金相實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、材料材料11 金相技術(shù)與材料組織分析金相技術(shù)與材料組織分析 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告PPT制作：制作：講解：講解：在以前的實(shí)驗(yàn)中，我們學(xué)習(xí)了。在以前的實(shí)驗(yàn)中，我們學(xué)習(xí)了。 金相樣品的制備 金相顯微鏡下組織顯示的觀察 鋼的熱處理典型組織與缺陷組織觀察實(shí)驗(yàn)名稱： 碳鋼成分工藝組織性能綜合分析班級： 材料11班 第二組指導(dǎo)老師： 報(bào)告日期： 2014年4月11日 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解碳鋼熱處理工藝操作。（2）學(xué)會使用馬氏體測量材料的硬度性能值。（3）利用數(shù)碼顯微鏡獲取金相組織圖像，掌握熱處理后鋼的 金相組織分析。（4）探討淬火溫度、淬火冷卻速度、回火溫度對45鋼和T12 鋼的組織和性能的影響。（5）鞏固課堂

2、教學(xué)所學(xué)相關(guān)知識，體會材料的成分工藝 組織性能之間關(guān)系實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）進(jìn)行45鋼和T12的淬火和回火實(shí)驗(yàn).（2）用洛氏硬度計(jì)測量試樣熱處理試驗(yàn)前后的硬度。（3）制備表1所列樣品的金相試樣，觀察并獲取其顯微組織圖像。（4）對照金相圖譜，分析探討本次試驗(yàn)可能得到的典型組織：片 狀珠光體、片狀馬氏體、板條狀馬氏體、回火馬氏體、回火 托氏體、回火索氏體等的金相特征。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其材料： （1）45鋼，T12試樣。（2 )砂紙、玻璃板、拋光 機(jī)等金相制樣設(shè)備， 金相試樣一套。（3）馬福電爐。（4）洛氏硬度計(jì)。（5）淬火水槽一只。（6）鐵絲、鉗子。（7）金相顯微鏡及數(shù)碼金相顯微鏡。材料編號熱處理工藝硬度 H

3、RC最終組織操作人員加熱溫度 冷卻方法回火溫度 處理前處理后 45號鋼1840空冷 2840油冷 3840水冷 4840水冷200 5840水冷400 6840水冷600 7740水冷 T128900空冷 9900水冷 10780水冷 11780水冷200 12780油冷 實(shí)驗(yàn)步驟： 按組每人領(lǐng)取已編好號碼的試樣一塊,扎好鐵絲。 全組人員由實(shí)驗(yàn)老師講解洛氏硬度計(jì)的使用，觀看示范并測 量試樣處理前的硬度。 按表中規(guī)定的條件對試樣進(jìn)行熱處理。 試樣經(jīng)處理后，必須用紗布磨去氧化皮，擦凈，然后在洛氏 硬度計(jì)上測硬度值。 進(jìn)行回火操作的同學(xué)，將正常淬火的試樣，測定淬火后的硬 度值，再按表中所指定的溫度回

4、火，保溫一小時，回火 后再測硬度值。 每位同學(xué)把自己測出的硬度數(shù)據(jù)填原始記錄的表格中。記下 本次試驗(yàn)的全部數(shù)據(jù)。 制備并觀察所處理樣品的金相顯微組織。采集圖像并打印。 小組討論注意事項(xiàng)：1、各試樣處理的加熱爐已預(yù)先開好，注意選用合適的加熱溫度。試樣加熱時，應(yīng)盡量靠近加熱電偶端點(diǎn)附近，以保證熱電偶測出的溫度盡量接近式樣溫度。開爐門放試樣時要停電。2、當(dāng)試樣顏色和爐膛顏色一致時，開始計(jì)算保溫時間，保溫10分鐘后，立即取出正火或淬火。淬火槽應(yīng)盡量靠近爐門，鉗子不許直接夾試樣，操作要迅速，并攪動試樣，否則有可能淬不硬。試樣出爐開爐門時也應(yīng)停電。45號鋼840度空冷1.本次試驗(yàn)前測得硬度為0，試驗(yàn)后測得

5、硬度為10HRC。2.處理后得到的組織是白色的鐵素體和黑色珠光體的混合物。3.鐵素體強(qiáng)度，硬度低，但是塑性好。而珠光體是鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物，細(xì)片狀滲碳體分布在鐵素體基體中，起了強(qiáng)化作用。4.正火的目的則是細(xì)化晶粒，使碳化物分布均勻，去除材料的內(nèi)應(yīng)力，增加材料的硬度。所以正火后的45號鋼硬度上升。5.由顯微圖片觀察知，正火時可能由于溫度過高的緣故，黑色的珠光體出現(xiàn)了一定程度的針片狀組織（魏氏組織），導(dǎo)致了整體的韌性偏低。45號鋼840度油冷 1.處理后，測得洛氏硬度值為36.2HRC（淬火前測得的硬度為0）；2.經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕后制備成金相樣品，在顯微鏡下觀察，放大400倍

