常見(jiàn)固態(tài)相變組織

1、實(shí)驗(yàn)七 常見(jiàn)固態(tài)相變組織觀察（Phase Transformation of Solids）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2 實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合前修課程名稱(chēng)：材料科學(xué)導(dǎo)論適用專(zhuān)業(yè)業(yè)：材料料科學(xué)與與工程實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡恼_識(shí)別別不同固固態(tài)相變變產(chǎn)生的的組織的的形貌，掌握其其特點(diǎn)。了了解馬氏氏體相變變的可逆逆性。概述固態(tài)物質(zhì)質(zhì)內(nèi)部發(fā)發(fā)生的組組織結(jié)構(gòu)構(gòu)變化稱(chēng)稱(chēng)為固態(tài)態(tài)相變。固態(tài)相相變包括括材料中中相成分分的變化化、結(jié)構(gòu)構(gòu)的變化化和有序序度的變變化，固固態(tài)相變變是材料料熱處理理的基礎(chǔ)礎(chǔ)。熱處處理是利利用材料料在加熱熱和冷卻卻過(guò)程中中發(fā)生的的相變，改變內(nèi)內(nèi)部的組組織與結(jié)結(jié)構(gòu)，改改善材料料的性能能，充分分發(fā)揮材材料的潛潛力。共共析轉(zhuǎn)

2、變變、貝氏氏體轉(zhuǎn)變變、馬氏氏體轉(zhuǎn)變變的組織織形貌可可以在光光學(xué)顯微微鏡下獲獲得。到目前為為止，鋼鋼仍然是是應(yīng)用最最多的工工程材料料。為了了使鋼獲獲得所需需要的組組織性能能，充分分發(fā)揮鋼鋼材的潛潛力，必必須經(jīng)過(guò)過(guò)熱處理理。而大大多數(shù)熱熱處理工工藝都要要首先將將鋼加熱熱到臨界界點(diǎn)溫度度以上形形成奧氏氏體，然然后再以以一定的的方式進(jìn)進(jìn)行冷卻卻。冷卻卻的過(guò)程程中，過(guò)過(guò)冷奧氏氏體在不不同的溫溫度區(qū)間間會(huì)發(fā)生生不同的的轉(zhuǎn)變。對(duì)于共共析鋼，在A115000區(qū)間發(fā)發(fā)生珠光光體轉(zhuǎn)變變（共析析轉(zhuǎn)變）；在5550Ms點(diǎn)區(qū)區(qū)間發(fā)生生貝氏體體轉(zhuǎn)變；在Mss點(diǎn)以下下將發(fā)生生馬氏體體轉(zhuǎn)變。本次實(shí)實(shí)驗(yàn)，以以碳鋼、低合金金鋼為

3、例例，介紹紹一些常常見(jiàn)的固固態(tài)相變變的組織織形貌。珠光體是是鐵素體體（）和滲滲碳體（Fe3C）的兩兩相混合合物。常常見(jiàn)的珠珠光體形形貌有兩兩種：片片狀和粒粒狀。圖圖（7-1）是是亞共析析鋼455鋼的室室溫退火火組織，由珠光光體+先先共析鐵鐵素體組組成。圖圖片中顏顏色暗黑黑的是珠珠光體區(qū)區(qū)域。圖圖（7-3）是是過(guò)共析析鋼T112的球球化處理理組織，由粒狀狀珠光體體+顆粒粒狀二次次滲碳體體組成，可以對(duì)對(duì)應(yīng)比較較圖（77-4）T122鋼的室室溫退火火組織，是由層層片狀珠珠光體+網(wǎng)狀二二次滲碳碳體組成成。（7-11）455鋼8330度退退火 （7-2）665鋼退退火（7-33）T112鋼球球化 （7-

4、44）T112鋼退退火非共析鋼鋼過(guò)冷奧奧氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時(shí)，由于存存在先共共析轉(zhuǎn)變變，根據(jù)據(jù)實(shí)際條條件的影影響，在在組織形形態(tài)上會(huì)會(huì)獲得魏魏氏組織織。圖（7-66）、（7-77）分別別是200Cr、445鋼的的過(guò)熱空空冷后的的室溫組組織，先先共析鐵鐵素體呈呈現(xiàn)平行行排列的的“梳狀”形貌，稱(chēng)為魏魏氏組織織。圖（7-77）是TT12鋼鋼的過(guò)熱熱空冷組組織，退退火態(tài)下下呈現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)狀的二二次滲碳碳體現(xiàn)在在呈現(xiàn)細(xì)細(xì)長(zhǎng)針狀狀，成一一定角度度交錯(cuò)分分布。（7-55）200Cr鋼111000度空冷冷 （7-6）445鋼111000度空冷冷（7-77）T112鋼-9700風(fēng)冷 （77-8）65鋼鋼-8660空冷（放置于

