1、第第1章章 钢的冶炼、浇注、成型工艺及钢的冶炼、浇注、成型工艺及钢材的质量控制钢材的质量控制1243 31.1 钢的冶炼钢的冶炼1.2 钢的浇注钢的浇注1.3 钢的成型钢的成型1.4 钢材的质量检验钢材的质量检验返回第第1章章 钢的冶炼、浇注、成型工艺及钢的冶炼、浇注、成型工艺及钢材的质量控制钢材的质量控制钢铁材料是由铁、碳及硅、锰、硫、磷等杂质元素组成的金属材料，是钢铁材料是由铁、碳及硅、锰、硫、磷等杂质元素组成的金属材料，是铁和碳的合金。按碳的质量分数铁和碳的合金。按碳的质量分数WC可分为工业纯铁可分为工业纯铁(WC2.11%)三类。三类。钢铁材料的生产过程由炼铁、炼钢和轧钢等三个主要环节
2、组成。首先，钢铁材料的生产过程由炼铁、炼钢和轧钢等三个主要环节组成。首先，由铁矿石等原料经高炉冶炼获得生铁，高炉生铁除了获得铸铁件外，大由铁矿石等原料经高炉冶炼获得生铁，高炉生铁除了获得铸铁件外，大部分用来炼钢。钢是由生铁经高温熔炼降低其含碳量和清除杂质后而得部分用来炼钢。钢是由生铁经高温熔炼降低其含碳量和清除杂质后而得到的。钢液除少数浇成铸钢件以外，绝大多数都浇铸成钢锭或连铸坯，到的。钢液除少数浇成铸钢件以外，绝大多数都浇铸成钢锭或连铸坯，经过轧制或锻压制成各种钢材经过轧制或锻压制成各种钢材(板材、型材、管材、线材等板材、型材、管材、线材等)或锻件，供或锻件，供加工使用。加工使用。图图 1-
3、1为钢铁材料的生产过程示意图。为钢铁材料的生产过程示意图。返回1.1 钢的冶炼钢的冶炼地壳中铁的储藏量比较丰富，大约占地壳中铁的储藏量比较丰富，大约占 4.2%(元素总量计元素总量计)，仅次于氧、硅，仅次于氧、硅及铝，居第四位，但是由于自然界中铁总是以化合物及铝，居第四位，但是由于自然界中铁总是以化合物(氧化物、硫化物或氧化物、硫化物或碳酸盐等碳酸盐等)存在，不同的岩石中含铁品位差别较大，因此凡是可以利用目存在，不同的岩石中含铁品位差别较大，因此凡是可以利用目前的加工技术条件，从中经济地提取出金属铁的矿石，我们就称为铁矿前的加工技术条件，从中经济地提取出金属铁的矿石，我们就称为铁矿石，如石，如
4、表表1-1所示，矿石的品位决定其价格，即冶炼的经济性，一般将所示，矿石的品位决定其价格，即冶炼的经济性，一般将矿石中铁的质量分数高于矿石中铁的质量分数高于 65%，且含硫、磷等杂质少的矿石，供直接还，且含硫、磷等杂质少的矿石，供直接还原法和熔融还原法适用，而矿石中铁的质量分数低于原法和熔融还原法适用，而矿石中铁的质量分数低于65%50%,则供高则供高炉使用，我国目前富矿储量已较少，绝大部分都是铁的质量分数为炉使用，我国目前富矿储量已较少，绝大部分都是铁的质量分数为30左右的贫矿，需要经过选矿处理才能使用。左右的贫矿，需要经过选矿处理才能使用。1.1.1炼铁炼铁铁的化学性质活泼，自然界中的铁绝大
5、多数是以铁化合物形式存在。铁的化学性质活泼，自然界中的铁绝大多数是以铁化合物形式存在。下一页返回1.1 钢的冶炼钢的冶炼炼铁用的原料多数是铁的氧化物，含铁比较多并且具有冶炼价值的矿物，炼铁用的原料多数是铁的氧化物，含铁比较多并且具有冶炼价值的矿物，如赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、褐铁矿等称为铁矿石。铁矿石中除了含有如赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿、褐铁矿等称为铁矿石。铁矿石中除了含有铁的氧化物以外，还含有硅、锰、硫、磷等元素的氧化物杂质，这些杂铁的氧化物以外，还含有硅、锰、硫、磷等元素的氧化物杂质，这些杂质称为脉石。炼铁的实质就是从铁矿石中提取铁及其有用元素形成生铁质称为脉石。炼铁的实质就是从铁矿石中提取铁
6、及其有用元素形成生铁的过程。现代钢铁工业生产铁的主要方法是高炉炼铁。高炉炼铁的炉料的过程。现代钢铁工业生产铁的主要方法是高炉炼铁。高炉炼铁的炉料主要是铁矿石主要是铁矿石(Fe3O4)、燃料、燃料(焦炭焦炭)和熔剂和熔剂(石灰石石灰石)。焦炭作为炼铁的燃。焦炭作为炼铁的燃料，一方面为炼铁提供热量，另一方面焦炭在不完全燃烧时所产生的一料，一方面为炼铁提供热量，另一方面焦炭在不完全燃烧时所产生的一氧化碳氧化碳(CO)，又作为使氧化铁和其他金属元素还原的还原剂。熔剂的作，又作为使氧化铁和其他金属元素还原的还原剂。熔剂的作用是使铁矿石中的脉石和焦炭燃烧后的灰分转变成密度小、熔点低和流用是使铁矿石中的脉石
