金相組織（PPT55頁).ppt

1、鋼中組織,鋼中常見金相組織,鐵素體 奧氏體 滲碳體 珠光體 萊氏體 貝氏體 馬氏體 魏氏組織,組織,鋼中常見金相組織-鐵素體,鐵素體是碳在-Fe中的固溶體。它仍保持-Fe的體心立方晶格。碳在鐵素體中的溶解度以723 時為最大，為0.02%，而在室溫下溶解度僅為0.008%。鐵素體的性能接近于純鐵，硬度低，塑性好。在合金鋼中溶有合金元素的鐵素體，能提高鋼的強度和硬度。 鐵素體在金相組織中表現(xiàn)為純金屬不規(guī)則的多面體，成白色的晶粒特征。 鐵素體有塊狀、網(wǎng)狀等多種形態(tài)。,鋼中常見金相組織-鐵素體,白色部分為鐵素體,鋼中常見金相組織-鐵素體,其中的黑色部分為鐵素體，白色的為珠光體。這個與光學金相照片剛好

2、相反。電鏡的襯度是有被測材料成分（原子量），和被測材料導電性，以及被測材料形貌一起作用形成的。這與光鏡直接光感成像不同。,材料：20MnSiNb連鑄坯 侵蝕劑：4%硝酸酒精 金相組織為：珠光體+網(wǎng)狀鐵素體+晶內針狀鐵素體。,鋼中常見金相組織奧氏體,奧氏體是碳在-Fe中的固溶體、在合金鋼中的碳和合金元素在-Fe中的固溶體。它仍保持-Fe的面心立方晶格，是鋼中比體積最小的組織。奧氏體中碳的最大溶解度為2.06%,相應溫度為1147 ，隨著溫度的降低溶解度也隨之降低，在723 左右碳的溶解度為0.8%。 奧氏體在金相組織中呈現(xiàn)為規(guī)則的多邊形，晶界比較直，并有孿晶現(xiàn)象。 淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體

3、針間的空隙處 奧氏體用硝酸酒精腐蝕后的顏色也為白色。 注意 ：鐵素體、滲碳體、奧氏體經(jīng)硝酸酒精腐蝕后都呈現(xiàn)白色，主要通過組織形態(tài)區(qū)分。,鋼中常見金相組織奧氏體,圖中可見晶界平直。明暗晶粒是因為晶粒取向不同，腐蝕程度不同,鋼中常見金相組織奧氏體,304不銹鋼的原始組織：奧氏體晶粒和孿晶,鋼中常見金相組織奧氏體,Fe-20Mn-0.6C不銹鋼奧氏體掃描照片，內部可見孿晶。,鋼中常見金相組織滲碳體,滲碳體是鐵和碳的間隙式化合物，用Fe3C表示。常溫下鐵碳合金中碳大部分以滲碳體形式存在。滲碳體具有復雜的斜方晶格，沒有同素異形轉變。低溫下，有弱磁性高于217 時消失。滲碳體的含碳質量分數(shù)為6.67%，熔

4、點為1600 ，硬度很高（顯微硬度可達800-1000HV），脆性很大，塑性接近于零。 根據(jù)鐵-碳相圖，滲碳體可分為三種：一次（初次）滲碳體，是沿CD線由液體中結晶析出的滲碳體；二次滲碳體，是沿ES線由-固溶體中析出的滲碳體；三次滲碳體，是沿PQ線由-固溶體中析出的滲碳體。,鐵碳相圖,鋼中常見金相組織滲碳體,滲碳體可與其他合金元素形成置換式固溶體，以滲碳體晶格為基體的這種固溶體成為“合金滲碳體”。 滲碳體是一種介穩(wěn)定化合物，在一定條件，能分解成石墨狀的自由碳。 滲碳體在金相組織中以不同的形式呈現(xiàn)。一次滲碳體多呈柱狀，二次和三次滲碳體多以白色網(wǎng)狀表現(xiàn)。 三次滲碳體是從鐵素體晶界上析出，由于數(shù)量很