5、于鐵板上上）由于冷卻卻條件的的改變，一些轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變被抑抑制。圖圖（7-8）中中的圖片片，是665鋼的的空冷組組織，其其先共析析鐵素體體幾乎消消失迨盡盡，基本本上是珠珠光體組組織組成成。這是是發(fā)生了了偽共析析轉(zhuǎn)變的的結(jié)果。此時(shí)的的珠光體體的成分分已經(jīng)不不再是00.777%C，而是低低于0.77%C?？煽梢詫?duì)比比圖（77-2），655鋼室溫溫退火組組織分析析。實(shí)際際上，在在圖（77-5）、（77-6）中的珠珠光體，由于先先共析組組織的數(shù)數(shù)量被抑抑制，偽偽共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的發(fā)發(fā)生，其其成分也也低于00.777%C。而圖（7-77）中珠珠光體的的情況恰恰好相反反。貝氏體是是由過(guò)飽飽和鐵素素體和滲滲碳體兩兩相組成

6、成的混合合物，鋼鋼中貝氏氏體組織織最常見(jiàn)見(jiàn)的基本本形態(tài)是是上貝氏氏體和下下貝氏體體。在光光學(xué)顯微微鏡下，上貝氏氏體呈羽羽毛狀，對(duì)于共共析鋼其其形成溫溫度約在在55003500之間；下貝氏氏體呈黑黑針狀，對(duì)于共共析鋼，其形成成溫度在在35002440之間。根據(jù)奧奧氏體的的成分和和轉(zhuǎn)變溫溫度的不不同，還還可以見(jiàn)見(jiàn)到粒狀狀貝氏體體、無(wú)碳碳貝氏體體、柱狀狀貝氏體體和反常常貝氏體體等形貌貌的貝氏氏體組織織。下面面的圖（7-99）至（7-112），以655Mn為例例介紹下下貝氏體體、上貝貝氏體的的形貌及及出現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的溫溫度情況況。圖（7-113）表表明，445鋼在在進(jìn)行淬淬火冷卻卻過(guò)程中中，當(dāng)冷冷卻速度度

7、不足時(shí)時(shí)，在組組織中也也會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)上貝氏氏體組織織形貌。（7-99）655Mn8840度度3000度等溫溫4000秒 （7-110）665Mnn 8440度3350度度等溫1160秒秒（7-111）665Mnn 8440度4400度度等溫225秒 （7-12）65MMn8840度度5000度等溫溫14秒秒（7-113）445鋼8830度度油淬鋼中馬氏氏體的組組織形態(tài)態(tài)主要有有兩種類(lèi)類(lèi)型，一一種是板板條狀馬馬氏體，一種是是片狀馬馬氏體。板條狀狀馬氏體體主要出出現(xiàn)在低低碳鋼淬淬火的組組織中，所以又又稱(chēng)低碳碳馬氏體體；如圖圖（7-14）。片狀狀馬氏體體主要出出現(xiàn)在高高碳鋼淬淬火組織織中，又又稱(chēng)高碳碳馬

8、氏體體，如圖圖（7-15）。典型型的板條條狀馬氏氏體的是是由許多多成群的的平行馬馬氏體板板條組成成的。由由于板條條馬氏體體中有高高密度的的位錯(cuò)，所以板板條馬氏氏體又稱(chēng)稱(chēng)為位錯(cuò)錯(cuò)馬氏體體。片狀狀馬氏體體的形貌貌呈針片片狀或竹竹葉狀。故又稱(chēng)稱(chēng)針狀馬馬氏體或或竹葉狀狀馬氏體體。其立立體形態(tài)態(tài)是凸透透鏡片狀狀，所以以又稱(chēng)透透鏡馬氏氏體。在在一個(gè)原原奧氏體體晶粒中中，首先先形成一一片貫穿穿整個(gè)晶晶粒的馬馬氏體片片，以后后形成的的馬氏體體片尺寸寸受到了了限制，越是后后形成的的馬氏體體片越小小。馬氏氏體片之之間互不不平行。粗片狀狀馬氏體體中常能能見(jiàn)到有有明顯的的中脊，由于片片狀馬氏氏體中存存在孿晶晶亞結(jié)構(gòu)構(gòu)

9、，所以以又稱(chēng)片片狀馬氏氏體位孿孿晶馬氏氏體。（7-114）220鋼9980度度鹽水淬淬火 （77-155）T113鋼111000度水淬淬高碳鋼淬淬火時(shí)，容易在在馬氏體體組織中中形成顯顯微裂紋紋。這是是由于馬馬氏體的的比體積積大于奧奧氏體，并且含含碳量越越高差別別越大；馬氏體體片形成成的速度度又很大大，在馬馬氏體形形成時(shí)，馬氏體體片互相相撞擊或或沖擊奧奧氏體晶晶界而引引起相當(dāng)當(dāng)大的應(yīng)應(yīng)力造成成顯微裂裂紋。為為了避免免粗大馬馬氏體的的出現(xiàn)，要嚴(yán)格格控制高高碳鋼的的淬火加加熱溫度度，避免免出現(xiàn)粗粗大的奧奧氏體組組織。對(duì)于某些些可以隨隨溫度的的升降而而消長(zhǎng)的的馬氏體體稱(chēng)為熱熱彈性馬馬氏體。其基本本理論

