鐵碳合金顯微組織的觀察及分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、精品文檔實(shí)驗(yàn)六鐵碳合金顯微組織的觀察及分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 碳鋼非平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：普通實(shí)驗(yàn)所屬課程名稱：金屬材料與熱處理實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）觀察碳鋼經(jīng)不同熱處理后的基本組織。（2）了解熱處理工藝對(duì)鋼組織和性能的影響。（3） 熟悉碳鋼幾種曲型熱處理組織一一 M、T、S、M回火、S回火等組織的形態(tài) 及特征。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求碳鋼經(jīng)退火、正火可得到平衡或接近平衡組織；經(jīng)淬火得到的是不平衡組織。鐵碳合金緩冷后的顯微組織基本上與鐵碳相圖所預(yù)料的各種平衡組織相符合， 但 在快冷條件下的顯微組織就不能用鐵碳合金相圖來加以分析， 而應(yīng)由過冷奧氏體 等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）來確定。圖1-1為

2、共析碳鋼的C曲線圖。圖1-1共析鋼的C曲線鐵碳相圖能說明慢冷時(shí)合金的結(jié)晶過程和室溫下的組織以及相的相對(duì)量， C 曲線則能說明一定成分的鋼在不同冷卻條件下所得到的組織。 C曲線適用于等溫 冷卻條件；而CCT曲線（奧氏體連續(xù)冷卻曲線）適用于連續(xù)冷卻條件。按照不同的冷卻條件，過冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn) 變。通過金相顯微鏡觀察，可看出過冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。1 共析鋼等溫冷卻時(shí)的顯微組織共析鋼過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變的組織及性能列于表1-1中。2 共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的顯微組織共析鋼奧氏體，在慢冷時(shí)（相當(dāng)于爐冷，見圖1-1的vi）應(yīng)得到100%珠光體；當(dāng)冷卻速度增大

3、到V2時(shí)（相當(dāng)于空冷），得到的是較細(xì)的珠光體，即索氏體 或屈氏體；當(dāng)冷卻速度增大到 V3時(shí)（相當(dāng)于油冷），得到的為屈氏體和馬氏體； 當(dāng)冷卻速度增大到V4、V5 （相當(dāng)于水冷），很大的過冷度使奧氏體驟冷到馬氏體 轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)（Ms）后，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變馬馬氏體。其中與 C曲線鼻尖相切的冷卻速度 （V4）稱為淬火的臨界冷卻速度。3 亞共析鋼和過共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的顯微組織亞共析鋼的C曲線與共析鋼相比，只是在其上部多了一條鐵素體先析出線， 見圖1-2所示。當(dāng)奧氏體緩冷時(shí)（相當(dāng)于爐冷，如圖1-2的V1 ）轉(zhuǎn)變產(chǎn)物接近平衡組織，即 珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，即 V3 >V2 >V1時(shí)，奧氏體的

4、過冷度逐漸 增大，析出的鐵素體越來越少，而珠光體的量逐漸增加，組織變得更細(xì)，此時(shí)析 出的少量鐵素體多分布在晶粒的邊界上。圖1-2亞共析鋼的C曲線表1-1轉(zhuǎn)變類組織名形成顯微組織特征硬度型稱溫度 范圍廠C(HRC)珠光體 型相變珠光體（P）>650在400500X金相顯微鏡下可以觀 察到鐵素體和滲碳體的片層狀組織20 (HB180 200)索氏體（S）600650在8001000X以上的顯微鏡下才能 分清片層狀特征，在低倍下片層模 糊不清。2535屈氏體（T）550600用光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)呈黑色團(tuán)狀組 織，只有在電子顯微鏡500015000X下才能看出片層狀。3540貝氏體 型相變上貝氏

5、體（B 上）350550在金相顯微鏡卜呈暗灰色的羽毛狀 特征4048上貝氏 體（B下）230350在金相顯微鏡下呈黑色針葉狀特 征。4858馬氏體 型相變馬氏體（M）<230在正常淬火溫度下呈細(xì)針狀馬氏 體，過熱淬火時(shí)則呈粗大片狀馬氏 體。60654.各組織的顯微特征（1）索氏體（S）是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，其片層比珠光體更細(xì) 密，在高倍（700倍以上）顯微放大時(shí)才能分辨。（2）屈氏體（T）也是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，片層比索氏體還細(xì)密，在一般光學(xué)顯微鏡下也無法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色形態(tài)。當(dāng)其少量 析出時(shí)，沿晶界分布，呈黑色網(wǎng)狀，包圍著馬氏體；當(dāng)析出量較多時(shí)，呈大塊黑 色

6、團(tuán)狀，只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層（見圖1-3）。（3）貝氏體（B）為奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，它也是鐵素體與滲碳體的兩 相混合物。在顯微形態(tài)上，主要有三種形態(tài)；A .上貝氏體是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續(xù)分布的滲碳體所組 成的非層狀組織（見圖1-4）。B.下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的兩相混合物組織。它比淬 火馬氏體易受浸蝕，在顯微鏡下黑色針狀（見圖1-5）。在電鏡下可以見到，在片 狀鐵素體基體中分布有很細(xì)的碳化物片，它們大致與鐵素體片的長(zhǎng)軸成5560° 的角度。C.粒狀貝氏體是最近十幾年才被確認(rèn)的組織。在低、中碳合金鋼中，特別 是連續(xù)冷卻時(shí)（如正火、熱軋空冷

