碳钢热处理后组织观察

实验二一、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。1、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℃1、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℃)以等温冷却转变曲线，近似估计小直径试样在不同冷速下所得到的组织。如图所示，当冷速为V1（相当于随炉缓冷）时，奥氏体转变成珠光体。冷速增加到V2（相当于空冷）时，得到的较细的是珠光体，即索氏体。当冷速增加到V3（相当于油冷）时，得到的是屈氏体和马氏体。当冷速增加到V4（相当于水冷）时，得到的是马氏体和残余奥氏体组织。1、共析钢过冷奥氏体的冷却转变组织2、共析钢过冷奥氏体的冷却转变组织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2、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。碳钢正火可得到索氏体组织。索氏体是铁素体和渗碳体的机械混合物，其片层间距比珠光体小，45钢在正火条件下获得的组织为：索氏体+铁素体。3、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。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。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。T12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。45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钢油淬组织为：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，当冷速较大时，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钢若加热到760C°，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。4.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。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钢三种状态的比较860℃水淬860℃水淬+400℃回火860℃水淬+600℃回火三、实验方法指导1、实验内容1）、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。2）、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。2、编号材料热处理工艺组织侵蚀剂145钢860C°正火（空冷）索氏体+铁素体3-4%硝酸酒精溶液245钢860C°淬火（水冷）混合马氏体3-4%硝酸酒精溶液345钢860C°淬火（油冷）屈氏体+马氏体3-4%硝酸酒精溶液445钢860C°淬火（水冷）400C°回火回火屈氏体3-4%硝酸酒精溶液545钢860C°淬火（水冷）600C°回火回火索氏体3-4%硝酸酒精溶液645钢760C°淬火（水冷）马氏体+铁素体3-4%硝酸酒精溶液7T12760C°正火（空冷）索氏体+粒状渗碳体3-4%硝酸酒精溶液8T12760C°淬火（水冷）隐晶马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体3-4%硝酸酒精溶液9T12900C°淬火（水冷）200C°回火针状马氏体+粒状渗碳体+残余奥氏体3-4%硝酸酒精溶液1016Mn920C°淬火（水冷）板条马氏体3-4%硝酸酒精溶液111.3%C1100C°淬火（水冷）竹叶、针状马氏体+残余奥氏体3-4%硝酸酒精溶液碳钢热处理后的组织表2-12、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。四、实验报告要求1、实验目的2、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。3、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？材料：1.3%C状态：1100°C水淬组织：竹叶、针状、闪电状马氏体+残余奥氏体放大倍数：400X侵蚀剂：3-4%硝酸酒精溶液残余奥氏体闪电状马氏体竹叶、针状马氏体江苏大学材料科学与工程学院材料实验中心二○○二年六月再见45钢正火400X45钢860C°水淬400X45钢860C°油淬400X45钢860C°水淬400C°回火400X45钢860C°水淬600C°回火400X45钢760C°水淬400XT12球化退火态400XT12760C°正火400XT12760C°水淬400XT12900C°水淬400X16Mn920C°水淬400X1.3%C1100°C水淬400X