断事故如美国俄亥俄州的“银桥”在冬季突

然断为两截的事故，1949～1953年期间在美

国海军中服役的一批“自由轮”脆断沉没事故

等。这此脆性断裂事故往往发生在低应力F，

当内部存在裂纹源，外部环境又恶劣(如低温

下)时易发生。

脆性断裂的断口往往垂直于正应力方向，

较平坦，整齐，断口有金属光泽，强光下可看

到断口中颗粒状的小面闪闪反光。用肉眼可看

到断口中往往有放射条纹或人字纹。工程上规

定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％的材料称为脆性材料。

二、按断裂途径或裂纹走向

(一)晶内(穿晶)断裂

是裂纹扩展穿过晶粒内部的断裂形式(图2—2a)。根据晶粒变形的大小，晶内断裂可以

是延性断裂(如韧窝断裂)，也可以是脆性断裂(如解理断裂)。

(二)晶界(沿品)断裂

裂纹沿晶粒边界扩展的断裂形式(图2—2b)。晶界断裂基本上均属脆性断裂的范畴，由于晶粒之间的分离破坏往往是晶界弱化所致，而品界体积效应很小，所以很难产生火的宏观塑性变形。例如，锕在回火时因晶界析出脆性相导致的晶界开裂，高韫F蠕变断裂，晶界腐蚀开裂，“及焊接区高温下杂质在晶肄形成低熔点的偏析膜所导致的热裂纹等。

另外，按所受载荷、环境的不同及断裂时的微观机制不同，可分为：韧窝断裂、沿移移面分离断裂、解理断裂、疲劳断裂．氢脆断裂、蠕变断裂及应力腐蚀断裂等。

§2—2典型断口的宏观形貌分析

根据金属材料试件所受载荷性质及环境条件，可有不同的断裂形式，其断口可有几种典型的宏，微观形貌。

一、静载拉伸断口的宏观形貌

(一)光滑试棒拉伸断口

光滑试棒受拉，裂纹在内部形核后再向表面扩展。对脆性很大的材料或材料在很低温度F受拉时，因极少有塑性变形，断口平直(图2—3a)，往往是脆性断裂。一般金属材料在室温下经受拉伸裁荷时，通常在发生明显的塑性变形后以延性断裂方式破坏，其断盯形貌随材料的塑性大小及所吸收的变形能的不同而各异。在纯度较商、塑性优良的金属中，由于基体易于滑移变形且作为微裂纹核心的非金属夹杂物或第二相粒子较少，其断裂形式属于原予键的剪切断裂。如图2一3b示的凿尖状断口与纯剪切断日一般是发生在高纯度的单相金属中，特别是在单晶体中。塑性很好的金属或单晶在拉伸栽荷下沿最大剪应力方向不断滑移变，最终以滑移面分离形式断裂。分离的滑移表面的两半断日像刀刃(单向将移情况)，或像削尖的铅笔(多向滑移情况)，见图2—4。在图2 3所示的几种断裂形式中，杯锥状断口是碳钢、低台金钢一类金属拉伸时最常见的一种断口形式，如图2—3c所示，杯锥状断口的形成过程大致为：舍有较多第二相或杂质粒子的合金在承受拉伸载荷时，先是以滑移方式均匀塑性变形，随载荷增大，开始出现缩颈【图2—3c，塑性应变逐渐在此处局部集中。随缩颈进一步加剧，处于三向应力状态下的缩颈中心部位开始萌生多个独立的微裂纹(微孔)．这里微裂纹多半是在夹杂物或第二相粒子处形核，微裂纹以微孔长大并逐渐以微孔汇合连接的方式径向扩展(图2—3c一2)。到表面附近时，由于应力状态的改变：变形集中于与拉伸轴成30。～40。角的高剪切应变区的边缘。导致最终以剪切方式断裂，因而形成杯锥状断口，断口的一半为杯状，一半为锥状(图2—3c-3。图2—5是杯锥状断口形成过程的实例。

由于工业上常用的钢或其他合金大多是以杯锥状形式断裂，因而将其作为典型代表分析其宏观形貌。断口通常分三个区(图2—6)：纤维区F、放射区R、剪切唇区s——即所谓断口特征三要素。(1 J纤维区一般位于杯锥状断13的中央，宏观形貌呈灰色纤维状，是裂纹处于稳定扩展阶段所形成的典型的韧性断口形貌。拉伸时，试件缩颈后其中心最小截面处于__向应力状态下，微裂纹在此处启裂形成多个微孔，微孔不断聚合长大形成了宏观裂纹。在板材或棒材拉伸断口中的纤维区往往呈现’定方向性，这是因为锻造、冷拔或轧制时非金属夹杂物(例如硫化物)一般沿轧向分布所致。板材拉伸试棒中心可出现平行轧向的纤维状断口；圆钢拉伸试棒中心可出现同心圆形纤维状断口(图2 7)。

(2)放射区纤维区向外第二区为放射区，此两区的交界标志着裂纹由缓慢的稳定扩展向快速的不稳定扩展转化。此区宏观特征是有放射状花样，即用肉眼即可看到放射条纹。每一根放射条纹称为放射元，放射元方向与裂纹扩展方向一致，与裂纹前沿轮廓线垂直，其反方向指向裂纹源。在某些情况下放射花样呈现为“放射纤维”状，其放射元是一种典型的剪切形变造成的剪切脊(图2-8a)。但在一般情况下放射元表现为条纹状(图2-8b)，是裂纹长大到临界尺寸后，在平面应变条件下作快速不稳定扩展，以低能量撕裂方式形成放射元。显然，撕裂时塑性变形越大，消耗的撕裂功越大，放射元就越粗人。反之，撕裂功越小，放射元也越细。因此，随着材料性质、试验温度的不同，断口中放射区的花样各异。塑性较好的材料断13中可无放射区。试验温度降低或材料的塑性较差时，放射区扩大，放射元变细。当材料处于极脆状态下断裂(如完全沿晶界脆料或解理断裂)时，因儿乎无任何塑性变形，故放射线消失，放射区呈颗粒状(或称结晶状)脆性断口形貌(图2—8c)。

(3)剪切唇区断口的最外侧，亦即断裂过程的最后阶段形成的是剪切唇区。剪切唇表面

较光滑，颜色灰暗，与拉伸轴大致成45。交角。剪切唇区是裂纹扩展到表面附近时，由于前端应力状态的改变，最终在平面应力条件下沿最大剪应力方向快速剪切而形成韧性断裂断口。在一般情况下，钢的杯锥状断口中三个区往往都存在，此时剪切唇区所占比例一般较