5、少，一般沿鐵素體晶界呈斷續(xù)片狀分布。而極低碳鋼中的游離滲碳體就是三次滲碳體。 共析滲碳體 珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體?？蓺w屬于二次滲碳體。,鋼中常見金相組織滲碳體,白色柱狀的為一次滲碳體,鋼中常見金相組織區(qū)分網(wǎng)狀滲碳體和網(wǎng)狀鐵素體,方法一：著色法，用硝酸酒精腐蝕都是白色的，用苦味酸腐蝕碳化物是黑色的。 方法二：硬度法，滲碳體和鐵素體的硬度不同，鐵素體軟二滲碳體很硬。 方法三：二者形態(tài)上還是有差別的,一般情況下,侵蝕稍微重一點,鐵素體上會有一些凹凸點,碳化物平整些 過共析鋼中先共析滲碳體組織形態(tài)有以下兩種類型： 不連續(xù)網(wǎng)狀或連續(xù)網(wǎng)狀滲碳體：鋼中的含碳量較低時為不連續(xù)網(wǎng)狀，含碳量較高時為連續(xù)網(wǎng)

6、狀，與網(wǎng)狀鐵素體相比，網(wǎng)狀滲碳體的厚度薄得多； 魏氏組織滲碳體：當奧氏體成分均勻、晶粒粗大及冷卻速度適中時，析出與奧氏體保持共格關系的針（片）狀魏氏組織滲碳體。魏氏組織會惡化鋼的塑性和韌性，通常采用完全退火或正火消除。,鋼中常見金相組織區(qū)分網(wǎng)狀滲碳體和網(wǎng)狀鐵素體,鋼中常見金相組織珠光體,珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳質量分數(shù)為0.77%的奧氏體在727 時共析轉變的產物。通常珠光體是鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織。 珠光體的片層間距取決于奧氏體分解的過冷度，過冷度越大形成的珠光體的片間距越小。根據(jù)珠光體片間距的大小又可分為以下三種： 1、片狀珠光體，是奧氏體在650 700 高溫分

7、解的產物，硬度為200HBW左右，用一般金相顯微鏡可分辨Fe3C片，其片間距大約為150450nm如下圖：,材料：45鋼 工藝情況：退火態(tài) 組織說明：片狀珠光體，透射電鏡二次碳復型圖像。圖中可見不同取向的珠光體領域。,片狀珠光體的力學性能主要取決于片間距。隨片間距減小，鋼的強度越高，塑性韌性越好。,鋼中常見金相組織珠光體,2、索氏體，是奧氏體在600-650 高溫分解的產物，硬度為250HBW左右，用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，在光學金相顯微鏡下放大600倍以上才能分辨片層的細珠光體(GB/T7232標準) ，其片間距較小，約為80150n m，如下圖：,回火索氏

8、體，500,回火索氏體的電鏡形貌，7500,鋼中常見金相組織珠光體,3、托氏體也譯做屈氏體，屬于珠光體的一種，。于550600形成，片層極薄，用金相顯微鏡放大500倍，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團狀組織，只有在電子顯微鏡下才可以分辨出其鐵素體和滲碳體的片層結構。其片間距極細，約為3080nm。,回火托氏體，500,回火托氏體的電鏡形貌，7500,鋼中常見金相組織-珠光體,珠光體是共析轉變的產物。在亞共析鋼中奧氏體發(fā)生共析轉變前，首先從奧氏體中析出先共析鐵素體使剩余的奧氏體碳含量逐漸增加。達到共析成分時才發(fā)生珠光體轉變。在過共析鋼中首先從奧氏體中析出二次滲碳體，使奧氏體中的碳含量逐漸減少

9、，達到共析成分時才發(fā)生珠光體的轉變。鐵素體和二次滲碳體的析出量，隨過冷度的增大而減少。 珠光體的金相組織中，多數(shù)為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀；但在一定的熱處理條件下（球化退火或高溫回火），滲碳體以顆粒狀分布于鐵素體的基體上，呈現(xiàn)為粒狀珠光體的組織。,鋼中常見金相組織-珠光體,材料：T8鋼狀態(tài)：球化退火。 倍數(shù)：550 組織：球狀珠光體顯微組織，,鋼中常見金相組織-珠光體,鋼中常見金相組織-萊氏體,萊氏體在高溫下是滲碳體和奧氏體的混合物，是含碳質量分數(shù)為4.3%的鐵碳合金，在1147直接由鐵液凝固而成。室溫下則是珠光體和滲碳體的混合物。,材質：共晶白口鐵 腐蝕液：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微

