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1、精品文档实验六铁碳合金显微组织的观察及分析实验项目名称： 碳钢非平衡组织观察实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。（2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。（3） 熟悉碳钢几种曲型热处理组织一一 M、T、S、M回火、S回火等组织的形态 及特征。二、实验内容和要求碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织；经淬火得到的是不平衡组织。铁碳合金缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合， 但 在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来加以分析， 而应由过冷奥氏体 等温转变曲线（C曲线）来确定。图1-1为
2、共析碳钢的C曲线图。图1-1共析钢的C曲线铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量， C 曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。 C曲线适用于等温 冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转 变。通过金相显微镜观察，可看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。1 共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1-1中。2 共析钢连续冷却时的显微组织共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1-1的vi）应得到100%珠光体；当冷却速度增大
3、到V2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体 或屈氏体；当冷却速度增大到 V3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体； 当冷却速度增大到V4、V5 （相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体 转变开始点（Ms）后，瞬时转变马马氏体。其中与 C曲线鼻尖相切的冷却速度 （V4）称为淬火的临界冷却速度。3 亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线， 见图1-2所示。当奥氏体缓冷时（相当于炉冷，如图1-2的V1 ）转变产物接近平衡组织，即 珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即 V3 V2 V1时，奥氏体的过冷度逐渐 增大
4、，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析 出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。图1-2亚共析钢的C曲线表1-1转变类组织名形成显微组织特征硬度型称温度 范围厂C(HRC)珠光体 型相变珠光体（P）650在400500X金相显微镜下可以观 察到铁素体和渗碳体的片层状组织20 (HB180 200)索氏体（S）600650在8001000X以上的显微镜下才能 分清片层状特征，在低倍下片层模 糊不清。2535屈氏体（T）550600用光学显微镜观察时呈黑色团状组 织，只有在电子显微镜500015000X下才能看出片层状。3540贝氏体 型相变上贝氏 体（B 上）350550
5、在金相显微镜卜呈暗灰色的羽毛状 特征4048上贝氏 体（B下）230350在金相显微镜下呈黑色针叶状特 征。4858马氏体 型相变马氏体（M）230在正常淬火温度下呈细针状马氏 体，过热淬火时则呈粗大片状马氏 体。60654.各组织的显微特征（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，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。（2）屈氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量 析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑 色团状，只有在电子显微镜下才能分辨
6、其中的片层（见图1-3）。（3）贝氏体（B）为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两 相混合物。在显微形态上，主要有三种形态；A .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（见图1-4）。B.下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。它比淬 火马氏体易受浸蚀，在显微镜下黑色针状（见图1-5）。在电镜下可以见到，在片 状铁素体基体中分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成5560 的角度。C.粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。在低、中碳合金钢中，特别 是连续冷却时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却 时
7、也可能形成。它的温度范围大致在上贝氏体转变渐度区的上部，由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。（4）马氏体（M ）是碳在a Fe的过饱和固溶体。以马氏体的形态按含碳量 主要分两种，即板条状和针状（见图 1-6、1-7）。A 板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。其组织形态是由 尺寸大致相联系贩细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在马氏体束之间位向差较大，一个奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。板条马氏体具有较低的硬度和较好的韧性。B.针状马氏体是含碳量较高的钢淬火后得到的组织。在光学显微镜下，它呈竹叶状或针状，针和针之间成一定的角度。最先形成的马氏体较粗大，往往横 穿
8、整个奥氏体晶粒，将奥氏体加以分割，使以后形成的马氏体片的大小受到限制。 因此，针状马氏体的大小不一。同时有些马氏体有一条中脊线， 并在马氏体周围 有残留奥氏体。针状马氏体的硬度高而韧性差。（5）残余奥氏体（A残）是含碳量大小0.5%的奥氏体淬火时被保留到室温 不转变的那部分奥氏体。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。如图1-8表示为含碳1.3%的碳钢加热到1000C 淬火后，约有15%30%的残余奥氏体。如图1-9表示为含碳1.2%的碳钢正常淬 火（780C加热），组织为马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体。图1-3屈氏体+马氏体图1-4上贝氏体+马氏体
9、图1-5下贝氏体 图1-6回火板条状马氏体图1-7针状马氏体图1-8粗大的针状马氏体+大量残余奥氏体图1-9马氏体+粒状渗碳体+少量 * 图1-10回火马氏体（黑色）+残余残奥氏体奥氏体（白色）（6）钢的回火组织与性能A 回火马氏体。是低温回火（150250C）组织。它仍保留了原马氏体形 态特征。针状马氏体回火析出了极细的碳化物，容易受到浸蚀，在显微镜下呈黑色针状。低温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色（如图1-10） 低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高硬度。B .回火屈氏体。是中温回火（350500C）线织。回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细
10、混合物。铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态 （条状 或针状），第二相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难分辨(如图1-11)。中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。C 回火索氏体：是高温回火(500650C)组织。回火索氏体是铁素体与 较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。 碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再 结晶，呈等轴细晶粒状。经充分回火的索氏体已没有针的形态。 在大于500倍的 光镜下，可以看到渗碳体微粒(如图 1-12)。回火索氏体具有良好的综合机械性 能。应当指出，回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物，它们的渗碳体是颗粒状的，且均匀地分布在铁素体基体上；而淬火索
11、氏体和淬火屈氏体是 奥氏体过冷时直接形成的，其渗碳体是呈片状。回火组织较淬火组织在相同硬度 下具有较高的塑性与韧性。图1-11回火屈氏体图1-12回火索氏体三、实验主要仪器设备和材料(1) 金相显微镜(2) 金相图谱及放大的金相图片(3) 经各种不同热处理的金相试样四、实验方法、步骤及结果测试(1) 观察表1-2所列试样的显微组织表1-2实验要求观察的样品序号材料含碳热处理工艺浸蚀剂显微组织特征量145钢0.45%860 C炉冷（退火）3%硝酸酒精P+F （白色块 状）245钢0.45%860C空冷（正火）3%硝酸酒精S+F （白色块 状）345钢0.45%770C淬水（淬火）3%硝酸酒精M细
12、小+F （部分 白色块状）445钢0.45%860 C淬水（淬火）3%硝酸酒精M细小545钢0.45%860 C淬油（淬火）3%硝酸酒精M细小+T （沿晶 界分布的黑色网）645钢0.45%1000C淬水（淬火）3%硝酸酒精M粗针+残余奥氏 体（亮白色块状）745钢0.45%860 C 淬水 200 C回火3%硝酸酒精回火M845钢0.45%860 C 淬水 400C回火3%硝酸酒精回火T945钢0.45%860 C 淬水 600 C回火3%硝酸酒精回火S10T12钢1.2%760 C球化退火3%硝酸酒精P球状（F+细粒状FesC）11T12钢1.2%760 C淬水（淬火）3%硝酸酒精M细针+Fe3C（白色粒状）12T12钢1.2%1000C淬水（淬火）3%硝酸酒精M粗针+残余奥氏 体（亮白色块状）（2）描绘出所观察样品的显微组织示意图，并注明材料、处理工艺、放大倍数、 组织名称及浸蚀剂等。五、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示意图;（3）说明所观察样品的组织；六、思考题比较并讨论直接冷却得到的 M、T、S和淬火、回火得到的 M回火、T回火、S回火的组织形态和性能差异精品文档