小。而当试验温度较高或材料塑性很好时，断口中可无放射区，正如图2—7所示的那样，

在仅由纤维区与剪切唇组成的全韧性断口中，剪切唇可占相当大的比例。

(二)带缺口的圆棒拉伸断口

断口分区大致亦符合三要素原则，但由于尖锐缺口所造成的应力集中及三向应力状态，使裂纹易启裂于缺口前端，向中心扩展。反映裂纹稳定扩展阶段形貌的纤维区紧靠缺口处，随后裂纹快速向中心推进时将出现有放射条纹花样的放射区，终断区在试件中心处，(图2—9a)。若裂纹自缺口处启裂后，因各方扩展速度不同，造成不对称方式向内进展时，则断口分区亦不对称，其扩展的初始阶段为纤维区，第二阶段为放射区，当两个阶段相交截时，裂纹即停止扩展，形成的终断区也可能是剪切唇形貌(图2-9b）。在用插销试验法测定钢材的冷裂敏感性试验中，插销试棒即相当于有扩散氢作用下的恒载缺口拉伸试棒，其断口分区必然受氧致脆化的影响，放射区较大，而且往往看不到纤维区。图2_10是裂纹不对称扩展的插销试棒断口示意。氢致裂纹往往在低应力下启裂于离熔合线最近的缺口处(图2一lO中A、B，C、D点)，在沿缺口方向扩展的同时向试棒中心推进。由于氢的作用，裂纹启裂后即可脆性扩展，形成有氢脆特征的延迟扩展区(放射区)，该区中常可看到射线花

样。当延迟扩展区大到一定程度后，裂纹快速扩展，形成快速扩展区与终断区，终断区可有

少量剪切唇，其形貌与无氧试件类似。

(三)矩形试件拉伸断口

实际构件中，如船体、压力容器等的断裂事故多属于板材的断裂，因而研究矩形试件断口有其实际意义。表面无缺口的板材拉伸试件断口亦符合三要素原则，裂纹源在板中央处，周围的纤维区呈圆形或椭圆形(图2—11)。向外是放射区，常常可看到有人字纹(山形)花样。人字纹的尖端指向裂纹源。

断口中的人字纹花样也是放射条纹的一种形式，表示了裂纹作不稳定的快速扩展时形成的形貌。之所以形成略向表面弯曲的人字纹是因裂纹快速地向板两端扩展的同时，有力图以最短的距离到达自由表面的倾向。最靠近板表面的终断区是剪切唇形式。当试件厚度减薄时，剪切唇面积增大。薄板拉伸断口因基本上处于平面应力条件下，除中心纤维区外，全部是剪切断口，无放射区出现。

二、v形缺口试样冲击断口的宏观形貌

(一)断裂过程的描述

冲击试验是检验材料在快速载荷作用下韧性大小的试验方法。与静载试验不同的是，由于快速加载使材料来不及充分塑性变形，从而有变脆的趋势，另外，试件中开有缺口，使冲击试验可以在不同温度条件下测定材料的脆化倾向大小。常用的有u形缺口试样及v形缺口试样两种形式。由于u形缺口根部半径过大，用所测定的单位面积的冲击吸收功所求出的材料韧脆转变温度与实际情况出人较大，而用v形缺口试样求出的韧脆转变温度比较接近于低温环境下脆断的实际情况，所以近来一般均已较少应用u形缺口试样。v形缺口冲击试件的断裂过程可用示波记录下来的p￡曲线表示(图2—12)。试件受载后先产生弹性形变，载荷卜升到n点时开始屈服，随载荷增大一般认为在6点处开裂。开裂后先经稳定扩展阶段，c点后为失稳扩展，到d点后又以剪切撕裂方式扩展直至终断。冲击吸收功可分解

为：裂纹形成功(包括弹性变形功A，及塑性变形功A，)及裂纹扩展功(包括稳定扩展功A，、失稳扩展功A。及撕裂功A，)两部分。韧性不甚好的材料冲击时，消耗于裂纹形成的功占较大比例；在韧性较好的材料中，裂纹扩展功占相当大比例。

(二)断口分区

V形缺口的冲击试件断口的分区亦遵循三要素规律。受载后，如图2一12所示，先是出现塑性变形，随后微裂纹在缺口根部萌生。裂纹的稳定扩展阶段(卜c)形成灰暗色的纤维

金相分析 概述

第一讲金相分析技术之概述 1.1金相分析技术 金相分析技术是指用光学金相显微镜，观察，记录，分析，金属材料的微观组织结构的技术。 铁碳合金根据含碳量的不同分为亚共析钢，共析钢，过共析钢，白口铸铁等。不同成分的钢，它们的金相组织各不相同。另外成分相同的钢，根据热处理状态不同，它的组织结构也各不相同。组织不同，材料的性能也不相同。所以，成分，热处理状态等，决定了材料的组织，材料的组织结构，又决定着材料的各种性能。可见，研究材料组织结构的重要作用。 金属材料的结构，可分为：原子结构、晶体结构、组织结构和宏观结构。 我们所研究的主要是金属材料。要对这些材料进行合理地，有效地使用，充分发挥它们的潜力，必须要了解和掌握它们的某种或某些性能。为了达到这个目的，必须对材料进行测试。实际上金相分析技术应该是材料测试的一种。往往和其它测试手段共同进行，综合分析。 1.2材料的测试技术 材料的测试，从它的根本意义来说，它是属于信息技术的具体的应用。因为它是通过采用一定的方法，将材料的某种性能有关的内涵信息，进行提取，分离，输出，转换，处理，显示，记录，分析等等。经过这样一些过程，从而得到，我们所要探求的，真实的性能特征。 然后，将这些处理后的信息反馈到生产现场或实验室，对生产或实验进行指导或进行控制。 例如：最简单的是金属的拉伸试验……….。 近年来，由于近代物理，化学，光学，声学，及微电子，材料科学，计算机，自动控制等学科的迅速发展，提供了很多敏感元件，转换元件，检测器件，显示和记录装置等器材和技术，这样不仅使以前的测试方法和仪器有了很大的改进和更新。同时也开发了一些新的设备解决了以前所不能解决的问题。 如：硬度计。便携式，现场金相分析仪，高温金相分析仪及可以看到原子的扫描遂道电子显微镜，原子力显微镜，快速金相显微镜，可以看到动态变化的显微镜等等。 现在的检测技术要求：是向着快速，简便，精确，自动化，多功能，低费用的方向发展。 例如：以前化学分析到现在的光谱分析 以前洗相照相到现在的电脑，打印机输出。 1.2.1关于材料测试的重要意义： 我们可以从实际应用中的一些例子看出 1、在设计新的设备，或新的构件时就必须选用合适的材料，这就必须提供材料 有关的性能数据，特别需要提供设备或构件实际服役的性能，来作为设计的依据。如航空母舰的钢板。飞机发动机的材料。 2、在合成和制备新材料或制定新工艺时，要对材料的性能进行比较，筛选，和 确定最佳方案。如焊接工艺评定。 3、在工业生产中，对投产的原材料的质量，必须进行检查，用来了解它是不是 符合规格，用来保证产品的质量。如压力容器的生产。 4、在生产加工过程中要对各道工序前后的材料半成品，成品的性能进行监控，