7、和焦炭燃烧后的灰分转变成密度小、熔点低和流动性好的炉渣，并使之与铁水分离，常用的熔剂是石灰石动性好的炉渣，并使之与铁水分离，常用的熔剂是石灰石(CaCO3)。上一页 下一页返回1.1 钢的冶炼钢的冶炼在炼铁时，将炼铁原料分批装入高炉中，在高温和压力作用下，经过一在炼铁时，将炼铁原料分批装入高炉中，在高温和压力作用下，经过一系列化学反应，将铁矿石还原成铁。经高炉冶炼出的铁不是纯铁，其中系列化学反应，将铁矿石还原成铁。经高炉冶炼出的铁不是纯铁，其中含有碳、硅、锰、硫、磷等杂质元素，这种铁称为生铁，生铁是高炉冶含有碳、硅、锰、硫、磷等杂质元素，这种铁称为生铁，生铁是高炉冶炼的主要产品。根据用户的不同
8、需要，生铁可分为两类：炼的主要产品。根据用户的不同需要，生铁可分为两类：(1)铸造生铁。这类生铁的断口呈暗灰色。硅的质量分数较高，用于机械铸造生铁。这类生铁的断口呈暗灰色。硅的质量分数较高，用于机械制造厂生产成型铸件。制造厂生产成型铸件。(2)炼钢生铁。这类生铁的断口呈亮白色。硅的质量分数较低炼钢生铁。这类生铁的断口呈亮白色。硅的质量分数较低(Wsi1.5)，用来在炼钢炉中炼钢。用来在炼钢炉中炼钢。高炉炼铁产生的副产品是煤气和炉渣，高炉排除的炉气中含有大量的高炉炼铁产生的副产品是煤气和炉渣，高炉排除的炉气中含有大量的 CO、CH4和和 H2等可燃气体，具有很高的经济价值，可以回收利用。高等可燃
9、气体，具有很高的经济价值，可以回收利用。高炉炉渣的主要成分是炉炉渣的主要成分是 CaO和和 SiO2。上一页 下一页返回1.1 钢的冶炼钢的冶炼可以回收利用，生产水泥、渣棉和渣砖等建筑材料。可以回收利用，生产水泥、渣棉和渣砖等建筑材料。1.1.2炼钢炼钢炼钢是以生铁炼钢是以生铁(铁水和生铁锭铁水和生铁锭)和废钢为主要原料，此外，还有熔剂和废钢为主要原料，此外，还有熔剂(石石灰石、萤石灰石、萤石)、氧化剂、氧化剂(O2和铁矿石和铁矿石)和脱氧剂和脱氧剂(铝、硅铁和锰铁铝、硅铁和锰铁)等。炼钢等。炼钢的主要任务是利用氧化作用将铁液中的碳及其他杂质元素减少到规定的的主要任务是利用氧化作用将铁液中的碳
10、及其他杂质元素减少到规定的化学成分范围内，从而得到了所需的钢，所以用生铁炼钢实质上是一个化学成分范围内，从而得到了所需的钢，所以用生铁炼钢实质上是一个氧化过程。氧化过程。1)炼钢方法。现代炼钢方法主要有转炉炼钢法和电炉炼钢法。炼钢方法。现代炼钢方法主要有转炉炼钢法和电炉炼钢法。1)转炉炼钢法，采用氧气顶吹转炉，主要原料为生铁和废钢，以化学反转炉炼钢法，采用氧气顶吹转炉，主要原料为生铁和废钢，以化学反应的化学热为热源，主要产品为碳素钢和低合金钢，其主要特点是冶炼应的化学热为热源，主要产品为碳素钢和低合金钢，其主要特点是冶炼速度快，生产效率高，成本低。速度快，生产效率高，成本低。上一页 下一页返回
11、1.1 钢的冶炼钢的冶炼钢的品种较多，质量较好，适合于大量生产。钢的品种较多，质量较好，适合于大量生产。2)电炉炼钢法，采用电弧炉，主要原料为废钢，以电能为热源，主要产电炉炼钢法，采用电弧炉，主要原料为废钢，以电能为热源，主要产品为合金钢，其主要特点是炉料通用性大，炉内气氛可以控制，脱氧良品为合金钢，其主要特点是炉料通用性大，炉内气氛可以控制，脱氧良好，能冶炼难熔合金钢。钢的质量优良，品种多样。好，能冶炼难熔合金钢。钢的质量优良，品种多样。(2)钢的脱氧。钢液中的过剩氧气与铁生成氧化物，对钢的力学性能会产钢的脱氧。钢液中的过剩氧气与铁生成氧化物，对钢的力学性能会产生不良的影响，因此，必须在浇注
12、前对钢液进行脱氧。按钢液的脱氧程生不良的影响，因此，必须在浇注前对钢液进行脱氧。按钢液的脱氧程度不同，钢可分为特殊镇静钢度不同，钢可分为特殊镇静钢(TZ)、镇静钢、镇静钢(Z)、半镇静钢、半镇静钢(b)、和沸腾、和沸腾钢钢(F)四种。四种。1)镇静钢是脱氧完全的钢，钢液冶炼后期用锰铁、硅铁和铝块进行充分镇静钢是脱氧完全的钢，钢液冶炼后期用锰铁、硅铁和铝块进行充分脱氧，钢液在钢锭模内平静地凝固。这类钢锭化学成分均匀，内部组织脱氧，钢液在钢锭模内平静地凝固。这类钢锭化学成分均匀，内部组织致密，质量较高。致密，质量较高。上一页 下一页返回1.1 钢的冶炼钢的冶炼但由于钢锭头部形成较深的缩孔，轧制时被
13、切除，钢材浪费较大。但由于钢锭头部形成较深的缩孔，轧制时被切除，钢材浪费较大。2)沸腾钢是指脱氧不完全的钢。钢液在冶炼后期仅用锰铁进行不充分的沸腾钢是指脱氧不完全的钢。钢液在冶炼后期仅用锰铁进行不充分的脱氧。钢液浇入钢锭模后，钢液中的脱氧。钢液浇入钢锭模后，钢液中的Fe0和碳相互作用，脱氧过程仍在和碳相互作用，脱氧过程仍在进行进行(Fe0+C Fe+CO )，生成的，生成的CO气体引起了钢液沸腾现象。凝气体引起了钢液沸腾现象。凝固时大部分气体逸出，少量气体被封闭在钢锭内部，形成许多小气泡。固时大部分气体逸出，少量气体被封闭在钢锭内部，形成许多小气泡。这类钢锭不产生缩孔，一切头浪费小。但是，化学
