铸件金相组织检验是检验铸件质量的重要手段。它可通过目视或金相显微镜在不同的放大倍率下观察分析铸件(合金)的组织结构,并可分析铸件在使用过程中所发生的过早损坏的原因等。
当铸件标准或订货合同对铸件(合金)的金相组织有要求时,铸件在交付前应检查金相组织。
铸件金相组织检验分为铸件宏观组织检验和铸件微观组织检验。
铸件宏观组织检验常用目视或低倍放大镜法;铸件微观组织检验常用光学金相法。随着透视电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针微区分析仪等电子金相分析技术在铸造上的应用,铸件微观组织检验技术也有了新的发展。
1.目视或低倍放大镜法
用肉眼或借助10倍以下的放大镜,可对铸件(合金)断口上的各种宏观组织和缺陷进行检查。这种方法简单、直观,不需要什么特殊的仪器设备,因此一直是铸造厂在生产过程中用来控制铸件的铸态组织和检查铸件的结晶程度、晶粒均匀度以及有无非金属夹杂等的常用方法。
铸件(合金)的宏观组织低倍放大镜法检验应参照标准GB 226—1991《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》、GB/T 1979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》、GB/T 4236—1984《钢的硫印检验方法》、JB/T 7946.3—1999《铸造铝合金金相铸造铝合金针孔》和GB/T 5168—2006《α-β钛合金高低倍组织检验方法执行》。
(1)浸蚀检验法 浸蚀检验时,首先根据检验要求在铸件的指定检查部位切取试样,然后将表面加工到表面粗糙度为Ra1.6μm,用汽油或酒精等溶剂清除表面油污后进行浸蚀检验。铸铁、铸钢和铸造铝合金浸蚀检验用浸蚀剂见表5-43~表5-45。
试样经上述浸蚀剂浸蚀后,若在体积分数为10%~30%的HNO3水溶液中进行“中和”,去除表面氧化膜,效果更佳。之后,还应进行冲洗和吹干。
铸件缺陷在浸蚀面上的特征可见表5-46和表5-47。
表5-43 铸钢浸蚀检验用浸蚀剂(供参考)
表5-44 铸铁浸蚀检验用浸蚀剂(供参考)
表5-45 铸造铝及铝合金浸蚀检验用浸蚀剂(供参考)
表5-46 铸铁件缺陷在酸蚀面上的特征(供参考)
表5-47 铸钢件缺陷在浸蚀面上的特征(供参考)
(续)
对铝合金铸件来讲,浸蚀检验只检验其针孔度,见JB/T 7946.3—1999或表5-48。
表5-48 铸造铝合金浸蚀检验内容、方法与规程(供参考)
应注意,浸蚀检验的铸件部位一般应是铸件的主要截面,特别是粗大部位及厚薄截面交界的部位。
(2)印痕检验法 印痕检验法主要是检查铸件中硫和磷的分布情况(定性分析),具体方法见表5-49。
表5-49 铸件的印痕检验法(供参考)
(3)宏观断口检验法 宏观断口检验法属于粗略检查范围,将铸件(或试样)压断,用目视或放大镜观察断面有无缺陷(如缩松、缩孔、气孔或夹杂),还可以检查铸件的结晶程度、晶粒均匀度及有无非金属夹杂等。
铸铁、铸钢和铸造铝合金的炉前断口检验及其质量鉴别可参见第4.2.3节。
铸钢宏观缺陷的断口特征见表5-50。
表5-50 铸钢宏观缺陷的断口特征(供参考)
采用宏观断口检验时应注意以下事项:
1)断口检查部位一般应选择细薄处和粗厚处、粗细交接处、浇冒口根部、最大负荷截面及怀疑有铸造缺陷的地方。
2)断口不能发生变形,否则会失去结晶组织的真实性。
3)断口应避免与水接触,因浸水后断口发暗,不易与显微疏松区别。
4)铝合金铸件在铸态时,缩松部分的断口常常是灰白色或浅黄色,而热处理后则为灰白、浅黄或灰黑色。
5)镁合金铸件断口颜色分黑色、黄色、褐色、黑黄混杂色,缩松的颜色在热处理过程中将发生变化。
2.光学金相法
普通光学金相法是借助于50~2000倍的放大镜和普通光学金相显微镜对铸件(合金)的显微组织进行检验的。它可以查明铸件(合金)在该状态下的组织、组织形态、大小和分布等情况,从而可以判定铸件(合金)的性能,并显现铸件(合金)内部的各种缺陷,如夹杂物、微小裂纹及气孔等。
采用光学金相法检验铸件(合金)的显微组织时,应按标准GB/T 13298—1991《金属显微组织检验方法》执行。晶粒度检验应符合标准GB/T 6394—2002《金属平均晶粒度测定法》的规定。铸钢的显微组织检验还应符合GB/T 13299—1991《钢的显微组织评定方法》的规定。与铸件(合金)相关的主要金相及其检验方法标准见表5-51。
表5-51 与铸件(合金)相关的主要金相及其检验方法标准
(续)
通常,光学金相试样可用已试验过的力学性能试样制取,也可在铸件本体、单铸试块或附铸试块上切取,试样的切取部位南供需双方商定。
光学金相试样制备要经过以下几个步骤:取样、镶嵌、磨光、抛光、浸蚀。每个步骤都必须细心操作,任何阶段的失误都可能影响以后的步骤,甚至影响检验结果。
由于铸件用材质不同,其金相组织的检验内容、评级与规程亦不同,详细内容见表5-52-表5-60。(www.xing528.com)
表5-52 一般工程用铸造碳钢金相组织检验内容、评级与规程
(续)
(续)
表5-53 铸造高锰钢金相组织检验内容、评级与规程(摘自GB/T 13925—2010)
(续)
注:表中检验不适用于ZG120Mn7Mo1的金相组织检验。
表5-54 灰铸铁金相组织检验内容、评级与规程(摘自GB/T 7216—2009)
(续)
(续)
注:表中检验只适用于普通和低合金灰铸铁的金相组织检验。
表5-55 球墨铸铁金相组织检验内容、评级与规程(摘自GB/T 9441—2009)
(续)
(续)
注:本表检验只适用于普通和低合金球墨铸铁铸态、正火态、退火态的金相组织检验。
表5-56 稀土镁球墨铸铁等温淬火金相组织检验内容、评级与规程(供参考)
表5-57 珠光体球墨铸铁铸件感应淬火金相组织检验内容、评级与规程(供参考)
表5-58 蠕墨铸铁金相检验内容、评级与规程(摘自GB/T 26656—2010)
(续)
表5-59 可锻铸铁金相检验内容、方法与规程(摘自GB/T 25746—2010)
(续)
(续)
表5-60 铸造铝合金金相组织检验内容、方法与规程(供参考)(摘自JB/T 7946.1—1999)
(续)
3.电子金相法
电子金相法是借助各种不同类型的电子显微镜对金属组织和结构进行研究和分析的,它有极高的有效放大倍数(在不加光学放大时可放大60000倍),分辨力为4nm以上,可用来研究铸件(合金)的“超显微组织”。
常用的电子金相法有:扫描电子显微分析、透射电子显微分析和图像定量分析等。
1)对于铸件(合金)的断口和立体形貌的微观研究,可用扫描电子显微镜进行扫描电子显微分析。
2)对于铸件(合金)的高分辨细微结构,可用透射电子显微镜进行透射电子显微分析。
3)对于铸件(合金)的化学成分、金相组织和性能之间的定量关系,可用图像定量分析仪进行图像定量分析。
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