焊缝的宏观和微观金相检验方法

附件A 焊缝的宏观和微观金相检验方法 A1范围 本附件是为宏观和微观检测的试样制备、试验程序及其目的，规定的推荐方法。 A2 术语和定义 A2.1 宏观检验 用肉眼或低倍放大镜(放大倍数一般小于50)检查试样，试样表面可处理或不处理。 A2.2 微观检验 用显微镜检查试样，一般放大倍数为50～500，试样表面可处理或不处理。 A2.3检验操作人员 进行宏观、微观检验的操作人员。 A3 缩略语 本方法采用的缩略语如下： (1)A，宏观检验； (2)I，微观检验； (3)E，腐蚀处理； (4)U，不腐蚀处理。 A4 原理 宏观和微观检验用来显示焊缝的宏观和微观特性，通常检验焊缝的横截面。 A5 试验目的 宏观和微观检验目的是单纯地评定组织(包括晶粒组织、形态和取向，沉淀和夹渣)、与各种裂纹和空穴关系。检测截面还要能记录截面平面的取样形状。 A6 试样的截取

试样的截取方向一般垂直于焊缝轴线(横截面)，试样包括焊缝熔敷金属和焊缝两侧的热影响区。但也可以从其它方向截取试样。 在试验前应确定时间的位置、方向和数量，以及参照应用标准。 A7 试验程序 A7.1一般原则 应给出下列信息： (1)母材和焊接材料； (2)试验对象； (3)腐蚀剂的组成/名称； (4)表面抛光(见A7.2.1)； (5)腐蚀方法(见A7.2.2)； (6)腐蚀时间； (7)安全措施(见A7.3)； (8)其他附加要求。 A7.2试样制备 用于检验试样的制备包括通过切割、镶嵌、研磨、抛光、适当腐蚀。这些加工过程不应对检验表面产生有害的影响。 A7.2.1 表面抛光 表面抛光的要求取决于下述因素： (1)检验类型； (2)材料种类； (3)记录(例如照片)。 A7.2.2 腐蚀 A7.2.2.1 腐蚀方法 在腐蚀前，先确定腐蚀方法。在常用的方法有以下几种： (1)把试样侵入腐蚀剂中腐蚀； (2)擦拭试样表面腐蚀； (3)电解腐蚀。

焊接接头的组织

焊接接头的组织 一、实验目的 1.掌握焊接接头各区域典型的金相组织。 2.熟悉焊接接头各区域的性能变化。 二、实验设备及材料 1.金相显微镜。 2.焊接试样。 3.预磨机 4.抛光机 三、实验原理 熔化焊是局部加热的过程，焊缝及其附近的母材都经历一个加热和冷却的过程。焊接热过程将引起焊接接头组织和性能的变化，从而影响焊接质量。 焊接接头组织由焊缝金属和热影响区两部分组成。现以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，对焊接接头各部分的组织和性能变化加以说明，见图13-1。 1．焊缝金属 焊缝区的金属在焊接时处于完全熔化状态，它的结晶是从熔池底壁上许多未熔化的晶粒开始的。因结晶时各个方向冷却速度不同，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向焙池中心生长，最终呈柱状晶，如图13-2所示。熔池中心最后结晶，聚集了等轴状低熔点合金和夹杂物，并可能在此处形成裂纹。 焊缝金属结晶后，其成分是填充材料与熔化母材混合后的 平均成分。在随后的冷却过程 中，若发生相变，则上述组织均 要发生不同程度的转变。对低碳 钢来说，焊缝组织大部分是柱状的铁素体加少量的珠光体。 2．热影响区 热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。按受热影响的大小，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 1）熔合区 熔合区是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间的区域。由于该区域温度高，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因温度过高而长大成粗晶粒。此区域在显微镜下一般为2~3 个晶粒 图13-1 低碳钢焊接接头组织变化示意图 1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区

焊缝接头组织的金相观察与分析

焊缝接头组织的金相观察与分析 一、实验说明 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。 熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。 以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用手工电弧施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 二、实验目的 1、学会正确截取焊接接头试样。 2、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 3。深刻领会熔化焊焊接过程特点。 三、实验设备及器材 1、施焊设备及器材（手弧焊机、结422焊条，面罩）。 2、200×100×8mmA3钢板一块。施焊前用牛头刨床沿其长度方向中心线刨一条深2mm，宽4～5mm的弧形槽。 3、砂轮切割机一台。 4、钳工工具一套。 5，制备金相试样的全部器材。 6、金相显微镜若干台。 四、实验方法与步骤 1、在钢板上沿刨槽用F4mm结422焊条一根施焊。焊接电流取140～150A。 2、待钢板冷至室温后，用砂轮切割机截取试样。截取部位如下图所示，切割时须用水冷却。以防止组织发生变化（图中虚线为砂轮切割线，两端30mm长焊缝舍弃不用）。 焊接接头金相试样取样位置示意图 3、依照实验一步骤3所述方法截下的焊缝接头制备成金相试样。注意磨制面应选择与焊缝走向垂直的横截面。 4、在金相显微镜上观察制备好的焊接接头试样。光用低倍镜镜头（放大150倍）观察焊缝区及热影响区全貌，再用高倍镜镜头（450倍）逐区进行观察，注意识别各区的金相组织特征, 并画出草图。 五、实验报告要求 1、明确实验目的。