14、成分不均匀，组织不这类钢锭不产生缩孔，一切头浪费小。但是，化学成分不均匀，组织不够致密，质量较差。够致密，质量较差。3)半镇静钢的脱氧程度和性能状况介于镇静钢和沸腾钢之间。半镇静钢的脱氧程度和性能状况介于镇静钢和沸腾钢之间。4)特殊镇静钢的脱氧质量优于镇静钢，其内部材料均匀，非金属夹杂物特殊镇静钢的脱氧质量优于镇静钢，其内部材料均匀，非金属夹杂物含量少，可满足特殊需要。含量少，可满足特殊需要。上一页返回1.2 钢的浇注钢的浇注钢液经脱氧后，除少数用来浇铸成铸钢件外，其余都浇铸成钢锭或连铸钢液经脱氧后，除少数用来浇铸成铸钢件外，其余都浇铸成钢锭或连铸坯。钢的浇注方法有模铸法和连铸法两种，连铸法具
15、有生产效率高、钢坯。钢的浇注方法有模铸法和连铸法两种，连铸法具有生产效率高、钢坯质量好、节约能源及生产成本低等优点，因此，得到广泛应用。钢锭坯质量好、节约能源及生产成本低等优点，因此，得到广泛应用。钢锭浇注示意图如图浇注示意图如图1-1所示。所示。1.2.1模铸法模铸法模铸法是指把钢液经过浇注系统从下部或者直接从上部注入金属锭模内，模铸法是指把钢液经过浇注系统从下部或者直接从上部注入金属锭模内，待其冷凝后脱模，得到金属铸锭。这种方法的适应性较强，但锭模准备待其冷凝后脱模，得到金属铸锭。这种方法的适应性较强，但锭模准备工作复杂，劳动条件很差，钢锭的组织不够致密均匀，轧材时切头、切工作复杂，劳动条
16、件很差，钢锭的组织不够致密均匀，轧材时切头、切尾多，成材率低，浇注系统的废品弃品损失大。在现代化炼钢车间中已尾多，成材率低，浇注系统的废品弃品损失大。在现代化炼钢车间中已逐渐被连铸法所代替。逐渐被连铸法所代替。下一页返回1.2 钢的浇注钢的浇注1.2.2连铸法连铸法连铸法是指把钢液连续不断地注入一个铜质水冷结晶器中，强制冷却结连铸法是指把钢液连续不断地注入一个铜质水冷结晶器中，强制冷却结晶成一定厚度的结晶外壳后，由引锭装置以适当的速度从结晶器中拉出，晶成一定厚度的结晶外壳后，由引锭装置以适当的速度从结晶器中拉出，再继续喷水冷却至完全凝固，定尺切割成钢坯供轧材使用。再继续喷水冷却至完全凝固，定尺
17、切割成钢坯供轧材使用。连铸法铸坯结晶过冷度很大，晶粒细小，偏析轻，组织致密，质量好。连铸法铸坯结晶过冷度很大，晶粒细小，偏析轻，组织致密，质量好。这种方法浇注和切头损失极小，成材率可提高这种方法浇注和切头损失极小，成材率可提高10%15%。整个浇注过。整个浇注过程在一条机械化、自动化和连续化的作业线上进行，劳动条件好。轧制程在一条机械化、自动化和连续化的作业线上进行，劳动条件好。轧制时不需开坯即可直接成材。适合于与氧气转炉炼钢、连续轧机等高生产时不需开坯即可直接成材。适合于与氧气转炉炼钢、连续轧机等高生产率的冶金设备配套，使冶金、浇注、成材实现连续化流水作业，从而大率的冶金设备配套，使冶金、浇
18、注、成材实现连续化流水作业，从而大大改变钢铁企业的生产面貌。因此，连铸法是新建炼钢车间或原有炼钢大改变钢铁企业的生产面貌。因此，连铸法是新建炼钢车间或原有炼钢车间技术改造的重要方向之一。车间技术改造的重要方向之一。上一页 下一页返回1.2 钢的浇注钢的浇注一般的金属型材，如棒材、板材、管材和线材等大都是通过轧制、挤压一般的金属型材，如棒材、板材、管材和线材等大都是通过轧制、挤压和拉拔等工艺制成的。工程上需要承受载荷的重要零部件，例如机器的和拉拔等工艺制成的。工程上需要承受载荷的重要零部件，例如机器的主轴、重要的齿轮、炮弹的弹头、汽车的前桥等，必须要用锻造工艺制主轴、重要的齿轮、炮弹的弹头、汽车
19、的前桥等，必须要用锻造工艺制造。造。上一页返回1.3 钢加成型钢加成型1.3.1钢材的概念钢材的概念钢材是钢锭或钢坯通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性钢材是钢锭或钢坯通过压力加工制成我们所需要的各种形状、尺寸和性能的材料。根据断面形状的不同，一般分为型材、板材、管材、线材和能的材料。根据断面形状的不同，一般分为型材、板材、管材、线材和金属制品五大类。金属制品五大类。1.3.2钢材的生产钢材的生产冶炼成的各种钢液，直接用来铸成钢件的较少，大部分钢液浇注成钢锭，冶炼成的各种钢液，直接用来铸成钢件的较少，大部分钢液浇注成钢锭，再把钢锭制成不同形状、规格和尺寸的型材，才能供直接使用。再把钢
