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?zāi)康?. 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(chǎn)。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(nèi)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(jié)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(chǎn)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(zhuǎn)變曲線（C曲線）來決定。而鋼的回火后組織又必須結(jié)合鋼的回火相變原

2、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(zhuǎn)變產(chǎn)物。A1為臨界線（727），Ms為馬氏體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變產(chǎn)物是什么組織。Vk 表示轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷速。V1相當于退火冷速（爐冷），產(chǎn)物為片狀珠光體。V2相當于正火冷速（空冷），產(chǎn)物為索氏體，索氏體也是+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(chǎn)物為屈氏體+馬氏體。屈氏體也是+Fe3C的機械混合物只是片狀更細，故要在更高放大倍數(shù)下才能分辨。普通金相顯微鏡分辨

3、不清，呈黑色團塊狀。V4相當于在水中冷卻（淬火），產(chǎn)物為馬氏體+殘余奧氏體。馬氏體（M）是碳在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°或120°，針的粗細與原來的晶粒度有密切的關(guān)系。若選取熱處理加熱溫度過高，則由于晶粒很粗大，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(yīng)很細，呈隱針狀。鋼在淬火后常保留某些未轉(zhuǎn)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（100×）：基體組織為珠光體及鐵素體。鐵素體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)絡(luò)狀分布。片狀珠光體的體積分數(shù)約占基

4、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(wǎng)絡(luò)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(diào)質(zhì)或正火處理。45鋼860加熱保溫后淬火（500×）。針狀淬火馬氏體，其針葉大小中等。45鋼860加熱保溫后淬火，600回火1h（500×）?；w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。為了消除淬火時的內(nèi)應(yīng)力和組織應(yīng)力，淬火的工件應(yīng)及時進行回火處理

5、，當回火溫度達600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(yīng)制造要求強度較高，塑性及韌性也好的機械零件。20鋼900加熱后正火處理（100×），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加熱保溫后水淬（500×）。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，

6、一顆原始的奧氏體晶粒內(nèi)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以下，回火轉(zhuǎn)變的產(chǎn)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350500，其組織為回火屈氏體。它也是+Fe3C的機械混合物?；鼗鹎象w中的Fe3C微粒是分布在保留馬氏體位向的上。（3）高溫回火：回火溫度500650，其組織為回

7、火索氏體，在高倍放大下可以看到析出的Fe3C粒子分布在基體上。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爐冷；2） 45鋼850空冷；3） 45鋼850油冷；4） 45鋼850水冷；5） 45鋼760水冷；6） 45鋼850水冷+200回火；7） 45鋼850水冷+400回火；8） 45鋼850水冷+600回火；9） T10鋼：球化退火；10）T12鋼：780水冷；11）T12鋼：1200水冷，過熱組織；12）T12鋼：1200水冷+200回火；13）20鋼：1200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）：910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；