焊接接头金相组织分析

焊接接头金相组织分析 实验目的 ?观察与分析焊缝的各种典型结晶形态； ?掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。 二、实验装置及实验材料 ?粗细金相砂纸1套 ?平板玻璃1块 ?不同焊缝结晶形态的典型试片若干 ?低碳钢焊接接头试片1块 ?正置式金相显微镜1台 ?抛光机1台 ?工业电视(或幻灯机)1台 ?吹风机1个 ?4%硝酸酒精溶液无水醇脱脂棉若干 ?典型金相照片(或幻灯照片)一套 三、实验原理 焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。组织的不同，导致机械性能的变化。对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。 焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。 宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型，焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。 显微分析是借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。 焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。 ?焊缝凝固时的结晶形态

?焊缝的交互结晶 熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图1为母材和焊缝金属交互结晶示意图。由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止，这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。 ?焊缝的结晶形态 根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度(或晶粒长大速度)R和温度梯度G有关。图1-16为C0、R和G对结晶形态的影响。 由图可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，浓度过冷增加，从而使金属的结晶形态由平面晶变为胞状晶，胞状树枝晶，树枝状晶及等轴晶。 当合金成分一定时，结晶速度越快，浓度过冷越大，结晶形态由平面晶发展到胞状晶树枝状晶，最后为等轴晶。 当合金成分C0和结晶速度R一定时，随着温度梯度G的长升高，浓度过冷将减小，因而结晶形态会由等轴晶变为树枝晶，直至平面晶。 随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结晶形态。在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度G较大，结晶速度R很小，因此此处的浓度过冷最小，随着焊接熔池的结晶，温度梯度G由熔化过边界处直到焊缝中心渐变小，熔池的结晶速度却渐增大，焊缝中心处，温度梯度最小，结晶速度最大，故浓度过冷最大。由上述分析可知，焊缝中结晶形态的变化，

低碳钢熔化焊焊接接头组织分析

低碳钢熔化焊焊接接头组织分析 一、实验目的 1观察焊接接头的宏观组织及焊接缺陷 2、观察焊缝、热影响区及母材的各种典型结晶形态 3、掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 4、测定在不同的焊接工艺下热影响区的宽度 二、实验概述 手工电弧焊的焊接过程如图1所示。当电弧在焊条与焊件之间引燃后，电弧热使焊件（与电弧接触部分）及焊条末端熔化，熔化的焊件和焊条（以熔滴形式下落）形成共同的金属熔池。焊条外面的药皮受热熔化并发生分解反应，产生液态熔渣和大量气体。液态熔渣包围着 熔滴，当其进入金属熔池后，因其比重小而浮在熔池表面。所产生的气体则包围在电弧和熔池周围。 图1手工电弧焊过程示意图 1、焊条芯 2、焊条药皮 3、液态熔渣 4、固态渣壳 5、气体 6、金属熔滴 7、熔池8焊缝9、工件 焊条因不断熔化下滴而应连续向下送进，以保持一定的电弧长度。同时，焊条还应沿焊接方向前进。当电弧离开熔池后，被熔渣覆盖的熔化金属就缓慢冷却凝固成焊缝金属，液态熔渣也凝固成固态熔壳。在电弧移达的下方，又形成新的熔池及其上的液态熔渣，以后又凝固成新的焊缝金属和渣壳。上述过程继续进行下去，只至整个焊缝被焊完为止。从而形成一条连续的焊缝金属。

在焊接过程中，由于焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。组织的 不同，导致机械性能的变化。对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可 缺少的环节。 焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。 宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。 显微分析的主要内容为：借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。 焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的 组织变化不仅与焊接热循环有关，而且与所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。 （一）焊缝凝固时的结晶形态 熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图2为母材和焊缝金属交互结晶的示意 图。由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材 的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。当晶体最 易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被竭止，这就是 所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶形态，如图3（a）所 示。 图2焊缝金属的交互结晶示意图 (a)

焊缝接头金相试样制备及显微组织分析

实验一焊缝接头金相试样制备及显微组织分析 一、实验目的 1．学会正确截取焊接接头试样。 2．认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 二、实验原理 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。 熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，然后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的区域称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。 焊接结构的服役能力和工作可靠性，既取决于焊缝区的组织和质量，也取决于热影响区的组织和宽窄。因此对焊接接头组织进行金相观察与分析已成为焊接生产与科研中用以评判焊接质量优劣，寻找焊接结构的失效原因的一种重要手段。 本实验采用焊接生产中应用最多的低碳钢为母材，用焊条电弧焊（又称为手工电弧焊）施焊，然后对焊接接头进行磨样观察。 焊条电弧焊的原理如图1所示。焊接前，将电焊机的输出端分别与工件和焊钳相连，接通电路后，焊条和被焊工件之间引燃电弧，焊条和工件作为阴极或阳极。电弧热使工件和焊条同时熔化形成熔池，焊条药皮也随之熔化形成熔渣覆盖在焊接区的金属上面，药皮燃烧时产生大量CO2气流围绕在电弧周围，熔渣和气流可防止空气中的氧氮侵入起到保护熔池的作用。随着焊条的移动，焊条前的金属不断熔化，焊条移动后的金属则冷却凝固成焊缝，于是形成一个焊接接头。 在焊条电弧焊焊接中，受电弧的热作用焊接接头的金属都要经历常温状态升温到一定温度后，然后再逐渐冷却到常温的过程。图2表示了焊件截面上各区域温度的变化情况。在焊接时各部分和焊缝距离不同而受热不均匀，导致不同位置的点所经历的焊接热循环是不同的（即被加热的最高温度不同），而且焊接后的冷却速度也不同。因此，各部分组织与性能变化也不同。 以低碳钢为例，根据焊缝横截面的温度分布曲线，结合铁碳合金相图，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全正火区（AC1～AC3），对易淬火钢而言，还会出现淬硬组织并对焊接接头各部分的组织与性能变化加以说明。