20、锭制成不同形状、规格和尺寸的型材，才能供直接使用。钢材主要通过压力加工方法获得。压力加工是使金属坯料在外力作用下钢材主要通过压力加工方法获得。压力加工是使金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。主要包括轧制、挤压、拉拔、锻造、模型锻造和板料冲压等。工方法。主要包括轧制、挤压、拉拔、锻造、模型锻造和板料冲压等。下一页返回1.3 钢加成型钢加成型其中，轧制、挤压和拉拔方法以生产原材料为主其中，轧制、挤压和拉拔方法以生产原材料为主;自由锻造、模型锻造和自由锻造、模型锻造和板料冲压方法以生产
21、毛坯为主。板料冲压方法以生产毛坯为主。1.轧制轧制将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状各种形状)，靠摩擦力通过轧辊孔，靠摩擦力通过轧辊孔隙而受压变形，材料截面减小，长度增加，形成所需形状和尺寸的压力隙而受压变形，材料截面减小，长度增加，形成所需形状和尺寸的压力加工方法，这是钢材生产最常用的方式。轧制生产所用的坯料主要是金加工方法，这是钢材生产最常用的方式。轧制生产所用的坯料主要是金属锭，主要用来生产型材。轧制分为冷轧、热轧两种。属锭，主要用来生产型材。轧制分为冷轧、热轧两种。2.锻造锻造利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料形成所需形状和尺寸的压利用锻锤
22、的往复冲击力或压力机的压力使坯料形成所需形状和尺寸的压力加工方法，叫做锻造。它分为自由锻和模锻，自由锻是指金属坯料在力加工方法，叫做锻造。它分为自由锻和模锻，自由锻是指金属坯料在上下砧铁间受冲击力或压力而变形的成型方法。上下砧铁间受冲击力或压力而变形的成型方法。上一页 下一页返回1.3 钢加成型钢加成型模锻是指金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形模锻是指金属坯料在具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形的成型方法。锻造适宜于间歇生产，适于机器零件或坯料的生产，属体的成型方法。锻造适宜于间歇生产，适于机器零件或坯料的生产，属体积成型，凡承受重载荷的机器零件，如机器的主轴、重
23、要齿轮、连杆、积成型，凡承受重载荷的机器零件，如机器的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常需采用锻造制作毛坯，再经切削加工而成。炮管和枪管等，通常需采用锻造制作毛坯，再经切削加工而成。3.拉拔拉拔将已经轧制的金属坯料将已经轧制的金属坯料(型、管、制品等型、管、制品等)通过模孔拉拔成截面减小、长通过模孔拉拔成截面减小、长度增加的加工方法。大多用做冷加工，主要生产各种细丝度增加的加工方法。大多用做冷加工，主要生产各种细丝(拉丝拉丝)和薄管和薄管(拔管拔管)，如电线、电缆、钢绞线和各种特殊几何形状的型材等。，如电线、电缆、钢绞线和各种特殊几何形状的型材等。拉拔模模孔的截面形状和使用性能的好坏对产
24、品有决定性影响。拉拔模拉拔模模孔的截面形状和使用性能的好坏对产品有决定性影响。拉拔模模孔在工作中受到强烈摩擦作用，为保持其几何形状的准确性和使用的模孔在工作中受到强烈摩擦作用，为保持其几何形状的准确性和使用的长久性，应选用耐磨的硬质合金或其他耐磨材料来制造。长久性，应选用耐磨的硬质合金或其他耐磨材料来制造。上一页 下一页返回1.3 钢加成型钢加成型由于拉拔多数情况是在冷态下进行，所得到的产品具有较高的尺寸精度由于拉拔多数情况是在冷态下进行，所得到的产品具有较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值，所以拉拔通常是轧制或挤压的后步工序，以提和较小的表面粗糙度值，所以拉拔通常是轧制或挤压的后步工序，以提高
25、产品质量。高产品质量。4.挤压挤压将金属放在密闭的挤压模内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤将金属放在密闭的挤压模内，一端施加压力，使金属从规定的模孔中挤出得到不同形状和尺寸的成品加工方法，叫做挤压。出得到不同形状和尺寸的成品加工方法，叫做挤压。挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件，适用于加工低碳钢、非铁金挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件，适用于加工低碳钢、非铁金属及其合金。如采取适当的工艺措施，还可以对合金钢和难熔合金进行属及其合金。如采取适当的工艺措施，还可以对合金钢和难熔合金进行挤压生产。挤压生产。上一页 下一页返回1.3 钢加成型钢加成型5.冲压冲压金属板料在冲模之间受压力产生
