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1、金属材料的显微组织观察（验证性）,热处理实验,实验目的,熟悉各类金属材料的成分、组织与性能的关系。 熟悉各类金属材料的相图，并能把组织和相图相对应。 掌握常规材料在不同状态下的显微组织。,实验内容,观察：碳钢；不锈钢、耐热钢；铸铁；铝合金；铜合金等几类金属材料在不同状态时的显微组织，并选择显微组织图画出。,实验用设备及材料,1.金相显微镜； 2.各种材料金相样品一套； 3.各种材料的金相图册。,碳钢热处理组织,45钢 860退火,45钢含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，因此组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组
2、织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好。,碳钢热处理组织,45钢 860正火,从实质上说，钢的正火是钢退火的一种特殊情况。由于正火的冷却速度比退火的冷却速度快，所获得的珠光体片层间距较小，组织较细，因而其硬度和强度也较高。适用范围：正火只适用于碳素钢和低、中合金钢，而不适用于高合金钢。因为高合金钢的奥氏体非常稳定，在空气中冷却也将得到马氏体组织。对共析碳素钢来说，正火可得到索氏体组织；对亚共析或过共析钢，正火组织中还有先共析铁素体或先共析渗碳体，但与相应的退火组织比较，先共析相的量较少。,正火是指：钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的温度，保温一定的时间(见奥氏体化)，然后在空气中冷
3、却的金属热处理工艺，广泛应用于工业生产。,碳钢热处理组织,45钢 860淬火,片状马氏体（或针状马氏体），由片状马氏体与残余奥氏体组成。又称为孪晶马氏体。45 钢 860正常淬火后组织为细小的马氏体。,碳钢热处理组织,45钢 860淬火后200回火,低温回火所得到的组织是回火马氏体(马氏体及少量残余奥氏体，都是不稳定的组织)，其性能是：具有高的硬度（HRC58-64）和高的耐磨性，因内应力有所降低，故韧性有所提高.这种回火方法主要用于刃具，量具，拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件。,碳钢热处理组织,45钢 860淬火后400回火,中温回火所得到的组织是回火托氏体，其性能是：具有高的弹性极限。这种
4、回火方法主要用于弹簧钢等零件。,碳钢热处理组织,45钢调质处理,调质处理后，组织为均匀细小的保持马氏体位向的回火索氏体。45钢调质后的组织形态首先取决于淬火组织（当然淬前原始组织也有影响）。因加热不足而残留在马氏体组织中的块状铁素体，或因冷却不足而在马氏体晶界区形成的网状铁素体，均会保留到高温回火后的索氏体组织中。同时，淬火马氏体的粗细直接影响索氏体的粗细。,碳钢热处理组织,20钢-930淬火,含碳量小于0.25%的非合金钢（碳素钢）或低碳低合金结构钢经强烈淬火，获得80%以上甚至100%的低碳马氏体组织，这类钢统称为低碳马氏体钢（板条马氏体）。一般情况下，含碳量在0.15%-0.25%范围内
5、的钢淬火强化效果好，综合力学性能高。,碳钢热处理组织,T10钢淬火,过热淬火组织为较粗大的针状马氏体和残余奥氏体。针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空间形似铁饼。针状马氏体之间通常互成60或120角，一般限制在奥氏体晶粒内，最初形成的马氏体针贯穿奥氏体晶粒，后形成的马氏体较短，先形成的马氏体较易浸蚀。所以完全转变的马氏体为大小不同，分布不规则，颜色深浅不一的针状组织。,合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织,合金元素的加入，使铁碳相图发生一些变化，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素加入后，使C曲线右移（除Co以外），即以较低的冷
6、却速度也可以获得马氏体组织。例如，40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质后的显微组织基本相同，都为回火索氏体。GCr15钢840油淬、低温回火后的显微组织，与T12钢780水淬、低温回火后的显微组织也一样，为回火马氏体和碳化物。,合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织,40Cr 850 淬火,合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织,GCr15 850淬火 M针+M隐针+A,GCr15等温淬火后的B上+B下+M+A,M隐针,M针,B上,B下,M+A,高速钢热处理组织,高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大左移，虽然只含有0.7%0.8%的碳，
7、仍可获得莱氏体组织，所以又称为莱氏体钢。 虽然高速钢在铸态下的组织存在严重的成分和组织不均匀性，从而影响其性能，为此随后必须经过锻造和轧制，破碎莱氏体网络，促使其碳化物均匀分布。,高速钢热处理组织,高速钢铸态组织,高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似，脆性较大，没法直接应用。,2018/12/14,共晶莱氏体,白色组织（M+A）,黑色组织（T+M）,高速钢热处理组织,高速钢锻造退火组织,高速钢锻造退火组织为索氏体+碳化物。其中粗大的亮色晶粒为初生共晶碳化物，较细小的为次生碳化物以及索氏体基体中的极细共晶碳化物，退火后的的硬度为HB207255。,高速钢热处理组织,高速钢1280淬火组织
8、,高速钢淬火加热温度一般为12601280，高温加热的目的是使较多的碳化物溶解于奥氏体中，淬火后马氏体中合金元素含量高，回火后钢的红硬性高且耐磨性好。淬火采用油冷或空冷，其显微组织为隐针马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体（尚有20%30%）。马氏体呈隐针状，其针形很难显示出来，但可看出明显的奥氏体晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物，淬火后的硬度约为HRC6162,高速钢热处理组织,高速钢1280淬火后三次回火组织,高速钢淬火后需经三次回火（520-560），其组织为回火马氏体，回火后见不到残余奥氏体合格。回火后硬度为HRC 6365。,马氏体不锈钢热处理组织,常用马氏体不锈钢的含碳量为0.10.45%
