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彈簧常用金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)解讀發(fā)布時(shí)間：2011.11.13 新聞來(lái)源：鎮(zhèn)江中虎彈簧有限公司 瀏覽次數(shù)：
1、概述
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，金相顯微鏡不論在結(jié)構(gòu)上，還是光學(xué)系統(tǒng)上都有很大的改進(jìn)和提高，對(duì)彈簧產(chǎn)品材料要求具有良好的淬透性，以保證整個(gè)截面的芯部在淬火后、回火前獲得約85%的馬氏體組織，而對(duì)于直徑超過(guò)15mm的彈簧產(chǎn)品為保證良好的淬透性，尤其重要。為此，金相檢驗(yàn)在彈簧行業(yè)得到快速發(fā)展。金相檢驗(yàn)不僅是借助于金相顯微鏡來(lái)研究金屬材料的內(nèi)部組織，而且還通過(guò)肉眼或低倍放大鏡下進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。 以前金相樣品多采用機(jī)械拋光法制備，但隨著金相檢驗(yàn)技術(shù)的快速發(fā)展，電解拋光法制備金相樣品已突顯出不可比擬的優(yōu)勢(shì)，且國(guó)外早已廣泛應(yīng)用該技術(shù)。電解拋光不僅可使材料表面平整明亮，還有其他好處。如表面應(yīng)力降低，除去表面碳和氧化物，降低摩擦等；有必要修訂GB/T 13298-1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》，納入該技術(shù)。 據(jù)了解，新修訂的GB/T 13298-201X《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)將適用于金相樣品的電解拋光。主要技術(shù)內(nèi)容包括：電解拋光的特點(diǎn)及應(yīng)用；一些常用電解拋光液的工作使用條件、安全防護(hù)措施、電解拋光常見(jiàn)問(wèn)題及改進(jìn)方法；電解拋光裝置的使用及規(guī)定；試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。 每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的彈簧產(chǎn)品的性能、化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)：隨著晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度和硬度提高；隨著夾雜物含量的增加，材料的韌性趨于降低；具有各向異性的晶粒的力學(xué)性能與晶粒的擇優(yōu)取向有關(guān)。因此，金相組織鑒別、晶粒度和夾雜物評(píng)定等常用的金相檢驗(yàn)手段成了材料工藝控制、質(zhì)量保證和失效分析的重要工具。下面對(duì)彈簧常用金相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)解讀應(yīng)用簡(jiǎn)述如下。 2、 鋼材的宏觀檢驗(yàn) 鋼在冶煉或熱加工過(guò)程中，由于某些因素（例如非金屬夾雜物、氣體以及工藝選擇或操作不當(dāng)?shù)龋┰斐傻挠绊�，致使鋼的�?nèi)部或表面產(chǎn)生缺陷，從而嚴(yán)重地影響材料或產(chǎn)品的質(zhì)量，有時(shí)還將導(dǎo)致材料或產(chǎn)品報(bào)廢。鋼材中疏松、氣泡、縮孔殘余、非金屬夾雜物、偏析、白點(diǎn)、裂紋以及各種不正常的斷口缺陷等，均可以通過(guò)宏觀檢驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)。宏觀檢驗(yàn)通常有硫印試驗(yàn)、酸蝕試驗(yàn)、塔形試驗(yàn)、斷口檢驗(yàn)等，在生產(chǎn)檢驗(yàn)中，可根據(jù)檢驗(yàn)的要求來(lái)選擇適當(dāng)?shù)暮暧^檢驗(yàn)方法。 2．1酸蝕試驗(yàn) 酸蝕試驗(yàn)是顯示鋼鐵材料低倍組織的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T226-1991《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法》進(jìn)行，這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，能清楚地顯示鋼鐵材料中存在的各種缺陷，例如：裂紋、夾雜、疏松、偏析以及氣泡等。 