26、分离或变形的加工方法，叫做冲压。冲金属板料在冲模之间受压力产生分离或变形的加工方法，叫做冲压。冲压属于板料成型，板料冲压广泛用于汽车制造、电器、仪表及日用品工压属于板料成型，板料冲压广泛用于汽车制造、电器、仪表及日用品工业等方面。业等方面。上一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验材料的化学成分、组织状态、性能及其热处理、加工过程中的变化等，材料的化学成分、组织状态、性能及其热处理、加工过程中的变化等，都需要确定是否合乎要求都需要确定是否合乎要求;原材料及加工过程中产生的各种缺陷需要确认，原材料及加工过程中产生的各种缺陷需要确认，并作为选材和改进加工工艺的依据并作为选材和改进加工工艺的依据
27、;产品使用过程中的质量需要跟踪等，产品使用过程中的质量需要跟踪等，上述这些都需要通过检验来分析和控制。所以，在机械制造工业中，材上述这些都需要通过检验来分析和控制。所以，在机械制造工业中，材料及毛坯的检验是保证产品质量和提高产品使用寿命的重要措施。料及毛坯的检验是保证产品质量和提高产品使用寿命的重要措施。1.4.1化学成分分析化学成分分析金属材料的成分是其组织和性能的基础。常用成分检验方法有金属材料的成分是其组织和性能的基础。常用成分检验方法有:化学分析、化学分析、光谱分析和火花鉴别等。光谱分析和火花鉴别等。1.化学分析化学分析化学分析是确定材料成分的重要方法，可以进行定性和定量分析。定性化学
28、分析是确定材料成分的重要方法，可以进行定性和定量分析。定性分析是确定合金中所含的元素分析是确定合金中所含的元素;而定量分析则是确定合金元素的含量。而定量分析则是确定合金元素的含量。下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验化学分析的精度较高，但需要较长的时间，费用也较高。常用的化学分化学分析的精度较高，但需要较长的时间，费用也较高。常用的化学分析法有以下几种。析法有以下几种。(1)滴定法。将标准溶液滴定法。将标准溶液(已知浓度的溶液已知浓度的溶液)滴入被测物质的溶液中，使之滴入被测物质的溶液中，使之发生反应，待反应结束后，根据所用标准溶液的体积，计算出被测元素发生反应，待反应结束后，根据所
29、用标准溶液的体积，计算出被测元素的含量。的含量。(2)比色法。利用光线分别透过有色的标准溶液和被测物质溶液，比较透比色法。利用光线分别透过有色的标准溶液和被测物质溶液，比较透过光线的强度，以测定被测元素的含量。由于高灵敏度、高精度的光度过光线的强度，以测定被测元素的含量。由于高灵敏度、高精度的光度计和新型的显色剂的出现，这种方法在工业中得以广泛的应用。计和新型的显色剂的出现，这种方法在工业中得以广泛的应用。(3)现场化学试验。现场化学试验的方法有很多而且简单，可用来识别许现场化学试验。现场化学试验的方法有很多而且简单，可用来识别许多金属材料，其中许多化学试剂可在车间里找到。通过在试件表面涂抹多
30、金属材料，其中许多化学试剂可在车间里找到。通过在试件表面涂抹某些化学试剂，并观察其变化情况就可初步判别材料。某些化学试剂，并观察其变化情况就可初步判别材料。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验2.光谱分析光谱分析金属是由原子组成的，在外界高能激发下不同原子有确定的辐射能，代金属是由原子组成的，在外界高能激发下不同原子有确定的辐射能，代表该元素所特有的固定光谱。光谱能表征每一元素，并且它是元素原子表该元素所特有的固定光谱。光谱能表征每一元素，并且它是元素原子量的基本特征。原子在激发状态下是否具有这种光谱是这种元素存在的量的基本特征。原子在激发状态下是否具有这种光谱是这种元素存在
31、的标志，光谱的强度是该元素含量多少的标志。标志，光谱的强度是该元素含量多少的标志。光谱分析迅速、成本低、分析精度较高、消耗材料较少，因此，在生产光谱分析迅速、成本低、分析精度较高、消耗材料较少，因此，在生产实践中得到了广泛的应用。光谱分析在工厂中也常被称为分光检验。实践中得到了广泛的应用。光谱分析在工厂中也常被称为分光检验。3.火花鉴别火花鉴别火花鉴别是基于钢材在磨削时，由于成分不同而产生特定的火花，通过火花鉴别是基于钢材在磨削时，由于成分不同而产生特定的火花，通过观察火花的形态，可对材料的成分做初步分析。这种方法快速简便，是观察火花的形态，可对材料的成分做初步分析。这种方法快速简便，是车间现
