碳鋼熱處理后的顯微組織觀察與分析

1、碳鋼熱處理后的顯微組織觀察與分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)說明實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)報告要求思考題一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)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)了解熱處理工藝對碳鋼硬度的影響。二：實(shí)驗(yàn)說明碳鋼經(jīng)熱處理后的組織可以是接近平衡狀態(tài)(如退火、正火)的組織，也可以是不平衡組織(如淬火組織)。因此在研究熱處理后的組織時，不但要用鐵碳相圖，還要用鋼的C曲線來分析。圖1為共析碳鋼的C曲線，圖2為45鋼連續(xù)冷卻的CCT曲線。 圖1 共析碳鋼的c曲線圖2 45鋼的CCT曲線C曲線能說明在不同冷卻條件下過冷奧氏體在不同溫度范圍內(nèi)發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變過程及能得到哪些組織。1碳鋼的退火和正火組織亞共析碳鋼

2、(如40、45鋼等)一般采用完全退火，經(jīng)退火后可得接近于平衡狀態(tài)的組織，其組織形態(tài)特征已在實(shí)驗(yàn)l中加以分析和觀察(圖3)過共析碳素工具鋼(如T10、T12鋼等)則采用球化退火，T12鋼經(jīng)球化退火后，組織中的二次滲碳體和珠光體中的滲碳體都呈球狀(或粒狀)，圖中均勻分散的細(xì)小粒狀組織就是粒狀滲碳體。2鋼的淬火組織含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于亞共析成分的奧氏體淬火后得到馬氏體。馬氏體組織為板條狀或針狀，20鋼經(jīng)淬火后將得到板條狀馬氏體。在光學(xué)顯微鏡下，其形態(tài)呈現(xiàn)為一束束相互平行的細(xì)條狀馬氏體群。在一個奧氏體晶粒內(nèi)可有幾束不同取向的馬氏體群，每束條與條之間以小角度晶界分開，束與束之間具有較大的位向差，如圖4所示

3、。 圖3 T12 鋼球化退火組織圖4 低碳馬氏體組織45鋼經(jīng)正常淬火后將得到細(xì)針狀馬氏體和板條狀馬氏體的混合組織，如圖5所示。由于馬氏體針非常細(xì)小，故在顯微鏡下不易分清。45鋼加熱至860后油淬，得到的組織將是馬氏體和部分托氏體(或混有少量的上貝氏體)，如圖6所示。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于共析成分的奧氏體等溫淬火后得到貝氏體，如T8鋼在550350及350 Ms溫度范圍內(nèi)等溫淬火，過冷奧氏體將分別轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w和下貝氏體。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片層狀組織，當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時，在光學(xué)顯微鏡下可看到成束的鐵素體在奧氏體晶界內(nèi)伸展，具有羽毛狀特性，如圖7所示。圖5 4

4、5鋼正常淬火組織圖6 45鋼油淬組織圖7 上貝氏體組織特征下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的組織。由于易受浸蝕，所以在顯微鏡下呈黑色針狀特征，如圖8所示。在觀察上、下貝氏體組織時，應(yīng)注意為顯示貝氏體組織形態(tài)，試樣的處理?xiàng)l件一般是在等溫度下保持不長的時間后即在水中冷卻，因此只形成部分貝氏體，顯微組織中呈白亮色的基體部分為淬火馬氏體組織。含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相當(dāng)于過共析成分的奧氏體淬火后除得到針狀馬氏體外，還有較多的殘余奧氏體。T12碳鋼在正常溫度淬火后將得到細(xì)小針狀馬氏體加部分未溶人奧氏體中的球形滲碳體和少量殘余奧氏體，如圖49所示。但是當(dāng)把此鋼加熱到較高溫度淬火時，顯微鏡組織中出現(xiàn)粗大針狀馬氏體

5、，并在馬氏體針之間看到亮白色的殘余奧氏體，如圖10所示。圖8 下貝氏體組織特征圖9 T12鋼正常淬火組織圖10 T12鋼1000油淬組織3. 碳鋼回火后的組織淬火鋼經(jīng)不同溫度回火后所得到的組織不同，通常按組織特征分為一下三種。 (1)回火馬氏體。淬火鋼經(jīng)低溫回火(150250),馬氏體內(nèi)脫溶沉淀析出高度彌散的碳化物質(zhì)點(diǎn)，這種組織成為回火馬氏體?；鼗瘃R氏體仍保持針狀特征，但容易浸蝕，故顏色比淬火馬氏體深些，是暗黑色的針狀組織，如圖11所示?；鼗瘃R氏體具有高的強(qiáng)度和硬度，而韌性和塑性叫淬火馬氏體有明顯改善。(2)回火托氏體。淬火鋼經(jīng)中溫回火(350500) 得到在鐵素體基體中彌散分布著微小狀滲碳體

6、的組織，稱為回火托氏體?；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12所示?；鼗鹜惺象w有較好的強(qiáng)度、硬度、韌性和很好的彈性。(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，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?；鼗鹚魇象w中的鐵素體已不呈針狀形態(tài)而呈等軸狀，如圖13所示?；鼗鹚魇象w具有強(qiáng)度、韌性和塑性較好的綜合機(jī)械性能。圖11 回火馬氏體組織圖12 回火托氏體組織圖13 回火索氏體組織三：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容典型牌號碳鋼經(jīng)不同熱處理后的狀態(tài)如表1所示 試樣號碼鋼號熱處理?xiàng)l件浸蝕劑放大

7、倍數(shù)145860爐冷(退火)3硝酸酒精溶液200450245860空冷(正火)3硝酸酒精溶液200450345860加熱、油淬3硝酸酒精溶液450600445860加熱、油淬3硝酸酒精溶液450600545860水淬、200回火3硝酸酒精溶液450600645860水淬、400回火3硝酸酒精溶液450600745860水淬、600回火3硝酸酒精溶液4506008201000加熱、水淬3硝酸酒精溶液4506009T8440等溫lls、水冷3硝酸酒精溶液45060010T8290等溫3min、水冷3硝酸酒精溶液45060011T12l000加熱、水淬3硝酸酒精溶液45060012T12780加熱、

8、水淬3硝酸酒精溶液45060013T12球化退火3硝酸酒精溶液450600四：實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)(1)領(lǐng)取一套金相試樣，在金相顯微鏡下觀察。觀察時要根據(jù)FeFe3C相圖和鋼的C曲線來分析確定不同熱處理?xiàng)l下各種組織的形成原因。(2)對于經(jīng)過不同熱處理后的組織，要采用對比的方式進(jìn)行分析研究，例如，退火與正火、水淬與油淬、淬火馬氏體與回火馬氏體等。(3)畫出所觀察到的、指定的幾種典型顯微組織形態(tài)特征，并注明組織名稱、熱處理?xiàng)l件及放大倍數(shù)等。(4)在了解洛氏硬度計(jì)的構(gòu)造及操作方法之后，測定45鋼經(jīng)不同熱處理后的硬度，并記錄所測得的硬度數(shù)據(jù)。五：實(shí)驗(yàn)報告要求(1)寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?2)運(yùn)用鐵碳相圖及相應(yīng)鋼種的C曲線，根據(jù)具體的熱處理?xiàng)l件分析所得組織及特征，并畫出所觀察試樣的顯微組織示意圖。(3)列出全部硬度測定數(shù)據(jù)，分析冷卻方法及回火溫度對碳鋼性能(硬度)的影響，畫出回火溫度同硬度的關(guān)系曲線，并闡明硬度變化的原因。 六：思考題 (1)45鋼淬火