金相組織分析

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母攀鰧?shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察碳鋼經(jīng)不同熱處理后的顯微組織。2. 熟悉碳鋼幾種典型熱處理組織一一 M T、S、M回火、T回火、S回火等組織的形態(tài)及特征。3. 熟悉鑄鐵和幾種常用合金鋼、有色金屬的顯微組織。4. 了解上述材料的組織特征、性能特點(diǎn)及其主要應(yīng)用。TOP二、概述1. 碳鋼熱處理后的顯微組織碳鋼經(jīng)退火、正火可得到平衡或接近平衡組織，經(jīng)淬火得到的是不平衡組織。因此，研究熱處理后的組織時(shí)，不僅要參考鐵碳相圖，而且更主要的是參考鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）。為了簡(jiǎn)便起見，用C曲線來(lái)分析共析鋼過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變的組織及性能（見表3-1 ）。在緩慢冷時(shí)（相

2、當(dāng)于爐冷，見圖2-3中的V）應(yīng)得到100%勺珠光體；當(dāng)冷卻速度增大到 V2。時(shí)（相當(dāng)于空冷）， 得到的是較細(xì)的珠光體， 即索氏體或屈氏體；當(dāng)冷卻速度增大到 V3時(shí)（相當(dāng)于油冷），得到的為屈氏體和馬 氏體；當(dāng)冷卻速度增大至 V M，（相當(dāng)于水冷），很大的過(guò)冷度使奧氏體驟冷到馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)（Ms）后,瞬時(shí)轉(zhuǎn)變成馬氏體。其中與 C曲線鼻尖相切的冷卻速度（V4）稱為淬火的臨界冷卻速度。表3-1轉(zhuǎn)變類型組織名稱形成溫度范圍/'C顯微組織特征硬度(HRC)珠光體型相變珠光體（P）>650在400500X金相顯微鏡下可以觀察到鐵索體和滲碳體的片層狀組織20(HBI80 200)索氏體（S）6

3、00 650在800 一 000X以上的顯微鏡下才能分清片層狀特征，在低倍下片層模糊不清25 35屈氏體（T）550 600用光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)呈黑色團(tuán)狀組織，只有在電子顯徽鏡（500015000X）下才能看岀片層狀3540貝氏體型相變上貝氏體（B上）350550在金相顯微鏡下呈暗灰色的羽毛狀特征4048下貝氏體（BT）230350在金相顯微鏡下呈黑色針葉狀特征48 58馬氏體型相馬氏體變(M)<230在正常淬火溫度下呈細(xì)針狀馬氏體（隱晶馬氏體），過(guò)熱淬火時(shí)則呈粗大片狀馬氏體60 65亞共析鋼的C曲線與共析鋼相比，只是在其上部多了一條鐵素體先析岀線，當(dāng)奧氏體緩慢冷卻時(shí)（相當(dāng)于爐冷，如圖2-

4、3中V:），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物接近平衡組織，即珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，即 M>V2>V,時(shí)，奧氏體的過(guò)冷度逐漸增大，析岀的鐵素體越來(lái)越少，而珠光體的量逐漸增加，組織變得更細(xì)，此時(shí)析岀的少量鐵素體多分布在晶粒的邊界上。因此，V的組織為鐵素體+珠光體；V2的組織為鐵素體+索氏體；V3,的組織為鐵素體+屈氏體。當(dāng)冷卻速度為 V4,時(shí)，析岀很少量的網(wǎng)狀鐵素體和屈氏體（有時(shí)可見到少量貝氏體），奧氏體則主要轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和屈氏體（如圖3-3）;當(dāng)冷卻速度 V5，超過(guò)臨界冷卻速度時(shí)，鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織（如圖3-6，3-7）。過(guò)共析鋼的轉(zhuǎn)變與亞共析鋼相似，不同之處是后者先析岀的是鐵素體，而前者

5、先析岀的是滲碳體。 珠光體（P）珠光體的組織形態(tài)主要有兩種：片狀珠光體和顆粒狀珠光體。片狀珠光體由一片 片相互交錯(cuò)排列的鐵素體和滲碳體所組成形成珠光體的先行條件是事先形成均勻的奧氏體，而后緩慢冷卻 在A1以下附近溫度形成。片狀珠光體似手指紋的層狀結(jié)構(gòu)，它是一層鐵素體和一層滲碳體的機(jī)械混合物（見圖3-1 ）。顆粒狀珠光體是在鐵素體的基體上分布著細(xì)小顆粒狀的滲碳體的球化組織（見圖3-2 ）。圖3-1片狀珠光體500 X 4%i肖酸酒精圖3-2顆粒狀珠光體500 X 4%i肖酸酒精 索氏體（s）是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。其片層比珠光體更細(xì)密，在高倍 （700倍以上）顯 微放大時(shí)才能分辨（見圖3-