10、組織 （250） 組織：室溫萊氏體 在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細條或斑點狀，共晶滲碳體呈亮白色,鋼中常見金相組織-萊氏體,鋼中常見金相組織-萊氏體,在含碳質量分數(shù)為2.11%4.3%的亞共晶生鐵中，金相組織除萊氏體外，尚有大塊珠光體。,材質：亞共晶白口鐵 腐蝕液：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微組織 （250） 組織：室溫萊氏體（ Ld）+珠光體（P）二次滲碳體（Fe3C） 顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀的珠光體和斑點狀萊氏體，其中二次滲碳體與共晶滲碳體混在一起，不易分辨,鋼中常見金相組織-萊氏體,在含碳質量分數(shù)為4.3%6.69%的過共晶生鐵中，金相組織為一次滲碳體和萊氏體。,材質：過共晶白口鐵 腐蝕液

11、：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微組織 （250） 組織：室溫萊氏體（ Ld）一次滲碳體（Fe3C）二次滲碳體（Fe3C） 顯微鏡下可觀察到在暗色斑點狀的萊氏體基本上分布著亮白色的粗大條片狀的一次滲碳體,鋼中常見金相組織-萊氏體,由于合金元素使鐵碳合金相圖的E和S點左移，因此許多高合金鋼（如W18Cr4V和Cr12MoV）都屬于萊氏體鋼。,鋼中常見金相組織貝氏體,鋼在奧氏體化后被過冷到珠光體轉變溫度區(qū)間以下，馬氏體轉變溫度區(qū)間以上這一中溫度區(qū)間(所謂“貝氏體轉變溫度區(qū)間”，溫度在550240 )轉變而成的由鐵素體及其內分布著彌散的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織，即貝氏體轉變的產物。其金相組織和550 以上

12、共析分解的珠光體有明顯不同。 貝氏體依形成的溫度不同，組織特征也不同。在550450 之間，接近珠光體形成溫度所形成的的組織稱為“上貝氏體”，其特征為由晶粒邊界開始向晶內同一方向平行排列的-Fe片，片間夾著滲碳體顆粒，在金相組織中成羽毛狀。,上貝氏體顯微組織，600,下貝氏體顯微組織，500,在300附近形成的組織稱為“下貝氏體”，在電子顯微鏡下觀察，其特征是碳化物按一定方向規(guī)則的排列在飽和的-Fe中,鋼中常見金相組織貝氏體,上貝白色，羽毛狀，羽毛間有黑色滲碳體,上貝的精細結構 T E M,下貝黑針狀，鐵素體加上針內細的碳化物,下貝的精細結構 T E M,粒貝鐵素體晶粒內分布有碳化物和島狀相,

13、鋼中常見金相組織貝氏體,上、下貝氏體只是形態(tài)和碳化物的分布不同，沒有本質區(qū)別。上貝氏體的強度小于同一溫度形成的細片狀珠光體，脆性大；下貝氏體與相應溫度的回火馬氏體強度相仿，性能優(yōu)于上貝氏體。 在低溫度范圍內，通過貝氏體轉變所得的下貝氏體具有非常良好的綜合力學性能，而且為獲得下貝氏體組織所采取的等溫淬火工藝或連續(xù)冷卻工藝均可減少工件的變形和開裂。,鋼中常見金相組織貝氏體,過冷奧氏體在中溫（約 350550）的相變產物，其典型形態(tài)是一束大致平行位向差為 68od 鐵素體板條，并在各板條間分布著沿板條長軸方向排列的碳化物短棒或小片；典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對稱軸，由于方位不同，羽毛可對稱或不對稱

14、，鐵素體羽毛可呈針狀、點狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛；中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚；低碳低合金鋼，羽毛很清楚，針粗。轉變時先在晶界處形成上貝氏體，往晶內長大，不穿晶 過冷奧氏體在 350Ms 的轉變產物。其典型形態(tài)是雙凸透鏡狀含過飽和碳的鐵素體，并在其內分布著單方向排列的碳化物小薄片；在晶內呈針狀，針葉不交叉，但可交接。與回火馬氏體不同，馬氏體有層次之分，下貝氏體則顏色一致，下貝氏體的碳化物質點比回火馬氏體粗，易受侵蝕變黑，回火馬氏體顏色較淺，不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高，針葉比低碳低合金鋼細。,鋼中常見金相組織貝氏體,粒狀貝氏體：大塊狀或條狀的鐵素體內

