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碳钢热处理后显微组织观察碳钢热处理后显微组织观察江苏大学材料学院江苏省示范实验中心江苏大学材料学院江苏省示范实验中心教师:李冬升一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同热处理后的显微组织特征。2、运用Fe-Fe3C相图，C曲线及回火转变来分析热处理工艺对钢的组织和性能的影响。二、实验原理研究碳钢经退火、正火和淬火后的组织，需要运用Fe-Fe3C相图及C曲线从加热和冷却两个方面来进行分析，而钢在冷却时的组织转变，往往对室温组织和最终材料的性能起着决定性的作用。C曲线表明钢在冷却时的组织转变规律，因此，研究钢热处理后的组织，通常以C曲线为理论依据。、热处理加热温度－退火和正火1200℃1100℃1000℃900℃800℃700℃600℃500℃1.21.41.60.20.40.61.00.8GQSPAc3Ac1ACcm扩散退火低温退火不完全退火再结晶退火完全退火正火球化退火正火Ac3，ACcm上30-50℃完全退火Ac3以上20℃-30℃球化退火Ac1以上20℃-30℃、热处理加热温度－淬火1200℃1100℃1000℃900℃800℃700℃600℃1.21.41.60.20.40.61.00.8GQSPAc3Ac1ACcm淬火(30~50℃)、共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变组织V1（相当于随炉缓冷）时，奥氏体转变成珠光体。V2（相当于空冷），得到的较细的是珠光体，即索氏体。V3（相当于油冷）时，得到的是屈氏体和马氏体。V4（相当于水冷）时，得到的是马氏体和残余奥氏体组织。V4Vc共析钢C曲线、碳钢的退火和正火碳钢经退火（完全退火）后得到接近平衡状态的组织。碳钢经球化退火得到球状珠光体组织。碳钢正火是索氏体组织。索氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，片层间距比珠光体小，45钢正火的组织为：索氏体+铁素体。T12球化退火态400X45钢正火400X、碳钢的淬火组织碳钢淬火后可得到马氏体（M）组织。马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体的形态按碳含量的不同可形成两种，即板条状马氏体和针状马氏体。低碳钢淬火后的板条状马氏体。板条状马氏体是由许多尺寸大致相同的细马氏体条平行排列组成的马氏体，各束之间位向不同，且位向差较大，一个奥氏体晶粒内可有几个马氏体束。板条马氏体不仅具有较高的强度，同时还具有良好的塑性和韧性。16Mn920C°水淬400X的高碳钢淬火组织含碳量大于1.0%的高碳钢过热淬火后，得到针片状马氏体和残余奥氏体组织。针片状马氏体在光学显微镜下，呈大小不一的针状或片状，针片之间成一定角度。针片状马氏体的硬度高，韧性差。在针片状马氏体之间有奥氏体残存，即残余奥氏体（A’）。残余奥氏体不易受硝酸酒精溶液的侵蚀，在显微镜下呈白亮色，无固定形态。未经回火时，残余奥氏体与马氏体很难区别。都呈白亮色，只有马氏体回火变暗以后，残余奥氏体才能被辩认。1.3%C1100C°水淬400X共析钢和过共析钢淬火组织共析钢和过共析钢淬火前，通常是球化退火组织，经正常加热淬火后，得到的马氏体是细小的，在光学显微镜下分辨不出来它的形态，故通常称为隐晶马氏体。T10钢正常淬火组织为：隐晶马氏体和粒状碳化物及少量残余奥氏体。T12760C°水淬400X钢水淬组织为：混合马氏体（板条马氏体+针状马氏体），其中以板条状马氏体为主。45钢油淬：屈氏体+马氏体组织。屈氏体（T）是铁素体和渗碳体的机械混合物，片层比索氏体更细密，在亚共析钢中，冷速较大时，屈氏体常沿原始奥氏体晶界析出，呈黑色网状包围着马氏体。45钢860C°油淬400X45钢860C°水淬400X°，然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火。根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温度加热，部分铁素体未溶入奥氏体中，经淬火后得到马氏体和铁素体组织。45钢760C°水淬400X、碳钢淬火后的回火组织淬火钢通常为马氏体和少量残余奥氏体组织，经回火转变后，能够获得不同的组织。低温回火获得回火马氏体，它是由含碳过饱和的α固溶体及母相保持共格关系的ε碳化物组成。回火马氏体仍保留着原来马氏体的针片状或板条状形态，但由于在过饱和α固溶体上分布着大量高度弥散的细小的ε碳化物，使回火马氏体较淬火马氏体容易腐蚀，故在光学显微镜下，仍保持着原淬火状态的马氏体特征、仅颜色较暗而呈暗黑色。回火马氏体性能基本与淬火马氏体相同，但脆性较低。中温回火组织中温回火获得回火屈氏体组织，它是由尚未发生再结晶的铁素体与弥散分布的极细粒状渗碳体组成。这些极细的粒状渗碳体，在光学显微镜下无法分辨，故呈暗黑色，回火屈氏体具有中等硬度，高的屈服强度及弹性极限和较好的韧性。45钢860C°水淬400C°回火400X高温回火组织高温回火得到回火索氏体，它是由已再结晶的铁素体与细粒状渗碳体组成。在光学显微镜下放大500X时，可以看到已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上，回火索氏体具有较低的硬度和良好的综合力学性能。45钢860C°水淬600C°回火400X三、实验方法指导实验设备和材料：多媒体计算机、金相显微镜、碳钢热处理后的组织试样一套及照片。观看多媒体计算机演示碳钢热处理后的各种组织，并分析其组织形态的特征。在显微镜下观察和分析表2-1碳钢热处理后的组织。并画出组织示意图。°正火（空冷）索氏体+铁素体3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液3-4%硝酸酒精溶液245钢860C°淬火（水冷）混合马氏体345钢860C°淬火（油冷）屈氏体+马氏体445钢860C°淬火（水冷）400C°回火回火屈氏体545钢860C°淬火（水冷）600C°回火回火索氏体645钢760C°淬火（水冷）马氏体+铁素体7T12760C°正火（空冷）索氏体+粒状渗碳体8T12760C°淬火（水冷）隐晶马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体9T12900C°淬火（水冷）200C°回火针状马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体111.3%C1100C°淬火（水冷）竹叶、针状马氏体+残余奥氏体1016Mn920C°淬火（水冷）板条马氏体45钢淬火、回火组织比较四、实验报告要求实验目的画出所观察的显微组织示意图，并标明：材料名称、状态、组织、放大倍数、侵蚀剂。并将组织组成物名称以箭头引出标明。分析45钢760C°水淬与45钢860C°油淬组织的区别。若45钢淬火后硬度不足，如何根据组织分析其原因是淬火加热温度不足，还是冷却速度不够？钢860C°正火（空冷）索氏体+铁素体返回°淬火（水冷）混合马氏体返回°淬火（油冷）屈氏体+马氏体返回°水淬400C°回火400X回火屈氏体返回°回火400X回火索氏体返回°水淬400X马氏体+铁素体返回°正火400X索氏体+粒状渗碳体返回°水淬400X隐晶马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体返回°水淬400X针状马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体返回°水淬400X板条马氏体返回°水淬400X竹叶、针状马氏体+残余奥氏体返回水冷，混合马氏体400度回火，回火屈氏体回火索氏体600度回火45钢淬火、回火组织返回