32、场鉴别某些钢种的常用方法。车间现场鉴别某些钢种的常用方法。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验火花是由砂轮磨削下的金属颗粒在空气中被氧化而发出的光。火花在空火花是由砂轮磨削下的金属颗粒在空气中被氧化而发出的光。火花在空气中出现的轨迹，称为流线。碳元素在空气中强烈氧化而产生的火花称气中出现的轨迹，称为流线。碳元素在空气中强烈氧化而产生的火花称为爆花，爆花的形式随含碳量和其他元素的含量、温度、氧化性及组织为爆花，爆花的形式随含碳量和其他元素的含量、温度、氧化性及组织结构等因素而变化。爆花的形式及流线，在火花鉴别中占有重要的地位。结构等因素而变化。爆花的形式及流线，在火花鉴别中占有
33、重要的地位。这种方法只能定性地鉴别碳钢和合金钢，并且观察者要有较强的实践经这种方法只能定性地鉴别碳钢和合金钢，并且观察者要有较强的实践经验。验。(1)碳钢的火花。碳钢的火花。1)碳素钢的火花特征是碳素钢的火花特征是:随着含碳量的增大，火花流线由挺直转向抛物线，随着含碳量的增大，火花流线由挺直转向抛物线，且流线增多，火花束缩短，爆花和花粉增多，亮度增大。且流线增多，火花束缩短，爆花和花粉增多，亮度增大。2)低碳钢的火花束长，流线少，草黄略带红色，爆花少，尾部下垂，如低碳钢的火花束长，流线少，草黄略带红色，爆花少，尾部下垂，如图图1-2所示。所示。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量
34、检验3)中碳钢的火花比较明亮，发黄色光，流线细、多而长，爆花较多，有中碳钢的火花比较明亮，发黄色光，流线细、多而长，爆花较多，有少量花粉，尾部较平直，如少量花粉，尾部较平直，如图图1-3所示。所示。4)高碳钢的火花呈暗红色，火花束短粗，根部暗、尾部亮，流线多而细高碳钢的火花呈暗红色，火花束短粗，根部暗、尾部亮，流线多而细密，爆花多，有大量花粉。如密，爆花多，有大量花粉。如图图1-4和和图图1-5所示分别为所示分别为T7钢和钢和T10钢磨钢磨削火花的示意图。削火花的示意图。(2)合金钢火花。合金钢中因加入了合金元素，其火花与碳钢也有所不同，合金钢火花。合金钢中因加入了合金元素，其火花与碳钢也有所
35、不同，常用合金钢火化特点如下常用合金钢火化特点如下:与与40钢相比，钢相比，40Gr钢的火花束白亮，流线粗而多，爆花也多，花形较大，钢的火花束白亮，流线粗而多，爆花也多，花形较大，如如图图1-6所示。所示。60Si2Mn钢的火花束为暗红色，根部暗红，流线短粗而多，爆花较多，钢的火花束为暗红色，根部暗红，流线短粗而多，爆花较多，花形较小，火花束尾部较粗大，如花形较小，火花束尾部较粗大，如图图1-7所示。所示。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验CrWMn钢的火花束细长，根部火花束有断续流线，流线尾部有爆花且钢的火花束细长，根部火花束有断续流线，流线尾部有爆花且流线粗大，赤橙色伴
36、有白色星点，如流线粗大，赤橙色伴有白色星点，如图图1-8所示。所示。W18Cr4V高速钢的火花束细长、赤橙色，发光暗弱，流线少而断续，尾高速钢的火花束细长、赤橙色，发光暗弱，流线少而断续，尾部粗大下垂，花呈小红球，如部粗大下垂，花呈小红球，如图图1-9所示。所示。火花识别不但可以鉴别碳钢和上述合金钢，还可以识别其他钢种和部分火花识别不但可以鉴别碳钢和上述合金钢，还可以识别其他钢种和部分非铁金属。钢的磨削火花会随着磨削条件的不同非铁金属。钢的磨削火花会随着磨削条件的不同(比如，砂轮的类型、粒比如，砂轮的类型、粒度，磨削力的大小等度，磨削力的大小等)而有所差异，要正确地识别火花，就要多练习、多而有
37、所差异，要正确地识别火花，就要多练习、多观察。观察。1.4.2组织分析组织分析组织分析的主要任务是用肉眼或显微镜观察金属的组织结构。其可分为组织分析的主要任务是用肉眼或显微镜观察金属的组织结构。其可分为低倍分析和显微分析。低倍分析和显微分析。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验1.低倍分析低倍分析低倍分析是指用肉眼或低倍放大镜来观察、分析金属及其合金的组织状低倍分析是指用肉眼或低倍放大镜来观察、分析金属及其合金的组织状态。这种方法简便易行，生产中常用此法检查材料的宏观缺陷，特别是态。这种方法简便易行，生产中常用此法检查材料的宏观缺陷，特别是对失效零件的断口进行观察和分析，以便
38、找出失效原因。断口一般可分对失效零件的断口进行观察和分析，以便找出失效原因。断口一般可分为脆性断口、延性断口和疲劳断口。为脆性断口、延性断口和疲劳断口。(1)脆性断口。脆性断裂形成的断口称为脆性断口。脆性断裂多为穿晶断脆性断口。脆性断裂形成的断口称为脆性断口。脆性断裂多为穿晶断裂，断口沿一定的结晶平面迅速发展而成，断口一般较平整，有金属光裂，断口沿一定的结晶平面迅速发展而成，断口一般较平整，有金属光泽，呈结晶状。泽，呈结晶状。(2)延性断口。延性断口是金属材料由于其中某些区域的剧烈滑移而发生延性断口。延性断口是金属材料由于其中某些区域的剧烈滑移而发生分离形成的断口。发生这种断口的材料大都是塑性
