隨著科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展，金相顯微鏡不論在結(jié)構(gòu)上，還是光學(xué)系統(tǒng)上都有很大的改進和提高，對彈簧產(chǎn)品材料要求具有良好的淬透性，以保證整個截面的芯部在淬火后、回火前獲得約85%的馬氏體組織，而對于直徑超過15mm的彈簧產(chǎn)品為保證良好的淬透性，尤其重要。為此，金相檢驗在彈簧行業(yè)得到快速發(fā)展。金相檢驗不僅是借助于金相顯微鏡來研究金屬材料的內(nèi)部組織，而且還通過肉眼或低倍放大鏡下進行宏觀檢驗。
以前金相樣品多采用機械拋光法制備，但隨著金相檢驗技術(shù)的快速發(fā)展，電解拋光法制備金相樣品已突顯出不可比擬的優(yōu)勢，且國外早已廣泛應(yīng)用該技術(shù)。電解拋光不僅可使材料表面平整明亮，還有其他好處。如表面應(yīng)力降低，除去表面碳和氧化物，降低摩擦等；有必要修訂GB/T 13298-1991《金屬顯微組織檢驗方法》，納入該技術(shù)。
據(jù)了解，新修訂的GB/T 13298-201X《金屬顯微組織檢驗方法》標(biāo)準(zhǔn)將適用于金相樣品的電解拋光。主要技術(shù)內(nèi)容包括：電解拋光的特點及應(yīng)用；一些常用電解拋光液的工作使用條件、安全防護措施、電解拋光常見問題及改進方法；電解拋光裝置的使用及規(guī)定；試驗方法和檢驗規(guī)則。
每一個相對應(yīng)的彈簧產(chǎn)品的性能、化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系，一般來說：隨著晶粒尺寸的減小，材料的強度和硬度提高；隨著夾雜物含量的增加，材料的韌性趨于降低；具有各向異性的晶粒的力學(xué)性能與晶粒的擇優(yōu)取向有關(guān)。因此，金相組織鑒別、晶粒度和夾雜物評定等常用的金相檢驗手段成了材料工藝控制、質(zhì)量保證和失效分析的重要工具。下面對彈簧常用金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)解讀應(yīng)用簡述如下。
2、鋼材的宏觀檢驗
鋼在冶煉或熱加工過程中，由于某些因素（例如非金屬夾雜物、氣體以及工藝選擇或操作不當(dāng)?shù)龋┰斐傻挠绊?，致使鋼的?nèi)部或表面產(chǎn)生缺陷，從而嚴(yán)重地影響材料或產(chǎn)品的質(zhì)量，有時還將導(dǎo)致材料或產(chǎn)品報廢。鋼材中疏松、氣泡、縮孔殘余、非金屬夾雜物、偏析、白點、裂紋以及各種不正常的斷口缺陷等，均可以通過宏觀檢驗來發(fā)現(xiàn)。宏觀檢驗通常有硫印試驗、酸蝕試驗、塔形試驗、斷口檢驗等，在生產(chǎn)檢驗中，可根據(jù)檢驗的要求來選擇適當(dāng)?shù)暮暧^檢驗方法。
2．1酸蝕試驗
酸蝕試驗是顯示鋼鐵材料低倍組織的試驗方法，試驗方法按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T226-1991《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》進行，這種方法設(shè)備簡單，操作方便，能清楚地顯示鋼鐵材料中存在的各種缺陷，例如：裂紋、夾雜、疏松、偏析以及氣泡等。
酸蝕試驗是利用酸液對鋼鐵材料各部分侵蝕的不同，從而清晰地顯示出彈簧材料的低倍組織及缺陷。根據(jù)低倍組織的分布以及缺陷存在的情況，可以知道鋼材的冶金質(zhì)量，通過推斷缺陷的產(chǎn)生原因，在工藝上采取可行的措施，以達到提高產(chǎn)品品質(zhì)的目的。
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢驗鋼的低倍組織及缺陷的熱、冷酸浸蝕法和電腐蝕法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼的低倍組織及缺陷的檢驗。仲裁檢驗時，若技術(shù)條件無特殊規(guī)定，以熱酸浸蝕法為準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已實施20年了，鋼的低倍酸蝕法及酸蝕液都有很大的更新。目前我國正在爭取將電腐蝕法納入到ISO標(biāo)準(zhǔn)中，有必要對GB/T226標(biāo)準(zhǔn)進行修訂，并為修訂ISO 4969:1980提供技術(shù)支撐。
鋼的低倍組織及缺陷評定范圍及評定規(guī)則可按GB/T1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼鋼材（鍛、軋坯）橫截面試樣的缺陷評定。該評級圖有6套，分別適用于規(guī)定不同尺寸鋼材的低倍組織和缺陷。鋼中常見的宏觀缺陷①一般疏松；②中心疏松；③錠型偏析；④中心偏析；⑤皮下氣泡；⑥內(nèi)部氣泡等等。
