鋼的非平衡組織特征與性能分析

1、 鋼的非平衡組織特征與性能分析一、 實驗目的1.觀察常用鋼經(jīng)不同熱處理后的顯微組織。2.掌握熱處理工藝對鋼組織和性能的影響。3.熟悉常用鋼 典型熱處理組織的形態(tài)及特征。二、實驗內(nèi)容概述碳鋼經(jīng)退火、正火可得到平衡或接近平衡組織，經(jīng)淬火得到的是非平衡組織。共析鋼過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變的組織及性能列于表6-1中。表6-1轉(zhuǎn)變類型組織名稱形成溫度范圍/C顯微組織特征硬度（HRC）珠光體型相變珠光體（P）>650在400500×金相顯微鏡下可以觀察到鐵素體和滲碳體的片層狀組織20（HB180200）索氏體（S）600650在8001000×以上的顯微鏡下才能分清片層狀特征

2、，在低倍下片層模糊不清2535托氏體（T）550600用光學顯微鏡面容時呈黑色團狀組織，只有在電子顯微鏡（500015000×）下才能看出片層狀3540貝氏體型相變貝氏體（B上）350550在金相顯微鏡下呈暗灰色的羽毛狀特征（圖10-9所示）4048下貝氏體（B下）230350在金相顯微鏡下呈黑色針葉狀特征（圖10-10所示）4858馬氏體型相變馬氏體（M）<230在正常淬火溫度下呈細針狀馬氏體（隱晶馬氏體），過熱淬火時則呈粗大片狀馬氏體6065各組織的顯微特征：1）索氏體（S）：是鐵素體與滲碳體的機械混合物。其片層比珠光體更細密，在高倍（700倍以上）顯微放大時才能分辨。2）

3、托氏體(T)：也是鐵素體與滲碳體的機械混合物，片層比索氏體還細密，在一般光學顯微鏡下也無法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色形態(tài)。當其少量析出時，沿晶界分布，呈黑色網(wǎng)狀，包圍著馬氏體；當析出量較多時，呈大塊黑色團狀，只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層（見圖6-1）；3）貝氏體（B） 為奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，它也是鐵素體與滲碳體的兩相混合物。在顯微形態(tài)上，主要有三種形態(tài)：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非層狀組織。當轉(zhuǎn)變量不多時，在光學顯微鏡下為與束的鐵素體條向奧氏體晶內(nèi)伸展，具有羽毛狀特征。在電鏡下，鐵素體以幾度到十幾度的小位向差相互平行，滲碳體則沿條的長軸方向排

4、列成行，如圖6-2。圖6-1托氏體馬氏體圖6-2上貝氏體馬氏體下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的兩相混合物組織。它比淬火馬氏體易受浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀（如圖6-3）。在電鏡下可以見到，在片狀鐵素體基體中分布有很細的碳化物片，它們大致與鐵素體片的長軸成5560o的角度。粒狀貝氏體是最近十幾年才被確認的組織。在低、中碳合金鋼中，特別是連續(xù)冷卻時（如正火、熱軋空冷或焊接熱影響區(qū)）往往容易出現(xiàn)，在等溫冷卻時也可能形成。它的形成溫度范圍大致在上貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的上部，由鐵素體和它所包圍的小島狀組織所組成。4）馬氏體（M）：是碳在aFe中的過飽和固溶體。馬氏體的形態(tài)按含碳量主要分兩種，即板條狀

5、和針狀（如圖6-4、6-5所示）圖6-3下貝氏體圖6-4回火板條馬氏體板條狀馬氏體一般為低碳鋼或低碳合金鋼的淬火組織。其組織形態(tài)是由尺寸大致相同的細馬氏體條定向平行排列組成馬氏體束或馬氏體領域。在馬氏體束之間位向差較大，一個奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個不同的馬氏體領域。板條馬氏體具有較低的硬度和較好的韌性。針狀馬氏體是碳量較高的鋼淬火后得到的組織。在光學顯微鏡下，它呈竹葉狀或針狀，針與針之間成一定的角度。最先形成的馬氏體較粗大，往往橫穿整個奧氏體晶粒，將奧氏體晶粒加以分割，使以后形成的馬氏體的大小受到限制。因此，針狀馬氏體的大小不一。同時有些馬氏體有一條中脊線，并在馬氏體周圍有殘留奧氏體。針狀馬氏體

6、的硬度高而韌性差。圖6-5針狀馬氏體殘余奧氏體圖6-6馬氏體粒狀滲碳體5）殘余奧氏體（A殘） 是含碳量大于0.5%的奧氏體淬火時被保留到室溫不轉(zhuǎn)變的那部分奧氏體。它不易受硝酸酒精溶液的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，分布在馬氏體之間，無固定形態(tài)。在圖6-6表示含碳1.2%的碳鋼正常淬火（780加熱），其組織為馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘余奧氏體。6）鋼的回火組織與性能回火馬氏體。是低溫回火（150250）組織。它保留了原馬氏體形態(tài)特征。針狀馬氏體回火析出了極細的碳化物，容易受到浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀。體溫回火后馬氏體針變黑，而殘余奧氏體不變?nèi)猿拾琢辽５蜏鼗鼗鸷罂梢圆糠窒慊痄摰膬?nèi)應力，增加韌性