39、较好的材料。延性断分离形成的断口。发生这种断口的材料大都是塑性较好的材料。延性断裂常伴随有较大的塑性变形，是显微空间产生、长大和聚结的结果。裂常伴随有较大的塑性变形，是显微空间产生、长大和聚结的结果。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验由于这些过程的进行需要一定的时间，因此，断裂的扩展速度较低。延由于这些过程的进行需要一定的时间，因此，断裂的扩展速度较低。延性断裂的方式一般是穿晶的。延性断口一般呈纤维状杯锥断口，先断开性断裂的方式一般是穿晶的。延性断口一般呈纤维状杯锥断口，先断开的中心部位呈纤维状或孔状，后断开的周围呈锥状，锥部较平滑且呈暗的中心部位呈纤维状或孔状，后断开的周
40、围呈锥状，锥部较平滑且呈暗灰丝状。灰丝状。(3)疲劳断口。在循环变化载荷作用下材料发生断裂，称为疲劳断裂。疲疲劳断口。在循环变化载荷作用下材料发生断裂，称为疲劳断裂。疲劳裂纹一般源于零件有应力集中或有表面缺陷的部位，称为疲劳源。疲劳裂纹一般源于零件有应力集中或有表面缺陷的部位，称为疲劳源。疲劳裂纹产生后，随着交变应力继续作用，裂纹逐渐扩展，直到有效截面劳裂纹产生后，随着交变应力继续作用，裂纹逐渐扩展，直到有效截面不能再承受外载荷时零件发生突然断裂。不能再承受外载荷时零件发生突然断裂。在低倍观察时，可在疲劳断口看到两个区域。在疲劳源周围是平滑而细在低倍观察时，可在疲劳断口看到两个区域。在疲劳源周
41、围是平滑而细密的区域密的区域疲劳区。在这个区域内，环绕着疲劳源有贝壳状条纹的停歇疲劳区。在这个区域内，环绕着疲劳源有贝壳状条纹的停歇线分布。线分布。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验其余部分为静力破坏区，其外貌随断裂的机理不同而有所差异，脆性断其余部分为静力破坏区，其外貌随断裂的机理不同而有所差异，脆性断裂呈结晶状，延性断裂呈纤维状。裂呈结晶状，延性断裂呈纤维状。2.显微分析显微分析显微分析是用较大放大倍数的光学金相显微镜或电子显微镜来观察和研显微分析是用较大放大倍数的光学金相显微镜或电子显微镜来观察和研究金属及其合金的组织结构。究金属及其合金的组织结构。(1)光学显微镜。
42、利用光学金相显微镜对金属磨面进行观察分析，可观察光学显微镜。利用光学金相显微镜对金属磨面进行观察分析，可观察到金属组织的结构到金属组织的结构(大小、形状和位置大小、形状和位置)、夹杂物、成分偏析、晶界氧化、夹杂物、成分偏析、晶界氧化、表面脱碳、显微裂纹等，还可以观察钢的渗碳层、氮化层、渗铝层的厚表面脱碳、显微裂纹等，还可以观察钢的渗碳层、氮化层、渗铝层的厚度和特征。度和特征。(2)电子显微镜。近代金属研究已深入到电子显微镜。近代金属研究已深入到“超显微结构超显微结构”领域，普通光学领域，普通光学显微镜的放大倍数已不能满足需要。显微镜的放大倍数已不能满足需要。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量
43、检验钢耐的质量检验光学显微镜是依靠光线通过透镜产生拆射而聚焦光学显微镜是依靠光线通过透镜产生拆射而聚焦;电子显微镜是依靠电子电子显微镜是依靠电子束在电磁场内的偏转使电子束聚焦，电子显微镜比光学显微镜具有更高束在电磁场内的偏转使电子束聚焦，电子显微镜比光学显微镜具有更高的放大率和分辨率。的放大率和分辨率。透射电子显微镜是利用电子枪发射的电子射线束，经过电磁透镜进行聚透射电子显微镜是利用电子枪发射的电子射线束，经过电磁透镜进行聚焦，聚焦后的电子束透过极薄的试件，借电磁物镜放大成中间像，投射焦，聚焦后的电子束透过极薄的试件，借电磁物镜放大成中间像，投射在中间像荧光屏上，在经过一组电磁透镜将中间像放大
44、后，投射到荧光在中间像荧光屏上，在经过一组电磁透镜将中间像放大后，投射到荧光屏上进行观察，或投射到底片上感光。其实际分辨率可达到屏上进行观察，或投射到底片上感光。其实际分辨率可达到0.2100 mm，可观察到金属组织结构的细节。，可观察到金属组织结构的细节。扫描电子显微镜兼有光学显微镜和电子显微镜的优点，既能进行表面形扫描电子显微镜兼有光学显微镜和电子显微镜的优点，既能进行表面形貌的观察，又能进行成分分析和晶体分析等，因此得到了广泛应用，是貌的观察，又能进行成分分析和晶体分析等，因此得到了广泛应用，是一种先进的综合分析和检测仪器。一种先进的综合分析和检测仪器。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质