15、分布著眾多小島的復相組織。過冷奧氏體在貝氏體轉變溫度區(qū)的最上部的轉變產物。剛形成時是由條狀鐵素體合并而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中，可能全部保留成為殘余奧氏體；也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物（珠光體或貝氏體）；最可能部分轉變?yōu)轳R氏體，部分保留下來而形成兩相混合物，稱為 m-a 組織。 無碳化物貝氏體：板條狀鐵素體單相組成的組織，也稱為鐵素體貝氏體。形成溫度在貝氏體轉變溫度區(qū)的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中也有類似上面的轉變。無碳化物貝氏體一般出現(xiàn)在低碳鋼中，在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。,鋼中常見金相組織馬

16、氏體,馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體。 當奧氏體化后，若快速冷卻至馬氏體點以下時，-Fe結構在低溫下不穩(wěn)定，便轉變?yōu)?Fe，但由于冷卻速度快，鋼中的碳原子來不及擴散，因而新相馬氏體保留了高溫時母相奧氏體的成分，因而馬氏體是無擴散性的相變產物。 由于碳在-Fe中的過飽和，使-Fe的體心立方晶格發(fā)生了畸變，形成體心立方晶格。 馬氏體具有很高的硬度（顯微硬度可達800-1200HV），而塑性接近于零。馬氏體很脆，沖擊韌性很低，斷面收縮率和伸長率接近于零。馬氏體的硬度對含碳量的增加而增加，談的質量分數(shù)達0.7%時馬氏體的硬度達到最大值。馬氏體中由于過飽和的碳使晶格發(fā)生畸變，因而馬氏體的比體積較奧氏

17、體大，鋼中馬氏體形成時產生很大的相變應力。,鋼中常見金相組織馬氏體,板條馬氏體：在低、中碳鋼及不銹鋼中形成，由許多相互平行的板條組成一個板條束，一個奧氏體晶?？赊D變成幾個板條束（通常 3到 5 個）。,鋼中常見金相組織馬氏體,鋼中常見金相組織馬氏體,片狀馬氏體（針狀馬氏體）：常見于高、中碳鋼及高 Ni 的 Fe-Ni合金中，針葉中有一條縫線將馬氏體分為兩半，由于方位不同可呈針狀或塊狀，針與針呈 120o 角排列，高碳馬氏體的針葉晶界清楚，細針狀馬氏體呈布紋狀，稱為隱晶馬氏體。,(a)板條馬氏體 (b)針狀馬氏體,鋼中常見金相組織M回火組織,回火馬氏體馬氏體分解得到極細的過渡型碳化物與過飽和（含

18、碳較低）的 a-相混合組織 它由馬氏體在 150250時回火形成。 這種組織極易受腐蝕，光學顯微鏡下呈暗黑色針狀組織（保持淬火馬氏體位向），與下貝氏體很相似，只有在高倍電子顯微鏡下才能看到極細小的碳化物質點。,鋼中常見金相組織M回火組織,回火屈氏體碳化物和 a-相的混合物。 它由馬氏體在 350500時中溫回火形成。其組織特征是鐵素體基體內分布著極細小的粒狀碳化物，針狀形態(tài)已逐漸消失，但仍隱約可見，碳化物在光學顯微鏡下不能分辨，僅觀察到暗黑的組織，在電鏡下才能清晰分辨兩相，可看出碳化物顆粒已明顯長大。,鋼中常見金相組織M回火組織,回火索氏體 以鐵素體為基體，基體上分布著均勻碳化物顆粒。 它由馬氏體在 500650時高溫回火形成。其組織特征是由等軸狀鐵素體和細粒狀碳化物構成的復相組織，馬氏體片的痕跡已消失，滲碳體的外形已較清晰，但在光鏡下也難分辨，在電鏡下可看到的滲碳體顆粒較大。,鋼中常見金相組織魏氏組織,-魏氏組織是過熱的亞共析鋼在較快的冷卻速度下形成