采用金相法测定钢的MS点

金相法测定钢的MS点摘要：目前计算钢MS点的公式属于多元一次方程，即认为MS点与钢的化学成分间存在线性关系。但是人们普遍认为这种表达方式并不精确，用它们预测钢的MS点会产生较大误差。本次试验采用金相法来测定钢的MS点，两次等温后利用回火马氏体与淬火马氏体的显微组织区别判定MS点，试验分成粗测和精测两部分，使实验结果可靠性大大提高。关键词：金相法马氏体转变MS点一、引言钢的马氏体转变开始温度,即MS点,反映了过冷奥氏体开始发生马氏体转变时的最高温度，对工件热处理工艺的制定及热处理后的质量和性能有很大影响，在生产中具有重要意义。多年来人们一直希望找到一种合适的方法对它进行预测。钢中的合金元素对钢的相变热力学和动力学都有重要的影响，其中也包括MS点。可以认为：钢的成分决定了它的MS点。从这种认识出发，许多学者根据收集的资料提出了计算点的经验公式[1-6J，以此来预测新钢种的MS点，如表1所示资料提出了计算MS点的经验公式[1-6J，以此来预测新钢种的MS点：此外还有波波公式Ms（℃）=520-320C-50Mn-30Cr-20（Ni+Mo）-5（Cu+Si）适用于碳钢司替海-海莱司公式Ms（℃）=561-474C-33Mn-17（Cu+Ni）-21Mo，适用于中碳合金钢从表中可以看到，多数经验公式属于多元一次方程，即认为MS点与钢的化学成分间存在线性关系。但是人们普遍认为这种表达方式并不精确，用它们预测钢的MS点会产生较大误差。现在普遍采用金相法、硬度法、磁性法、电阻法、膨胀法来测定钢的MS点。本次实验采用金相法来测定钢的MS点。金相分析是研究工程材料内部组织结构的主要方法之一，特别是在金属材料的研究领域占有很重要的地位。而金相显微镜是进行显微分析的主要工具，利用金相显微镜在专门制备的试样上观察材料的组织和缺陷的方法，称为金相显微分析。显微分析可以观察、研究材料的组织形貌、晶粒大小、非金属夹杂物（如氧化物、硫化物等）在组织中的数量和分布情况等，即可以研究材料的组织结构与其化学成分(组成)之间的关系，确定各类材料经不同加工工艺处理后的显微组织，可以判别材料质量的优劣等。二、实验1基本原理首先，要根据经验公式估算出所选试样的MS点的近似值。测定时，将A化后的试样迅速投入预先估计的Ms温度的热容中，等温2－3分钟后，再将试移到比第一个热容高20℃的热容中保持一定时间，最后淬入盐水中。假如第一个热容的温度高于该钢的Ms点，则在两个热容中等温时过冷A都不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到的只是白亮的（淬火）M组织；反之，如果有一个热容的温度低于Ms温度，则试样投入热容后将有部分过冷A转变成M，而在第二个热容中保温时，已转变的M将被回火，而未转变的过冷A在随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为暗黑色的回火M加白亮的淬火M。多次调整热容温度，使事先经处理后得组织几乎全部是淬火M和很少得回火M，这时第一个热容的温度就近似地代表了钢的Ms点。本实验以40#钢为例2实验要求2.1试样成分40钢标准：GB/T699-1988碳C：0.40硅Si：0.21锰Mn：0.62硫S：0.035磷P：0.035铬Cr：0.25镍Ni：0.25铜Cu：0.252.2试样规格标准圆柱形，直径为16mm，高度为10mm2.3试样表面要求试样表面光滑、无明显缺陷。3实验设备1、金相显微镜2、加热炉保温炉若干3、盐水浴4、试样切割机、砂轮机、预磨机、抛光机、抛光粉5、不同型号的金相砂纸6、3%硝酸酒精溶液、酒精7、棉花、吹风机等。4试样MS点预估计算波波公式Ms（℃）=520-320C-50Mn-30Cr-20（Ni+Mo）-5（Cu+Si）适用于碳钢预估MS点=520-320×0.4-50×0.62-30×0.25-20×0.25-5×(0.25+0.21)=346.2℃5实验步骤第一步：大致测定MS点①将制作好的若干试样投入到加热炉中，将加热炉温度设置为900℃（高于A1点），等温一段时间使充分A化。②测定时，准备多个等温炉，以预估MS点为基准，上下浮动100℃，每级相差20℃。将A化后的试样迅速投入预先准备的热容中，等温2－3分钟后，再将试移到比第一个热容高20℃的热容中保持一定时间，具体如表一所示：A化后保温图表一试样编号A化后第一次等温温度T1第二次等温温度T21预估MS点+100℃，即446℃预估MS点+120℃，即466℃2预估MS点+80℃，即426℃预估MS点+100℃，即446℃3预估MS点+60℃，即406℃预估MS点+80℃，即426℃4预估MS点+40℃，即386℃预估MS点+60℃，即406℃5预估MS点+20℃，即366℃预估MS点+40℃，即386℃6预估MS点，即346℃预估MS点+20℃，即366℃7预估MS点-20℃，即326℃预估MS点，即346℃8预估MS点-40℃，即306℃预估MS点-20℃，即326℃9预估MS点-60℃，即286℃预估MS点-40℃，即306℃10预估MS点-80℃，即266℃预估MS点-60℃，即286℃11预估MS点-100℃，即246℃预估MS点-80℃，即266℃T1:预估的MS点T2:比T1高20℃盐水≈20℃试样热处理流程图最后将编号1-11的所有试样依次淬入盐水中，记录试样编号，一段时间后取出用棉花擦干。