金相試樣的制備及金相組織觀察

1、.金相試樣的制備及金相組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造，初步掌握顯微鏡的正確使用。2、掌握金相顯微試樣的制備過程和基本方法。3、了解浸蝕的基本原理，并熟悉其基本操作4、學(xué)習(xí)利用金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察。通過在顯微鏡下觀察到的金相顯微組織初步分析材料類型以及材料可能具備的機(jī)械性能等。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品1、金相顯微鏡2、不同粗細(xì)的金相砂紙一套、玻璃板、侵蝕劑（4%硝酸酒精）3、拋光機(jī)4、待制備的金相試樣三、金相顯微鏡的基本原理、構(gòu)造及使用1、顯微鏡的放大倍數(shù)利用透鏡可將物體的象放大，但單個(gè)透鏡或一組透鏡的放大倍數(shù)是有限的，為此，要考慮用另一組透鏡將第一次放大的象再行放大，

2、以得到更高放大倍數(shù)的象。 金相顯微鏡就是基于這一要求設(shè)計(jì)的。 顯微鏡中裝有兩組放大透鏡， 靠近物體的一組透鏡為物鏡， 靠近觀察的一組透鏡為目鏡。金相顯微鏡的光學(xué)原理圖1 如圖所示。物體 AB 置于物鏡的一倍焦距F1 與二倍焦距之間，它的一次象在物鏡的另一側(cè)二倍焦距以外，形成一個(gè)倒立、放大的實(shí)象AB；當(dāng)實(shí)象 AB位于目鏡的前一倍焦距F2以時(shí)則目鏡復(fù)又使映象AB放大，而在目鏡的前二倍焦距2 F2 以外，得到AB的正立虛象 AB。因此最后的映象AB是經(jīng)過物鏡、目鏡兩次放大后所得到的。其放大倍數(shù)應(yīng)為物鏡放大倍數(shù)和目鏡放大倍數(shù)的乘積。物體 AB經(jīng)物鏡第一次放大的倍數(shù)：M = AB / AB=(+f )/

3、 f1物1式中f 1 、 f 1 物鏡前焦距與后焦距顯微鏡的光學(xué)鏡筒長與相比，物鏡的焦距f 1 很短，可略，所以 M物 / f1象 AB經(jīng)目鏡第二次放大的倍數(shù)：M目= AB / AB D/ f 2式中 f 2 目鏡的前焦距光學(xué)原理圖D人眼明視距離， D 250 。所以顯微鏡的放大倍數(shù)應(yīng)為：.M= M·M=（/ f1）（· D/ f ）物目2當(dāng)顯微鏡的機(jī)械鏡筒長度等于光學(xué)鏡筒長度時(shí),M= M ·M；而當(dāng)這二者不等時(shí)， M=M·M物目物目 ·C，C 是與機(jī)械鏡筒長、光學(xué)鏡筒長有關(guān)的系數(shù)，一般為1，有時(shí)為0.63 ，其 C 值標(biāo)在金相顯微鏡上。2、顯

4、微鏡的鑒別率顯微鏡的鑒別率是指它能清晰地分辨試樣上兩點(diǎn)間最小距離d 的能力，人眼在普通光線下能分辨兩點(diǎn)間最小距離為0.15 0.30mm，即人眼的鑒別率d 為 0.15 0.30mm，d 值越小，鑒別率越高，鑒別率越高，鑒別率可由下式計(jì)算：式中：入射光線的波長；A物鏡的數(shù)值孔徑，它表示物鏡的集光能力；n物鏡與試樣之間介質(zhì)的折射率；物鏡孔徑角的一半（圖2）。由式知，顯微鏡的鑒別率取決于使用光線的波長和物鏡的數(shù)值孔徑，與目鏡無關(guān)。光源的波長可以通過濾色片來選擇，藍(lán)光的波長（0.44 ）比黃綠光（ 0.55 ）短，所以鑒別圖 2 物鏡的孔徑角率較黃綠光大25%。當(dāng)光源的波長一定時(shí)，則可通過變化數(shù)值孔

