实验二 铁碳合金非平衡组织观察.doc

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1、实验二铁碳合金非平衡组织观察一、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）熟悉碳钢几种典型热处理组织的形态及特征。二、实验概述碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主耍的是参考钢的等温转变曲线（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。在一定的程度上

2、可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。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4一1屮。2、共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图4—1）来分析。例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图4一1屮的J）应得到100%的珠光体;半冷却速度增大到U2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J时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至U4、U5（相为于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏

3、体，其屮与C曲线鼻尖相切的冷却速度（U4）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,如图4—2所示。当奥氏体缓慢冷却吋（相当于炉冷，如图4—2屮5）,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u3>u2>u】时，奥氏体的过冷度逐渐增大，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n寸析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此vl的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。当冷却速度为v4吋，

4、析岀很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主耍转变为马氏体和屈氏体（如图4-3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图4・6,4-7）o过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而5004003002001000800图4一2亚共析钢的C曲线前者先析岀的是渗碳体。表4—1共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的纟R织及性能转变类型组织名称形成温度范围/C显微组织特征硬度（HRC）珠光体型相变珠光体（P）>650在400-500X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(HB

5、180-200)索氏体（S）600〜650在800-1000X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25〜35屈氏体（T）550〜600用光学显微镜面容时呈黑色团状组织，只有在电子显微镜（5000-15000X）下才能看出片层状35〜40贝氏体型相变贝氏体（B1.）350〜550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征（图10・9所示）40〜48下贝氏体（B卜）230-350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征（图10-10所示）48-58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（隐晶马氏体），过热淬火时则呈粗大片状马氏体6

6、0〜65MfIIIII0110102103104105时间秒图4一1共析钢C111I线4、各组织的显微特征（I）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（7（）0倍以上）显微放大时才能分辨。（2）托氏体（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其屮的片层（见图4—3）；（3）贝氏体（B）为奥氏体的屮温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相

7、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。当转变量不多时，在光学显微镜下为与束的铁素体条向奥氏体晶内伸展，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行，渗碳体则沿条的长轴方向排列成行，如图4—4。图4—3托氏体+马氏体图4—4上贝氏体+马氏体B、下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两札I混合物组织。它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜下呈黑色针状（如图4—5）。在电镜下可以见到，在片状铁素体基体屮分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成55-60

8、o的角度。C、粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。在低、屮碳合金钢屮，特别是连续冷却时（如正火、热轧空冷或