實(shí)驗(yàn)二碳鋼非平衡顯微組織觀察

1、實(shí)驗(yàn)二 碳鋼非平衡顯微組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察和研究碳鋼經(jīng)不同形式熱處理后顯微組織的特點(diǎn)。2. 研究和了解鐵碳合金（碳鋼）在非平衡狀態(tài)下的顯微組織形貌。3. 了解熱處理工藝對鋼組織和性能的影響。二、概述鐵碳合金經(jīng)緩冷后的顯微組織基本上與鐵碳相圖所預(yù)料的各種平衡組織相符合。但碳鋼在不平衡狀態(tài)，即在快冷條件下的顯鏡組織就不能用鐵碳合金相圖來加以分析，而應(yīng)由過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖C曲線來確定。圖2-1為共析碳鋼的C曲線圖。 按照不同的冷卻條件，過冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。通過金相顯微鏡觀察，可以看出過冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。共析碳鋼過冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變

2、的組織特征及性能如表2-1所示。表2-1 共析碳鋼（T8）過冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織及性能轉(zhuǎn)變類型組織名稱形成溫度范圍（）金相顯微組織特征硬度（HRC）珠光體型相變珠光體（P）A1650在400500倍金相顯微鏡下可觀察到鐵素體和滲碳體的片層狀組織。520索氏體（S）650600在8001000倍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。2030托氏體（T）600550用光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)呈黑色團(tuán)狀組織，只有在電子顯微鏡（500015000×）下才能看出片層組織。3040貝氏體型相變上貝氏體（B上）550350在金相顯微鏡下呈暗灰色的羽毛狀。4048下貝氏體（B下）3

3、50220在金相顯微鏡下呈黑色針葉狀。4858馬氏體型相變馬氏體（M）<230呈細(xì)針狀馬氏體（隱晶馬氏體），或板條狀馬氏體6065 圖2-1 共析碳鋼的C曲線三、鋼的退火的正火組織亞共析成分的碳鋼（如40、45鋼等）一般采用完全退火，經(jīng)退火后可得到接近于平衡狀態(tài)的組織，其組織特征已在實(shí)驗(yàn)一中加以分析和觀察。過共析成分的碳素工具鋼（如T10、T12鋼等）一般采用球化退火，T12鋼經(jīng)球化退火后組織中的二次滲碳體及珠光體中的滲碳體都將變成顆粒狀，如圖2-2所示。圖中均勻而分散的細(xì)小粒狀組織就是粒狀滲碳體。45鋼經(jīng)正火后的組織通常要比退火的細(xì)，珠光體的相對含量也比退火組織中的多，如圖2-3所示，

4、原因在于正火的冷卻速度稍大于退火的冷卻速度。 圖2-2 T12鋼球化退火組織 圖2-3 45鋼正火后的組織四、鋼的淬火組織將45鋼加熱到760（即以上，但低于），然后在水中冷卻，這種淬火稱為亞溫淬火。根據(jù)Fe-Fe3C相圖可知，在這個(gè)溫度加熱，部分鐵素體尚未溶入奧氏體中，經(jīng)淬火后將得到馬氏體和鐵素體組織。在金相顯微鏡中觀察到的是呈暗色針狀馬氏體基底上分布有白色塊狀鐵素體，如圖2-4所示。45鋼經(jīng)正常淬火后將獲得細(xì)針狀馬氏體，如圖2-5所示。由于馬氏體針非常細(xì)小，在顯微鏡中不易分清。若將45鋼加熱到正常淬火溫度，然后在油中冷卻，則由于冷卻速度不足（<K），得到的組織將是馬氏體和部分托氏體（