6、3）。 屈氏體 仃）也是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，片層比索氏體還細(xì)密， 在一般光學(xué)顯微鏡下也無(wú)法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色形態(tài)。當(dāng)其少量析岀時(shí)，沿晶界分布，呈黑色網(wǎng)狀，包圍著馬氏體；當(dāng)析岀量較多時(shí)，呈大塊黑色團(tuán)狀，只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層（見圖3-4）。圖3-3索氏體500X 4%肖酸酒精圖3-4屈氏體+馬氏體500X 4%肖酸酒精 貝氏體（B）為奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，它也是鐵素體與滲碳體的兩相混合物。在顯微形態(tài)上， 主要有三種形態(tài)；a. 上貝氏體是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續(xù)分布的滲碳體所組成的非層狀組織。當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下為成束的鐵素體條向奧氏體晶內(nèi)伸展

7、，具有羽毛狀特征。在電鏡下，鐵素體以幾度到十幾度的小位向差相互平行，滲碳體則沿條的長(zhǎng)軸方向排列成行，（如圖3-5）。b. 下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的兩相混合物組織。它比淬火馬氏體易受浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀（見圖3-6）。在電鏡下可以見到，在片狀鐵素體基體中分布有很細(xì)的碳化物片，它們大致與鐵素體片的長(zhǎng)軸成5560°的角度。c. 粒狀貝氏體是最近十幾年才被確認(rèn)的組織。在低、中碳合金鋼中，特別是連續(xù)冷卻時(shí)（ 如正火、熱軋空冷或焊接熱影響區(qū) ） 往往容易出現(xiàn)，在等溫冷卻時(shí)也可能形成。它的形成溫度范圍大致在 上貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的上部，由鐵素體和它所包圍的小島狀組織所組成。圖3

8、-5上貝氏體+馬氏體500X圖3-6下貝氏體500X 4%肖酸酒精 馬氏體（M）是碳在aFe中的過(guò)飽和固溶體。馬氏體的形態(tài)按含碳量主要分兩種，即板條狀和 針狀（見圖 3-7 、3-8 所示）；a. 板條狀馬氏體一般為低碳鋼或低碳合金鋼的淬火組織。其組織形態(tài)是由尺寸大致相同 的細(xì)馬氏體條定向平行排列組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域。在馬氏體束之間位向差較大，一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi) 可形成幾個(gè)不同的馬氏體領(lǐng)域。板條馬氏體具有較低的硬度和較好的韌性。b. 針狀馬氏體是含碳量較高的鋼淬火后得到的組織。在光學(xué)顯微鏡下，它呈竹葉狀或針 狀，針與針之間成一定的角度。最先形成的馬氏體較粗大，往往橫穿整個(gè)奧氏體晶粒，將奧氏體

9、晶粒加以 分割，使以后形成的馬氏體片的大小受到限制。因此，針狀馬氏體的大小不一。同時(shí)有些馬氏體有一條中 脊線，并在馬氏體周圍有殘留奧氏體。針狀馬氏體的硬度高而韌性差。圖 3-7 板條狀馬氏體 500X圖 3-8 針狀馬氏體 1600X 殘余奧氏體 （A 殘） 是含碳量大于的奧氏體淬火時(shí)被保留到室溫不轉(zhuǎn)變的那部 分奧氏體。它不易受肖酸酒精溶液的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，分布在馬氏體之間，無(wú)固定形態(tài)。2. 回火組織與性能 回火馬氏體。是低溫回火（150250C）組織。它仍保留了原馬氏體形態(tài)特征。針狀馬氏體回火析出了極細(xì)的碳化物，容易受到浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀。低溫回火后馬氏體針變黑，而殘余奧氏

