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1、实验三碳钢热处理后的显微组织观察一、实验目的1观察碳钢热处理后的显微组织。2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。二、概述碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态（如退火、正火）的组织，也可是不平衡组织（如淬火组织）。因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。铁碳相图能说明慢冷时不同碳含量的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，及相的相对 量。C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织。1钢冷却时的转变1）共析钢过冷奥氏体连续冷却后的显微组织为了简便起见，不用C（丁曲线而是用C曲线来分析。共析钢在慢冷时（见图1624中的V1），将全部得
2、到珠光体。冷速增大到 V2时，得 到片层更细的珠光体，即索氏体或屈氏体。冷速再增大到V3时，得到屈氏体和部分马氏体。而冷却速度增大到V4，V5时，奥氏体一下被过冷到马氏体转变始点（Ms）以下，转变成马氏体。 由于共析钢的马氏体转变终点在室温以下（一50C ），所以在生成马氏体的同时保留有部分残 余奥氏体。与C曲线鼻尖相切的冷速（V4）称为淬火的临界冷却速度。时阖一时间图1224共析钢的C曲线图16-药 亚共析钢的C曲线2）亚共析钢过冷奥氏体连续冷却后的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢的相比，上部多了一条铁素体析出线，如图16 25所示。当奥氏体缓慢冷却时，（见图1625中的V），转变产物接近于
3、平衡状态，显微组织是珠 光体和铁素体。随着冷却速度的增大，例如由 V1V2- V3时，奥氏体的过冷度越大，析出的铁 素体越少，而共析组织（珠光体）的量增加，碳含量减少，共析组织变得更细。这时的共析组 织实际上为伪共析组织。析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此，由V1W-V.时,显微组织的变化是：铁素体+珠光体铁素体+索氏体铁素体+屈氏体。当冷却速度为V4时，析出的铁素体极少，最后主要得到屈氏体和马氏体。当冷却速度超 过临界冷却速度后奥氏体全部转变为马氏体。碳含量大于0.5 %的钢中，马氏体间还有少量残余奥氏体。3）过共析钢过冷奥氏体连续冷却时的转变与亚共钢相似，不同之处是亚共析钢先析出的
4、 是铁素体，而过共析钢先析出的是渗碳体。所以随着冷却速度的增加，钢的组织变化将是： 渗碳体+珠光体f渗碳体+索氏体f渗碳体+屈氏体f屈氏体+马氏体+残余奥氏体f马氏体+残 余奥氏体。2、钢冷却时所得的各种组织的形态1）索氏体（S）是铁素体与渗碳体的机械混合物。 其片层比珠光体更细密，在显微镜的高 倍（700X以上）放大下才能分辨。2）屈氏体（丁） 也是铁素体与渗碳体的机械混合物。片层比索氏体更细密，在一般光学 显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网 状包围马氏体。当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。只有在电子显微镜下才能分辨其中的 片层。3）贝氏体 奥氏
5、体中温转变的产物叫贝氏体， 贝氏体也是铁素体与渗碳体的两相混合物， 但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。其组织形态主 要有三种： 上贝氏体 上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成 的非层状组织。当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展， 具有羽毛状特征。在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴 方向排列成行。上贝氏体中铁素体的亚结构是位错。 下贝氏体 下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的混合物组织。由于下贝氏体 易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状。在电镜下它是以片状铁素体为基体，其中分
6、布着很 细的碳化物片，大致与铁素体片的长轴呈 55650的角度。下贝氏体中的铁素体亚结构是位错。 粒状贝氏体 粒状贝氏体是最近十几年才被确定的组织。在低、中碳合金钢中，特别 是在连续冷却时 （如正火、热轧空冷或焊接热影响区 ） ，往往会出现这种组织。在等温冷却时 也可能形成。它的形成温度范围大致在上贝氏体相变温度区的上部。粒状贝氏体的金相特征 是，较粗大的铁素体块内存在一些孤立的小岛，形态多样，呈粒状或条状，很不规则。低倍 观察时，其形态类似于魏氏组织，但其取向不如魏氏组织明显。铁素体包围的小岛，原先是富碳的奥氏体区，其随后的转变可以有三种情况：A.分解为铁素体和碳化物，在电镜下可见到比较密集
