金相法测定钢的MS点

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1、金相法测定钢的MS点摘要：目前计算钢MS点的公式属于多元一次方程，即认为MS点 与钢的化学成分间存在线性关系。但是人们普遍认为这种表达方式并 不精确，用它们预测钢的MS点会产生较大误差。本次试验采用金相 法来测定钢的MS点，两次等温后利用回火马氏体与淬火马氏体的显 微组织区别判定MS点，试验分成粗测和精测两部分，使实验结果可 靠性大大提高。：金相法马氏体转变 MS点引言钢的马氏体转变开始温度，即MS点，反映了过冷奥氏体开始发生马氏体转变 时的最高温度，对工件热处理工艺的制定及热处理后的质量和性能有很大影响， 在生产中具有重要意义。多年来人们一直希望找到一种合适的方法对它进行预 测。钢中的合金元

2、素对钢的相变热力学和动力学都有重要的影响，其中也包括MS 点。可以认为：钢的成分决定了它的MS点。从这种认识出发，许多学者根据收 集的资料提出了计算点的经验公式1-6J，以此来预测新钢种的MS点，如表1 所示资料提出了计算MS点的经验公式1-6J，以此来预测新钢种的MS点： 1惜.见的测 倾；勺注验f式Table 1 Empiric司 equiatiorus used tu predict the /Vfs jn Ikleiat meInvestigatorPayeoo And !a.Va.gP- IRowland, and Lyl司Grange and StewartNehranbergr

3、ISteven gtnd I Joy AndrewsA nJ pew 总(P ) =49. 9 一幻& 7C- S3 -27.8Cr 一 16 2Ni 1L 1肇 + Ma 4 W)=4&0.9-333,3 C- 33n =27 SCr -1 fi.TNi-IRlfSi 十 M口* W)U) =537,B-3L1C-3B冽Mn+Ct -1 乱4Ni-27aMo(X： )= 4g .0-3DD.DC-33 3Mn-22.2Cr-1 &1L 审# Mo) A(,C)=&Gl.l-473-9C-16!7(Cr-hNi)-21.1Mo .Wfi(D=5M-423C-3D.4MTii-17.7Ni-12

4、.1Cr-7-5MaC) =512-453C-1B9NHISCr-9,5M217C2-71 ,SMn - C - 67,Cr CMute： ih yiiiboh of elements represent the conlenl (rriiss fractiun, %) 此外还有波波公式 Ms Me) =520-320C-50Mn-30Cr-20 (Ni+Mo) -5 (Cu+Si)适用于碳钢 司替海-海莱司公式Ms (e) =561-474C-33Mn-17 (Cu+Ni) -21Mo,适用于中碳 合金钢从表中可以看到，多数经验公式属于多元一次方程，即认为MS点与钢的化 学成分间存在线性关系

5、。但是人们普遍认为这种表达方式并不精确，用它们预测 钢的MS点会产生较大误差。现在普遍采用金相法、硬度法、磁性法、电阻法、 膨胀法来测定钢的MS点。本次实验采用金相法来测定钢的MS点。金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法之一，特别是在金属材料 的研究领域占有很重要的地位。而金相显微镜是进行显微分析的主要工具，利用 金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法，称为金相显微分 析。显微分析可以观察、研究材料的组织形貌、晶粒大小、非金属夹杂物(如氧 化物、硫化物等)在组织中的数量和分布情况等，即可以研究材料的组织结构与 其化学成分(组成)之间的关系，确定各类材料经不同加工工艺处理

6、后的显微组 织，可以判别材料质量的优劣等。二、实验1基本原理首先，要根据经验公式估算出所选试样的MS点的近似值。测定时，将A化后的试样迅速投入预先估计的Ms温度的热容中，等温2-3 分钟后，再将试移到比第一个热容高20e的热容中保持一定时间，最后淬入盐 水中。假如第一个热容的温度高于该钢的Ms点，则在两个热容中等温时过冷A都 不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到的只是白亮 的(淬火)M组织；反之，如果有一个热容的温度低于Ms温度，则试样投入热容后将有部分过 冷A转变成M，而在第二个热容中保温时，已转变的M将被回火，而未转变的过 冷A在随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为

7、暗黑色的回火M加白亮的淬火M。多次调整热容温度，使事先经处理后得组织几乎全部是淬火M和很少得回火 M，这时第一个热容的温度就近似地代表了钢的Ms点。本实验以40#钢为例2实验要求2.1试样成分40 钢 标准：GB/T 699-1988碳 C : 0.40硅 Si： 0.21 锰 Mn： 0.62 硫 S : 0.035 磷 P ：0.035 铭 Cr： 0.25 镍 Ni： 0.25 铜 Cu： 0.252.2试样规格2.3试样表面要求试样表面光滑、无明显缺陷。3实验设备1、金相显微镜2、加热炉保温炉若干3、盐水浴4、试样切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、抛光粉5、不同型号的金相砂纸6、3%硝酸

8、酒精溶液、酒精7、棉花、吹风机等。4试样MS点预估计算波波公式 Ms Me) =520-320C-50Mn-30Cr-20 (Ni+Mo) -5 (Cu+Si)适用于碳钢预估 MS 点=520-320 X 0.4-50 X 0.62-30 X 0.25-20 X 0.25-5 X(0.25+0.21)=346.2C5实验步骤第一步：大致测定MS点将制作好的若干试样投入到加热炉中，将加热炉温度设置为900C（高于 A点），等温一段时间使 充分A化。1测定时，准备多个等温炉，以预估MS点为基准，上下浮动100C，每级 相差20C。将A化后的试样迅速投入预先准备的热容中，等温2-3分钟后，再 将试移