10、體 不變?nèi)猿拾琢辽?（ 如圖 3-10 所示）。低溫回火后可以部分消除淬火鋼的內(nèi)應(yīng)力， 增加韌性，同時(shí)仍能保持鋼 的高硬度。 回火屈氏體。是中溫回火（350 500C）組織?；鼗鹎象w是鐵素體與粒狀滲碳體組成的極細(xì)混 合物。鐵素體基體基本上保持了原馬氏體的形態(tài) （條狀或針狀 ） ，第二相滲碳體則析出在其中，呈極細(xì)顆粒 狀，用光學(xué)顯微鏡極難分辨 （如圖 3-11 所示）。中溫回火后有很好的彈性和一定的韌性。圖 3-10 回火馬氏體 （黑色針狀 ）+殘余奧氏體 圖 3-11 回火屈氏體 1000X（ 白色區(qū)域 ）500X 回火索氏體；是高溫回火（500650C）組織。回火索氏體是鐵素體與較粗的粒狀

11、滲碳體所組成 的機(jī)械混合物。碳鋼回火索氏體中的鐵素體已經(jīng)通過(guò)再結(jié)晶，呈等軸細(xì)晶粒狀。經(jīng)充分回火的索氏體已沒(méi) 有針的形態(tài)。 在大于 500倍的光鏡下， 可以看到滲碳體微粒 （如圖 3-12 所示）。回火索氏體具有良好的綜合 機(jī)械性能。應(yīng)當(dāng)指出，回火屈氏體、回火索氏體是淬火馬氏體回火時(shí)的產(chǎn)物，它們的滲碳體是顆粒狀的，且 均勻地分布在鐵素體基體上； 而淬火索氏體和淬火屈氏體是奧氏體過(guò)冷時(shí)直接形成的， 其滲碳體是呈片狀。 回火組織較淬火組織在相同的硬度下具有較高的塑性與韌性。圖3-12回火索氏體 500X3. 鑄鐵鑄鐵是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的一種鑄造金屬材料，它是以 Fe-C-Si 為主的多元鐵基合金，其含

12、碳量大 于。鑄鐵的熔點(diǎn)比較低，具有良好的鑄造性能，通過(guò)采用冶金控制能夠得到比較高的強(qiáng)度，和某些其它 合金不易得到的特殊性能。 按鑄鐵在結(jié)晶過(guò)程中石墨化程度不同， 可分為白口鑄鐵（其組織具有萊氏體特 征而沒(méi)有游離的石墨，即全部碳均以碳化物的形式存在于鑄鐵中）、灰口鑄鐵（碳全部或大部以片狀石墨 的形式存在于鑄鐵中）和麻口鑄鐵（其組織特征介于白口鑄鐵與灰口鑄鐵之間），即表面為白口鑄鐵，中 心為灰口鑄鐵；白口鑄鐵和麻口鑄鐵由于有萊氏體組織存在，因而有較大的脆性，在工業(yè)上很少應(yīng)用。根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)、 大小和分布情況不同， 鑄鐵分為灰口鑄鐵 （石墨呈片狀） 、可鍛鑄鐵 （石 墨呈團(tuán)絮狀）和球墨鑄鐵（石

13、墨呈球狀）；根據(jù)石墨化第三階段發(fā)展程度不同，鑄鐵的基體可有三種，即珠光體、珠光體加鐵素體、鐵素體， 而珠光體基體的鑄鐵強(qiáng)度最高。 石墨的強(qiáng)度和塑性幾乎為零， 所以通常把鑄鐵看成是布滿裂紋和空洞的鋼。 因而鑄鐵的強(qiáng)度和塑性比較低，并且石墨的數(shù)量愈多，尺寸愈大、分布愈不均勻，石墨對(duì)基體的割裂作用 愈大，鑄鐵的性能也愈差。 灰口鑄鐵 根據(jù)基體組織的不同，灰口鑄鐵可分為：鐵素體灰口鑄鐵，鐵索體十珠光體灰口鑄 鐵，珠光體灰口鑄鐵。圖 3-13 所示，為鐵素體灰口鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈灰色條片狀分布在亮白色 的鐵素體基體上。圖 3-14 所示，為鐵素體十珠光體灰口鑄鐵的顯微組織，其中除灰色條片狀石墨外