9、，含铬量为1214%，典型钢号有12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13等。12Cr13和20Cr13具有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力，常作为耐蚀的结构钢使用。为了获得良好的综合性能，常采用淬火+高温回火（600700），得到回火索氏体，来制造汽轮机叶片、锅炉管附件等。 而30Cr13和40Cr13钢，由于含碳量高一些，耐蚀性就相对差一些，通过淬火+低温回火（200300），得到回火马氏体，具有较高的强度和硬度（HRC达50），因此常作为工具钢使用，制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。,马氏体不锈钢热处理组织,30Cr13的1000淬火+250回火组织,铁素体不锈钢热处理组织,常用的
10、铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%,含铬量为1230%，典型钢号有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo等，其显微组织始终是单相铁素体组织。图为10Cr17的退火组织。,奥氏体不锈钢热处理组织,在含18%Cr的钢中加入811%Ni，就是的奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相。18-8型不锈钢在退火状态下呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐腐蚀性有很大损伤，故通常采用固溶处理方法，即把钢加热到1100后水冷，使碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，再通过快冷，就在室温下获得单相
11、的奥氏体组织。但在450850加热，或在焊接时，由于在晶界析出铬的碳化物（Cr23C6）,使晶界附近的含铬量降低，在介质中会引起晶间腐蚀。,奥氏体不锈钢热处理组织,1Cr18Ni9Ti固溶组织,铸铁,按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。根据铸铁中石墨的形态不同，铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为铁素体灰口铸铁；铁素体+珠光体灰口铸铁；珠光体灰口铸铁,铸铁：白口铸铁,共晶白口铸铁,过共晶白口铸铁,亚共晶白口铸铁,铸铁：可锻铸铁,可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火处理而获得的，其渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按其组织不同，可锻
12、铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两类。图为铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁的显微组织，其中石墨称暗灰色团絮状，亮白色晶粒为基体。,铸铁：灰口铸铁,P+片状G,白色F+黑色P团+片状G,铸铁：球墨铸铁,球墨铸铁中石墨呈球状，金属基体强度利用率高达70%90%（灰口铸铁只达30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰口铸铁和可锻铸铁。 球墨铸铁常常通过正火、调质和等温淬火来提高其机械性能。球铁正火的主要目的是增加基体中珠光体数量，从而提高球铁的强度和耐磨性。球铁调质处理后得到回火索氏体，从而有更高的综合机械性能。球铁经等温淬火后的组织为下贝氏体，部分马氏体和少量残余奥氏体，这种组织不仅具
13、有较高的综合机械性能，而且具有很好的耐磨性。球铁淬火、400等温淬火和280等温淬火的基体组织见图4.11。,铸铁：球墨铸铁,球墨铸铁的显微组织，其中基体上分布着球状石墨。,F+P+G,F+G,P+G,破碎状F+P+G,铸铁：球墨铸铁,球铁淬火、400等温淬火和280等温淬火的基体组织,球状石墨,针状马氏体和残余奥氏体,上贝氏体,下贝氏体和残余奥氏体,有色金属：铝合金,铸造铝硅合金的典型牌号为ZL102，含硅10%13%，组织为粗大的针状的硅晶体和固溶体组成的共晶体，以及少量呈多面体形的初生硅晶体，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性。为了提高硅铝的力学性能，通常进行变质处理，处理后组织为初
14、生固溶体枝晶（白亮）及细小的共晶（+Si）（黑底），这是因为共晶中的硅呈细小点状颗粒（如下图所示）。,有色金属：铝合金,未变质处理,已变质处理,Al-Si合金变质前后的铸态组织,共晶硅,初晶硅,基体,基体,(+Si)共晶体,有色金属：铜合金,黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为单相黄铜和+两相黄铜。,单相黄铜：含锌在39%以下的黄铜属单相固溶体，典型牌号为H70（即三七黄铜）。铸态组织：固溶体呈树枝状（用氯化铁溶液腐蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮白色，而枝晶富锌呈暗色），经变形和再结晶退火其组织为多边形晶粒，有退火孪晶。由于各个晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。,有色金属：铜合金,黄铜为Cu-Zn合金
15、，常用的黄铜为单相黄铜和+两相黄铜。,单相黄铜：含锌在39%以下的黄铜属单相固溶体，典型牌号为H70（即三七黄铜）。铸态组织：固溶体呈树枝状（用氯化铁溶液腐蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮白色，而枝晶富锌呈暗色），经变形和再结晶退火其组织为多边形晶粒，有退火孪晶。由于各个晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。,有色金属：铜合金,黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为单相黄铜和+两相黄铜。,+两相黄铜：含锌量为39%45%的黄铜为+两相黄铜，典型牌号有H62（即四六黄铜）。在室温下相较相硬得多，因而可用于承受较大载荷的零件。+两相黄铜可在600以上进行热加工。+两相黄铜显微组织：为亮白色的固溶体；是CuZn为基的有序固溶体，呈黑色。,实验报告填写,实验目的 实验内容 实验用设备及材料 绘组织形貌图，要求用箭头和相应符号标识出相应物相。 要求绘制的组织形貌图为： T10钢淬火；3Cr13的1000淬火+250回火组织；铁素体不锈钢退火组织；灰口铸铁F+P+G组织；球墨铸铁F+P+G组织；Al-Si合金变质前、后的铸态组织；单相黄铜和+两相黄铜组织；,