評定各類缺陷時,以標(biāo)準(zhǔn)附錄所列圖片為準(zhǔn)，評定時各類缺陷以目測可見為限，為了確定缺陷的類別，允許使用不大于10X的放大鏡。當(dāng)其輕重程度介于相鄰兩級之間時，可評半級。對于不要求評定級別的缺陷，只判定缺陷類別。
2．2其他
斷口檢驗（GB/T1814-1979《鋼材斷口檢驗法》）、硫印試驗（GB/T4236-1984《鋼的硫印檢驗方法》）、塔形試驗（GB/T15711-1995《鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗方法》）等，也是鋼材的宏觀檢驗技術(shù)。近年來，由于我國鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進步，鋼材在冶煉或熱加工過程中的控制能力提高，鋼的內(nèi)部或表面產(chǎn)生缺陷越來越少，為了減少檢驗費用，在彈簧行業(yè)多數(shù)企業(yè)不再進行此3類項目檢查。本文不在贅述。
3、鋼的顯微組織評定
3．1鋼中非金屬夾雜物
GB/T10561-2005《鋼材中非金屬夾雜物含量的測定標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》規(guī)定了利用標(biāo)準(zhǔn)評級圖譜評定，壓縮比大于或等于3倍的軋制或鍛制鋼材中的非金屬夾雜物的顯微評定方法，檢驗方法的選取及結(jié)果表示和試驗報告等。一般鋼中非金屬夾雜物采用標(biāo)準(zhǔn)中的ISO評級別圖譜進行測定。標(biāo)準(zhǔn)的附錄A列出了ISO標(biāo)準(zhǔn)評級別圖譜，這些評級圖片相當(dāng)于100倍下縱向拋光面上的面積為0.5mm2的正方形視場。根據(jù)夾雜物的形態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)圖譜分為A、B、C、D和DS五大類。標(biāo)準(zhǔn)等效采用ISO4967：1998（E）《鋼材中非金屬夾雜物含量測定--標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》。
非金屬夾雜物的取樣要有代表性，如果取樣不合理，就有可能造成非金屬夾雜物的漏檢。
為了保證檢驗面的平整，避免試樣邊緣出現(xiàn)圓角，可用夾具或鑲嵌的辦法加以保護。夾雜物試樣應(yīng)經(jīng)過砂輪打平、粗磨、細磨（金相砂紙）；試樣拋光時，注意防止夾雜物剝落、變形和拋光面被污染，可選用合適的拋光劑和拋光工藝，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范。在顯微鏡100X下看到的是一個無劃痕、無污物的鏡面。
3．2金屬平均晶粒度
GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》規(guī)定了金屬組織的平均晶粒度表示及評定方法。本方法主要適用于單相晶粒組織，但經(jīng)具體規(guī)定后也適用于多相或多組元的試樣中特定類型的晶粒平均尺寸的測量。
標(biāo)準(zhǔn)中使用晶粒面積、晶粒直徑、截線長度的單峰分布來測量試樣的平均晶粒度。這些分布近似正態(tài)分布。測量方法僅適用于平均晶粒度的測量，不適用于試樣三維晶粒度的測量，即立體晶粒的測量。
晶粒度是指晶粒大小的量度，通常使用長度、面積或體積來表示不同方法的評定或測量晶粒大小。而使用晶粒度級別數(shù)表示的晶粒度與測量方法和計量單位無關(guān)。晶粒度的測量方法常用比較法、面積法、截點法。實際測量的放大倍數(shù)下晶粒度級別評定的規(guī)定按照GB/T6394-2002標(biāo)準(zhǔn)。
真正影響鋼材使用的是鋼的奧氏體的實際晶粒度，而不是“本質(zhì)晶粒度”。晶粒度是奧氏體化溫度和時間的函數(shù)，評定的不是在某任意規(guī)定溫度下的晶粒大小，而是在熱處理中實際執(zhí)行奧氏體化的條件下晶粒的大小，這就是常規(guī)的“奧氏體晶粒度”。通過適當(dāng)?shù)娘@示方法將晶粒顯現(xiàn)出來，視晶粒分布情況與狀態(tài)采用相應(yīng)的測量方法，美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)就設(shè)有一系列測量方法的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行的GB/T6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》就是參照美國ASTM E112制定的；與即將發(fā)行的GB/T××××《測定金相試面上最大晶粒（ALA晶粒度）的試驗方法》和GB/T ××××《表征雙重晶粒度標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》（參照ASTM E930和ASTM E1181制定的，也已經(jīng)國內(nèi)有關(guān)單位制定或轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)，并通過審定，有待發(fā)布實施），將組成完整晶粒度測量標(biāo)準(zhǔn)系列。