14、，暗黑 色團(tuán)塊為珠光體，亮白色部分為鐵素體。圖 3-15 所示，為珠光體灰口鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈灰色條 片狀，基體為珠光體。圖3-13鐵素體十粗大石墨片圖 500X 3-14鐵素體十珠光體+ 粗大石墨片500X圖3-15珠光體十粗片狀石墨 500X圖3-16鐵素體十球狀石墨 500X圖3-17鐵素體+珠光體+ 球狀石墨500X圖3-18珠光體+球狀石墨500X 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵是一種鑄態(tài)下呈現(xiàn)球狀石墨的鑄鐵。當(dāng)向鑄態(tài)中加入球化劑（純鎂、稀土 鎂等合金）和孕育劑（硅鐵或硅鈣合金），則可改變鑄鐵的共晶特性。一般灰鐵在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，液相既與 奧氏體又與石墨接觸，所以石墨呈片狀生成。加鎂鑄鐵在共

15、晶轉(zhuǎn)變時(shí)，它只與奧氏體接觸，在石墨周圍形 成奧氏體外殼，當(dāng)鑄件凝固后碳是通過(guò)周圍的奧氏體外殼向石墨堆集，使石墨均勻生長(zhǎng)成球狀。由于石墨呈球狀對(duì)基體的削弱作用最小，使球墨鑄鐵的金屬基體強(qiáng)度利用率高達(dá)70%90%（灰口鑄鐵只達(dá)30%左右） ，因而其機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵。圖3-16 所示，為鐵素體基體球墨鑄鐵的顯微組織，其中亮白色晶粒為鐵索體基體，灰色球狀為石墨。圖 3-17 所示，為鐵素體十珠光體基體球墨鑄鐵顯微 組織，其中呈暗黑色塊狀為珠光體， 分布在球狀石墨周圍的亮白色基體是鐵素體。 圖 3-18 為珠光體基體的 球墨鑄鐵 -顯微組織，其中呈暗黑色塊狀為珠光體，灰色球狀為石墨

16、。如上所述，鑄鐵的基體既然是鐵素體和珠光體所組成，很顯然和鋼一樣可以通過(guò)熱處理來(lái)改變基 體組織，從而改善鑄鐵的機(jī)械性能，特別是球墨鑄鐵常常通過(guò)正火、調(diào)質(zhì)和等溫淬火來(lái)提高其機(jī)械性能。 球鐵正火的目的主要是增加基體中珠光體數(shù)量，從而提高球鐵的強(qiáng)度和耐磨性。球鐵調(diào)質(zhì)處理后得到回火 索氏體，從而有更高的綜合機(jī)械性能。球鐵經(jīng)等溫淬火后的組織為下貝氏體，部分馬氏體和少量殘余奧氏 體。這種組織不僅具有較高的綜合機(jī)械性能。而且具有很好的耐磨性，內(nèi)應(yīng)力也小。 可緞鑄鐵 可鍛鑄又稱展性鑄鐵， 馬鐵、瑪鋼。是凝固為白口鑄鐵的生坯經(jīng)過(guò)固態(tài)石墨化- 高溫退火處理，使共晶滲碳體分解而形成團(tuán)絮狀石墨的一種鑄鐵。團(tuán)絮狀石墨減

17、弱了對(duì)基體的割裂作用，因而 使可鍛鑄鐵的力學(xué)性能比灰口鑄鐵有明顯的提高， 并具有良好的韌性，其耐磨性和減振性優(yōu)于普通碳素鋼， 鑄造性能略低于灰口鑄鐵，可鍛鑄鐵實(shí)際上并不可鍛，僅說(shuō)明它具有一定的韌性和塑性，在使用中能承受 一定的變形，適用于大量生產(chǎn)薄壁中小型鑄件，如各種管接頭、汽車后橋外殼、低壓閥門等。白口鑄鐵中 的滲碳體在退火過(guò)程中充分進(jìn)行石墨化，析出團(tuán)絮狀石墨，基體為鐵素體。如果一次滲碳體、二次滲碳體 石墨化后，采用較快的冷卻速度，使共析滲碳體來(lái)不及分解，冷卻后得到以珠光體為基體的可鍛鑄鐵可鍛 鑄鐵。圖 3-19 所示為鐵素體基體可鍛鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈暗灰色團(tuán)絮狀，亮白色晶粒為基體。

