无锡市理化无损检验协会欢迎你新学员如何来学好金相检验钱华新整理金相检验技术人员必须掌握和了解的热加工知识基础，各位检验检测人员能够熟练掌握好热加工工艺，就能够应用好基本概念性的知识。

该材料由无锡国信质量检验技术研究院和无锡市理化无损检验协会专家委员会与培训指导老师进行组织汇编，供理化检验（金相检验）技术人员提供学习提高的教程。

对新上岗在职质检工作学习还没满半年的，需要学好质量技术监督基础知识后，就要开始起了解理化检验中的金相检验与热加工的相关领域关系。

如金属学、金属材料学、【热加工工艺学：铸造的铸造工艺学（熔炼学）、锻造工艺学、焊接工艺学、热处理工艺学等等】在应用在用的最多的是，热处理过程中有什么渗碳啊，渗氮，碳氮工渗，正火，回火，退火，淬火，调质等等，这些处理工艺来都了基本有各种模式，对热处理的各种炉子要有局部的了解，要基本了解热处理的相对技能、进行熟悉和了解。

热处理师傅及热处理工程师和质量部门领导感觉做理化检验的金相检验人员身上需要掌握知识还缺点什么，是理论理解差一点呢？还是缺点经验呢？还是分析问题的能力欠些火候呢？作为金相检验人员自己也没整明白。

我们在培训过程中对理论和实操学习中进行对初学切样、镶嵌、抛光、腐蚀的基本功进行详细讲解，一般操作了416马氏体不锈钢，指导老师说的过程请大家记好，不锈钢耐腐蚀的，硝酸酒精腐蚀不动，得用盐酸氯化铁水溶液，这些活学员们都在培训中心学习过程中大家可以进行训练，不会难倒大家的，指导老师会化功夫把样品进行解读，就拿着试样在显微镜上观察。

有颜色色的嘛是马氏体，白色的嘛，是啥，铁素体吗？里面怎么还有那么多黑色的圆点点，这个是啥，难道是球铁的石墨，是不对，是不锈钢材料老师请进行观察，请大家看看图片来观察？把样品放到显微镜上请大家过程，看这些视野：看高倍然后再看低倍;500X图片100X图片指导老师就给大家进行解说：那个有颜色的是马氏体，白色的也是铁素体，从暗场情况看也证实了和马氏体组织结构是不同的，黑色圆点嘛，估计是某种夹杂物，这样，这根轴你现在是横向切样看的，我再去纵向切个样看一下啥情况。

学员们听得一愣有的不明白，暗场，是什么东西呢，横向，纵向怎么要切两次呢？这是为什么呢？500X的图片：100X的黑白图片：学员们请看完金相图片，我们就请指导老师就再大家进行详细介绍，这个从横向和纵向的情况综合起来看，说明原材料有比较严重的硫化物夹杂物，这个铁素体应该是未溶的，奥氏体化是有点可能不充分。

我们大家讨论下为什么纵向看完就能确定是硫化物夹杂呢？为什么说铁素体是未溶的呢？不能是析出的铁素体吗？我们的理论指导老师和技能辅导老师要很耐心地进行给学员们进行解释：要从基础部分和解读立体几何的视野角度来看待金相照片哦，横断面上的一个圆，实际上可能是一个球的投影，也可能是一个细长的圆柱体的投影，这个时候去纵向切一刀，就能分辨出到底是哪种立体几何形态了。

大家看，横断面这个黑团团，在纵向看是黑色带状，可不就是个细棍子形状吗？以MnS为代表的硫化物夹杂，在扎制、锻造等压力成型加工的时候，MnS这种塑性相很容易沿着变形方向被拉长啊，拉长后可不就是这样的吗？所以我们要采用不同的方向进行综合分析和观察、金属的结构方式在不同角度了解。