5、徑A 來調(diào)節(jié)顯微鏡的鑒別率。當(dāng) n 越大，或物鏡孔徑角越大則A 越大，但 總是小于 90，所以在空氣介質(zhì)（n 1）中使用時(shí)， A<1，這類物鏡稱為干類物鏡。當(dāng)物鏡與試樣之間充滿松柏油介質(zhì)（n=1.52 ）時(shí)，A=1.4 ，這就是顯微鏡在高倍觀察時(shí)所用的油鏡頭，每個(gè)物鏡均有一個(gè)額定的阿A 值刻在物鏡體上。放大倍數(shù)、數(shù)值孔徑、鑒別率之間的關(guān)系顯微鏡的同一放大倍數(shù)可以由不同倍數(shù)的物鏡和目鏡來組合，具體如何合理選用物鏡和目鏡呢？原則是首先確定物鏡，根據(jù)計(jì)算，選用物鏡時(shí)，必須使顯微鏡的放大倍數(shù)M 500A1000A 之間，這個(gè)圍稱為有效放大倍數(shù)圍。若在M<500A，則未能充分發(fā)揮物鏡的鑒別率

6、；M>1000A，則形成“虛偽放大”，其細(xì)微部分仍分辨不清。待物鏡選定后，再根據(jù)所需的放大倍數(shù)選用目鏡。3、金相顯微鏡的構(gòu)造金相顯微鏡分為臺(tái)式、立式及臥式三種類型， 各有不同的型號(hào)。雖然型號(hào)很多，但基本構(gòu)造類似， 由目鏡、 物鏡、 鏡筒、 照明系統(tǒng)以及保持與結(jié)合上述物體的機(jī)身與調(diào)節(jié)器等主要部分構(gòu)成。（1）金相顯微鏡的照明系統(tǒng).照明系統(tǒng)由光源、凸透鏡、濾色片、光欄、毛玻璃和垂直照明器等組成，它們的作用是給金相試樣照明。 生物顯微鏡大多用自然光源，而金相顯微鏡則必須配備特定的人工光源裝置，通常的光源有：鎢絲燈泡、碳弧燈、碘弧燈、鎢弧燈、水銀燈、疝燈等。要使光源通過照明系統(tǒng)， 均勻而明亮地照射

7、在金相試樣的表面以利觀察。光源發(fā)出照明光 （一般要將電源220V 通過變壓器降至 6V 左右的電壓），通過凸透鏡（使散光變?yōu)槠叫泄馐?，濾色片（降低色差，增加組織襯度，一般選擇黃綠光） ，毛玻璃（使光線均勻投射） ，孔徑光欄（控制光束的大小，減少光線在鏡筒漫反射，提高映像的清晰度），視場光欄（改變視域的大小，減少鏡筒的反射與炫光以提高映像的襯度而不影響物鏡的分辨能力），垂直照明器平面玻璃和反射棱鏡， 其作用是把光源的光束反射到試樣上。金相顯微鏡的光源，一般裝在鏡筒的側(cè)面，與主光軸呈正交。光線與由側(cè)面射入，要經(jīng)過主光軸到達(dá)金相試樣表面，必須轉(zhuǎn)折90°。因此，在兩光軸交點(diǎn)處裝一個(gè)反射面

8、，使光束垂直轉(zhuǎn)向，使光線通過物鏡照射到試樣表面上，這種結(jié)構(gòu)稱垂直照明器。（2）金相顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)照明系統(tǒng)入射的光束在金相試樣表面反射后，經(jīng)過物鏡、 目鏡等一套光學(xué)方法系統(tǒng)，即可將試樣表面的顯微組織放大， 并在目鏡成像以供觀察， 或投射到屏幕上以供攝照， 光學(xué)放大系統(tǒng)是金相顯微鏡的核心部分，主要是物鏡和目鏡。物鏡：物鏡由消色差物鏡、平面消色差物鏡、復(fù)消色差物鏡等幾種，物鏡上刻有如45X/0.65 “”或“ 0/ ”等符號(hào)，其中45X 表示放大倍數(shù)，0.65 表示數(shù)值孔徑，“”或“ 0/ ”表示此物鏡是按無限鏡筒長度設(shè)計(jì)的。目鏡：目鏡有普通目鏡、補(bǔ)償目鏡、測微目鏡、照明目鏡等等，其類型、放大倍數(shù)