18、圖 3-20 所示為珠光體可緞鑄鐵的顯微組織，在珠光體基體上分布著黑色的團(tuán)絮狀石墨。圖3-19鐵索休基體十團(tuán)絮狀石墨 500X圖3-20珠光體+團(tuán)絮狀石墨500X4. 有色金屬及合金 鋁合金 鋁合金質(zhì)輕、且由于密度小，具有高的比強(qiáng)度，因鋁是面心立方結(jié)構(gòu)故具有很高的 塑性，易于加工，可制成各種形材、板材抗腐蝕性能好導(dǎo)電性能僅次于銅。因而廣泛用于機(jī)械工業(yè)特別是 航空工業(yè)。鑄造鋁合金中應(yīng)用最廣泛的是鑄造鋁合金，俗稱硅鋁明。典型的牌號(hào)有ZLI02，含硅10%13%,由Al-Si合金相圖可知，硅鋁明合金成分在共晶點(diǎn)附近，組織為粗大針狀的硅晶體和 a固溶體組成的共晶 體，以及少量呈多面體形的初生硅晶體，如

19、圖 3-21 所示。這種粗大的針狀硅晶體嚴(yán)重降低合金的塑性。為了提高硅鋁明的力學(xué)性能，通常進(jìn)行變質(zhì)處理，即在澆注以前向合金熔體中加入占合金重量2%3%的變質(zhì)劑（常用2/ 3NaF+ 1/3NaCI）。處理后使合金的共晶點(diǎn)從 Si右移，得到亞共晶組織，其 組織為初生a相固溶體枝晶（白亮）及細(xì)小的共晶體（a十Si）（黑底）。由于共晶中的硅呈細(xì)小點(diǎn)狀顆粒， 因而使合金的強(qiáng)度與塑性提高。如圖 3-22 所示。圖3-21灰色方塊初生硅晶體十共晶體圖3-22樹枝狀的初生 a固溶體十共晶體（針狀Si晶體+白色基體。a 固溶體）（基體）450X 500 X 銅合金 工業(yè)上廣泛使用的銅合金是黃銅和青銅，黃銅是以

20、鋅為主要元素的 Cu-Zn 合金。a. a單相黃銅含鋅在39%以下的黃銅屬單相 a固溶體，典型牌號(hào)為 H70 （即三七黃銅）。其塑性和耐腐蝕性尚好。其金相組織特征是：鑄態(tài)a固溶體呈樹枝狀，鑄態(tài)冷卻較快時(shí)，a枝晶間可能出現(xiàn)B相（用氯化鐵溶液腐蝕后，枝晶主軸富銅，呈亮白色，而枝間富鋅呈暗色），經(jīng)變形和再結(jié)晶退火其組織為多邊形 a 晶粒，有退火孿晶特征。由于各個(gè)晶粒方位不同，所以具有不同的顏色。退火處理后的。黃 銅能承受極大的塑性變形，可以進(jìn)行深沖變形。單相黃銅的顯微組織如圖3-23 所示。圖3-23 a單相黃銅（其上有退火孿晶）500 X圖3-24 a十B兩相黃銅500Xb. a+B '兩

21、相黃銅 含鋅量為39%45%的黃銅為a+B '兩相黃銅，典型牌號(hào)有 H62（即四六黃銅）。在室溫下B'相較a相硬得多，因而可用于承受較大載荷的零件。B'是CuZn為基的有序固溶體，在低溫下較硬且脆，但在高溫下轉(zhuǎn)變成B相，具有較好的塑性，所以兩相黃銅可在600C以上進(jìn)行熱加工。a +B兩相黃銅顯微組織：白亮色為 a相，暗黑色為B相。a相的形態(tài)及分布與合金的成分及冷 卻速度有關(guān)。快冷時(shí) a 相呈拉長(zhǎng)形態(tài)，有時(shí)呈針狀，緩冷時(shí)則得均勻的 a 晶粒。細(xì)針狀分布的 a 相較之 粗針、塊狀、及網(wǎng)狀分布的 a 相強(qiáng)度要高。如圖 3-24 所示。 軸承合金 軸承合金又稱巴氏合金。巴氏合金