金相分析介绍

有色合金彩色金相技术的研究与应用 朱锦艳王凤花 (太原重型机械集团公司，太原030024) 摘要：本文应用化学沉积着色法对铜、铝合金及双金属焊接接头的显微组织进行了上千次的着色试验。结果表明：彩色金相能够清晰地显示一般金相方法看不到的组织细节和特殊的相，其色彩鲜艳、分辩率高，给人们提供了很有意义的信息。同时还系统地介绍了化学沉积试剂的应用方法和试验操作技巧。 关键词：金相技术；着色；衬度；组织鉴别 O 引言 光学金相技术对揭示合金内部组织的奥秘起了十分重要的作用。随着科学技术的高速发展，普遍的金相方法限于其反着能力，已满足不了人类对金属材料微观世界的进一步探讨。由于电子金相技术的蓬勃兴起，使材料的研究进入一个新领域．作为基础的光学金相技术依然是解决生产实际问题所不可缺少的重要手段。人们为了提高光学金相的测试水平，必须从提高组织中各相间衬度入手，由此发展了一种崭新的显示方法——彩色金相。基于人眼对彩色差异的特殊敏感，利用彩色衬度来区分合金组织更为准确可靠，彩色金相已成为光学金相发展的方向。本文应用彩色金相的原理和方法对铝、铜合金等有色金属的显微组织进行了大量的试验和探讨工作，积累了较丰富的实践操作经验和技术，并研制出一册《有色合金彩色金相图谱》。 1 彩色金相原理及方法 彩色金相主要是通过物理或化学的方法，使试样表面形成一层干涉膜，利用光的薄膜干涉效应，使合金的显微组织产生鲜明的彩色衬度，以此来提高光学金相的鉴别能力。彩色金相显示合金组织的方法主要从两方面着手：一是改变样品表面状况的彩色侵蚀着色法、化学沉积着色法、热染法和真空蒸镀法等；二是不改变样品表面状况的纯光学方法，有偏光干涉法和分色法等，这些方法各有特点和局限性。本试验基于有色合金的特点及实验条件，主要选用化学沉积干涉膜着色法。 化学沉积着色的机理是，根据电化学原理，金属试样浸入到化学沉积试剂中时，必然会发生一系列的电化学过程，试样表面上的各区域按它们各自的稳定电位与试样综合稳定电位之差值，分为不同的阴极区域和阳极区域。如果选用了合适的试剂，则该试剂有能力，使不同区域上沉积不同厚度的干涉膜。不同的合金相其化学常数不同或膜的厚度不同，利用多重反射与薄膜干涉效应，使各相之间或位向与成份不同的晶体之间产生不同的干涉色，从而产生彩色图象，以达到辩认组织的目的。

焊接金相分析(大纲)

焊接金相分析（大纲） 一概述 1 定义：焊接金相分析是以焊接金属学为理论基础，密切联系焊接工艺条件，以金相分析方法来研究焊接接头的组织变化，研究焊接缺陷和接头性能与焊接方法之间的关系，是验证和提高焊接接头质量的一门试验学科。 焊接金相分析的应用：基本内容是焊接前后发生的组织、性能变化，可以应用于―――新材料焊接性分析与焊接材料焊接工艺优化；焊接结构失效分析；焊接裂缝及其他焊接缺陷产生原因分析；焊接相变过程；焊接裂缝的形态和产生机理；焊接缺陷与焊接工艺间的关系；合金元素对接头组织和性能的影响；焊缝的一次组织、二次组织与焊缝性能的关系等。 焊接金相分析设备：实体显微镜，光学显微镜，高温显微镜，TEM，SEM，XRD等等。性能测定设备有：万能试验机（拉、压、弯），冲击试验机，各种硬度计，显微硬度计，差热分析仪，热膨胀分析仪，等等。 焊接系统工程学：焊接工程有三个分枝，即焊接冶金学、焊接工艺学和焊接力学。它们相互联系 又自成体系，焊接系统 工程学简图见图1。 图1 焊接技术系统化

2 焊接金相分析方法 焊接金相分析方法是通过解剖试样，直接在金相显微镜下进行观察、分析或通过金相物理方法的测试检查。 焊接金相分析方法的特点：因为焊接热过程的复杂性，使焊接金相比一般金相研究更困难。例如HAZ是母材在焊接热循环作用下形成的一系列连续变化的梯度组织区域。 焊接接头缺陷的分析是焊接金相研究的一个重要内容。要准确、直观地检查出焊接裂缝、夹杂物、夹渣、气孔、未焊透等。较无损探伤更准确可靠，尤其是微裂纹。 二焊接区金相试样制备方法 1．焊接区金相取样方法 取样原则：服从于金相分析特点和要求，充分考虑焊接接头特点和焊接工艺特点来确定焊接金相取样的部位、数量及大小。 焊接区显微组织金相样的切取方法 焊接结构及焊接产品事故分析取样方法 2．焊接区金相试样制备方法 大型产品及焊接结构的事故分析取样，多采用气割或机械加工方法切下大块样品，然后像小型试件一样，经过切割、平整、磨光、抛光、浸蚀等一系列加工制成小金相试样。 3．焊接区金相试样显示方法 显示焊接金相试样组织的方法有两种：化学试剂显示法和电解浸蚀剂显示法。化学试剂浸蚀显示法在金相组织显示中是最常用的。使用化学药品作为溶

焊接接头金相组织分析报告报告材料

焊接接头金相组织分析 一、试验目的 （一）观察与分析焊缝的各种典型结晶形态 （二）掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化 （三）了解低碳钢焊接热影响区的组织变化规律。二、试验装置 及试验材料 （一）粗、细金相砂纸一套 （二）平板玻璃 2块 （三）金相显微镜 4台 （四）吹风机 1个 （五）抛光机 4台 （六）低碳钢焊接接头试片 1个 （七）腐蚀液： 4％硝酸酒精溶液 （八）乙醇、丙酮、棉花等 三、试验原理 （一）焊缝凝固时的结晶形态 ?1、焊缝的交互结晶，如图1所示

? ?熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长 2、焊缝的结晶形态 根据成分过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度R和温度剃度G有关。 图2 C0、R和G对结晶形态的影响 （二）低碳钢焊缝热影响区金属的组织变化 以低碳钢为例，根据其热影响区金属组织的特性，可分为四个区域，如图3所示:

图3低碳钢焊接热影响区分布特征 1-熔合区；2-粗晶区；3-结晶区；4-不完全重结晶区；5-母材 a、接头金相组织： 1、未受热影响的焊缝金属区； 2、受影响的层间金属区，结晶形态消失； 3、受过热作用的热影响区； 4、母材；

b、过热粗晶区魏氏体组织 C、左侧一次正火细晶区，右侧二次正火，晶粒较粗 d、不完全结晶区组织

e、母材组织 （三）30CrMnSiA钢焊缝热影响区金属组织变化 30CrMnSiA钢的连续冷却转变曲线

四、实验方法及步骤 （一）低碳钢焊接接头金相分析 1、试样的准备； 2、用金相砂纸打磨试片； 3、抛光试片； 4、腐蚀； 5、在显微镜下观察与分析 （二） 30CrMnSiA钢试片的制作 1、将厚度为2.5mm的30CrMnSiA钢板切成180× 20mm和180× 35mm两种规格的试片； 2、试片焊前进行退火处理； 3、去除试片表面油污及氧化物； 4、分别用电弧焊和气焊焊接试片； 5、制作金相试样：打磨、抛光、腐蚀等； 6、在显微镜下观察已制备好的金相试样；