9、等均刻在目鏡的金屬外殼上。普通目鏡與消色差物鏡配合使用。補(bǔ)償目鏡帶“K”字標(biāo)記，與復(fù)消色差物鏡配合使用， 補(bǔ)償目鏡不可與消色差物鏡配合使用。 測微目鏡附有刻度標(biāo)尺， 可測量金相組織中如晶粒大小、 石墨長短、 表面滲層或脫碳層厚度等等。 照相目鏡在進(jìn)行金相攝影時(shí)使用。 XJB-1 型金相顯微鏡備有 5X、 10X、 15X 三個(gè)目鏡。顯微鏡在使用時(shí)，可根據(jù)需要放大倍數(shù)選擇合適的物鏡和目鏡（見表1）。表 1顯微鏡放大倍數(shù)目鏡物鏡 8X（干系）45X（干系）100X（油系）5X40X225X500X10X80X450X1000X15X120X675X1500X（3）金相顯微鏡的機(jī)械系統(tǒng)由顯微鏡的底座

10、、 鏡筒、載物臺(tái)及調(diào)節(jié)焦距螺旋等組成。 物臺(tái)可前后左右移動(dòng)試樣位置，調(diào)節(jié)焦距螺旋有粗調(diào)和微調(diào)兩種，用于升降鏡筒，調(diào)節(jié)焦距可獲得清晰的圖像。3、金相顯微鏡使用步驟及注意事項(xiàng)金相顯微鏡是昂貴的精密光學(xué)一起，使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和必要的規(guī)定：(1) 初次操作顯微鏡，應(yīng)首先了解顯微鏡的構(gòu)造、 基本原理、 各主要部件的作用和位置，以及使用注意事項(xiàng)。(2) 金相試樣要干凈并保持個(gè)人衛(wèi)生， 嚴(yán)禁用手摸鏡頭， 更不能把帶水和酒精的試樣放在物臺(tái)上，擦鏡頭不允許用任何異物，一定要用擦鏡頭紙。(3) 小心取出金相顯微鏡的防護(hù)罩，旋轉(zhuǎn)升降調(diào)整器，檢查鏡筒之升降并熟記其旋轉(zhuǎn)方向，再檢查載物臺(tái)前后左右的移動(dòng)情況，根

11、據(jù)需要選擇放大倍數(shù)適當(dāng)?shù)奈镧R和目鏡。.(4) 顯微鏡的照明燈泡，一般為 6 8V，使用時(shí)，必須接上降壓器，千萬不可將其直接插入220V 電源，以免燒毀燈泡。(5) 操作要細(xì)心，不能有粗暴和劇烈的動(dòng)作， 安裝、更換鏡頭及其它附件時(shí)要小心，不能摔在桌上或地上。(6) 觀察樣品， 要進(jìn)行聚焦。 調(diào)焦時(shí)要避免物鏡與樣品接觸。 先轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)螺旋， 使物臺(tái)下降，使樣品盡量靠近物鏡（不能接觸） ，然后用眼睛從目鏡中觀察，用手反向旋轉(zhuǎn)粗調(diào)螺旋，使物臺(tái)慢慢上升，待到看到組織后，再調(diào)節(jié)微調(diào)螺旋，直到圖像清晰為止。(7) 使用完畢后，試樣放回原處，立即關(guān)閉電源并蓋好防護(hù)罩。(8) 使用過程中若發(fā)生故障，應(yīng)立即報(bào)告指導(dǎo)

12、教師，不能隨便自行拆修。四、金相試樣的制備步驟金相試樣的制備過程包括取樣、 磨制、拋光、侵蝕等幾個(gè)步驟， 制備好的試樣應(yīng)能觀察到真實(shí)組織，無磨痕、麻點(diǎn)及水跡，并使金屬組織中的夾雜物、石墨等不脫落?，F(xiàn)簡要敘述如下：1、取樣金相顯微試樣截取部位取決于研究的目的與要求，應(yīng)選取具有代表性的部位。例如研究鑄鐵的金相組織， 由于可能存在偏析現(xiàn)象，所以必須從鑄件表層到鑄件中心同時(shí)取樣進(jìn)行觀察， 根據(jù)各部位金相組織的差異，了解合金的偏析程度和結(jié)晶組織的變化。在研究零件的失效原因時(shí)，應(yīng)在失效的部位截取，并在完好部位取樣，以便比較和分析。 對于軋制和鍛造材料則應(yīng)同時(shí)截取橫向（垂直于軋制方向）及縱向（平行于軋制方向