酸蝕試驗(yàn)是利用酸液對(duì)鋼鐵材料各部分侵蝕的不同，從而清晰地顯示出彈簧材料的低倍組織及缺陷。根據(jù)低倍組織的分布以及缺陷存在的情況，可以知道鋼材的冶金質(zhì)量，通過(guò)推斷缺陷的產(chǎn)生原因，在工藝上采取可行的措施，以達(dá)到提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的。 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢驗(yàn)鋼的低倍組織及缺陷的熱、冷酸浸蝕法和電腐蝕法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼的低倍組織及缺陷的檢驗(yàn)。仲裁檢驗(yàn)時(shí)，若技術(shù)條件無(wú)特殊規(guī)定，以熱酸浸蝕法為準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已實(shí)施20年了，鋼的低倍酸蝕法及酸蝕液都有很大的更新。目前我國(guó)正在爭(zhēng)取將電腐蝕法納入到ISO標(biāo)準(zhǔn)中，有必要對(duì)GB/T226標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，并為修訂ISO 4969:1980提供技術(shù)支撐。 鋼的低倍組織及缺陷評(píng)定范圍及評(píng)定規(guī)則可按GB/T1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼鋼材（鍛、軋坯）橫截面試樣的缺陷評(píng)定。該評(píng)級(jí)圖有6套，分別適用于規(guī)定不同尺寸鋼材的低倍組織和缺陷。鋼中常見(jiàn)的宏觀缺陷①一般疏松；②中心疏松；③錠型偏析；④中心偏析；⑤皮下氣泡；⑥內(nèi)部氣泡等等。 評(píng)定各類(lèi)缺陷時(shí),以標(biāo)準(zhǔn)附錄所列圖片為準(zhǔn)，評(píng)定時(shí)各類(lèi)缺陷以目測(cè)可見(jiàn)為限，為了確定缺陷的類(lèi)別，允許使用不大于10X的放大鏡。當(dāng)其輕重程度介于相鄰兩級(jí)之間時(shí)，可評(píng)半級(jí)。對(duì)于不要求評(píng)定級(jí)別的缺陷，只判定缺陷類(lèi)別。 2．2其他 斷口檢驗(yàn)（GB/T1814-1979《鋼材斷口檢驗(yàn)法》）、硫印試驗(yàn)（GB/T4236-1984《鋼的硫印檢驗(yàn)方法》）、塔形試驗(yàn)（GB/T15711-1995《鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗(yàn)方法》）等，也是鋼材的宏觀檢驗(yàn)技術(shù)。近年來(lái)，由于我國(guó)鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，鋼材在冶煉或熱加工過(guò)程中的控制能力提高，鋼的內(nèi)部或表面產(chǎn)生缺陷越來(lái)越少，為了減少檢驗(yàn)費(fèi)用，在彈簧行業(yè)多數(shù)企業(yè)不再進(jìn)行此3類(lèi)項(xiàng)目檢查。本文不在贅述。 3、 鋼的顯微組織評(píng)定 3．1鋼中非金屬夾雜物 GB/T10561-2005《鋼材中非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》規(guī)定了利用標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖譜評(píng)定，壓縮比大于或等于3倍的軋制或鍛制鋼材中的非金屬夾雜物的顯微評(píng)定方法，檢驗(yàn)方法的選取及結(jié)果表示和試驗(yàn)報(bào)告等。一般鋼中非金屬夾雜物采用標(biāo)準(zhǔn)中的ISO評(píng)級(jí)別圖譜進(jìn)行測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)的附錄A列出了ISO標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)別圖譜，這些評(píng)級(jí)圖片相當(dāng)于100倍下縱向拋光面上的面積為0.5mm2的正方形視場(chǎng)。