22、是應(yīng)用較多的軸承合金，常用來(lái)制造滑動(dòng)軸承的 軸瓦和內(nèi)襯，軸瓦材料要求同時(shí)兼有硬和軟的兩種性能，因此軸承合金的組織往往是軟、硬兩相組成的混 合物。例如，在軟基體上分布著硬質(zhì)點(diǎn)，鉛基或鐋基軸承合金就具有這種組織特點(diǎn)。鐋基巴氏合金中，基本組元為Sn83%、Sbll %及Cu6%。其牌號(hào)為ZChSnSbll-6，它的顯微組織如圖 3-25所示。其中暗黑色部 分為軟基體a相（Sb在Sn中形成的固溶體）；白色方塊為硬質(zhì)點(diǎn) B'（以SnSb為基的有序固溶體）；而白 色枝狀析出物為Cu3Sn或Cu6Sn5化合物（n相），作為阻礙B'上浮，減少偏析的作用。 如圖3-25所示這 種既硬又軟的混合物

23、，保證了軸承合金具有足夠的強(qiáng)度與塑性的配合從而使軸承合金有良好的減摩性及抗 振性。圖 3-25 鑄態(tài) ZChSnSbll-6 軸承合金 500X5. 幾種常用合金鋼的顯微組織合金鋼依合金元素含量的不同， 可分為三種，合金元素總量<5%的稱為低合金鋼；合金元素為5% 10%的稱為中合金鋼，合金元素 >10%的稱為高合金鋼。一般合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼都是低合金鋼。由于合金元素的加入，使鐵碳相圖發(fā)生一些變化， 但其平衡狀態(tài)的顯微組織與碳鋼沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼沒(méi)有根本的不同， 差別只在于合金元素加入后， 使C曲線右移（除Co以外），即以較低的冷卻速度也可獲得馬氏

24、體組織。合金 鋼種類繁多，本實(shí)驗(yàn)僅選擇幾種常用的典型鋼號(hào)進(jìn)行觀察和分析。 合金結(jié)構(gòu)鋼a. 滲碳鋼當(dāng)零件承受復(fù)雜的交變負(fù)荷的同時(shí)還承受著沖擊、磨損時(shí)，僅用一種鋼材單一的熱處 理是不能滿足需要的，只有通過(guò)一定的化學(xué)熱處理后，促使零件的表面層化學(xué)成份發(fā)生變化，從而獲得高 的疲勞強(qiáng)度、硬度、防腐蝕性、和耐磨性，同時(shí)心部能保持足夠的強(qiáng)度和韌性。滲碳處理是最早和用途最 廣的表面化學(xué)熱處理工藝，它是將碳元素滲入鋼的表面，使零件表面含碳量增加，隨后通過(guò)淬火使表層得 到高的硬度（HRC60以上）的高碳馬氏體，而心部得到硬度較低但具有良好強(qiáng)韌性的低碳馬氏體組織。20Cr鋼是典型的滲碳用鋼，用于制造要求較高強(qiáng)度和韌

25、性的零件。其退火組織為鐵素體與珠光體，經(jīng)表面滲碳 后其組織見圖 3-26，心部鐵素體 +珠光體，中間為珠光體，表層為珠光體網(wǎng)狀滲碳體。心部次心部次表面表面圖3-26心部鐵素體+珠光體中間為珠光體，表層為珠光體+網(wǎng)狀滲碳體450Xb. 調(diào)質(zhì)鋼所謂的調(diào)質(zhì)就是先將鋼淬火，然后高溫回火，以獲得均勻的索氏體組織的一種熱處理工藝。目的是使鋼獲得一定的強(qiáng)度、塑性和韌性。具有良好的綜合機(jī)械性能。故一般受到負(fù)荷的機(jī)械零件 都必須經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后才能使用。40Cr 是一種應(yīng)用很廣泛的調(diào)質(zhì)鋼種。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合機(jī)械性能，用于制造曲軸、汽車后橋半軸等。退火狀態(tài)為鐵素體和珠光體（圖 3-27） ，調(diào)質(zhì)后其組織為

26、回火索 氏體，如圖 3-28 所示。圖3-27鐵素體+珠光體 450 X圖3-28回火索氏體 500Xc. 彈簧鋼彈簧是一種常用的機(jī)械零件，它由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料本身的彈性，在受到允許范圍內(nèi)的作用時(shí)產(chǎn)生彈性形變，而外力消除則能恢復(fù)原形。因此彈簧材料應(yīng)具有高的抗拉強(qiáng)度極限、屈服極限、 彈性極限和疲勞極限，同時(shí)要求具有高的沖擊韌性和塑性。65M n是常用的錳彈簧鋼，其淬透性比碳素彈簧鋼高，脫碳傾向較小。經(jīng)淬火中溫回火處理后其組織為回火屈氏體（見圖 3-29），有很好的彈性、強(qiáng)度 和硬度。多用于制造小尺寸圓、扁彈簧，離合器彈片等。圖 3-29 回火屈氏體 1000X圖 3-30 回火馬氏體和未溶解的碳

