碳鋼的熱處理及非平衡組織觀察

1、實驗二 碳鋼的熱處理及非平衡組織觀察一、實驗目的1. 了解退火、正火、淬火及回火等普通熱處理的基本工藝與生 產。2. 認識碳鋼典型的熱處理組織，了解不同加熱溫度、不同冷卻 速度及不同回火溫度對所得組織的影響。二、實驗內容實驗一中我們研究了鐵碳合金的平衡組織，即緩冷后的組織。它 完全符合鐵碳狀態(tài)圖所得出的結果，而非平衡組織，通俗的理解就是 在較快的冷速下所得到的組織，除退火外，正火、淬火或回火所得的 組織都為不平衡組織。1. 狀態(tài)圖可決定熱處理的加熱溫度和可以進行哪一類熱處理。 但熱處理后的產物尚需視冷卻速度而定，這樣就需要運用過冷奧氏體 等溫轉變曲線（C曲線）來決定。而鋼的回火后組織又必須結合

2、鋼的 回火相變原理去理解。圖1為共析鋼由TTT曲線推測過冷奧氏體連 續(xù)冷卻所獲轉變產物。Ai為臨界線（727 C）, Ms為馬氏體轉變開始溫度。以不同冷卻 速度進行冷卻。根據(jù)冷卻曲線和“ C”曲線相交的位置可以判斷出奧 氏體轉變產物是什么組織。Vk表示轉變?yōu)轳R氏體的最小冷速V1相當于退火冷速（爐冷），產物為片狀珠光體。V2相當于正火冷速（空冷），產物為索氏體，索氏體也是a +Fe3C的機械混合物，與珠光體不同的是其片狀較細，在放大倍數(shù)較 高的顯微鏡觀察時可以分辨清楚（一般8001000倍）V3相當于在油中冷卻，產物為屈氏體+馬氏體。屈氏體也是 a +Fe3C的機械混合物只是片狀更細，故要在更高

3、放大倍數(shù)下才能分 辨。普通金相顯微鏡分辨不清，呈黑色團塊狀。V4相當于在水中冷卻（淬火），產物為馬氏體+殘余奧氏體。 馬氏體（M ）是碳在a Fe中的過飽和固溶體，其組織特征呈亮白色 針狀。針與針之間的夾角一般為60?；?20。，針的粗細與原來丫的 晶粒度有密切的關系。若選取熱處理加熱溫度過高，則由于丫晶粒很 粗大，淬火后的M針也粗大。這種情況下鋼的韌性很低。正常淬火溫 度下，M針應很細，呈隱針狀。鋼在淬火后常保留某些未轉變的奧氏 體，稱為殘余奧氏體，它與一般的奧氏體沒有什么區(qū)別。下面是一些鋼種熱處理后的顯微組織。45鋼退火處理（100X）：基體組織為珠光體及鐵素體。鐵素體沿 奧氏體晶界呈網絡

4、狀分布。片狀珠光體的體積分數(shù)約占基體總體積分 數(shù)的55%，由此可以推算出鋼中 W （ C）為45%。同時，從網絡狀分 布的鐵素體可以看出，此鋼退火溫度不高；故其晶粒細小。這種鋼在 退火狀態(tài)下強度是偏低的，為了充分發(fā)揮材料的潛力，通常于采用調 質或正火處理。45鋼860 C加熱保溫后淬火（500X）。針狀淬火馬氏體，其針葉 大小中等。45鋼860 C加熱保溫后淬火，600 C回火1h （ 500X）。基體組織 為保持馬氏體位向分布的回火索氏體，硬度為28HRC。45鋼淬火后得 到過飽和的a固溶體即淬火馬氏體。它的強度及硬度很高（硬度可達 5860HRC左右）,而其韌性及塑性則明顯下降。為了消除淬

5、火時的 內應力和組織應力，淬火的工件應及時進行回火處理，當回火溫度達 600 °C時，馬氏體則發(fā)生分解，析出極細的滲碳體顆粒，從而使基體 分解為索氏體組織，此時工件的強度和硬度有所下降，而塑性及韌性 則顯著提高。因此，可獲得良好的綜合力學性能，以適應制造要求強 度較高，塑性及韌性也好的機械零件。20鋼900 C加熱后正火處理（100X），組織是白色基體為鐵素體 等軸晶，黑色塊狀為片狀珠光體。此為正火后的正常組織。20鋼950 C加熱保溫后水淬（500X）。組織是低碳馬氏體，又稱 板條狀馬氏體，硬度為4647HRC。低碳鋼淬火后可得到板條狀馬氏 體組織，它的特征是：尺寸大致相同的條狀馬

6、氏體定向平行排列，組 成馬氏體束或馬氏體區(qū)域，在區(qū)域與區(qū)域之間位向差較大，一顆原始 的奧氏體晶粒內可以形成幾個不同取向的區(qū)域。20鋼通過加熱后淬 火、回火等處理，可以改善其力學性能和可加工性，以充分利用它的 潛在性能，來制造強度和韌性要求較高的零部件2. 鋼淬火后必須回火，按工件不同的性能要求進行不同類型回 火。根據(jù)加熱溫度的高低可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。(1) 低溫回火：回火溫度在250 C以下，回火轉變的產物為回 火馬氏體，它與淬火馬氏體的形態(tài)相同，呈針狀。但易受侵蝕，所以 顏色發(fā)暗。(2) 中溫回火：回火溫度350 C500 C ,其組織為回火屈氏體。 它也是a +Fe3C的機

7、械混合物?；鼗鹎象w中的Fe3C微粒是分布在 保留馬氏體位向的a上。(3) 高溫回火：回火溫度500 C650 C ,其組織為回火索氏體, 在高倍放大下可以看到析出的Fe3C粒子分布在a基體上。下圖為不同回火工藝處理后的典型顯微組織三、實驗步驟1. 認真觀察下列實驗室準備的碳鋼非平衡組織的樣品：1) 45鋼850 C爐冷；2) 45鋼850 C空冷；3) 45鋼850 C油冷；(c) Ml火盅氐體4) 45鋼850 C水冷；5) 45鋼760 C水冷；6) 45鋼850 C水冷+200 C回火；7) 45鋼850 C水冷+400 C回火；8) 45鋼850 C水冷+600 C回火；9) T10

8、 鋼：球化退火；10) T12 鋼：780 C 水冷；11 ) T12鋼：1200 C水冷，過熱組織；12) T12 鋼：1200 °C 水冷 +200 C 回火；13) 20 鋼：1200 C 水冷；14) 65Mn 鋼 ： 等溫淬火， 上貝氏體；15) 65Mn 鋼 ： 等溫淬火， 下貝氏體。16) 902(船用鋼板)： 910C 空冷， 粒狀貝氏體2. 了解冷卻速度對鋼組織的影響， 過共析鋼淬火溫度的選擇。3. 觀察不同回火溫度下的顯微組織，了解回火時組織變化規(guī)律。4. 選擇典型鋼種， 繪畫金相組織 6個， 并詳細注解。四、實驗儀器及材料1. 金相顯微鏡若干臺；2. 上述鋼種的金相樣品和圖片；3. 淬 火 鋼 金