根據(jù)夾雜物的形態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)圖譜分為A、B、C、D和DS五大類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)等效采用ISO4967：1998（E）《鋼材中非金屬夾雜物含量測(cè)定--標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》。 非金屬夾雜物的取樣要有代表性，如果取樣不合理，就有可能造成非金屬夾雜物的漏檢。 為了保證檢驗(yàn)面的平整，避免試樣邊緣出現(xiàn)圓角，可用夾具或鑲嵌的辦法加以保護(hù)。夾雜物試樣應(yīng)經(jīng)過(guò)砂輪打平、粗磨、細(xì)磨（金相砂紙）；試樣拋光時(shí)，注意防止夾雜物剝落、變形和拋光面被污染，可選用合適的拋光劑和拋光工藝，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范。在顯微鏡100X下看到的是一個(gè)無(wú)劃痕、無(wú)污物的鏡面。 3．2金屬平均晶粒度 GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》規(guī)定了金屬組織的平均晶粒度表示及評(píng)定方法。本方法主要適用于單相晶粒組織，但經(jīng)具體規(guī)定后也適用于多相或多組元的試樣中特定類(lèi)型的晶粒平均尺寸的測(cè)量。 標(biāo)準(zhǔn)中使用晶粒面積、晶粒直徑、截線長(zhǎng)度的單峰分布來(lái)測(cè)量試樣的平均晶粒度。這些分布近似正態(tài)分布。測(cè)量方法僅適用于平均晶粒度的測(cè)量，不適用于試樣三維晶粒度的測(cè)量，即立體晶粒的測(cè)量。 晶粒度是指晶粒大小的量度，通常使用長(zhǎng)度、面積或體積來(lái)表示不同方法的評(píng)定或測(cè)量晶粒大小。而使用晶粒度級(jí)別數(shù)表示的晶粒度與測(cè)量方法和計(jì)量單位無(wú)關(guān)。晶粒度的測(cè)量方法常用比較法、面積法、截點(diǎn)法。實(shí)際測(cè)量的放大倍數(shù)下晶粒度級(jí)別評(píng)定的規(guī)定按照GB/T6394-2002標(biāo)準(zhǔn)。 真正影響鋼材使用的是鋼的奧氏體的實(shí)際晶粒度，而不是“本質(zhì)晶粒度”。晶粒度是奧氏體化溫度和時(shí)間的函數(shù)，評(píng)定的不是在某任意規(guī)定溫度下的晶粒大小，而是在熱處理中實(shí)際執(zhí)行奧氏體化的條件下晶粒的大小，這就是常規(guī)的“奧氏體晶粒度”。通過(guò)適當(dāng)?shù)娘@示方法將晶粒顯現(xiàn)出來(lái)，視晶粒分布情況與狀態(tài)采用相應(yīng)的測(cè)量方法，美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)就設(shè)有一系列測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)行的GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》就是參照美國(guó)ASTM E112制定的；與即將發(fā)行的GB/T××××《測(cè)定金相試面上****晶粒（ALA晶粒度）的試驗(yàn)方法》和GB/T ××××《表征雙重晶粒度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》（參照ASTM E930和ASTM E1181制定的，也已經(jīng)國(guó)內(nèi)有關(guān)單位制定或轉(zhuǎn)化為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并通過(guò)審定，有待發(fā)布實(shí)施），將組成完整晶粒度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)系列。 3．3游離石墨碳的檢驗(yàn) 彈簧鋼中含碳量較高，而且有些合金彈簧鋼含硅量也較高，硅是促使石墨化的元素，在多次退火過(guò)程中可能發(fā)生石墨化現(xiàn)象。