金相分析软件介绍

金相分析软件介绍 检验类别模块名称功能说明 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 辅助评级【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法）自动评级【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法）自动评级【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 自动评级【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 自动评级【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 自动评级 4、脱碳层深度测定【004】脱碳层深度测定…GB 224-87 辅助评级 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 自动评级 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 自动评级 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 自动评级 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 自动评级【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 比较评级 【059】石墨长度…GB 7216-87 辅助评级【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 自动评级【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 比较评级 【186】碳化物数量…GB 7216-87 自动评级 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 比较评级【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 自动评级

焊接金相组织

第四章焊接接头组织性能分析 焊接过程是个局部快速加热到高温并随后冷却的过程，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，易形成在时间和空间域内梯度都很大的不均匀温度场，温度场的分布决定着焊缝区和热影响区的范围，对焊接接头的质量有着直接影响。由于焊接过程中的特殊传热过程，焊接所连接的材料上距离热源的远近不同，其组织和性能也各有差异。通常将受到焊接热作用后组织和性能相对于基材发生改变的区域称为焊接接头。焊接接头不仅包括结合区，也包括其周围区域。 4.1焊接冶金基础 焊接时，焊件或同焊接材料被加热到高温而熔化，冷却后形成的结合部分叫做焊缝。焊件材料称为母材。由于局部加热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响。母材因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫热影响区。焊缝与热影响区的交界线叫做熔合线或熔合区，实际为具有一定尺寸的过渡区，常称为熔合区。对于焊接结构件来说，其安全性主要取决于焊接接头，特别是焊接热影响区的组织和性能。焊缝、热影响区与熔合区共同构成焊接接头，如图1－1所示。 图1－1 焊接接头示意图 在焊接过程中，随着温度的变化，焊缝区要发生熔化、化学反应、凝固及固态相变一系列过程；热影响区则会发生组织变化。这些变化总称为焊接冶金过程。冶金过程将决定焊缝的成分和接头的组织以及某些缺陷的形成，从而决定了焊接接头的质量。下面就介绍一下焊接冶金的基本知识与基本规律。 4.1.1. 焊接传热过程的特点 在焊接过程中，被焊金属由于热的输入和传播，而经历加热、熔化（或达到热塑性状态）和随后的凝固及连续冷却过程，称之为焊接热过程。凡是通过局部加热来达到连接金属的焊接方法，不论是熔焊或固态焊接（如电阻焊接、摩擦焊），由于其加热的瞬时性和局部性使得焊缝附近的母材都经受了一种特殊热循环的作用。其特点为升温速度快，冷却速度快；焊

实验三-偏光、暗场在金相分析中的应用

实验三偏光、暗场在金相分析中的应用(验证性) 一、实验目的及要求 1．了解偏振光和暗场的基本原理。 2．学会偏振光和暗场的操作方法和分析方法。 3．了解偏振光和暗场在钢中非金属夹杂物分析及多相合金的组织鉴别方面的应用。 二、实验原理 暗场和偏振光是金相分析方面应掌握的一种基本的分析手段，它们主要应用在一些组织、晶粒的鉴别，晶粒取向，形变织构的研究，特别是在非金属夹杂物的研究分析方面使用较广。 1、暗场 1）暗场与明场的区别 明场：入射光束通过物镜垂直照射到试样表面，反射光进入物镜成像。 暗场：入射光束绕过物镜，以极大的角度斜射到试样表面，散射光（漫射光）进入物镜成像。这样的光束是靠暗场折光反射镜和环形反射镜获得。 2）暗场的操作 使用暗场照明时的步骤： （a）孔径光栏、视场光栏都要开大； （b）将暗场遮光反射镜插入光路。入射光中插入暗场遮光反射镜后，使入射光变成环形光环。 （c）将暗场聚光镜套在物镜外面。入射光环不通过物镜，而经暗场聚光镜反射之后，以极大的倾斜角照射到试样表面，实现倾斜光照明。 （d）要将光路中明场用的平面半反射镜拉出来，它已不起作用。这样，使入射光不能

进入物镜，提高了成像质量。暗场环形反射镜已固定在光路里，将暗场遮光反射镜造成的环形光束反射到置于外面的“暗场聚光镜”表面上，然后以极大的倾斜角反射到试样表面上。 倾斜光照射到试样表面平坦部位反射光会以相同的角度反射回去，这部分反射光不能到达物镜，视场内是暗黑的。而使光线产生漫反射的凹凸处、透明夹杂物处等，因漫反射使部分光线可到达物镜，在视场内观察到是明亮的，因此形成在暗黑的基体上有部分明亮的映像。因此称这种照明方式为暗场照明。 3）暗场照明的特点及应用 （1）暗场照明提高了显微镜的实际分辨能力和衬度 暗场采用倾斜光照明，充分利用了物镜的孔径角，而且暗色基体衬度好，实际的分辨能力提高了。 例如取一含有珠光体的试样，在明场观察时，有许多珠光体领域由于细密使物镜分辨不清的片层。而转换成暗场照明，同一部位的片层状清晰可见，这说明暗场下，物镜的实际分辨能力提高了。 另外，钢中有许多超显微的粒子，明场时无法辨认，有的可见隐约小点。但若用暗场照明，由于消除了跌加在这些微粒散射光成像的亮背景，从而加强了这些粒子衍射象的衬度可看到在暗黑的基体上分布着很多小亮点，有的还呈现出各种色彩，使小质点清晰可辨。就像晚上可看到星星一样，我们虽不能分辨这些粒子的细节，却可察觉到这些微粒子的存在。 （2）鉴别钢中的夹杂物和固有色彩 明场观察时，金属基体反射光很强，夹杂物处的反射光或漫射光或汇合，其固有色彩被掩盖。暗场照明，透明、半透明夹杂物由于内反射的结果，在暗场下是明亮的，同时还可以观察到它的固有色彩。一般情况下，暗场下越明亮，其透明度越好。例Al2O3等氧化物。明场下为暗黑色。暗场为白亮色，说明其透明度很好，色彩也呈现出来了。不透明的夹杂物，