至于我们了说下铁素体吧，那也是一个塑性的相，图上的铁素体也是有规律地沿着和MnS一样的方向形成带状，这可不是淬火冷速不够析出的，淬火冷却形成的铁素体不会有这个方向性，说明了基本理念大家就知道了。

学员们大家来说说，是否有点明白了，因为光学平面金相显微镜在做金相检验的时候不能单看平面的图像，要像制图那样从不同视角去立体投影啊。

那么你说的暗场又是什么呢？有没有明场的啊？学员们在金相检验的时候、在明场下观察，光线垂直入射到检测面的视图是平面图片，反射回来的光线成像图像，表面越平的地方反射回来光线越多，光学金相显微镜里看到的自然就越亮越偏白喽，大家看到这张就是同一个视野，我们就把它处理成黑白两色图片吧，铁素体块是不是比边上的马氏体呈现的更亮更白吧？因为铁素体要比马氏体更难腐蚀，测试面就更平了吧。

在暗色的地方被酸腐蚀成坑坑洼洼的形态，大部分光线都被漫反射回来后就是这样的一这个结构图型了。

关于说暗场情况成像下，入射光是斜向投射到材料试样的检测面上，它的角度是还很大，那么试样越平的那个面，越少的光线被反射回来后成像就产生了变化，只有那些坑坑洼洼的地方，才会有光线漫反射回来啊。

我们来请大家看看成像的基本原理结构图：同学们大家看，我把同一个视场的明场图片和暗场图片放到一起来进行对比下，就拿那个红箭头指向的铁素体小块做示范，是不是这样的特征呢？那为什么大家看完高倍的还不够，还要去看低倍呢？高倍的自然细节放大得更清楚，可是视野小啊，有时候局部并不能代表全部哦，盲人摸象的故事你该听说过，站得远一些才能看到整个大象嘛。

下面我们大家再来讨论下合金钢材料-如：35CrMo淬火回火，硬度450-460HV1，组织是低碳马氏体回火组织+少量球状碳化物。

1000X照片：前面学期有的学员在学习讨论中看了说好想不对啊，这个好像有问题呢，就提问了指导老师：这个35CrMo合金钢怎么淬火组织里会出球状碳化物呢，看上去这个材料硬度蛮高的，回火温度不会超过300度，不会有像高温回火那样出现回火时的碳化物聚集长大现象啊。

假如说那个材料是35CrMo的螺栓的话，这种材料采用冷镦工艺成型方法在做淬火回火，或者冷镦前是做的球化退火，那些多碳化物就有可能是没来得及融溶分解，也有可能会采用工艺的方法是做亚温淬火的吧。

还有部分学员又在显微镜下进行观察来回的看了好几遍，还专门问道，这是什么现象如何解释？在学习期间的过程中很多学员很认真，有的学员又问道，像这些个小点点是什么？不会可能是碳化物吧，35CrMo钢的材料是是亚共析钢，教课书上的铁碳相图说，亚共析钢哪怕是在两相区奥氏体化，也应该是奥氏体和铁素体两相混合组织？怎么会是碳化物和奥氏体两相混合？请指导老师看看这相图，是不是会解释上误解有错误的地方啊。

再请老师给我们详细的描述下，我们可以提供认识这些点状的小点结构的铁素体？有部分学员听了老师的讲解，还有些没有理解透彻还是没有理解到位，再回到实践操作上在显微镜下看图谱和理论相结合解读过程，学员说跟以前又看了起来觉得像铁素体奇怪了？大家说这个圆的亮点“圆点太小了，在五百至一千倍下观察”可是也看不太清楚？后来培训辅导老师就提出来、要不这样我们采用扫描电镜来进行观看。

后来开启了平时都不怎么用也舍得用的扫描电镜，把试样的样块进行了重新整理清理了几下，开始拍摄金相扫描图片：大家看完又问老师说：工艺上没有怎么产生变化，大家也还是不明白。

