相變?cè)韺?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.doc

1、相變?cè)韺?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書河北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院 相變?cè)碚n程 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書 序 號(hào) 實(shí) 驗(yàn) 名 稱 學(xué) 時(shí) 實(shí)驗(yàn)一 奧氏體晶粒度的顯示和測定 3 實(shí)驗(yàn)二 先共析相及珠光體組織觀察 2 實(shí)驗(yàn)三 常用鋼淬火馬氏體組織形態(tài)觀察 2 實(shí)驗(yàn)四 中碳鋼回火組織和貝氏體組織觀察 2 實(shí)驗(yàn)五 化學(xué)熱處理顯微組織觀察 1 20_ 年 12 月 實(shí)驗(yàn)一 奧氏體晶粒度的顯示和測定 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.熟悉奧氏體晶粒的顯示和晶粒度的測定方法； 2.測定本質(zhì)晶粒度和實(shí)際晶粒度； 3.證加熱溫度、保溫時(shí)間對(duì)奧氏體晶粒長達(dá)的影響。二、 實(shí)驗(yàn)說明 奧氏體的晶粒度可分為：起始晶粒度、實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度三種。起始晶粒度是指珠光

2、體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體晶粒時(shí)的晶粒度。實(shí)際晶粒度是指鋼在具體加熱條件下，實(shí)際獲得的奧氏體晶粒度。本質(zhì)晶粒度則是表示在規(guī)定的加熱條件下奧氏體晶粒長大傾向性的高低，而不是晶粒大小的實(shí)際度量。鋼件加熱時(shí)形成的奧氏體晶粒及其大小對(duì)以后冷卻時(shí)所形成的組織的機(jī)械性能和工藝性能都有很大的影響，所以生產(chǎn)中常需要測定奧氏體晶粒的大小。冶金部規(guī)定，對(duì)許多結(jié)構(gòu)鋼出廠前需檢查奧氏體的本質(zhì)晶粒度，據(jù) YB27-64 部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測定奧氏體本質(zhì)晶粒度是在 930保溫 3 小時(shí)后進(jìn)行。奧氏體晶粒大小的測定包括兩個(gè)步驟：即奧氏體晶粒的顯示和奧氏體晶粒尺寸的測定和評(píng)級(jí)。1.顯示奧氏體晶粒的方法 滲入外來元素的方法 鋼在奧氏體

3、狀態(tài)時(shí)，用氧、碳或其它元素滲入鋼中，利用晶界比晶內(nèi)有較大的化學(xué)活波性的特性，在晶界上優(yōu)先形成滲碳體或氧化亞鐵等組成物，利用這些組成物的網(wǎng)格顯示出高溫奧氏體晶粒輪廓，這類方法常用的有滲碳法，氧化法等。這類方法雖廣泛應(yīng)用，但由于外來元素的滲入，改變了鋼的成分，或由于氧化物的形成，影響了奧氏體晶粒的長大速度，因而影響了測定的準(zhǔn)確性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)方法也較為復(fù)雜。控制冷卻速度法 A網(wǎng)狀鐵素體法：此法適用于含碳量 0.250.6Cde4 亞共析鋼，它利用先共析 鐵素體優(yōu)先在晶界析出且呈網(wǎng)狀分布，所以可借顯示鐵素體網(wǎng)格來測定奧氏體晶粒大小，但不同鋼材的冷卻速度要經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，方可獲得網(wǎng)格鐵素體的理想冷卻速度，并且

4、一旦冷速有變化，則將改變鐵素體網(wǎng)格的分布，這就影響了測量精確度。B網(wǎng)狀滲碳體法：適用于過共析鋼，利用在退火時(shí)沿晶界析出網(wǎng)狀滲碳體來顯示 奧氏體晶粒。C網(wǎng)狀屈氏體法：適用于淬透性不高的低碳鋼、低合金鋼，利用淬火時(shí)沿晶界析出的網(wǎng)狀屈氏體來顯示奧氏體晶粒大小?；瘜W(xué)試劑腐蝕法 試樣經(jīng)加熱淬火，獲得馬氏體，有些鋼還需經(jīng)一定溫度回火，制成金相磨片，用特殊的浸蝕劑，可直接顯示奧氏體晶粒。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能正確反映晶粒大小，制作金相試樣過程簡單，它的缺點(diǎn)是不如氧化法通用性強(qiáng)，因此不同的鋼材要選用不同的回火工藝和選擇合適的浸蝕劑，但近年來人們樂于應(yīng)用這種方法。表 表 1-1 序號(hào) 浸蝕劑成分 使用溫度及時(shí)間 適