5、或混有少量貝氏體）。圖2-6為45鋼經(jīng)加熱到800保溫后油冷的顯微組織，亮白色為馬氏體，呈黑色塊狀分布于晶界處的為托氏體。T12鋼在正常溫度淬火后的顯微組織如圖2-7所示，除了細(xì)小的馬氏體外尚有部分未溶入奧氏體中的滲碳體（呈亮白顆粒）。 圖2-4 45鋼亞溫淬火組織 圖2-5 45鋼正常淬火組織 圖2-6 45鋼800油冷的顯微組織 圖2-7 T12鋼淬火后的顯微組織五、淬火后的回火組織鋼經(jīng)淬火后所得到的馬氏體和殘余奧氏體均為不穩(wěn)定組織，它們具有向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體的兩相混合物組織轉(zhuǎn)變的傾向。通過回火將鋼加熱，提高原子活動能力，可促進(jìn)這個(gè)轉(zhuǎn)變過程的進(jìn)行。淬火鋼經(jīng)不同溫度回火后所得到的組織不同

6、，通常按組織特征分為以下三種：1. 回火馬氏體淬火鋼經(jīng)低溫回火（150250），由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降, Ms 上升，殘余奧氏體分解為e碳化物和過飽和鐵素體，即回火馬氏體M回。回火馬氏體仍保持針片狀特征，但容易受浸蝕，故顏色要比淬火馬氏體深些，是暗黑色的針狀組織，如圖2-8所示。圖2-8 45鋼低溫回火組織（M回）2. 回火托氏體淬火鋼經(jīng)中溫回火（350500）得到在針狀鐵素體基體中彌散分布著微小粒狀滲碳體的組織，稱為回火托氏體，用T回表示?；鼗鹜惺象w中的鐵素體仍然基本保持原來針狀馬氏體的形態(tài)，滲碳體則呈細(xì)小的顆粒狀，在光學(xué)顯微鏡下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如圖2-9(a)所示。

7、用電子顯微鏡可以看到這些滲碳體質(zhì)點(diǎn)，并可以看出回火托氏體仍保持有針狀馬氏體的位向，如圖2-9(b)所示。 （a）金相照片 （b）電鏡照片 圖2-9 45鋼4000C回火組織3. 回火索氏體淬火鋼高溫回火（500650）得到的組織稱為回火索氏體。400以上回火時(shí)，F(xiàn)e3C開始聚集長大。450以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅巍＿@種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。其特征是已經(jīng)聚集長大了的滲碳體顆粒均勻分布在鐵素體基體上，如圖2-10(a)所示。用電子顯微鏡可以看出回火索氏體中的鐵素體已不呈針狀形態(tài)而成等軸狀，如圖2-10(b)所示。 （a）金相照片

8、（b）電鏡照片 圖2-10 45鋼6000C回火組織六、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1) 每組在指定的金相顯微鏡下進(jìn)行觀察樣品。觀察時(shí)根據(jù)Fe-Fe3C相圖和奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖來分析確定各種組織的形成原因。2) 畫出所觀察到的幾種典型的顯微組織形態(tài)特征，并注明組織名稱、熱處理?xiàng)l件及放大倍數(shù)等。3) 本實(shí)驗(yàn)所研究的45鋼及T12鋼的熱處理工藝、顯微組織、浸蝕劑及放大倍數(shù)列于表2-2。表2-2 45鋼和T12鋼不同熱處理后的顯微組織編號熱處理工藝顯微組織特征放大倍數(shù)45鋼：12345678T12鋼910退火：860爐冷正火：860空冷淬火：760水淬 860水淬 860油淬860水淬和200回火

9、860水淬和400回火860水淬和600回火退火：760球化淬火：780水淬珠光體+鐵素體（呈亮白色塊狀）細(xì)珠光體+鐵素體（塊狀）針狀馬氏體+部分鐵素體（白塊狀）細(xì)針馬氏體+殘余奧氏體（亮白色）細(xì)針馬氏體+托氏體（暗黑色塊狀）細(xì)針狀回火馬氏體（針呈暗黑色）針狀鐵素體+不規(guī)則粒狀滲碳體等軸狀鐵素體+粒狀滲碳體鐵素體+球狀滲碳體（細(xì)粒狀）細(xì)針馬氏體+粒狀滲碳體（亮白色）400×400×400×400×400×400×400×400×400×400×400× 2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1) 金相顯微鏡；2) 金相圖譜及放大金相圖片；3) 各種經(jīng)不同熱處理的顯微樣品。3. 注意事項(xiàng)1) 對各類不同熱處理工藝的組織，觀察時(shí)可采用對比的方式進(jìn)行分析