ASTM显微组织的带状或方向性程度评定标准简介

杨  力

(上海材料研究所，上海200437)

摘  要：介绍了ASTME1268-2001标准对显微组织的带状或方向性程度的评定方法---定性和定量描述。

关键词：ASTM标准；显微组织；带状或方向性

1  引言

金属材料的带状组织和方向性是金属材料在冷热压力加工和热处理时由于元素偏析而产生的。材料显微组织出现带状或方向性，表现在力学、耐蚀等性能上有明显的方向性，即纤维性表现。因此在这些材料的力学性能验收技术标准中规定了取样方向，以保证材料的最低性能指标，同时示出了对显微组织的带状或方向性评定标准。

低碳钢和低碳合金钢板经热轧缓冷后常出现铁素体珠光体相间的带状显微组织。共析或过共析钢在热处理时常有严重的元素偏析形成碳化物偏析带和共晶碳化物。国标对这些带状或方向性的评定有不同的标准。如评定低碳、中碳钢中的带状组织的标准有GB/T13299-1991钢的显微组织评定方法，其根据含碳量不同分为3个系列，6个级别；评定碳化物偏析带的标准为GB/T18254-2002高碳铬轴承钢!；而共晶碳化物不均匀度的评定根据GB/T1299-2000合金工具钢!标准的要求，使用GB/T14979-1994钢的共晶碳化物不均匀度评级法!，该标准共采用六套评级图，使用时依据钢的类别及规格分别选用。但采用上述国家标准进行带状评定是对照标准图片利用比较法评定的，因此存在许多人为因素。

ASTME1268-2001标准对显微组织的带状或方向性的性质进行了定性的描述，并详细介绍了利用体视学方法(体视学的方法就是通过二维截面的测量来推断或表述三维显微结构特征的方法)对显微组织的带状或方向性的程度的定量描述。结合图像分析仪可以方便的测量出相应的参数，若配以专门的分析软件，就可以自动完成显微组织的带状或方向性程度定量分析。由于含碳量(0.10%～0.65%)的合金钢，在淬火情况下会出现的碳元素偏析，导致组织间显微硬度的差异，ASTME1268-2001标准也介绍了如何利用显微硬度法测量热处理钢偏析带之间的硬度差别。

2  显微组织带状或方向性的定性分类

ASTME1268-2001标准中对显微组织带状或方向性分类如下。

(1)对于单一相其带状分为分散带状、窄带、宽带和混合带。

(2)对于两相或更多相，根据其方向性和带状分别分类，结果示于图1。

图1  带状或方向性显微组织定性分类示意图

3  显微组织带状或方向性的定量计算

图2为测试线截取的特征物数(N)和与特征物交点数(P)的示意图。N和P的计数规则如下。

       (a)                                                (b)

图2  测试线截取显微组织的特征物数(N)和测试线与特征物交点数(P)示意图

(1)计算测试网格线所截取的特征物的数目N。

(2)计算测试网格线与特征物的交点数目P。

(3)如果测试网格线穿过两个或更多的连在一起的特征物，将它们视为一个特征物如图2b，N=1，P=2。

(4)当测试线与特征物相切如图2中T指处，则N=1/2，P=1。

(5)当测试线末端在特征物内如图2中E指处，则N=1/2，P=1。

(6)当测试线完全在特征物内时，N=1/2，P=0.

4  试样的截取与制备

(1)截取的试样面应该是平行于形变方向的(纵向)整个截面，如果整个截面尺寸过大，局部样品的截取应有代表性，如在次表面或1/2半径处或中心处截取。如金相试样的抛光面是整个截面，截面长度沿形变方向至少10mm；如试样的抛光面不是被检样品的整个截面，那么抛光面最小面积为100mm²，试样的长度至少10mm。

(2)试样的制备参见ASTME3。

(3)检测带状的纵向试样应平行于形变方向，其检测面与形变方向的偏离角度超过5#将影响测量结果的准确性。

(4)显微组织的带状或方向性的程度随试样的截面位置不同而不同，因此带状评级一定要注明评定的位置。

5  分析过程及结果描述

5.1  定性分析

显微组织的带状或方向性的性质和程度的定性分析，应依据图1所描述的分类方法，在能够分辨清组成分类所需的高倍率下检测。

结果表述，根据类型描述第二相组织形貌分布。例如，各向同性、接近各向同性、部分带状、部分方向性、分散带、窄带、宽带、宽窄混合带和完全方向性等等。

5.2  定量分析

5.2.1  测试

随机放置测试网格线于图像或显微照片上。测试线与形变方向保持垂直或平行，偏离的角度不能超过5º否则将影响测量结果的准确性。

选择测量相时，如果两相都是带状，没有基体相，选择其中一个相计数。一般情况下，选择数量少的带状相计数。

根据图2和记数规则测量N_⊥，N_Ⅱ，P_⊥和P_Ⅱ，然后根据式(1)～(4)计算出单位长度的N_L⊥，N_LⅡ，P_L⊥和P_LⅡ。

式中􀀂 N_⊥--垂直于形变方向的网格测试线所截取的特征物数目

􀀂􀀂􀀂 N_Ⅱ--平行于形变方向的网格测试线所截取的特征物数目

Lt--实际测试线长度，mm

􀀂􀀂􀀂 N_L⊥--垂直于形变方向单位长度测试线所截取的特征物数目，No/mm

􀀂􀀂􀀂 N_LⅡ--平行于形变方向单位长度测试线所截取的特征物数目，No/mm

􀀂􀀂􀀂 P_⊥--垂直于形变方向得测试线所截取的特征物交点数目

􀀂􀀂􀀂 P_Ⅱ--平行于形变方向得测试线所截取的特征物交点数目

􀀂􀀂􀀂 P_L⊥--垂直于形变方向单位长度测试线所截取的特征物交点数目，No/mm

􀀂􀀂􀀂 P_LⅡ--平行于形变方向单位长度测试线所截取的特征物交点数目，No/mm

5.2.2  计算结果

t为与检验视场相关的数，同标准偏差共同决定95%的置信区间(见表1)。

5.3  硬度试验

对于合金钢出现元素偏析的热处理组织使用努普型(Knoop)硬度压头进行测量，根据带宽选择载荷，以确保压痕在所选择的带内，一般使用500g载荷。每条带至少测量五点取平均值，根据ASTMA370标准换算成HRC值，计算带状处的硬度与基体的硬度的差值作为最后评定级别。

5.4  结果表示

图3  AISI9310合金钢的显微组织

图3为AISI9310合金钢的显微组织，白色带状为马氏体，基体为贝氏体，根据上述定量分析和硬度试验方法进行马氏体的带状或方向性的测试并计算，其结果示于表2和表3。