6、下，可觀察到黑色的托氏體和白色的馬氏體；3.亞共析鋼淬火溫度是Ac3以上3050，淬火后可以得到均勻而細(xì)小的馬氏體組織。淬火馬氏體是碳溶于-Fe的過飽和固溶體，是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相，其形態(tài)取決于馬氏體中的含碳量。45號鋼為中碳鋼，得到板條狀和針葉狀的馬氏體混合組織，具有高的硬度和強(qiáng)度；托氏體在光學(xué)顯微鏡下無法分辨，只能看到黑色組織如墨菊狀。當(dāng)其析出量較少時，沿晶界分布呈黑色網(wǎng)狀包圍馬氏體，當(dāng)析出量較多時，則成大塊黑色晶粒狀。層片越細(xì)，則塑性變形的抗力越大及硬度越高，另一方面，塑性和韌性有所下降。4.綜合分析，油淬火碳鋼的硬度比之水淬火碳鋼要差，但比空氣中正火和無熱處理的碳鋼

7、要強(qiáng)，同時，伴隨塑韌性的下降。45號鋼840度水冷（王小林 2110201019）1.制成金相樣品并觀察金相組織為白色的馬氏體和黑色的托氏體的不平衡組織。托氏體是鐵素體與片狀滲碳體的機(jī)械混合物，沿晶界分布呈黑色網(wǎng)狀包圍馬氏體，占主體的是白色針狀馬氏體。2.未進(jìn)行熱處理時的硬度為0HRC，但經(jīng)熱處理后增加到了60.9 HRC，可見其硬度強(qiáng)度升高了，塑性變形的抗力變大，但另一方面，塑性及韌性有所下降。1. 淬火馬氏體硬度56.3HRC,200回火后硬度50.5HRC 室溫組織為回火馬氏體，形態(tài)為針狀和片狀馬氏體，但是比淬火馬氏體顏色深得多，且沒有殘余的奧氏體。2. 相比淬火馬氏體，回火后能夠降低和

8、消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂，而且能消除少量參與奧氏體，得到的低溫回火馬氏體具有較高的硬度（HRC58-64），相比淬火馬氏體略低一點(diǎn)，但是塑性和韌性大幅度提高，且具有高耐磨性。適用于各種工、模具以及要求其他要求硬而耐磨的工件。45號鋼840度水冷+200度回火45號鋼840度水冷+400度回火2.45號鋼含碳量0.45%，為亞共析鋼，常溫下組織組成物為鐵素體和珠光體。淬火時，將其加熱到Ac3以上3050（這里的加熱溫度是850），保溫10分鐘，然后在水中淬火，得到均勻而細(xì)小的馬氏體組織。3.相比淬火前，其硬度顯著上升，由0上升至61.1，相對而言，塑韌性下降。為了消除淬火后材料的殘余應(yīng)力，將材料在4

9、00下進(jìn)行回火處理，中溫回火得到回火托氏體，滲碳體顆粒很細(xì)小且均勻分布在基體上，很難用光學(xué)顯微鏡觀察到。4.回火后內(nèi)應(yīng)力大部分得到釋放，塑韌性得到提高，強(qiáng)硬度略下降，硬度由61.1降到44.0，具有很好的彈性，綜合力學(xué)性能較為優(yōu)越，常用來作為制作彈簧的材料。45號鋼840度水冷+600度回火 1.45鋼經(jīng)高溫淬火后再經(jīng)600度回火得到高溫索氏體高溫回火得到回火索氏體，它是由已再結(jié)晶的提速提與細(xì)粒狀滲碳體組成，600度高溫鐵素體發(fā)生明顯的再結(jié)晶，形成等軸鐵素體晶粒伺候滲碳體克里不斷變粗，提速提晶粒逐漸長大 ，在光學(xué)顯微鏡下放大500倍，可以看到已經(jīng)聚集長大了的滲碳體顆粒均勻分布在鐵素體基體上。2