10、、概念以以課堂教教師講述述為基礎(chǔ)礎(chǔ)；結(jié)合合課外閱閱讀加深深了解。其記憶憶效應(yīng)通通過(guò)實(shí)際際樣品的的演示可可以直觀觀地了解解。多型性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變即同同素異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)變的的金相組組織，我我們用工工業(yè)純鐵鐵來(lái)說(shuō)明明。工業(yè)業(yè)純鐵在在9122以上時(shí)時(shí)是面心心立方結(jié)結(jié)構(gòu)，金金相組織織中可以以見(jiàn)到含含有孿晶晶結(jié)構(gòu)的的等軸晶晶粒，如如圖（77-166）；在在9122發(fā)生同同素異構(gòu)構(gòu)轉(zhuǎn)變，9122以下后后，組織織為體心心立方結(jié)結(jié)構(gòu)，等等軸晶粒粒中見(jiàn)不不到孿晶晶形貌，如圖（7-117）。在轉(zhuǎn)變變前后沒(méi)沒(méi)有成分分變化，是所有有相變中中最簡(jiǎn)單單的一種種。（7-116）工工業(yè)純鐵鐵高溫金金相（9970） （7-117）工工業(yè)純鐵鐵

11、室溫退退火組織織最后，需需要說(shuō)明明的一點(diǎn)點(diǎn)是：上上述許多多組織形形貌中的的部分晶晶粒粗大大的顯微微組織，僅僅是是為了理理論研究究才會(huì)出出現(xiàn)，在在實(shí)際生生產(chǎn)過(guò)程程中屬于于疵病組組織，應(yīng)應(yīng)當(dāng)采取取相應(yīng)的的工藝技技術(shù)避免免出現(xiàn)。切記！實(shí)驗(yàn)材料料和設(shè)備備金相顯微微鏡，相相應(yīng)的典典型金相相樣品，記憶合合金演示示樣品。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容容和步驟驟觀觀察馬氏氏體、貝貝氏體的的典型樣樣品。 使用顯顯微鏡觀觀察下列列樣品：序號(hào)材料熱處理組織65Mnn840加熱5500度度等溫114秒馬氏體+屈氏體體（網(wǎng)狀狀分布，黑色，條、塊塊狀）65Mnn840加熱4400度度等溫225秒馬氏體+屈氏體體+上貝貝氏體（黑色羽羽毛狀）65

12、Mnn840加熱3350度度等溫1160秒秒馬氏體+上貝氏氏體+下下貝氏體體（黑色色針狀）65Mnn840加熱3300度度等溫4400秒秒馬氏體+下貝氏氏體（黑黑色針狀狀）45鋼840加熱，油冷馬氏體+屈氏體體+貝氏氏體45鋼退火處理理珠光體+鐵素體體45鋼風(fēng)冷，或或放置于于金屬板板上空冷冷魏氏組織織20鋼風(fēng)冷，或或放置于于金屬板板上空冷冷魏氏組織織20Crr（11000）過(guò)熱熱淬火板條馬氏氏體T12（11000）過(guò)熱熱淬火片狀馬氏氏體+奧奧氏體（殘余）65鋼退火處理理珠光體+鐵素體體65鋼840加熱，放置于于鐵板上上空冷珠光體+鐵素體體（網(wǎng)狀狀分布，極少量量）T12鋼鋼970加熱，出爐風(fēng)風(fēng)冷珠光體+二次滲滲碳體（針狀交交錯(cuò)分布布）T12鋼鋼退火處理理珠光體+二次滲滲碳體（網(wǎng)狀分分布）T12鋼鋼球化處理理珠光體（粒狀）+二次次滲碳體體（顆粒粒狀）工業(yè)純鐵鐵高溫金相相（9770）奧氏體晶晶粒（有有孿晶）工業(yè)純鐵鐵室溫退火火組織鐵素體晶晶粒觀觀看形狀狀記憶合合金樣品品的記憶憶效應(yīng)演演示（根根據(jù)情況況增減部部分）本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的總結(jié)結(jié)記錄記記錄、分分析典型型固態(tài)相相變的組組織形貌貌魏氏組織織（ ） 片狀馬馬氏體上上貝氏體體 下貝貝氏體工業(yè)純鐵鐵的高溫溫奧氏體體金相組組織 工工業(yè)純鐵鐵的室溫溫鐵素體體金相組組織 T112鋼的的球化組組織回回答下列列問(wèn)題：下