9、到比第一个热容高20C的热容中保持一定时间，具体如表一所示：A化后保温图表一一次等温二次等温试样热处理流程图冷却（淬火）试样编号A化后第一次等温温度T1第二次等温温度T21预估MS点+100C，即446C预估MS点+120C，即466C2预估MS点+80C，即426C预估MS点+100C，即446C3预估MS点+60C，即406C预估MS点+80C，即426C4预估MS点+40C，即386C预估MS点+60C，即406C5预估MS点+20C，即366C预估MS点+40C，即386C6预估MS点，即346C预估MS点+20C，即366C7预估MS点-20C，即326C预估MS点，即346C8预估

10、MS点-40C，即306C预估MS点-20C，即326C9预估MS点-60C，即286C预估MS点-40C，即306C10预估MS点-80C，即266C预估MS点-60C，即286C11预估MS点-100C，即246C预估MS点-80C，即266C最后将编号1-11的所有试样依次淬入盐水中，记录试样编号，一段时间后 取出用棉花擦干。假如第一个热容的温度高于该40钢的Ms点，则在两个热容中等温时过冷A 都不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到的只是白 亮的（淬火）M组织；反之，如果有一个热容的温度低于Ms温度，则试样投入热容后将有部分过 冷A转变成M，而在第二个热容中保温时

11、，已转变的M将被回火，而未转变的过 冷A在随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为暗黑色的回火M加白亮的淬火M。然后按试样编号依次用金相显微镜依次观察试样的表面组织，经过比较，试 样6中全为淬火马氏体，试样7几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，所以 选取试样7，这时326C就近似代表了 40钢的Ms点。附：回火马氏体和淬马氏体显微组织板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板 条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。回火马氏体:淬火马氏体回火时，碳已经部分的从固溶体中析出并形成了过 渡碳化物此时的基体组织。它是马氏体的一种回火组织，其a固溶体仍有一定的

12、碳的过饱和度，仍是一种亚稳组织。回火马氏体显微组织淬火马氏体显微组织第二步：精确测定MS点在326C保温时已经出现了 A - M的转变，即326C略低于40钢的 MS点，其真正的的MS点处于326C-346C这个范围内，为此进行进一步的试验， 每级相差5C,故本次试样测得的MS点误差小于5C。将制作好的若干试样投入到加热炉中，将加热炉温度设置为900C（高于 A点），等温一段时间使 充分A化。1测定时，准备多个等温炉，将A化后的试样分别迅速投入预先设计的热容 中，等温2-3分钟后，再将试移到比第一个热容高5C的热容中保持一定时间， 具体如表一所示：A化后保温图表二试样编号A化后第一次等温温度T

13、1第二次等温温度T212346C351C13341c346C14336c341c15331C336c16326C331C两次等温结束后依次淬如入盐水中，记录好试样及编号，取出后用棉花球擦 干。然后按试样编号依次用金相显微镜依次观察试样的表面组织，经过比较，试 样14中全为淬火马氏体，试样15几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，所 以选取试样15，这时331C就代表了 40钢的Ms点。三、实验分析与讨论奥氏体快速冷却（大于临界冷却速度）至某一温度以下才能发生马氏体相变， 这一温度称为马氏体相变开始点，以MS点表示。当奥氏体过冷到MS点以下某一温 度时马氏体相变立即开始，不需要孕育期，并且以极大

14、的速度进行。但在此温度 下马氏体相变很快停止，即马氏体转变量不再增加。为使马氏体相变得以继续进 行，必须不断地降低温度。如停止继续降低温度，马氏体相变则立即停止。即马 氏体相变是在不断降温条件下进行的，马氏体转变量是温度的函数，而与等温时 间无关。转变时间t曲线B:若第一次等温温度低于MS点，则试样投入热容后将有部分过冷A转 变成M，而在第二个热容中保温时，已转变的M将被回火，而未转变的过冷A在 随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为暗黑色的回火M加白亮的淬火M。第一 次等温温度越低，最终产生的回火马氏体会越多，经磨光、抛光、腐蚀处理后的 试样表面在金象显微镜下越呈暗色。曲线C：若第一个等温的温

15、度高于该40钢的Ms点，则在两个热容中等温 时过冷A都不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到 的只是白亮的（淬火）M组织；因回火马氏体与淬火马氏体易区分，根据观察得到的组织，经过细致的比较， 选取盐水淬火后组织几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，此时试样的第一 次等温温度即钢的MS点。采用两次对比测定，是为了更加可靠地测定钢的MS点，本实验的误差只有 5C，对于大部分科研和工业用途已经足够。参考文献：1、徐洲，赵连成.金属固态相变原理.科学出版社，20042、徐祖耀.相变原理.科学出版社，19993、王温银，史月丽，顾永琴.材料实验技术，20084、沈承金.金属热处理与表面工程，20095、孙宝珍，朱谱藩，林慧国，俞铁姗.合金钢手册，冶金工业出版社，19846、徐祖耀.马氏体相变与马氏体，科学出版社，19997、邓永瑞.马氏体转变理论，科学出版社，19938、赵连成.金属热处理原理，哈尔滨工业大