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淺談金相分析在生產中的應用
淺談金相分析在生產中的應用
張寶坤，張覺靈，楊海西
( 河北敬業集團 技術中心，河北 平山 050400)
摘要: 金相分析是研究金屬或合金內部組織結構的方法，對指導生產具有積極作用。河北敬業集團利用金相分析對 HRB400 抗震鋼筋鋼的生產工藝進行了改進。通過金相顯微鏡觀察鋼材的微觀組織， 可以根據顯微組織分析生產過程中各工藝參數的控制情況， 為質量事故分析提供有力數據。針對金相組織分析結果，可以指導生產過程、 改進生產工藝，為提高產品質量提供可靠的依據。
關鍵詞: 金相分析; 生產; 應用
1 前言
隨著鋼鐵工業向高標準、大型化方向發展，給鋼鐵市場提出了更高的技術要求。金相分析是金屬材料試驗研究的重要手段之一，采用定量金相學原理，由二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯微組織的測量和計算來確定合金組織的三維空間形貌，可以建立合金成分、 組織和性能間的定量關系。金相檢測設備配套靈活，再配以金相圖像分析系統，能夠真正實現檢測工作一體化，開展各種金屬材料顯微組織檢驗及評定、晶粒度、非金屬夾雜物、脫碳層 /滲碳硬化層深度測定等檢測項目。將計算機應用于金相分析中的圖像處理， 具有精度高、速度快等優點，可以大大提高工作效率。計算機定量金相分析正逐漸成為科研人員分析研究各種材料，建立材料的顯微組織與各種性能間定量關系，研究材料組織轉變動力學等的有力工具。河北敬業集團引進計算機定量金相分析技術與設備，為企業產品質量的提高奠定了堅實基礎。
2 金相分析用主要設備
金相鑲嵌機、試樣磨拋機、金相試樣切割機、Axiovert40 MAT倒置材料顯微鏡。
3 金相試樣制備方法
金相分析用試樣的制備過程包括取樣、鑲嵌、磨制、拋光、浸蝕等工序。
3.1 取樣
試樣的選取應根據研究的目的，取鋼材中具有代表性的部位。待確定好部位就可以把試樣截下，試樣的尺寸通常制成 Φ12～15 mm、高12～15mm的圓柱體，或邊長12～15mm的方形，可用金相切割機、鋸床切割或錘擊等方法取樣。
3.2 鑲嵌
如果試樣尺寸太小，直接用手磨制困難時，可把試樣鑲嵌在塑料中，以便于試樣的磨制和拋光。
3.3 磨制
將切好或鑲嵌好的試樣在砂輪機上磨平，尖角處要倒圓。然后再分別用2#和 1#等粗砂紙磨光，再換用 W28、W20、W14、W10等金相砂紙逐級細磨，一直磨到 W10 砂紙后即可在拋光機上進行粗拋光和細拋光。磨制試樣時，每換一號砂紙時，試樣磨制方向應旋轉90°，確保上一道砂紙的磨痕被磨掉，使試樣的表面光潔度進一步提高。在每一號砂紙上磨制試樣時，要沿一個方向磨，切忌往返磨削,并且給試樣施加的壓力要適當。
3.4 拋光
經過砂紙細磨的試樣還需進行拋光，拋光的目的是去除細磨時下來的磨痕而獲得光亮的金屬表面。試樣的拋光在拋光機上進行，拋光機轉速 1000～ 1500 r /min。拋光時在拋光盤盤面上覆有絲絨等織物，并不斷在試樣上滴注拋光液。拋光液是由Al2O3、Cr2O3 或金剛石微粉等極細粒度的磨料加水形成的懸浮液，依靠拋光液中極細的拋光粉末與試樣磨面間產生的相對磨削和滾壓作用來消除磨痕。拋光時應使試樣磨面均勻地壓在旋轉的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷做徑向往復運動。除機械拋光方法外，還有電解拋光、化學拋光等其它拋光方法。
3.5 浸蝕
經拋光后的試樣必須經過浸蝕后才能在顯微鏡下進行金相組織觀察。浸蝕試樣主要是依靠浸蝕劑對金屬的溶解或電化學腐蝕過程，使金屬試樣表面的晶粒、晶界及各組成相之間呈現凹凸不平，在顯微鏡下就可以清楚地觀察到試樣表面的金相組織。浸蝕時間要適當，一般以試樣磨面發暗時就可停止浸蝕。試樣浸蝕后立即用凈水沖洗，然后用酒精沖洗，后用吹風機吹干，吹干后的試樣即可置于金相顯微鏡上進行觀察。
4 試樣觀察及結果分析
金相即金相學，是研究金屬或合金內部結構的科學，可觀察因外部條件或內在因素對金屬或合金內部結構的影響。外部條件指溫度、加工變形、澆鑄等條件; 內在因素主要指金屬或合金的化學成分。金相組織是反映金屬內部結構的具體形態，如馬氏體、奧氏體、鐵素體、珠光體等。
4.1 力學性能不合產品的金相分析
試樣在拉伸實驗中出現脆斷，伸長率達不到國家標準，可取試樣的橫截面做金相組織分析。基體組織為: 珠光體+鐵素體+針狀鐵素體+少量貝氏體，出現了大量針狀鐵素體與少量貝氏體，這種組織是造成試樣伸長率較低的主要原因，也對試樣的冷彎性能不利。分析認為，應該適當提高鋼材的初軋溫度，減小風冷速度，使奧氏體在600～700℃ 范圍結晶。金相組織分析為改進軋制工藝提供了依據。
4． 2 軋廢產品的金相組織分析
圖2為HRB400鋼軋廢產品的金相組織，基體組織為: 珠光體+鐵素體+針狀鐵素體。該試樣母材表面存在裂紋(橫截面)，圖中的裂紋處晶粒已經長大，有明顯脫碳，裂紋內部存在氧化物夾雜，通過以上三點可以判斷該母材鋼坯在軋制前存在缺陷。
分析認為，該缺陷可能是由于煉鋼二冷水處冷卻速度過快導致鋼坯裂紋。鋼坯存在裂紋，可能會在軋制過程中造成堆鋼，影響軋制效率。