7、的多向分布的粒状、杆状或小块状碳化物；B.发生马氏体转变；C.仍然保持为富碳的奥氏体。4）马氏体（M）是碳在a铁中的过饱和固溶体，马氏体的组织形态是多种多样的， 归纳起 来可分为两大类，即板条状马氏体和片状马氏体。A. 板条状马氏体 在光学显微镜下，板条状马氏体的形态呈现为一束束相互平行的细长 条状马氏体群，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群。每束内的条与条之间以 小角度晶界分开， 束与束之间具有较大的位向差。 板条状马氏体的立体形态为细长的板条状， 其横截面据推测呈近似椭圆形。由于条状马氏体形成温度较高，在形成过程中常有碳化物析 出，即产生自回火现象，故在金相试验时易被腐蚀呈现较深
8、的颜色。在电子显微镜下，马氏 体群是由许多平行的板条所组成。经透射电镜观察发现，板条状马氏体的亚结构是高密度的 位错。含碳低的奥氏体形成的马氏体呈板条状，故板条状马氏体又称低碳马氏体，因形成温 度高。又称高温马氏体。因亚结构为位错，又称位错马氏体。如图 16-26 所示。B. 片状马氏体 在光学显微镜下，片状马氏体呈针状或竹叶状，片间有一定角度，其立 体形态为双凸透镜状。因形成温度较低，没有自回火现象，故组织难以浸蚀，所以颜色较浅， 在显微镜下呈白亮色。用透射电镜观察，其亚结构为孪晶。含碳高的奥氏体形成的马氏体呈 片状，故称为片状马氏体，又称高碳马氏体；根据形成温度和亚结构特点，又称低温马氏体
9、， 或孪晶马氏体。如图 1627 所示。图1-2&板条状吻氏体组织16-27片狀吗氏体组织马氏体的粗细取决于淬火加热温度，即取决于奥氏体晶粒的大小。如高碳钢在正常淬火 温度下加热，淬火后得到细针状马氏体，在光学显微镜下呈布纹状，仅能隐约见到针状，故 又称为隐晶马氏体。如淬火温度较高，奥氏体晶粒粗大，贝U得到粗大针状马氏体。5）残余奥氏体（Ar）当奥氏体中碳含量大于0.5%时，淬火时总有一定量的奥氏体不能转变成为马氏体，而保留到室温，这部分奥氏体就叫做残余奥氏体。它不易受硝酸酒精溶液的 浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态，淬火后未经回火时，残余奥 氏体与马氏体很难区分，都呈白
10、亮色。只有马氏体回火后才能分辨出马氏体间的残余奥氏体。3、钢淬火回火后的组织钢经淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定的组织，它们具有向稳定的铁素体 和渗碳体两相混合组织转变的倾向。在室温下，由于原子活动能力较弱，转变难以进行，但 加热（回火）可提高原子的活动能力，有可能促进这个转变过程。淬火钢经不同温度回火后，所得的组织通常分为三种： 回火马氏体 淬火钢在150-250 C之间进行低温回火时，马氏体内的过饱和碳原子脱溶，沉淀析出与母相保持共格关系的&碳化物，这种组织称为回火马氏体（图16-33，16-35）。与此同时，残余奥氏体也开始转变为回火马氏体。在显微镜下回火马氏体仍保持针（片）状
11、形态。因回火马氏体易受浸蚀。所以为暗色针状组织。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。 回火屈氏体 淬火钢在350-500 C进行中温回火，所得的组织是铁素体与粒状渗碳体组成的极细密混合物，称为回火屈氏体。组织特征是，铁素体基本上保持原来针（片）状马氏体的形态，而在基体上分布着极细颗粒的渗碳体，在光学显微镜下分辨不清，呈黑点。但在 电子显微镜下可观察到渗碳体颗粒。回火屈氏体有较好的强度，最佳的弹性，韧性也较好。 回火索氏体 淬火钢在500-650 C高温回火时所得到的组织为回火索氏体（图16-31）。 它是由粒状渗碳体和等轴形铁素体组成的混合物。在光学显微镜下可观察
12、到渗碳体小颗粒，它均匀分布在铁素体中，此时铁素体经再结晶已消失针状特征，呈等轴细晶粒。回火索氏体 组织具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。#图1$药 恨钢正火组织厂+ F图16 2945钢油玲组諛M+T16-3045钢淬火组駅Af图U况 45钢750 火组织M+E图16-33T12钢淬火+20（？回火组织图16-34T2球化退比组织粒狀匚十球状厂图16-35T12钢岛温淬火+汕0C回火组织A/w +扣#实验内容1观察表16-13所列样品的显微组织。2、描绘所观察样品的组织示意图，并注明材料、处理工艺、放大倍数、组织名称、浸蚀 剂等。表 16-13样品序号材料热处理工艺慢蚀剂显微组织（参考图
13、）145钢860 C空衿4%硝酸酒精索氏体+铁素棒（图16-28）2 :45钢860油衿同上马氏休+屈氏体（图16-29）3 45钢86代水冷同上板条状马氏休（图16724 *5钢86OC水冷 600X? 火同上回火索氏体（图16-31）;545钢750 r水拎同上马氏眛+铁素体（图16-32）6T12780毛水拎2血回天同上回火马氏体十二次渗碳体+残余奧氏体（图16-33）1T1276OC球化退火同 上粒状珠光体+粒狀二次渗碳体（图1634）8T121100水冷回火同上粗大针状回火马氏体+残余奧氏林（图16-35）四、实验报告要求1、写出实验目的。2、画出所观察样品的显微组织图，标上组织组成物。3、运用铁碳相图及相应钢种的 C曲线，根据具体的热处理条件分析所得组织及特征。五、思考题1、45钢淬火后硬度不足，如何用金相分析来断定是淬火加热温度不足还是冷却速度不 够？2、45钢调质处理得到的组织和 T12球化退火得到的组织在本质、形态、性能和用途上 有何差异？3、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明回火后所获得的组织：45钢的小轴；60钢的弹簧；T12钢的锉刀。#