5、用鋼種 1 飽和苦味酸水溶液（配制 20 ， ，5 分3 小時(shí) 亞共析鋼 時(shí)煮沸充分溶解） 調(diào)質(zhì)態(tài) 2 同上，使用前再加入 _烷基 5070 分 亞共析鋼淬火 苯磺酸鈉 1 0.530 分 回火態(tài) 3 同上, 再加入 HCl 12 5070 分 同上及某些 新潔爾滅 0.05 0.530 分 工具鋼 4 硝酸(T=1.48) 5060ml 鹽酸(T=1.96) 10ml 重鉻酸鉀 12 克 乙醇 100ml 室溫 某些工具鋼 水 25ml 5 秒2 分 ( 回火態(tài)) ( 配制后放置兩天使呈淡黃綠色) 5 CuCl 2 8.5 克 乙醇 25ml 室溫 熱模鋼 HCl 40ml 30 秒!10

6、分 水 25ml 6 濃硝酸 10 乙醇 59.5 濃鹽酸 30 室溫?cái)?shù)秒鐘 高速鋼淬火 海鷗洗凈劑 0.5 回火態(tài) 化學(xué)試劑腐蝕法: 這種方法的浸蝕劑有兩類，它們對(duì)試樣的制備要求也不同，但應(yīng)用比較方便的是直接顯示奧氏體晶界的浸蝕劑。該試劑的配方可參考上表數(shù)據(jù)：_表中烷基苯磺酸鈉可用洗衣粉代替，或用洗凈劑代替。表中烷基苯磺酸鈉和新潔爾滅都可抑制馬氏體的出現(xiàn)，促使奧氏體晶界的顯示。為了用此法測定本質(zhì)晶粒度，試樣需加熱到 930保溫 3 小時(shí)，然后淬火，之后有的鋼種要經(jīng)過回火處理，才可顯示奧氏體晶粒的大小。不同鋼種的熱處理工藝如下表：1-2 常用鋼顯示奧氏體晶粒的熱處理工藝 1-2 常用鋼材顯示奧

7、氏體晶粒的熱處理工藝 鋼種 淬火工藝 回火工藝 12CrNi3A 加熱 930 溫 保溫 3 小時(shí) 不經(jīng)回火 12Cr2Ni4A 水淬 ″ 20CrNi3A ″ ″ 60 ″ ″ ″ 38CrMoAlA ″ 20_ 250 保溫 15 0 30 分空冷 40CrVA ″ ″ 18Cr2Ni4A 油淬 400 溫 保溫 30 分空冷 40CrNiMoA ″ 不經(jīng)回火 18CrMnTi &Pr

8、ime; ″ ″ 38CrMoAl ″ ″ 30CrMnSiA ″ 500 保溫 0 30 分空冷 30MnSiNi2A ″ ″ 30CrMnNi2A ″ 600 保溫 0 30 分空冷 2.測定奧氏體晶粒的大小方法 評(píng)定奧氏體晶粒大小的方法有比較法、計(jì)算法，這在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中已有祥述，這里只介紹比較法， 該方法是根據(jù)冶金標(biāo)準(zhǔn) YB27-64 的規(guī)定，將被測奧氏體晶粒與放大 100 倍的八個(gè)等級(jí)的晶粒度標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)做比較，從而

9、評(píng)定晶粒等級(jí)。這種方法的基本原理是假定在放大 100 倍時(shí)，在 1 英寸2 (625 厘米 2 )面積中的晶粒數(shù) n 和晶粒級(jí)別號(hào)數(shù) N 之間的關(guān)系 n=2N -1 則晶粒的平均面積 F 與晶粒級(jí)別有下列關(guān)系：F=5002 8-N 微米2 晶粒度標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)圖就是在 100 倍的標(biāo)準(zhǔn)放大倍數(shù)下編制的，下列表中示出了各種晶粒度級(jí)別的參數(shù)，表中的晶粒等級(jí)-1，0，9，10 是在和標(biāo)準(zhǔn)放大倍數(shù)下觀察的結(jié)果，如表 1-3，為我們提供了各種不同的放大倍數(shù)下的晶粒度等級(jí)，和相應(yīng)放大 100 倍的晶粒等級(jí)之間的換算關(guān)系。若在鋼的顯微組織晶粒中有 2 個(gè)級(jí)別，必要時(shí)可指明此兩級(jí)別中每級(jí)晶粒所占百分率（按面積），若

10、占優(yōu)勢(shì)的晶粒度占面積不小于視域的 90時(shí)，則可記錄此一種晶粒的級(jí)別等級(jí)。當(dāng)均勻的大小晶粒間混有少量小晶粒時(shí)，一般認(rèn)為小晶粒是由于截面只截到大晶粒的一小部分，可不予考慮。比較法應(yīng)用簡便、迅速，在日常檢驗(yàn)中可以易于廣泛應(yīng)用，但精確度差，不能滿足定量金相的檢驗(yàn)要求。表 1-3 各種晶粒度級(jí)別 表 表 1-3 各種晶粒度級(jí)別 晶粒面積 （微米2 ） 大 放大 100 倍時(shí)（1 英寸2 米2 ） 面積上的晶粒數(shù)目 晶 晶 粒 粒 度 度 級(jí) 級(jí) 別 別 最小 平均 最大 單位 面積 中晶 粒數(shù) M Mm m 2 單位 體積 中晶 粒度 M Mm m 2 最小 平均 最大 -1 164000 256000