10、.高溫回火后得到的索氏體具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，多用于結(jié)構(gòu)零件淬火后的回火，通常工業(yè)上降淬火+回火稱為調(diào)質(zhì)，隨著回火溫度上升，鋼的硬度，強(qiáng)度下降，塑韌性提高。3.高溫回火后，碳鋼組織原來較粗大的晶粒變得細(xì)密，回火同時也消除了淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，能有效防止工件開裂變形，材料脆性降低不容易發(fā)生斷裂所以更容易變形及塑韌性提高，組織綜合性能得到改善45號鋼740度水冷1.此試樣是7號試45號鋼在760加熱10分鐘，水中淬火得到的針狀馬氏體和鐵素體。2.45號鋼的含碳量是0.45%，屬于亞共析鋼，常溫下的組織為鐵素體和珠光體（正火處理）。760加熱后將工件在水中淬火得到不平衡組織M+F。淬火馬氏體是碳在

11、-Fe中的過飽和固溶體，由于碳含量為0.45%得到的馬氏體大部分是針狀，使鋼硬而脆，表現(xiàn)為硬度由0增大到43.9。3.由于其加熱溫度不足（Ac3）淬火組織中保留一部分原始組織的鐵素體，硬度沒有淬火溫度在Ac3以上30-50那么大。淬火使硬度上升的同時也是塑韌性相對下降。T12鋼900度空冷）1.組織構(gòu)成：珠光體+滲碳體（少量）2.形成原因：T12為過共析鋼，在900下正火后的組織主要為珠光體性能：硬度有所增加獲得比較均勻的組織和性能。3.處理前硬度為0，經(jīng)過正火處理后，硬度約為31.8（三次測量：31.6HRC、32.0、31.7HRC）處理后得到的組織主要為珠光體。珠光體是由鐵素體和滲碳體所

12、組成的機(jī)械混合物。4.我的試樣在用4%硝酸酒精腐蝕時時間稍長，出現(xiàn)了腐蝕過度的現(xiàn)象。 T12鋼900度水冷1.本次實(shí)驗(yàn)我選用的為9號試樣，T12（過共析鋼）加熱到900，保溫8-9分鐘后取出后立即淬火，經(jīng)過打磨處理后，測得洛氏硬度值為65.2HRC（淬火前測得的硬度為0），制備成金相樣品后，在顯微鏡下觀察，放大400倍下，可觀察到針狀馬氏體，還可觀察到一些黑色的晶界，但由于腐蝕不均勻，局部發(fā)亮，不能觀察到馬氏體，200倍放大倍數(shù)下，可觀察到少量黑色劃痕。2.過共析鋼淬火加熱溫度是Ac1+3050，這是因?yàn)樵谶@樣一個溫度范圍內(nèi)奧氏體較細(xì)并溶入足夠的碳，因此，淬火后可以得到細(xì)晶粒的馬氏體組織。3.

13、馬氏體是碳溶于-Fe的過飽和固溶體，是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相，其比容大于奧氏體，珠光體等組織，這是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因。900淬火后得到的針狀馬氏體由互成一定角度的針狀晶體組成，其單個晶體的立體形態(tài)呈雙凸透鏡裝，因每個馬氏體的厚度與徑向尺寸相比很小，所以粗略的說是片狀。因在金相磨面上觀察到的通常都是馬氏體片成一定角度的截面，呈針狀，故稱針狀馬氏體。這種馬氏體主要產(chǎn)生于高碳鋼的淬火組織中。4.馬氏體具有高的硬度和強(qiáng)度，這是馬氏體的主要性能特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于含碳量，而塑性和韌性主要取決于組織。板條狀馬氏體具有較高硬度，較高強(qiáng)度與較好塑性和韌性相配合的良好的

14、綜合力學(xué)性能。針片狀馬氏體具有比板條狀馬氏體更高的硬度，但脆性較大，塑韌性較差。T12鋼780度水冷 1.本次實(shí)驗(yàn)我選用的是10號試樣，T12 鋼加熱到780，十分鐘左右后去除立即在水中淬火，經(jīng)過打磨處理后，測得洛氏硬度為65.8 HRC （淬火前硬度為0）；2.經(jīng)過粗磨、細(xì)磨、拋光、腐蝕后制備成金相樣品，在顯微鏡下觀察，放大400倍下可觀察到組織圖像為針狀馬氏體和二次滲碳體。3.由鐵碳相圖知，780下T12鋼處于奧氏體與滲碳體兩相區(qū)，在這個溫度并沒有完全奧氏體化，滲碳體也未溶解完全，淬火（水冷）條件下，奧氏體在極大過冷度的情況下快速冷卻，鐵，碳原子失去擴(kuò)散能力，隨后析出的滲碳體會依附未溶的顆

