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1、实验七 常见固态相变组织观察（Phase Transformation of Solids）实验学时：2 实验类型：综合前修课程名名称：材材料科学学导论适用专业：材料科科学与工工程一、 实验目的 正确确识别不不同固态态相变产产生的组组织的形形貌，掌掌握其特特点。 了解解马氏体体相变的的可逆性性。二、 概述固态物质内内部发生生的组织织结构变变化称为为固态相相变。固固态相变变包括材材料中相相成分的的变化、结结构的变变化和有有序度的的变化，固固态相变变是材料料热处理理的基础础。热处处理是利利用材料料在加热热和冷却却过程中中发生的的相变，改改变内部部的组织织与结构构，改善善材料的的性能，充充分发挥挥材
2、料的的潜力。共共析转变变、贝氏氏体转变变、马氏氏体转变变的组织织形貌可可以在光光学显微微镜下获获得。到目前为止止，钢仍仍然是应应用最多多的工程程材料。为为了使钢钢获得所所需要的的组织性性能，充充分发挥挥钢材的的潜力，必必须经过过热处理理。而大大多数热热处理工工艺都要要首先将将钢加热热到临界界点温度度以上形形成奥氏氏体，然然后再以以一定的的方式进进行冷却却。冷却却的过程程中，过过冷奥氏氏体在不不同的温温度区间间会发生生不同的的转变。对对于共析析钢，在在A15000区间发发生珠光光体转变变（共析析转变）；在5550Ms点区区间发生生贝氏体体转变；在Mss点以下下将发生生马氏体体转变。本本次实验验，
3、以碳碳钢、低低合金钢钢为例，介介绍一些些常见的的固态相相变的组组织形貌貌。珠光体是铁铁素体（）和渗碳体（Fe3C）的两相混合物。常见的珠光体形貌有两种：片状和粒状。图（7-1）是亚共析钢45钢的室温退火组织，由珠光体+先共析铁素体组成。图片中颜色暗黑的是珠光体区域。图（7-3）是过共析钢T12的球化处理组织，由粒状珠光体+颗粒状二次渗碳体组成，可以对应比较图（7-4）T12钢的室温退火组织，是由层片状珠光体+网状二次渗碳体组成。 （7-1）445钢8830度度退火 （77-2）665钢退退火 （7-3）TT12钢钢球化 （7-4）TT12钢钢退火非共析钢过过冷奥氏氏体转变变时，由由于存在在先共
4、析析转变，根根据实际际条件的的影响，在在组织形形态上会会获得魏魏氏组织织。图（77-6）、（77-7）分分别是220Crr、455钢的过过热空冷冷后的室室温组织织，先共共析铁素素体呈现现平行排排列的“梳状”形貌，称称为魏氏氏组织。图图（7-7）是是T122钢的过过热空冷冷组织，退退火态下下呈现网网状的二二次渗碳碳体现在在呈现细细长针状状，成一一定角度度交错分分布。 （7-5）220Cr钢11100度度空冷 （77-6）445钢111000度空冷冷 （7-7）TT12钢钢-9770风冷 （77-8）665钢-8600空冷（放放置于铁铁板上）由于冷却条条件的改改变，一一些转变变被抑制制。图（77-
5、8）中中的图片片，是665钢的的空冷组组织，其其先共析析铁素体体几乎消消失迨尽尽，基本本上是珠珠光体组组织组成成。这是是发生了了伪共析析转变的的结果。此此时的珠珠光体的的成分已已经不再再是0.77%C，而而是低于于0.777%CC。可以以对比图图（7-2），665钢室室温退火火组织分分析。实实际上，在在图（77-5）、（77-6）中中的珠光光体，由由于先共共析组织织的数量量被抑制制，伪共共析转变变的发生生，其成成分也低低于0.77%C。而而图（77-7）中中珠光体体的情况况恰好相相反。贝氏体是由由过饱和和铁素体体和渗碳碳体两相相组成的的混合物物，钢中中贝氏体体组织最最常见的的基本形形态是上上贝
6、氏体体和下贝贝氏体。在在光学显显微镜下下，上贝贝氏体呈呈羽毛状状，对于于共析钢钢其形成成温度约约在55503500之间；下贝氏氏体呈黑黑针状，对对于共析析钢，其其形成温温度在33502400之间。根根据奥氏氏体的成成分和转转变温度度的不同同，还可可以见到到粒状贝贝氏体、无无碳贝氏氏体、柱柱状贝氏氏体和反反常贝氏氏体等形形貌的贝贝氏体组组织。下下面的图图（7-9）至至（7-12），以以65MMn为例例介绍下下贝氏体体、上贝贝氏体的的形貌及及出现转转变的温温度情况况。图（77-133）表明明，455钢在进进行淬火火冷却过过程中，当当冷却速速度不足足时，在在组织中中也会出出现上贝贝氏体组组织形貌貌。
7、 （7-9）665Mnn 8440度3300度度等温4400秒秒 （77-100）655Mn 8840度度3500度等温温1600秒 （7-111）655Mn 8840度度4000度等温温25秒秒 （77-122）655Mn 8840度度5000度等温温14秒秒（7-133）455钢8330度油油淬钢中马氏体体的组织织形态主主要有两两种类型型，一种种是板条条状马氏氏体，一一种是片片状马氏氏体。板板条状马马氏体主主要出现现在低碳碳钢淬火火的组织织中，所所以又称称低碳马马氏体；如图（77-144）。片片状马氏氏体主要要出现在在高碳钢钢淬火组组织中，又又称高碳碳马氏体体，如图图（7-15）。典典型的