鋼中一旦析出石墨碳，就如同非金屬夾雜物一樣,割裂了金屬基體，嚴(yán)重破壞了材料的性能，例如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、淬火硬度對(duì)彈簧的疲勞壽命等均有不利的影響。且疲勞裂紋源又往往產(chǎn)生于游離石墨處，所以石墨化是一種缺陷，鋼的石墨化愈嚴(yán)重，其對(duì)性能的影響程度越加劇。石墨碳的檢驗(yàn)按照GB/T13302-1991《鋼材中石墨碳顯微評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，試樣應(yīng)在交貨狀態(tài)的鋼材上切取，檢測(cè)面為垂直鋼材軸線的橫截面。石墨碳有絮狀和條片狀兩類(lèi)，金相檢驗(yàn)時(shí)，絮狀石墨碳從形態(tài)上容易與在制樣過(guò)程的拋光凹坑相混淆，應(yīng)該特別注意。如試樣用4%硝酸酒精溶液輕浸蝕，游離石墨碳周?chē)秦毺紖^(qū)，往往是鐵素體組織，這樣可以將石墨碳與制樣凹坑區(qū)別開(kāi)來(lái)。 3．4鋼的脫碳層深度 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測(cè)定法》適用于測(cè)定原材料及其螺栓成品的脫碳層深度。脫碳層深度測(cè)定可分為金相法、硬度法和化學(xué)分析法三種。 3．4．1金相法 金相法是在光學(xué)顯微鏡下觀察試樣從表面到心部隨著碳含量的變化而產(chǎn)生的組織變化。 ① 試樣的選取與制備 截取試樣時(shí)不能使檢測(cè)面受熱而發(fā)生變化。試樣邊緣不得倒圓、卷邊，試樣應(yīng)該鑲嵌或固定在加持器內(nèi)。用硝酸酒精進(jìn)行腐蝕，以顯示鋼的組織結(jié)構(gòu)。 ② 脫碳層的測(cè)定 總脫碳層的測(cè)定—-在中碳鋼、高碳鋼中是以鐵素體與珠光體或滲碳體等組織組成的相對(duì)量變化來(lái)區(qū)分的。借助于測(cè)微目鏡或直接在顯微鏡毛玻璃屏上測(cè)量從表面到其組織和基體組織已無(wú)區(qū)別的那一點(diǎn)距離。對(duì)每一試樣，在最深的均勻脫碳區(qū)一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，應(yīng)隨機(jī)進(jìn)行幾次測(cè)量（至少需5次），以這些測(cè)量值的平均值作為總脫碳層深度。 全脫碳層的測(cè)定---全脫碳層是指試樣表面脫碳后得到的全鐵素體組織，因此，測(cè)量時(shí)應(yīng)從表面測(cè)至有滲碳體或有珠光體出現(xiàn)的那一點(diǎn)，或測(cè)量產(chǎn)生全鐵素體組織的深度為全脫碳層深度。 3．4．2硬度法 硬度法測(cè)脫碳層分為顯微硬度法和洛氏硬度法。 ① 顯微硬度法 顯微硬度法僅用 300g負(fù)荷顯微維氏硬度計(jì)，測(cè)量應(yīng)在材料的橫截面邊緣線上,第2點(diǎn)的維氏硬度值應(yīng)等于或大于第1點(diǎn)硬度值減去30個(gè)維氏硬度單位.若低于30個(gè)維氏硬度單位,則可計(jì)算為脫碳層深度。 ② 洛氏硬度法 用洛氏硬度計(jì)測(cè)定時(shí)，直接在試樣的表面上測(cè)定。洛氏硬度法根據(jù)GB/T230.1-2009測(cè)定洛氏硬度值HRC，只用于判定產(chǎn)品是否合格。 3．4．3測(cè)定碳含量法 ① 化學(xué)分析法 用化學(xué)分析法測(cè)定逐層剝?nèi)〉慕饘傩嫉暮剂浚源_定脫碳層深度。逐層剝?nèi)∶恳粚拥纳疃葹?.1mm厚。亦可用光譜分析的方法測(cè)定逐層碳含量，直到和心部基體含碳量相同的位置，此位置到表面的垂直距離即為總脫碳層深度。 ② 光譜分析法 將平面試樣逐層磨削,每層間隔0.1mm，在每一層上進(jìn)行碳的光譜測(cè)定。只適用于具有合適尺寸的平面試樣。 4、彈簧產(chǎn)品的金相檢驗(yàn) 普通常用的彈簧材料是碳素彈簧鋼或低合金彈簧鋼，含碳量在0.55%-0.75%范圍，常加入Si、Mn、Cr、V等合金元素，Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高彈性極限，V提高淬透性和細(xì)化晶粒。常用的材料有60、70、65Mn、60Si2Mn、50CrVA等等。 彈簧是利用其彈性變形來(lái)吸收和釋放外力，要求成品具有高的彈性極限，較高的屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性及韌性。