27、化物顆粒 500Xd. 軸承鋼常用鋼號(hào)為GCrl5。經(jīng)淬油后低溫回火為回火馬氏體和未溶解的碳化物顆粒 及少量的殘留奧氏體。如圖 3-30 所示。 高速鋼 高速鋼是一種常用的高合金工具鋼，例如W18Cr4V因?yàn)樗写罅亢辖鹪兀硅F碳相圖中的E點(diǎn)大大左移，雖然只含有的碳，仍可獲得萊氏體組織，所以又稱為萊氏體鋼。圖 3-31 萊氏體+屈氏體 +馬氏體和殘余奧氏體圖3-32 索氏體+碳化物圖3-33隱晶馬氏體+未溶碳化物+殘余奧氏體 圖3-34回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體高速鋼在鑄造狀態(tài)下與亞共晶白口鑄鐵的組織相似。其中萊氏體由合金碳化物、馬氏體屈氏體以及殘余奧氏體組成。如圖3-31所示。顯

28、然高速鋼在鑄態(tài)下的組織存在嚴(yán)重的成分和組織不均勻性，從而影 響其性能，為此隨后必須經(jīng)過(guò)鍛造和軋制，破碎萊氏體網(wǎng)絡(luò)，促使其碳化物均勻分布。高速鋼鍛造退火組織，在金相顯微鏡下觀察其組織為索氏體+碳化物。其中粗大的亮色晶粒為初生共晶碳化物，較細(xì)小的為次生碳化物以及索氏體基體中的極細(xì)共析碳化物，退火后的硬度為HB20& 255，見圖3-32所示。高速鋼淬火加熱溫度一般為10601080C，高溫加熱的目的是使較多的碳化物溶解于奧氏體中，淬火后馬氏體中合金元素含量高，回火后鋼的紅硬性高且耐磨性好。淬火采用油冷或空冷，其顯微組織為 馬氏體+未溶碳化物十殘余奧氏體 （尚有20% 30% ）。馬氏體呈隱

29、針狀，其針形很難顯示出來(lái)，但可看出 明顯的奧氏體晶界及分布于晶粒內(nèi)的未溶碳化物，淬火后的硬度約為HRC6什62，見圖3-33所示。高速鋼淬火后需經(jīng)三次回火，其組織為回火馬氏體+碳化物和少量殘余奧氏體（約2%3% ）。回火后硬度為HRC63- 65,見圖3-34所示。 不銹鋼 不銹鋼是在大氣、海水及其它浸蝕性介質(zhì)條件下能穩(wěn)定工作的鋼種，大都屬于高合金鋼。例如應(yīng)用較廣的1Crl8Ni9，其含碳量較低，因?yàn)樘疾焕谀臀g性；高的含鉻量是保證耐蝕性的主要元素；鎳除了進(jìn)一步提高耐蝕能力以外，主要是為了獲得奧氏體組織。這種鋼在室溫下的平衡組織是奧氏體+鐵素體十鉻的碳化物（Cr23C6）。這種組織是產(chǎn)生晶間腐

30、蝕的原因。為了提高耐蝕性以及其它性能，必須進(jìn) 行固溶處理。將鋼加熱到 1050350C，使碳化物等全部溶解，然后水冷，室溫下即可獲得單一的奧氏體 組織如圖3-35所示。圖3-35奧氏體（晶內(nèi)有孿晶）500XTOP三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察、分析下列碳鋼非平衡組織、鑄鐵、有色金屬、合金鋼的顯微組織，（見表3-2 ）表3-2金相試樣一覽表試樣編號(hào)名稱熱處理工藝觀察目的I -0345鋼退火比較45鋼不同熱處理狀態(tài)的n -0345鋼正火組織n -0445鋼油淬n -08T8400C等溫比較上貝氏體、下貝氏體n -09T8300C等溫n -12n -02T1220鋼高溫淬火淬火比較高碳馬氏體、低碳馬氏體n -13T12高溫淬火+低溫回火山-0265Mn淬火+中溫回火比較不同溫度的回火組織n -0645鋼淬火+高溫