8、板板条状马马氏体的的是由许许多成群群的平行行马氏体体板条组组成的。由由于板条条马氏体体中有高高密度的的位错，所所以板条条马氏体体又称为为位错马马氏体。片片状马氏氏体的形形貌呈针针片状或或竹叶状状。故又又称针状状马氏体体或竹叶叶状马氏氏体。其其立体形形态是凸凸透镜片片状，所所以又称称透镜马马氏体。在在一个原原奥氏体体晶粒中中，首先先形成一一片贯穿穿整个晶晶粒的马马氏体片片，以后后形成的的马氏体体片尺寸寸受到了了限制，越越是后形形成的马马氏体片片越小。马马氏体片片之间互互不平行行。粗片片状马氏氏体中常常能见到到有明显显的中脊脊，由于于片状马马氏体中中存在孪孪晶亚结结构，所所以又称称片状马马氏体位位
9、孪晶马马氏体。 （7-144）200钢9880度盐盐水淬火火 （7-15）TT13钢钢11000度水水淬高碳钢淬火火时，容容易在马马氏体组组织中形形成显微微裂纹。这这是由于于马氏体体的比体体积大于于奥氏体体，并且且含碳量量越高差差别越大大；马氏氏体片形形成的速速度又很很大，在在马氏体体形成时时，马氏氏体片互互相撞击击或冲击击奥氏体体晶界而而引起相相当大的的应力造造成显微微裂纹。为为了避免免粗大马马氏体的的出现，要要严格控控制高碳碳钢的淬淬火加热热温度，避避免出现现粗大的的奥氏体体组织。对于某些可可以随温温度的升升降而消消长的马马氏体称称为热弹弹性马氏氏体。其其基本理理论、概概念以课课堂教师师讲
10、述为为基础；结合课课外阅读读加深了了解。其其记忆效效应通过过实际样样品的演演示可以以直观地地了解。多型性转变变即同素素异构转转变的金金相组织织，我们们用工业业纯铁来来说明。工工业纯铁铁在9112以上时时是面心心立方结结构，金金相组织织中可以以见到含含有孪晶晶结构的的等轴晶晶粒，如如图（77-166）；在在9122发生同同素异构构转变，912以下后，组织为体心立方结构，等轴晶粒中见不到孪晶形貌，如图（7-17）。在转变前后没有成分变化，是所有相变中最简单的一种。 （7-166）工业业纯铁高高温金相相（9770） （77-177）工业业纯铁室室温退火火组织最后，需要要说明的的一点是是：上述述许多组
11、组织形貌貌中的部部分晶粒粒粗大的的显微组组织，仅仅仅是为为了理论论研究才才会出现现，在实实际生产产过程中中属于疵疵病组织织，应当当采取相相应的工工艺技术术避免出出现。切切记！三、 实验材料和和设备金相显微镜镜，相应应的典型型金相样样品，记记忆合金金演示样样品。四、 实验内容和和步骤 观察察马氏体体、贝氏氏体的典典型样品品。 使使用显微微镜观察察下列样样品：序号材料热处理组织1.65Mn840加加热5000度等等温144秒马氏体+屈屈氏体（网网状分布布，黑色色，条、块块状）2.65Mn840加加热4000度等等温255秒马氏体+屈屈氏体+上贝氏氏体（黑黑色羽毛毛状）3.65Mn840加加热355
12、0度等等温1660秒马氏体+上上贝氏体体+下贝贝氏体（黑黑色针状状）4.65Mn840加加热3000度等等温4000秒马氏体+下下贝氏体体（黑色色针状）5.45钢840加加热，油油冷马氏体+屈屈氏体+贝氏体体6.45钢退火处理珠光体+铁铁素体7.45钢风冷，或放放置于金金属板上上空冷魏氏组织8.20钢风冷，或放放置于金金属板上上空冷魏氏组织9.20Cr（11000）过热热淬火板条马氏体体10.T12（11000）过热热淬火片状马氏体体+奥氏氏体（残残余）11.65钢退火处理珠光体+铁铁素体12.65钢840加加热，放放置于铁铁板上空空冷珠光体+铁铁素体（网网状分布布，极少少量）13.T12钢9
13、70加加热，出出炉风冷冷珠光体+二二次渗碳碳体（针针状交错错分布）14.T12钢退火处理珠光体+二二次渗碳碳体（网网状分布布）15.T12钢球化处理珠光体（粒粒状）+二次渗渗碳体（颗颗粒状）16.工业纯铁高温金相（970）奥氏体晶粒粒（有孪孪晶）17.工业纯铁室温退火组组织铁素体晶粒粒 观看看形状记记忆合金金样品的的记忆效效应演示示（根据据情况增增减部分分）五、 本次实验的的总结记记录 记录录、分析析典型固固态相变变的组织织形貌魏氏组织（ ） 片状马马氏体 上上贝氏体体 下贝贝氏体工业纯铁的的高温奥奥氏体金金相组织织 工业业纯铁的的室温铁铁素体金金相组织织 T122钢的球球化组织织 回答答下列问问题： 下下贝氏体体和片状状马氏体体的光学学形貌有有什么特特点？如如何区分分它们？结合课课外阅读读分析：什么成成分的合合金可能能作为形形状记忆忆合金？ T88（共析析钢）中中会有魏魏氏组织织出现吗吗？ 655钢通过过空冷可可以获得得几乎全全部的珠珠光体组组织，此此时的珠珠光体成成分是多多少？退退火状态态下的珠珠光体中中的铁素素体约占占88.7%，那那么，665钢空空冷获得得的全部部珠光体体中的铁铁素体大大约占多多少比例例？