3．3游離石墨碳的檢驗
彈簧鋼中含碳量較高，而且有些合金彈簧鋼含硅量也較高，硅是促使石墨化的元素，在多次退火過程中可能發(fā)生石墨化現(xiàn)象。鋼中一旦析出石墨碳，就如同非金屬夾雜物一樣,割裂了金屬基體，嚴(yán)重破壞了材料的性能，例如抗拉強度、屈服強度、淬火硬度對彈簧的疲勞壽命等均有不利的影響。且疲勞裂紋源又往往產(chǎn)生于游離石墨處，所以石墨化是一種缺陷，鋼的石墨化愈嚴(yán)重，其對性能的影響程度越加劇。石墨碳的檢驗按照GB/T13302-1991《鋼材中石墨碳顯微評定方法》標(biāo)準(zhǔn)進行，試樣應(yīng)在交貨狀態(tài)的鋼材上切取，檢測面為垂直鋼材軸線的橫截面。石墨碳有絮狀和條片狀兩類，金相檢驗時，絮狀石墨碳從形態(tài)上容易與在制樣過程的拋光凹坑相混淆，應(yīng)該特別注意。如試樣用4%硝酸酒精溶液輕浸蝕，游離石墨碳周圍是貧碳區(qū)，往往是鐵素體組織，這樣可以將石墨碳與制樣凹坑區(qū)別開來。
3．4鋼的脫碳層深度
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測定法》適用于測定原材料及其螺栓成品的脫碳層深度。脫碳層深度測定可分為金相法、硬度法和化學(xué)分析法三種。
3．4．1金相法
金相法是在光學(xué)顯微鏡下觀察試樣從表面到心部隨著碳含量的變化而產(chǎn)生的組織變化。
?、僭嚇拥倪x取與制備
截取試樣時不能使檢測面受熱而發(fā)生變化。試樣邊緣不得倒圓、卷邊，試樣應(yīng)該鑲嵌或固定在加持器內(nèi)。用硝酸酒精進行腐蝕，以顯示鋼的組織結(jié)構(gòu)。
?、诿撎紝拥臏y定
總脫碳層的測定—-在中碳鋼、高碳鋼中是以鐵素體與珠光體或滲碳體等組織組成的相對量變化來區(qū)分的。借助于測微目鏡或直接在顯微鏡毛玻璃屏上測量從表面到其組織和基體組織已無區(qū)別的那一點距離。對每一試樣，在最深的均勻脫碳區(qū)一個視場內(nèi)，應(yīng)隨機進行幾次測量（至少需5次），以這些測量值的平均值作為總脫碳層深度。
全脫碳層的測定---全脫碳層是指試樣表面脫碳后得到的全鐵素體組織，因此，測量時應(yīng)從表面測至有滲碳體或有珠光體出現(xiàn)的那一點，或測量產(chǎn)生全鐵素體組織的深度為全脫碳層深度。
3．4．2硬度法
硬度法測脫碳層分為顯微硬度法和洛氏硬度法。
?、亠@微硬度法
顯微硬度法僅用 300g負荷顯微維氏硬度計，測量應(yīng)在材料的橫截面邊緣線上,第2點的維氏硬度值應(yīng)等于或大于第1點硬度值減去30個維氏硬度單位.若低于30個維氏硬度單位,則可計算為脫碳層深度。
?、诼迨嫌捕确?/span>
用洛氏硬度計測定時，直接在試樣的表面上測定。洛氏硬度法根據(jù)GB/T230.1-2009測定洛氏硬度值HRC，只用于判定產(chǎn)品是否合格。
3．4．3測定碳含量法
?、?化學(xué)分析法
用化學(xué)分析法測定逐層剝?nèi)〉慕饘傩嫉暮剂?，以確定脫碳層深度。逐層剝?nèi)∶恳粚拥纳疃葹?.1mm厚。亦可用光譜分析的方法測定逐層碳含量，直到和心部基體含碳量相同的位置，此位置到表面的垂直距離即為總脫碳層深度。
② 光譜分析法
將平面試樣逐層磨削,每層間隔0.1mm，在每一層上進行碳的光譜測定。只適用于具有合適尺寸的平面試樣。
4、彈簧產(chǎn)品的金相檢驗
普通常用的彈簧材料是碳素彈簧鋼或低合金彈簧鋼，含碳量在0.55%-0.75%范圍，常加入Si、Mn、Cr、V等合金元素，Cr和Mn主要是提高淬透性，Si提高彈性極限，V提高淬透性和細化晶粒。常用的材料有60、70、65Mn、60Si2Mn、50CrVA等等。
彈簧是利用其彈性變形來吸收和釋放外力，要求成品具有高的彈性極限，較高的屈強比，高的疲勞強度和足夠的塑性及韌性。一般淬火溫度控制在Ac3+（30～50℃）回火溫度控制在400～500℃在實際生產(chǎn)中，奧氏體晶粒的長大通常是由于淬火過熱引起的，雖然正?；鼗鹛幚?，鋼的強度影響不明顯，但塑性及韌性大大降低，以致影響彈簧的正常使用。因此，金相檢驗時可根據(jù)實際情況適當(dāng)掌握馬氏體組織的合格界限。根據(jù)日常生產(chǎn)經(jīng)驗，硅錳鋼彈簧淬火后馬氏體組織為細馬氏體或較細馬氏體，參考JB/T9211-2008標(biāo)準(zhǔn)1-4級馬氏體合格。其奧氏體晶粒應(yīng)小于5級，大于5級晶粒度的馬氏體組織為較粗馬氏體或粗大馬氏體。檢驗淬火馬氏體時，用3%硝酸酒精溶液侵蝕，在500X進行觀察及評定。
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