13、） 的金相試樣以便于分析比較表層缺陷及非金屬夾雜物的分布情況。對于一般熱處理后的零件，由于金相組織比較均勻，試樣的截取可在任一截面進(jìn)行。截取試樣的工具很多， 有手鋸、 鋸床、 砂輪切割機(jī)、 顯微切片機(jī)以及化學(xué)切割方式等。不論用那種方式取樣， 都應(yīng)避免試樣受熱或變形而引起的金屬組織變化。試樣尺寸一般不要過大， 應(yīng)便于握持和易磨制。一般取直徑10 15 毫米的圓柱體或每邊長10 15 毫米的立方體。比較小或形狀不規(guī)則的試樣， 在磨制、 拋光時(shí)很難握緊， 通常把這些線材、細(xì)小管材和薄片、 碎片以及不規(guī)則的小試樣嵌鑲成較大尺寸的試樣，以便于制作，方法如圖3：圖 3 金相試樣的嵌鑲方法2、磨制磨制是為了

14、得到平整的磨面，為拋光做準(zhǔn)備。一般磨制過程分為粗磨和細(xì)磨。（1）粗磨粗磨一般在砂輪機(jī)上進(jìn)行，對很軟的材料可用銼刀銼平。 砂輪粗磨應(yīng)利用砂輪的側(cè)面，并使試樣沿砂輪徑向作往復(fù)緩慢運(yùn)動(dòng)，施加壓力要適度、 均勻。在磨制過程中要不斷用水冷卻，以防由于溫度升高造成試樣部組織變化。最后將試樣倒角， 以免細(xì)磨及拋光時(shí)劃壞砂紙或拋光布，但對需要觀察表層組織的試樣， 圖 4 試樣磨面上磨痕變化示意圖不能倒角。.（2）細(xì)磨粗磨后的試樣表面仍有較深的磨痕，需進(jìn)行細(xì)磨， 以得到平整而光滑的磨面，為進(jìn)一步的拋光作好準(zhǔn)備，如圖所示為磨痕變化示意圖4：試樣有手工磨制和機(jī)械磨制兩種方法。手工磨光是用不同粗細(xì)粒度的金相砂紙由粗到

15、細(xì)逐次磨平。 金相砂紙的粗細(xì)粒度與編號(hào)方法有關(guān)，編號(hào)若用數(shù)字表示的，如 280、320、400、600、 800等等，則編號(hào)越大，則砂粒標(biāo)準(zhǔn)粒度直徑越?。蝗粲肕加一位或兩位數(shù)字表示的（如 M7、 M28），則數(shù)字越小，砂粒標(biāo)準(zhǔn)直徑越??；另一種編號(hào)方法采用1、 1/2 、 01、02、03、 04 等表示的砂粒度的直徑逐漸細(xì)小。手工磨制方法簡單，首先將砂紙平鋪在玻璃或金屬板上，一手將砂紙按住，一手將試樣磨面輕壓在砂紙上，并向前推行，進(jìn)行磨光，直到試樣磨面上僅留有一個(gè)方向的均勻磨痕為止。在試樣上所加的壓力要求均衡，磨面與砂紙必須完全接觸， 這樣才能使整個(gè)磨面均勻的進(jìn)行磨削，在磨光的回程中最好將試樣

16、提起拉回，不與砂紙接觸，這樣單程單向的反復(fù)進(jìn)行，直至舊的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致為止。在調(diào)換下一號(hào)更細(xì)砂紙時(shí)，應(yīng)將試樣上的磨屑和砂粒清除干凈，并轉(zhuǎn)動(dòng)90 度，即與上一道磨痕方向垂直。 為了加快磨制速度， 除手工磨制外， 還常將不同型號(hào)的砂紙粘附在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的帶有旋轉(zhuǎn)圓盤的預(yù)磨機(jī)上進(jìn)行機(jī)械磨制。用干砂紙時(shí)， 轉(zhuǎn)速應(yīng)低， 150 左右。用水砂紙時(shí)，轉(zhuǎn)速可以高些， 300 400rpm，因?yàn)樗凹堄辛魉疀_刷冷卻，試樣不受熱。磨光時(shí)用力輕而均勻。3、拋光拋光的目的在于去除細(xì)磨時(shí)產(chǎn)生的細(xì)微磨痕和變形層，以獲得光滑的鏡面。常用的拋光方祛有機(jī)械拋光、電解拋光和化學(xué)拋光三種，其中以機(jī)械拋光應(yīng)用最廣。機(jī)械拋