焊接冶金实验报告45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析金相硬1度

45#钢与Q235焊接焊接接头组织性能分析 XXXX（XXXXX） （swjtu材料学院成型一班） 摘要：焊缝组织性能和母材有所区别，选择45#钢与Q235焊接接头作为研究对象，进行手工焊后取样，通过研究硬度分布情况和焊缝、热影响区以及母材的金相组织的变化，分析所需要的结果。 关键词：硬度分布45#钢与Q235接头组织性能 焊缝及热影响区的显微组织是评价焊接接头质量的重要指标之一。焊接金相检验的目的，一方面是为了检验焊接接头的质量是否符合有关标准的规定；另一方面是通过对一些焊接接头的进行分析鉴别金相组织各区域的缺陷的分布、性质，从而判定缺陷产生的原因，45#钢与Q235焊接在定位构件等制造中有重要的应用。 一、实验材料和方法： 1.1实验材料： 焊接使用的材料为45#钢与Q235钢焊接接头试样 1.2.1金相组织观察 取焊接接头试样经240#、600#、800#、1000#、1200#、1500#水磨砂纸打磨后抛光，抛光至无划痕，用4%硝酸酒精试剂腐蚀，用光学显微镜对制备好金相试样进行组织观察与分析。 1.2.2显微硬度测试 试样截取方位，数量及方法按《GB/T2649—81焊接接头机械性能试验取样方法》规定。截取的样坯应包括焊接接头的所有区域。试样表面必须与支撑面相互平行，表面粗糙度应符合相应硬度测试法《GB/T4340.1—2009金属材料维氏硬度试验》的规定。本次试验采用的是HVA-10A型小负荷维氏硬度计和HVS-30型数显维氏硬度计。 本实验中硬度试样为45#钢与Q235焊接焊接接头，硬度点沿垂直于焊缝方向分布，硬度取样点可垂直于焊缝，每个0.5mm测1点，离焊缝较远后可距离大些（母材），2mm 测1点。 2试验结果 2.1 金相试验结果 45#与Q235焊接接头的金相组织见图1所示。 (a) (b) (c)

金相显微分析技术

金相显微分析技术 作业指导书 一、前言 金属材料的性能与其组织形态之间存在着密切的联系。除化学成份（材料配比）、晶体结构（固有特性）外，材料在不同加工条件下可获得不同的组织，并对其在加工过程和使用过程中所表现的理化、机械性能，均可产生明显的影响。显微分析是研究金属内部组织的最重要方法之一，而金相显微镜是用于观察金属内部组织结构的重要光学仪器；因此，有必要通过金相显微分析手段来揭示材料的组织状态，并据此为材料的开发和加工提供参照。 二、适用范围 本制度适用于本公司金相室的管理。 三、职责 1. 工程技术中心负责金相室的管理； 2. 工程技术中心负责金相室内设备、仪器的使用、维护和保养。 四、操作要求 1. 操作人员必须经过专业教育或经过培训后达到规定技能的专业人才。 2. 初次操作前心须熟悉、了解各仪器的结构、性能；认真仔细阅读说明书，掌握其正确的使用、维护和保养方法。 五、操作规范 （一）试样的制备及观察、成像 用光学显微镜观察和研究金属内部组织，包括四个步骤：1）制备试样；2） 采用适当的腐蚀手段显示试样表面的组织；3）用显微镜观察和研究试样表面的组织；4）截取有代表性的区域成像、保存。 1. 试样的制备 1.1试样的截取：金相试样截取部位取决于检验的目的与要求，本公司所涉及到的

试样有横向和纵向截取两种；横向试样垂直丝线轴线方向，主要研究表层

缺陷及夹杂（偏析）；纵向试样平行于丝线轴线方向截取，主要研究夹杂的类型以及晶粒拉长的长度； 1.2试样的镶嵌：尺寸过于细薄和软的试样需进行镶嵌； 1.3磨光与抛光：试样须经磨光、抛光呈镜面才能进行腐蚀； 2. 试样的腐蚀 2.1腐蚀剂：抛光好的金相试样，要得到有关显微组织的信息，必须经过组织的显 示，即腐蚀；不同材料采用的腐蚀剂不尽相同，本公司目前材料所用腐蚀剂如表一； 表一金相腐蚀剂 代号配比浸蚀条件适用范围 TL-01蒸馏水100ml 盐酸2 ?5ml 几秒?几分钟Sn Sn-Cd Sn-Fe Sn-Pb Sn-Sb-Cu TL-02蒸馏水100ml 盐酸2 ?5ml 三氯化铁10g 10s ?30s富锡轴承合金Sn-Cu Sn-Bi TL-03氢氟酸5ml 硝酸25ml 盐酸75ml 3 ?15min纯铝晶粒 TL-04蒸馏水100ml 氧化铬20g 硫酸钠 1.5g 2 ?3mi n大多数锌合金 TL-05蒸馏水78ml 氧化铬18g 硫酸4g ?60s铸造Zn-Al-Cu合金 TL-06蒸馏水100ml 氢氧化钠10g 1?5s纯Zn Zn-Co Zn-Cu 低合金Zn TL-07蒸馏水80ml 硝酸 20ml 冰醋酸15ml 40 C，13 ?14min（新配制）铅焊料Pb-Sn合金 2.2腐蚀方法：浸入法、擦拭法； 2.3腐蚀时间：腐蚀的合适时间是以试样的抛光面颜色的变化来判断，腐蚀 时光亮的表面失去光泽变成银灰色或灰黑色即可； 3. 观察和分析：选择适当的放大倍数对试样进行观察和分析; 4. 成像：选择有代表性的区域成像保存。 （二）仪器的使用、维护、保养