45、量检验钢耐的质量检验1.4.3零件的无损探伤零件的无损探伤无损探伤是在不破坏零件的条件下，对零件的表面或内部缺陷进行检测。无损探伤是在不破坏零件的条件下，对零件的表面或内部缺陷进行检测。无损探伤的主要方法有磁力探伤、射线探伤、超声波探伤、渗透探伤等。无损探伤的主要方法有磁力探伤、射线探伤、超声波探伤、渗透探伤等。检验时应根据被检查零件的导磁性、尺寸大小、形状及缺陷的位置和特检验时应根据被检查零件的导磁性、尺寸大小、形状及缺陷的位置和特点等来正确选择探伤方法。点等来正确选择探伤方法。1.磁力探伤磁力探伤磁力探伤是基于有缺陷磁力探伤是基于有缺陷(表面或近表面表面或近表面)的零件，在磁化时缺陷附近会
46、出的零件，在磁化时缺陷附近会出现磁场的变化或局部磁现象。当导磁金属零件的表面或近表面有裂纹、现磁场的变化或局部磁现象。当导磁金属零件的表面或近表面有裂纹、气孔或夹杂物的缺陷时，将阻碍磁力线通过，产生磁力线弯曲或漏磁，气孔或夹杂物的缺陷时，将阻碍磁力线通过，产生磁力线弯曲或漏磁，形成形成S一一N极的局部磁场，这个小磁场能使覆盖在零件表面的磁粉聚集。极的局部磁场，这个小磁场能使覆盖在零件表面的磁粉聚集。由聚集磁粉的多少、形状等来判断缺陷的性质、形状和部位。由聚集磁粉的多少、形状等来判断缺陷的性质、形状和部位。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验磁力探伤的基本原理如磁力探伤的基本原
47、理如图图1-10和和图图1-11所示。所示。磁力探伤有湿法和干法两种。湿法就是把磁化零件浸在悬浮铁粉的溶液磁力探伤有湿法和干法两种。湿法就是把磁化零件浸在悬浮铁粉的溶液中，观察铁粉的聚集情况，常用于检查光滑零件的表面是否有微小裂纹中，观察铁粉的聚集情况，常用于检查光滑零件的表面是否有微小裂纹等缺陷。干法是在磁化零件上撒铁粉，常用来检查焊接件、大型铸造或等缺陷。干法是在磁化零件上撒铁粉，常用来检查焊接件、大型铸造或锻造毛坯以及其他粗糙表面零件的缺陷。锻造毛坯以及其他粗糙表面零件的缺陷。2.射线探伤射线探伤射线探伤是利用射线透过物体后，射线强度发生变化的原理分析零件内射线探伤是利用射线透过物体后，
48、射线强度发生变化的原理分析零件内部缺陷的方法，探伤应用的射线是部缺陷的方法，探伤应用的射线是X射线和射线和y射线。射线探伤的实质是根射线。射线探伤的实质是根据被测零件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同而产生的射线据被测零件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同而产生的射线透过工件后的强度差异，这种差异可用透过工件后的强度差异，这种差异可用x射线感光胶片记录下来，或用射线感光胶片记录下来，或用荧光屏、图像增强器、射线探测器等来观察，从而评定零件的内部质量。荧光屏、图像增强器、射线探测器等来观察，从而评定零件的内部质量。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验X射线检查零件的
49、厚度一般为射线检查零件的厚度一般为0.160 mm。射线的波长比射线的波长比X射线短，射线短，因此，投射能力比因此，投射能力比X射线要大，可用于检查厚度为射线要大，可用于检查厚度为60150 mm的零件，的零件，甚至可用透射甚至可用透射250300 mm的钢件。的钢件。图图1-12所示为所示为射线探伤示意图。射线探伤示意图。射线探伤主要用于检查锻造、铸造毛坯，焊接结构、容器、管路等，主射线探伤主要用于检查锻造、铸造毛坯，焊接结构、容器、管路等，主要用来检查零件内部的裂纹、气孔、夹渣、砂眼、缩孔、未焊透等。要用来检查零件内部的裂纹、气孔、夹渣、砂眼、缩孔、未焊透等。3.超声波探伤超声波探伤频率大
50、于频率大于20 kHz的声波称为超声波。用于探伤的超声波的频率为的声波称为超声波。用于探伤的超声波的频率为0.425MHz，其中常用，其中常用15 MHz的超声波。的超声波。探伤用超声波是由电子设备产生的一定频率的电脉冲，通过超声波发射探伤用超声波是由电子设备产生的一定频率的电脉冲，通过超声波发射器器(探头探头)产生与电脉冲相同频率的超声波。超声波射入被检查物内碰到产生与电脉冲相同频率的超声波。超声波射入被检查物内碰到该物的另一侧底面时，会被反射回来而被探头所接收。该物的另一侧底面时，会被反射回来而被探头所接收。上一页 下一页返回1.4 钢耐的质量检验钢耐的质量检验如果物体内部有缺陷，射入的超