假如第一个热容的温度高于该40钢的Ms点，则在两个热容中等温时过冷A都不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到的只是白亮的（淬火）M组织；反之，如果有一个热容的温度低于Ms温度，则试样投入热容后将有部分过冷A转变成M，而在第二个热容中保温时，已转变的M将被回火，而未转变的过冷A在随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为暗黑色的回火M加白亮的淬火M。然后按试样编号依次用金相显微镜依次观察试样的表面组织，经过比较，试样6中全为淬火马氏体，试样7几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，所以选取试样7，这时326℃就近似代表了40钢的Ms点。一次等温二次等温冷却（淬火）附：回火马氏体和淬马氏体显微组织板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。回火马氏体:淬火马氏体回火时，碳已经部分的从固溶体中析出并形成了过渡碳化物此时的基体组织。它是马氏体的一种回火组织，其α固溶体仍有一定的碳的过饱和度，仍是一种亚稳组织。第二步：精确测定MS点在326℃保温时已经出现了A→M的转变，即326℃略低于40钢的MS点，其真正的的MS点处于326℃－346℃这个范围内，为此进行进一步的试验，每级相差5℃，故本次试样测得的MS点误差小于5℃。①将制作好的若干试样投入到加热炉中，将加热炉温度设置为900℃（高于A1点），等温一段时间使充分A化。②测定时，准备多个等温炉，将A化后的试样分别迅速投入预先设计的热容中，等温2－3分钟后，再将试移到比第一个热容高5℃的热容中保持一定时间，具体如表一所示：A化后保温图表二试样编号A化后第一次等温温度T1第二次等温温度T212346℃351℃13341℃346℃14336℃341℃15331℃336℃回火马氏体显微组织淬火马氏体显微组织16326℃331℃两次等温结束后依次淬如入盐水中，记录好试样及编号，取出后用棉花球擦干。然后按试样编号依次用金相显微镜依次观察试样的表面组织，经过比较，试样14中全为淬火马氏体，试样15几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，所以选取试样15，这时331℃就代表了40钢的Ms点。三、实验分析与讨论奥氏体快速冷却（大于临界冷却速度）至某一温度以下才能发生马氏体相变，这一温度称为马氏体相变开始点，以MS点表示。当奥氏体过冷到MS点以下某一温度时马氏体相变立即开始，不需要孕育期，并且以极大的速度进行。但在此温度下马氏体相变很快停止，即马氏体转变量不再增加。为使马氏体相变得以继续进行，必须不断地降低温度。如停止继续降低温度，马氏体相变则立即停止。即马氏体相变是在不断降温条件下进行的，马氏体转变量是温度的函数，而与等温时间无关。曲线B:若第一次等温温度低于MS点，则试样投入热容后将有部分过冷A转变成M，而在第二个热容中保温时，已转变的M将被回火，而未转变的过冷A在随后淬冷时将变为M，所以其显微组织为暗黑色的回火M加白亮的淬火M。第一次等温温度越低，最终产生的回火马氏体会越多，经磨光、抛光、腐蚀处理后的试样表面在金象显微镜下越呈暗色。曲线C：若第一个等温的温度高于该40钢的Ms点，则在两个热容中等温时过冷A都不发生转变，只有淬入盐水后才转变为M。因此，在显微镜下观察到的只是白亮的（淬火）M组织；因回火马氏体与淬火马氏体易区分，根据观察得到的组织，经过细致的比较，选取盐水淬火后组织几乎全部是淬火M和很少得回火M的试样，此时试样的第一次等温温度即钢的MS点。采用两次对比测定，是为了更加可靠地测定钢的MS点，本实验的误差只有±5℃，对于大部分科研和工业用途已经足够。参考文献：1、徐洲，赵连成.金属固态相变原理.科学出版社，20042、徐祖耀.相变原理.科学出版社，19993、王温银，史月丽，顾永琴.材料实验技术，20084、沈承金.金属热处理与表面工程，20095、孙宝珍，朱谱藩，林慧国，俞铁姗．合金钢手册，冶金工业出版社，19846、徐祖耀.马氏体相变与马氏体，科学出版社，19997、邓永瑞.马氏体转变理论，科学出版社，19938、赵连成.金属热处理原理，哈尔滨工业大学出版社，19879、刘智恩.材料科学基础，西北工业大学出版社，200710、刘春畅.钢铁热处理，冶金工业出版社，1982