17、光是在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行。拋光機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)和拋光圓盤( 200-300mm)組成，拋光圓盤多用鑄銅、鑄鋁；少用鑄鐵，鑄鐵易銹。拋光盤轉(zhuǎn)速為200600rpm，不能太快，太快則拋光粉的浪費(fèi)大，操作者掌握不適當(dāng)，試樣表面易發(fā)熱而變灰暗。拋光盤上鋪以細(xì)帆布、呢絨、絲綢等。拋光時(shí)在拋光盤上不斷滴注拋光液。拋光液通常采用Al0 、 Mg0或23Cr2 03 等細(xì)粉末 ( 粒度約為 0.3l m)在水中的懸浮液 , 一般常用的濃度是一升水中5 10克Al 0 或10 15克Cr 0 。這些氧化物粒子很硬，在拋光時(shí)對于金屬的作用就好像磨料一樣，發(fā)2323生磨切作用。 機(jī)械拋光就是靠極細(xì)的拋光粉對磨面的機(jī)械

18、作用來消除磨痕而使其成為光滑的鏡面。拋光織物和磨料，可按不同要求選用。對于拋光織物的選用，鋼一般用細(xì)帆布、呢絨和絲絨；灰口鑄鐵為防止石墨脫落或曳尾，可用沒有絨毛的織物；鋁、鎂、銅等有色金屬可用細(xì)絲絨。對于磨料的選用，一般說，鋼、鑄鐵可用氧化鋁、氧化鉻及金剛石研磨膏，有色金屬等軟材料可用細(xì)粒度的氧化鎂。操作時(shí)將試樣磨面均勻地壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上，并沿盤的邊緣到中心不斷作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)試樣自身略加轉(zhuǎn)動(dòng)，以便試樣各部分拋光程度一致及避免曳尾現(xiàn)象的出現(xiàn)。 拋光后的試樣， 其磨面應(yīng)光亮無痕，且石墨或夾雜物等不應(yīng)拋掉或有曳尾現(xiàn)象。電解拋光是將試樣放在電解液中作為陽極，用不銹鋼板或鉛板作陰極，以直流電通過

19、電解液到陰極 （即樣品），這樣，試樣表面凸起部分被溶解而拋光。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是速度快，表面平滑光整， 無機(jī)械拋光時(shí)易出現(xiàn)的劃痕，不會(huì)有塑性變形。 缺點(diǎn)是對金屬材料化學(xué)性的不均勻性，顯微偏析明顯，拋光過程不易控制。化學(xué)拋光不需要應(yīng)用外電流，是將試樣侵入適當(dāng)?shù)膾伖庖褐羞M(jìn)行表面拋光的方法。拋光后的試樣應(yīng)用清水沖洗干凈，然后用酒精沖去殘留水滴，再用吹風(fēng)機(jī)吹干。4、侵蝕除觀察試樣中某些非金屬夾雜物或鑄鐵中的石墨等情況外，經(jīng)拋光后 （化學(xué)拋光除外） 的試樣必須用侵蝕劑進(jìn)行侵蝕，以清楚的顯示出其顯微組織，否則在顯微鏡下只能看到一片亮光。常用的侵蝕方法是化學(xué)侵蝕法。作用機(jī)理如下：.化學(xué)侵蝕是將拋光好的試樣磨面

20、在化學(xué)侵蝕劑中侵蝕或檫拭一定時(shí)間。對于純金屬和單相合金， 由于晶界原子排列不規(guī)則，缺陷及雜質(zhì)較多，具有較高的能量， 故晶界易被侵蝕而呈凹溝， 在顯微鏡下觀察時(shí)， 使光線在晶界處被漫反射而不能進(jìn)入物鏡，因此顯示出一條條黑色的晶界， 如圖 5（ a）所示。純金屬中由于各個(gè)晶粒的結(jié)晶位向各不相同， 因此化學(xué)性能也是各向異性， 因此有的晶粒受蝕快一些，就深一些；有的晶粒受蝕慢一些，就淺一些。光線從各個(gè)晶粒反射出來的情況也不是一樣， 結(jié)果在顯微鏡下各個(gè)晶粒的明暗程度便不一樣。對于兩相合金，由于兩個(gè)相的電極電位不同， 電極電位低的相成為陽極并被腐蝕凹下去， 當(dāng)光線照射到凹凸不平的試樣表面時(shí)，就能看圖 5單