7、，同時仍能保持鋼的高硬度?；鼗鹜惺象w。是中溫回火（350500）組織?；鼗鹜惺象w是鐵素體與粒狀滲碳體組成的極細混合物。鐵素體基體基本上保持了原馬氏體的形態(tài)（條狀或針狀），第二相對滲碳體則析出在其中，呈極細顆粒狀，用光學顯微鏡極難分辨（如圖6-7所示）。中溫回火后有很好的彈性和一定的韌性?；鼗鹚魇象w：是高溫回火（500650）組織。回火索氏體是鐵素體與較粗的粒狀滲碳體所組成的機械混合物。碳鋼回火索氏體中的鐵素體已經(jīng)通過再結晶，呈等軸細晶粒狀。經(jīng)充分回火的索氏體已沒有針的形態(tài)。在大于500倍的光鏡下，可以看到滲碳體微粒（如圖6-8所示）。回火索氏體具有良好的綜合機械性能。應當指出，回火托氏體、回火

8、索氏體是淬火馬氏體回火時的產(chǎn)物，它們的滲碳體是顆粒狀的，且均勻地分布在鐵素體基體上；而淬火索氏體和淬屈氏體是奧氏體過冷時直接形成的，其滲碳體是呈片狀?；鼗鸾M織較淬火組織在相同硬度下具有較高的塑性與韌性。圖6-7回火托氏體圖6-8回火索氏體三、實驗設備及試樣1金相顯微鏡2常用鋼的金相試樣若干，如表3-5所列。表3-5 實驗用各種材料的顯微樣品序號材料名稱處理方法顯微組織說明1T8鋼正火索氏體索氏體是細珠光體，片層間距小。2T8鋼快冷正火屈氏體屈氏體為極細珠光體，光學顯微鏡下難以分辨其層狀結構，灰白色塊狀、針狀為淬火馬氏體。365Mn等溫淬火上貝氏體羽毛狀為上貝氏體，基體為索氏體或淬火馬氏體和殘余

9、奧氏體。465Mn等溫淬火下貝氏體黑色針狀為下貝氏體，白色基體為淬火馬氏體和殘余奧氏體。部分試樣為T8鋼。520鋼淬火低碳馬氏體成束的板條狀組織為低碳馬氏體6T12鋼淬火高碳馬氏體深色針片狀組織為馬氏體，白色為殘余奧氏體。745鋼淬火中碳馬氏體黑色竹葉狀互成120度夾角的針狀馬氏體，其余為板條狀馬氏體。8T10鋼球化退火球化體基體為碳素體，白色顆粒狀為滲碳體。9GCr15淬火及回火回火屈氏體黑色點狀，顆粒狀為碳化物，其余為有一定過飽和碳的鐵素體。10GCr15淬火及回火回火索氏體顆粒狀為碳化物，其余為鐵素體。11T12鋼正火正火組織白色呈針狀、細網(wǎng)格狀分布的為滲碳體，其余為片層狀珠光體。121

10、5鋼滲碳后退火滲碳組織表層為過共析組織（網(wǎng)狀滲碳體+珠光體），由表向內(nèi)，含碳量逐漸減少，鐵素體增多。13高速鋼鑄鐵共晶萊氏體+屈氏體+馬氏體骨骼狀組織為共晶萊氏體，基體為黑色屈氏體組織，白色小塊狀為馬氏體及殘余奧氏體。14高速鋼淬火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物大顆粒狀為共晶碳化物，小顆粒為二次碳化物，其余為馬氏體及殘余奧氏體。15高速鋼淬火及回火回火馬氏體+碳化物黑色基體為回火馬氏體，白色顆粒狀為碳化物。16高速鋼退火球化珠光體白色球狀為碳化物，基體為珠光體。1720鋼鑄態(tài)低碳鑄鋼組織白色網(wǎng)狀、針狀、塊狀組織為鐵素體，黑色部分為珠光體。18T8鋼退火脫碳表層脫碳組織表層脫碳后為亞共析鋼，黑色為珠

11、光體，白色為鐵素體，心部為粗片狀珠光體。1945鋼鍛造后退火帶狀組織白色晶粒為鐵素體，黑色條狀為珠光體，呈明顯的帶狀分布。20T12鋼過燒珠光體+碳化物試樣加熱，溫度過高晶粒粗大，晶界氧化，部分晶界溶化形成裂紋。四、 實驗任務及要求1觀察各樣品的顯微組織，區(qū)別其組織特征，并分析其組織與力學性能之間的關系。2在金相顯微鏡下選擇各試樣顯微組織中的典型區(qū)域，并根據(jù)其組織特征描繪出其顯微組織示意圖。 五、實驗注意事項 1在觀察顯微組織時，可先用低倍全面地進行觀察，找出典型組織，然后再用高倍放大，對部分區(qū)域進行詳細觀察。 2在移動金相試樣時，不得用手指觸摸試樣表面或?qū)⒃嚇颖砻嬖谳d物臺上滑動，以免引起顯微組織模糊不清，影響觀察效果。 3畫組織示意圖時，應抓住組織形態(tài)的特點，畫出典型區(qū)域的組織