7、或焊接熱影響區(qū)）往往容易出現(xiàn)，在等溫冷卻 時(shí)也可能形成。它的溫度范圍大致在上貝氏體轉(zhuǎn)變漸度區(qū)的上部，由鐵素體和它所包圍的小島狀組織所組成。（4）馬氏體（M ）是碳在a Fe的過飽和固溶體。以馬氏體的形態(tài)按含碳量 主要分兩種，即板條狀和針狀（見圖 1-6、1-7）。A 板條狀馬氏體一般為低碳鋼或低碳合金鋼的淬火組織。其組織形態(tài)是由 尺寸大致相聯(lián)系販細(xì)馬氏體條定向平行排列組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域。在馬氏體束之間位向差較大，一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個(gè)不同的馬氏體領(lǐng)域。板條馬氏體具有較低的硬度和較好的韌性。B.針狀馬氏體是含碳量較高的鋼淬火后得到的組織。在光學(xué)顯微鏡下，它呈竹葉狀或針狀，針和針之間成一

8、定的角度。最先形成的馬氏體較粗大，往往橫 穿整個(gè)奧氏體晶粒，將奧氏體加以分割，使以后形成的馬氏體片的大小受到限制。 因此，針狀馬氏體的大小不一。同時(shí)有些馬氏體有一條中脊線， 并在馬氏體周圍 有殘留奧氏體。針狀馬氏體的硬度高而韌性差。（5）殘余奧氏體（A殘）是含碳量大小0.5%的奧氏體淬火時(shí)被保留到室溫 不轉(zhuǎn)變的那部分奧氏體。它不易受硝酸酒精溶液的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，分布在馬氏體之間，無固定形態(tài)。如圖1-8表示為含碳1.3%的碳鋼加熱到1000C 淬火后，約有15%30%的殘余奧氏體。如圖1-9表示為含碳1.2%的碳鋼正常淬 火（780°C加熱），組織為馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘

9、余奧氏體。圖1-3屈氏體+馬氏體圖1-4上貝氏體+馬氏體圖1-5下貝氏體 圖1-6回火板條狀馬氏體圖1-7針狀馬氏體圖1-8粗大的針狀馬氏體+大量殘余奧氏體圖1-9馬氏體+粒狀滲碳體+少量 * 圖1-10回火馬氏體（黑色）+殘余殘奧氏體奧氏體（白色）（6）鋼的回火組織與性能A 回火馬氏體。是低溫回火（150250C）組織。它仍保留了原馬氏體形 態(tài)特征。針狀馬氏體回火析出了極細(xì)的碳化物，容易受到浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀。低溫回火后馬氏體針變黑，而殘余奧氏體不變?nèi)猿拾琢辽ㄈ鐖D1-10） 低溫回火后可以部分消除淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力，增加韌性，同時(shí)仍能保持鋼的高硬度。B .回火屈氏體。是中溫回火（350

10、500C）線織?；鼗鹎象w是鐵素體與粒狀滲碳體組成的極細(xì)混合物。鐵素體基體基本上保持了原馬氏體的形態(tài) （條狀 或針狀），第二相滲碳體則析出在其中，呈極細(xì)顆粒狀，用光學(xué)顯微鏡極難分辨(如圖1-11)。中溫回火后有很好的彈性和一定的韌性。C 回火索氏體：是高溫回火(500650C)組織。回火索氏體是鐵素體與 較粗的粒狀滲碳體所組成的機(jī)械混合物。 碳鋼回火索氏體中的鐵素體已經(jīng)通過再 結(jié)晶，呈等軸細(xì)晶粒狀。經(jīng)充分回火的索氏體已沒有針的形態(tài)。 在大于500倍的 光鏡下，可以看到滲碳體微粒(如圖 1-12)?；鼗鹚魇象w具有良好的綜合機(jī)械性 能。應(yīng)當(dāng)指出，回火屈氏體、回火索氏體是淬火馬氏體回火時(shí)的產(chǎn)物，它們

11、的滲碳體是顆粒狀的，且均勻地分布在鐵素體基體上；而淬火索氏體和淬火屈氏體是 奧氏體過冷時(shí)直接形成的，其滲碳體是呈片狀?；鼗鸾M織較淬火組織在相同硬度 下具有較高的塑性與韌性。圖1-11回火屈氏體圖1-12回火索氏體三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料(1) 金相顯微鏡(2) 金相圖譜及放大的金相圖片(3) 經(jīng)各種不同熱處理的金相試樣四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測(cè)試(1) 觀察表1-2所列試樣的顯微組織表1-2實(shí)驗(yàn)要求觀察的樣品序號(hào)材料含碳熱處理工藝浸蝕劑顯微組織特征量145鋼0.45%860 C爐冷（退火）3%硝酸酒精P+F （白色塊 狀）245鋼0.45%860C空冷（正火）3%硝酸酒精S+F （白色塊 狀

12、）345鋼0.45%770C淬水（淬火）3%硝酸酒精M細(xì)小+F （部分 白色塊狀）445鋼0.45%860 C淬水（淬火）3%硝酸酒精M細(xì)小545鋼0.45%860 C淬油（淬火）3%硝酸酒精M細(xì)小+T （沿晶 界分布的黑色網(wǎng)）645鋼0.45%1000C淬水（淬火）3%硝酸酒精M粗針+殘余奧氏 體（亮白色塊狀）745鋼0.45%860 C 淬水 200 C回火3%硝酸酒精回火M845鋼0.45%860 C 淬水 400C回火3%硝酸酒精回火T945鋼0.45%860 C 淬水 600 C回火3%硝酸酒精回火S10T12鋼1.2%760 C球化退火3%硝酸酒精P球狀（F+細(xì)粒狀FesC）11T12鋼1.2%760 C淬水（淬火）3%硝酸酒精M細(xì)針+Fe3C（白色粒狀）12T12鋼1.2