21、相和兩相組織的顯示到不同的組成相，如圖5（ b）所示。5、觀察 試樣侵蝕后，應(yīng)立即用水沖洗，并用 沾酒精的棉花擦拭表面，除去水份再用棉花輕吸去表面酒精， 然后吹干即可在顯微鏡下觀察。侵蝕后的樣品應(yīng)保存在干燥器中，以防潮濕空氣的氧化。若有氧化，則應(yīng)重新磨制和侵蝕后才能觀察。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品3 實(shí)驗(yàn)容及結(jié)果繪出在顯微鏡下觀察到的金相顯微組織，標(biāo)明相應(yīng)的放大倍數(shù)，對照標(biāo)準(zhǔn)金相掛圖確定材料類型。并回答如下問題：（ 1）什么是金相顯微鏡的有效放大倍數(shù)？如何合理選用物鏡和目鏡？（ 2）利用金相顯微鏡觀察試樣時(shí)，為什么要調(diào)焦？如何保證調(diào)焦時(shí)物鏡不接觸試樣表面？（ 3）純鐵各晶

22、粒為什么顏色不同？（ 4）顯微鏡下看到的晶粒大小，是否反映其真實(shí)的晶粒大??？為什么？.焊接接頭金相組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察與分析焊縫的各種典型結(jié)晶形態(tài)；2、掌握碳鋼焊接接頭各區(qū)域的組織變化。二、實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)材料1、粗細(xì)金相砂紙2、平板玻璃3、碳鋼焊接接頭試塊4、金相顯微鏡5、吹風(fēng)機(jī)6、 4%硝酸酒精溶液、脫脂棉7、典型金相照片三、實(shí)驗(yàn)原理焊接過程中，焊接接頭各部分經(jīng)受了不同的熱循環(huán)，因而所得組織各異。組織的不同，導(dǎo)致機(jī)械性能的變化。 對焊接接頭進(jìn)行金相組織的觀察與分析， 是對接頭機(jī)械性能鑒定的不可缺少的環(huán)節(jié)。顯微觀察是借助于放大100 倍以上的光學(xué)金相顯微鏡或電子顯微鏡進(jìn)行觀察，分析焊縫

23、的結(jié)晶形態(tài)，焊接熱影響區(qū)金屬的組織變化，焊接接頭的微觀缺陷等。焊接接頭由焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)金屬組成。焊縫金屬的結(jié)晶形態(tài)與焊接熱影響區(qū)的組織變化，不僅與焊接熱循環(huán)有關(guān)，也和所用的焊接材料和被焊材 圖 1 焊縫金屬的交互結(jié)晶示意圖料有密切關(guān)系。1、 焊縫凝固時(shí)的結(jié)晶形態(tài)（ 1）焊縫的交互結(jié)晶熔化焊是通過加熱使被焊金屬的聯(lián)接處達(dá)到熔化狀態(tài)，焊縫金屬凝固后實(shí)現(xiàn)金屬的焊接。聯(lián)接處的母材和焊縫金屬具有交互結(jié)晶的特征，圖 1 為母材和焊縫金屬交互結(jié)晶示意圖。 由圖可見，焊縫金屬與聯(lián)接處母材具有共同的晶粒， 即熔池金屬的結(jié)晶是從熔合區(qū)母材的半熔化晶粒上開始向焊縫中心成長的。這種結(jié)晶形式稱為交互結(jié)晶或聯(lián)生結(jié)