金相分析基础

《金相分析基础》 指导书 材料系热加工教研室

实验一金相试样的制备 一．实验目的 1.初步掌握制备金相试样的常规方法及要点。 2.初步掌握金相试样的制备技术，提高动手能力 二．实验内容 正确地检验和分析金属的显微组织必须具备优良的金相试样。金相试样的制备分取样、磨制、抛光、组织显示（浸蚀）等几个步骤。 1.取样：取样应根据被检零件的检验目的，选择有代表性的部位。 同时还须考虑切取方法、检验面的选择及样品是否需要装夹或镶嵌。切取试样时应防止样品过热和变形。金相样品的尺寸一般以12×10mm为宜。 2.对于细小或形状特殊的试样，如线材、细小管材、薄板、锤击碎 块等。在磨光时不易握持，用镶嵌方法镶成标准大小的试块，常用的镶嵌法有相机械夹持法和有机材料镶嵌法等。 3.磨制：分粗磨和细磨两步。粗磨是将切割后的试样在砂轮上磨平， 对不作表层检验或测量的试样磨平后应倒角。细磨是消除粗磨时产生的磨痕，为试样磨面的抛光做好准备。细磨一般在从粗到细不同粒度的一系列砂纸上进行。 4.抛光：目的为去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光 滑、无痕的镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、

化学抛光三类。机械抛光简便易行，应用较广。 5.组织显示：由于金属中合金成分和组织的不同，造成腐蚀能力的 差异，腐蚀后使个组织间、晶界和晶内产生一定的衬度，金属组织得以显示。常用的金相组织显示方法有：（1）化学浸蚀法；（2）电解浸蚀法；（3）金相组织特殊显示法。其中化学显示法最为常用。 三．实验设备及材料 设备：切割机、砂轮机、金相砂纸一套，玻璃板一块、金相试样抛光机、腐蚀用的试剂、抛光悬浮液、酒精、脱脂棉、夹子、吹风机。材料：不同热处理后的45钢、20钢、T8钢、T12钢之中的任意两块。四．实验步骤 1.教师讲解试样制备的一般过程，并作教学演示。、 2.先取样（切割），在进行粗磨，然后把试样分别进行退火、淬火、 回火等热处理。待试样冷却准备磨制。 3.每位同学领取已预先经砂轮平整的金相样品一只，依次在砂纸上 磨制。每换一道砂纸时，应将样品磨面洗净，同时旋转90°进行磨制，并观察上道磨痕的去除情况。 4.将细磨好的试样在水中冲洗，而后进行粗抛（Al2O3）和细抛 （Cr2O3）。粗抛后应用水将样品冲洗后在细抛。 5.将细抛好的试样再用水洗净，酒精冲洗后用电吹风吹干，然后选

焊缝接头组织的金相观察与分析

焊缝接头组织的金相观察分析 一、实验目的 1、认识焊缝区和热影响区各区段的组织特征。 2、了解焊缝金相检验方法和焊接接头的形成过程 3、掌握焊接组织对性能的影响 二、实验原理 焊接是工业生产中用来连接金属材料的重要加工方法。根据工艺特点不同，焊接方法又分为许多种，其中熔化焊应用得最广泛。熔化焊的实质就是利用能量高度集中的热源，将被焊金属和填充材料快速熔化，热后冷却结晶而形成牢固接头。 由于熔化焊过程的这一特点，不仅焊缝区的金属组织与母材组织不一样，而且靠近焊缝区的母材组织也要发生变化。这部分靠近焊缝且组织发生了变化的金属称为热影响区。热影响区内，和焊缝距离不一样的金属由于在焊接过程中所达到的最高温度和冷却速度不一样，相当于经受了不同规范的热处理，因而最终组织也不一样。根据组织和性能区别，焊接接头分为焊接区和焊接影响区。 焊缝区，是熔池泠凝后为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶形成的柱状晶组织，焊缝金属的性能一般不低于母材性能，但易产生裂纹。 以低碳钢为例，根据热影响区内各区段在焊接过程中所达到的最高温度范围，依次分为熔合区（固相线一液相线），过热区（1100℃——固相线）；完全正火区（AC3——1100℃）；不完全旺火区（AC1～AC3）。对易淬火钢而言，还会出现淬火组织。热影响区如图所示如图所示 （1）熔合区即融合线附近焊缝金属到基体金属的过渡部分，温度处在固相线附近与液相线之间，金属处于局部熔化状肪，晶粒十分粗大，化学成分和组织极不均匀，冷却后的组织为过热组织，呈典型的魏氏组织。这段区域很窄（0.1-1mm）,金相观察实际上很难明显的区分出来，但该区对于焊接接头的强度、塑性都有很大影响，往往熔合线附近是裂纹和脆断的发源地。 （2）过热区（粗晶粒区）加热温度范围Tks-Tm(Tks为开始晶粒急剧长大温度，Tm 为熔点)，当加热至1100℃以上至熔点，奥氏体晶粒急剧长大，尤其在1300℃以上，奥氏体晶粒急剧粗化，焊后空冷条件下呈粗大的魏氏组织，塑性、韧性降低，使接头处易出现裂纹。 （3）正火区（细晶粒区）即相变重结晶区，加热温度范围AC3- Tks之间，约为900-1100℃，全部为奥氏体，空冷后得到均匀细小的铁素体+珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，故又称正火区。 （4）部分相变区，即不完全重结晶区，加热温度AC1- AC3，约750-900℃，钢被加热奥氏体+ 部分铁素体区域，冷却后的组织为细小铁素体+珠光体+部分大块未变化的铁素体，晶粒大小不均匀。

金相组织分析

实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。 在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V 1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V 2 。时(相当于空冷)， 得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马 氏体；当冷却速度增大至V 4、V 5 ，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后， 瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V 4 )称为淬火的临界冷却速度。

亚共析钢的C 曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V 1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即V 3>V 2>V ，时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此，V 1的组织为铁素体+珠光体；V 2的组织为铁素体+索氏体； V 3，的组织为铁素体+屈氏体。当冷却速度为V 4，时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体(有时可见到少量贝氏体)，奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体(如图3-3)；当冷却速度V 5，超过临界冷却速度时，钢全部 转变为马氏体组织(如图3-6，3-7)。 过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。 ① 珠光体（P ） 珠光体的组织形态主要有两种：片状珠光体和颗粒状珠光体。片状珠光体由一片片相互交错排列的铁素体和渗碳体所组成形成珠光体的先行条件是事先形成均匀的奥氏体，而后缓慢冷却在A1以下附近温度形成。片状珠光体似手指纹的层状结构，它是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物（见图3-1）。颗粒状珠光体是在铁素体的基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织（见图3-2）。 图3-1片状珠光体500×4%硝酸酒精 图3-2 颗粒状珠光体500×4%硝酸酒精 ② 索氏体(s) 是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍(700倍以上)显微放大时才能分辨(见图3-3)。 ③ 屈氏体(T) 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图3-4)。 图3-3 索氏体500×4%硝酸酒精 图3-4 屈氏体+马氏体500×4%硝酸酒精