【精品】金属材料与热处理实验指导书.doc

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1、实验一碳钢热处理的显微组织实验项目名称: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)熟悉碳钢儿种曲型热处理组织——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齐种平衡组织相符合，但在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图來加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线(C曲

2、线)来确定。图为共析碳钢的C曲线图。1010»!0>10410*图1-1共析钢的c曲线铁碳相图能说明慢冷吋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屮。2.共析钢连续冷却时的显微组织共

3、析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1」的V

4、）应得到100%珠光体；当冷却速度增大到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W、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（W）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

5、的W）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>V

6、nt，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转变类型组织名称蠶T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(HB180〜200)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)55

7、0〜600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织,只有在电子显微镜5000-15000x下才能看出片层状。35〜40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350〜550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40〜48上贝氏体(B下)230~350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征。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，过热淬火时则呈粗大片状马氏体。60-654.各组织的显微特征（1）索氏体（S）是铁索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

8、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中的片层（见图1-3）o（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，主耍有三种形态；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

9、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°的角度。C.粒状贝氏体是最近十儿年才被确认的组织。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，在等温冷却时也可能形成。它的温度范I韦I大致在上贝氏体转变渐度区的上部,由铁素体和它所包的小岛状组织所组成。（4）马氏体（M）是碳在aFe的过饱和同溶体。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、l-7）oA.板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。具组织形态是由尺寸大致相联系贩细马氏体条

10、定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。在马氏体朿Z间位向差较大，一个奥氏体晶粒内可形成儿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