15、粒繼續(xù)長大成明顯的顆粒聚集體，同時奧氏體晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榛兌群芨叩鸟R氏體，這時形成的馬氏體組織含碳量就是1.2%。4.由于馬氏體晶格畸變嚴(yán)重，含碳量較高，所以試樣的韌性很低，硬度很高，但顆粒狀的滲碳體也增加了它的耐磨性。但是它的塑韌性有待提高，就需要在隨后進(jìn)行回火處理，這必然會導(dǎo)致犧牲部分強(qiáng)度。T12鋼780度水冷+200度回火）1.組織構(gòu)成：回火馬氏體滲碳體2.形成原因：T12在780下淬火后的組織為馬氏體和二次滲碳體（分布在馬氏體基體內(nèi)成顆粒狀），在經(jīng)過200回火后，片狀馬氏體馬氏體分解得到極細(xì)的過渡型碳化物與過飽和（含碳較低）的回火馬氏體3.性能：有較好的硬度和耐腐蝕性，脆性和淬火應(yīng)力會有所

16、下降組織與性能間的關(guān)系：淬火后得到的組織由于有二次滲碳體的顆粒存在，會顯著提高鋼的耐磨性和硬度經(jīng)過回火后得到的回火馬氏體比馬氏體更加細(xì)小，因而會使鋼的脆性和淬火應(yīng)力下降，而保持了良好的硬度和耐磨性T12鋼780度油冷1.T12鋼熱處理前室溫平衡組織是二次滲碳體+珠光體，碳的含量為1.15%1.24%，屬于過共析鋼。2.在780加熱爐中，T12鋼的組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體+二次滲碳體，保溫后放入油中冷卻，這樣可以細(xì)化組織形成馬氏體。由于馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體，具有體心立方結(jié)構(gòu)，大量碳原子的過飽和造成原子排列發(fā)生畸變，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，因此馬氏體具有高的硬度和強(qiáng)度，使得淬火處理后適當(dāng)提高T12鋼

17、的硬度和強(qiáng)度。材料熱處理工藝硬度 HRC最終組織加熱溫度 冷卻方法回火溫度 處理前處理后 45號鋼840空冷 010鐵素體+珠光體840油冷 036.2黑色的托氏體和白色的馬氏體840水冷 060.9黑色的托氏體和白色的馬氏體840水冷200056.3/50.5回火馬氏體840水冷400061.1/44.0回火托氏體840水冷600049.1/26.8回火索氏體740水冷 043.9針狀馬氏體和鐵素體 T12900空冷 031.8珠光體+滲碳體（少量）900水冷 065.2細(xì)晶粒的馬氏體組織780水冷 065.8針狀馬氏體和二次滲碳體780水冷200066/65.5回火馬氏體滲碳體780油冷

18、043.3馬氏體+滲碳體1、為什么淬火處理后的硬度值比正火處理后的高？ 答：因?yàn)榇慊鹄鋮s速度比正火冷卻速度快，由過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖像可知淬火后得到的是馬氏體組織，而正火后得到的組織主要是珠光體。馬氏體比珠光體晶粒度細(xì)晶界面多，使得晶體的位錯滑移阻力增大，從而硬度提高。2、在相同的熱處理狀態(tài)下不同的材料成分對鋼的硬度的影響？ 答：鋼的硬度與鋼的含碳量有關(guān)。45鋼是亞共析鋼，熱處理后室溫下的組織為鐵素體和珠光體，而T12鋼為過共析鋼，熱處理后室溫下的組織為珠光體和滲碳體。滲碳體是脆硬相硬度比鐵素體高，所以在相同的熱處理狀態(tài)下T12的硬度比45鋼高。 3.水淬和油淬有什么不同？ 答：清水，鹽水屬于冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)。油屬于冷卻能力較弱的介質(zhì)。主要是該鋼的冷卻曲線，鋼種選擇油淬還是水淬，一般碳鋼都左上移，對于油來說不能滿足v臨速度的要求，會產(chǎn)生其他類型的相變。所以要用水冷卻。但也不能一概而論，如工件較小適當(dāng)提高加熱溫度 ，加強(qiáng)油的流動性。也能淬到較高的硬度。從普遍意義來講，碳素鋼由于淬透性較差，為獲得較高的機(jī)械性能，一般需選用冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)。所以通常選用水或鹽水。而合金鋼由于合金元素（除鈷外）的加入提高了奧氏體的穩(wěn)定性，可選用冷卻能力較弱的介質(zhì)（油） 4.鋼鐵回火的優(yōu)點(diǎn)？ 答：回火后內(nèi)應(yīng)力大部分得到