不过从光学金相显微镜和扫描电镜照片上看，大家还坚持说是还不是碳化物特征。

大家看在5千倍的扫描电镜照片地图谱上看，大圆点直径大约是0.5到1微米，大家注意看有明显的凹凸起伏感呢，这样看起来就可不是铁素体特征了哦，不是碳化物是什么啊？学员们还是有不理解，老师可是在理论上是不可能出现碳化物啊，上面的相图总不会是误解有错吧？学员们这个时候就老师进行讨论相关理论和金相的相关领域知识点。

指导老师耐心的进行解读相图上的情况，这个相图名字叫“铁碳二元相图”，大家是否知道它还有一个另外个名字是叫铁碳平衡图，那上面描述的是铁碳合金在平衡加热和冷却条件下的结晶和组织转变，平衡加热意味着是以无限慢的速度条件来加热的。

这个和实际过程的加热条件还是有区别的。

你看这本刘云旭先生著的金属热处理原理上是怎么说的？”讲解老师用笔在图上添了几根线，继续给大家解释说：看右面图这个是45钢的奥氏体等温形成机理图，如果用笔添上去线的方式来加热保温，你看看，是不是会有奥氏体和碳化物的两相区出现？如果在零件完全进入奥氏体单相区之前就停止加热，马上淬火，最终是不是就应该得到马氏体加碳化物的淬火组织了呢？看到这里学员们还在那冥思苦想，说：要不我们有条件可以大家一起做个试验，进行观察看一下实际过程中、在加热过热度的情况下对奥氏体化的变化是如何影响形成地，我们在这也没有35CrMo的退火料，那天在试验的刚好有段球化过的GCr15的棒料料尾，学员们在实验室把小试验炉开进行做实验，把炉升温升到860℃。

辅导老师把材料拿出来，在砂轮切割机上把圆棒均分成两截，把两截一起丢进了小炉子。

炉温到温后，辅导老师看着表等了70分钟，开门用铁钳取出了第一根试棒，把工件进行淬到了事先准备好的油里，然后关门继续又加热了20分钟，再把第二根也淬了。

淬完把两截都给了参加培训学员们进行做金相检验实验分析。

金相样品做好了，请大家进行金相观察。

图1：860保温70分钟图片图2:860保温90分钟图片学员们请把这两张图进行仔仔细细看看，“理论老师和实训老师会同学员一起探讨和对比上述的试验结果，发现90分钟的看起来未溶碳化物数量是要少很多，个头也小呢，几乎看不到了。

这样学员们就明白了，如果加热时间够长，GCr15的未溶碳化物的数量是固定的，图谱相图上由温度决定碳的溶解度，如果加热时间不够的话那碳化物数量会增多，这个就是因为碳分子碳化物的溶解是需要时间的关系所在，碳在奥氏体里的扩散、平衡，成分均匀化也需要对应的时间”。

“35CrMo材料热处理的组织变化也是一样道理，原材料做过球化退火，碳分子化合物是转变球状的状态，这个球化相相对比较大，在奥氏体化的时候，如果没有足够的时间进行碳扩散就提前淬火了，自然就会出现这种反常现象。

哪怕是亚共析钢，也会出现碳化物和马氏体两相的淬火组织。

这种现象在球化处理过的65Mn等成分接近共析点的亚共析钢上会更明显。

”“对于薄壁工件进行渗碳工件心部硬度一直太高，我们可以重新热处理采用830度返工淬火，心部硬度可以立即下跌5个HRC的硬度，也是因为830度两相区不充分奥氏体化，有部分碳化物未溶入，相等于调整了奥氏体里的化学成分，造成奥氏体淬透性下降喽？”就是这个道理。

你们以后能联想到这个事，也是活学活用的理念、你们是否增涨到知识了呢。

十五种金相组织你们应该知道吗？1.奥氏体定义：碳元素与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体内，它仍保持γ-Fe的面心立体方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。

有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。

奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。

在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。

经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。

铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。

当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。

下图：奥氏体200X2.铁素体定义：碳元素与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。