24、晶。 當(dāng)晶體最易長大方向與散熱最快方向一致時(shí)， 晶體便優(yōu)先得到成長，有的晶體由于取向不利于成長，晶粒的成長會(huì)被遏止，這就是所謂選擇長大，并形成焊縫中的柱狀晶。（ 2）焊縫的結(jié)晶形態(tài)根據(jù)濃度過冷的結(jié)晶理論， 合金的結(jié)晶形態(tài)與溶質(zhì)的濃度C0、結(jié)晶速度 ( 或晶粒長大速度)R.4 (b).和溫度梯度G有關(guān)。圖2 為 C0、R 和 G對結(jié)晶形態(tài)的影響。由圖可見，當(dāng)結(jié)晶速度R 和溫度梯度G不變時(shí)，隨著金屬中溶質(zhì)濃度的提高，濃度過冷增加，從而使金屬的結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹В麪顦渲?，樹枝狀晶及等軸晶。當(dāng)合金成分一定時(shí)，結(jié)晶速度越快，濃度過冷越大，結(jié)晶形態(tài)由平面晶發(fā)展到胞狀晶樹枝狀晶，最后為等軸晶。當(dāng)

25、合金成分C0 和結(jié)晶速度R 一定時(shí)，隨著溫度梯度G 的升高，濃度過冷將減小，因而結(jié)晶形態(tài)會(huì)由等軸晶變?yōu)闃渲?，直至平面晶。隨著晶粒的成長，熔池中晶粒界面前的濃度過冷和溫度梯度也隨著發(fā)生變化。因而，熔池全部凝固以后，各處將會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)。在焊接熔池的熔化邊界上，溫度梯度G較大， 結(jié)晶速度 R 很小， 因此此處的濃度過冷最小，隨著焊接熔池的結(jié)晶，溫度梯度G由熔化的邊界處直到焊縫中心逐漸變小，熔池的結(jié)晶速度卻逐漸增大，焊縫中心處， 溫度梯度最小，結(jié)晶速度最大，故濃度過冷最大。由上述分析可知，焊縫中結(jié)晶形態(tài)的變化，由熔合區(qū)直到焊縫中心依次為：平面晶，胞狀晶，樹枝狀晶，等軸晶。在實(shí)際的焊縫金屬中，

26、由于被焊金屬的成分、板厚、接頭型式和熔池的散熱條件不同，一般不具有上述的全部結(jié)晶形態(tài)。 當(dāng)焊縫金屬成分不甚復(fù)雜時(shí)， 熔合區(qū)將出現(xiàn)平面晶或胞狀晶。焊縫的結(jié)晶形態(tài)除了受被焊金屬成分的影響外，還與焊接速度、焊接電流、板厚和接頭形式等工藝因素有關(guān)。（ 3）碳鋼焊接熱影響區(qū)金屬的組織變化以 20 號(hào)鋼為例，根據(jù)其焊接熱影響區(qū)金屬的組織特征， 可以分為四個(gè)區(qū)域( 如圖 3所示 )）熔合區(qū)緊鄰焊縫的母材與焊縫交界處的金屬稱為熔合區(qū)或半熔化區(qū)，焊接時(shí)，該區(qū)金屬處于局部熔化狀態(tài)， 加熱溫度在固液相溫度區(qū)間，在一般熔化焊的情況下， 此區(qū)僅有 23個(gè)晶粒的寬度，甚至在顯微鏡下也難以辯認(rèn)。熔合區(qū)化學(xué)成分不均勻，組織粗

27、大，往往是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織。它對焊接接頭的強(qiáng)度，塑性都有很大的影響。圖 3碳鋼焊接熱影響區(qū)分布特征其性能常常是焊接接頭中最差的。）粗晶區(qū)該區(qū)的加熱溫度圍為 11001350。由于受熱溫度很高，使奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重的長大現(xiàn)象，冷卻后得到晶粒粗大的過熱組織，故稱為過熱區(qū)。此區(qū)的塑性差，韌性低，硬度高。其組織為粗大的鐵素體和珠光體。在有的情況下， 如氣焊導(dǎo)熱條件較差時(shí)，甚至可獲得氏體組織。粗晶區(qū)的顯微組織見圖）細(xì)晶區(qū)此區(qū)加熱溫度在AC31100 之間。在加熱過程中，鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，即產(chǎn)生金屬的重結(jié)晶現(xiàn)象。由于加熱溫度稍高于 Ac3，奧氏體晶粒尚未長大，冷卻后將獲得均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體， 相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織， 故又稱為正火區(qū)或相變重結(jié)晶區(qū)。 該區(qū)的組織比退火 ( 或