11、 320_0 4 56 0.28 0.88 0.57 0 80000 128000 160000 8 16 0.56 0.75 1.20 1 40000 64000 80000 16 45 1 15 2.40 2 20_0 320_ 40000 32 128 2 3 5 3 10000 16000 20_0 64 360 4 6 10 4 5000 8000 10000 128 1020 8 12 20 5 2500 4000 5000 256 20_ 16 24 40 6 120_20_ 2500 512 8000 32 48 80 7 600 1000 120_1024 2300 64 9

12、6 160 8 300 500 600 2048 65000 128 192 320 9 150 250 300 4096 185000 256 384 640 10 75 125 150 8192 520_0 512 758 1280 晶粒度級(jí)別 放大 100 其它 倍 放大 倍數(shù) -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 20_300 400 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 本質(zhì)晶粒度分階段 1-8 級(jí) 1-4 級(jí)為本質(zhì)粗晶粒度鋼；5-8 級(jí)為本質(zhì)細(xì)晶粒度鋼。三、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用滲碳法和化學(xué)

13、試劑腐蝕法測定 15 鋼的本質(zhì)晶粒度并比較和分析p 兩種方法的測定結(jié)果（要求用晶粒平均直徑面積表示）。2.選擇適當(dāng)?shù)姆椒@示測定下列鋼種的實(shí)際晶粒度（用比較法評(píng)級(jí)）。本實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行 第一組測定 45 鋼 850 奧氏體化的實(shí)際晶粒度 T12 鋼 920 奧氏體化的實(shí)際晶粒度 第二組測定 Gr15 鋼 860 奧氏體化的實(shí)際晶粒度 W6Mo5Cr4V2 鋼 1220 奧氏體化的實(shí)際晶粒度 560 奧氏體化的實(shí)際晶粒度 要求預(yù)先制定好實(shí)驗(yàn)方案，選用試驗(yàn)設(shè)備和準(zhǔn)備好浸蝕劑并和指導(dǎo)老師取得聯(lián)系。3.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 仔細(xì)列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果 分析p 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 比較各種晶粒度測定方法的優(yōu)缺點(diǎn)和選用范圍。實(shí)驗(yàn)二 先

14、共析相及珠光體組織觀察 一 、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.觀察先共析相的不同形態(tài)，區(qū)分先共析滲碳體和先共析鐵素體； 2.觀察二次碳化物的不同形態(tài)； 3.比較共析鋼的珠光體和索氏體組織。二 、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料 金相顯微鏡、試樣具體見表 2-1.表 2-1 珠光體轉(zhuǎn)變中的先共析相及組織 序號(hào) 鋼號(hào) 先共析相 熱處理工藝 顯微組織 浸蝕劑 1 20# F 正常退火 F 塊 +P 4硝酸酒精 2 45# F 鑄態(tài) F W +P 4硝酸酒精 3 45# F 高溫正火 F 網(wǎng) +P 4硝酸酒精 4 T12 Fe 3 C 正常退火 P+Fe 3 C 網(wǎng) 4硝酸酒精 5 高碳鋼 Fe 3 C 高溫正火 P+Fe 3 C

15、W 4硝酸酒精 6 T8 Fe 3 C 正常退火 P 4硝酸酒精 7 T8 Fe 3 C 等溫處理 S 4硝酸酒精 8 T10 Fe 3 C 球化退火 球狀 P 4硝酸酒精 9 45# F 淬火（不足） T+M 4硝酸酒精 三 、 實(shí)驗(yàn)原理 鋼中產(chǎn)生珠光體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝稱為退火或正火，而珠光體的形態(tài)、數(shù)量、分布情況對(duì)退火和正火鋼的性能有直接影響。珠光體形成是以形核及長大過程進(jìn)行的。由鐵-碳相圖 2-1，我們可知，含碳量為 0.77時(shí)，我們可以得到 100的珠光體。而珠光體是由鐵素體和滲碳體兩相所組成，因此有形核的領(lǐng)先相的問題。在亞共析鋼中，鐵素體是領(lǐng)先相；在過共析鋼中，滲碳體是領(lǐng)先相；在共析鋼中，一般認(rèn)為領(lǐng)先相是滲碳體。圖 2-1 鐵-碳相圖 鐵素體（Ferrite，縮寫：F）具有體心立方晶格，是碳溶于α-Fe 中的間隙固溶體，用4硝酸酒精溶液浸蝕后，鐵素體呈白亮色；滲碳體（Fe 3 C）呈斜方結(jié)構(gòu)，是鐵與碳形成的一種間隙化合物，用 4硝酸酒精溶液浸蝕后，滲碳體呈白亮色；珠光體是鐵素體和滲碳