一般淬火溫度控制在Ac3+（30～50℃）回火溫度控制在400～500℃在實(shí)際生產(chǎn)中，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大通常是由于淬火過(guò)熱引起的，雖然正�；鼗鹛幚恚摰膹�(qiáng)度影響不明顯，但塑性及韌性大大降低，以致影響彈簧的正常使用。因此，金相檢驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)掌握馬氏體組織的合格界限。根據(jù)日常生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，硅錳鋼彈簧淬火后馬氏體組織為細(xì)馬氏體或較細(xì)馬氏體，參考JB/T9211-2008標(biāo)準(zhǔn)1-4級(jí)馬氏體合格。其奧氏體晶粒應(yīng)小于5級(jí)，大于5級(jí)晶粒度的馬氏體組織為較粗馬氏體或粗大馬氏體。檢驗(yàn)淬火馬氏體時(shí)，用3%硝酸酒精溶液侵蝕，在500X進(jìn)行觀察及評(píng)定。 標(biāo)準(zhǔn)JB/T9211-2008《中碳鋼與中碳合金結(jié)構(gòu)鋼馬氏體等級(jí)》適用于中碳彈簧鋼與中碳合金彈簧鋼整體淬火或淬火后200℃以下回火的馬氏體組織的檢驗(yàn)方法以及馬氏體金相圖片的比較法。試樣制取及試樣的侵蝕與一般金相樣品相同。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了馬氏體組織的等級(jí)為1-8級(jí)，馬氏體照片放大倍數(shù)均為500X，在評(píng)級(jí)過(guò)程中只需將樣品放大500X后的馬氏體組織與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖片進(jìn)行對(duì)比就可知道該樣品的馬氏體級(jí)別。 關(guān)于馬氏體組織等級(jí)說(shuō)明見(jiàn)表1。 表1 馬氏體顯微組織等級(jí)說(shuō)明 馬氏體等級(jí)顯微組織 1隱針馬氏體，細(xì)針馬氏體，鐵素體不大于5% 2細(xì)針馬氏體，板條馬氏體 3細(xì)針馬氏體，板條馬氏體 4板條馬氏體，細(xì)針馬氏體 5板條馬氏體，針狀馬氏體 6板條馬氏體，針狀馬氏體 7板條馬氏體，粗針馬氏體 8板條馬氏體，粗針馬氏體 由于奧氏體化溫度不同，馬氏體形態(tài)和大小不一樣。1級(jí)屬于奧氏體化溫度偏低，淬火組織是隱針馬氏體，細(xì)針馬氏體和不大于5%的鐵素體（體積分?jǐn)?shù)）。而8級(jí)則屬于過(guò)熱組織，是粗大的板條馬氏體+粗片針馬氏體。正常淬火時(shí)控制在2-4級(jí)，其組織為細(xì)小的板條馬氏體+片狀馬氏體。 經(jīng)正常淬火回火后的組織為回火托氏體，出現(xiàn)的非馬氏體組織，未溶鐵素體或上貝氏體組織應(yīng)不大于10%。 5、 結(jié)束語(yǔ) 隨著材料科學(xué)的高速發(fā)展，各種彈簧材料的大量使用，對(duì)材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度的要求越來(lái)越高，對(duì)金相檢測(cè)中定量分析的精度要求提出了新的期待。金相分析對(duì)檢測(cè)彈簧材料組織，保證產(chǎn)品質(zhì)量是不可獲缺的重要手段。 金相組織的分析，不僅有組織識(shí)別還有評(píng)定，既有定性又有定量、半定量的檢測(cè)，其依據(jù)是相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本文所解讀的是目前的常用標(biāo)準(zhǔn)，由于標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)效性，大家在具體應(yīng)用時(shí)請(qǐng)注意標(biāo)準(zhǔn)的有效性。 參考文獻(xiàn) 1、GB/T226-1991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法［S］. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,1991. 2、GB/T1979-2001結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖［S］. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 ,2001. 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