相变原理实验指导书.doc

1、相变原理实验指导书河北工业大学材料学院 相变原理课程 实 验 指 导 书 序 号 实 验 名 称 学 时 实验一 奥氏体晶粒度的显示和测定 3 实验二 先共析相及珠光体组织观察 2 实验三 常用钢淬火马氏体组织形态观察 2 实验四 中碳钢回火组织和贝氏体组织观察 2 实验五 化学热处理显微组织观察 1 20_ 年 12 月 实验一 奥氏体晶粒度的显示和测定 一、 实验目的 1.熟悉奥氏体晶粒的显示和晶粒度的测定方法； 2.测定本质晶粒度和实际晶粒度； 3.证加热温度、保温时间对奥氏体晶粒长达的影响。二、 实验说明 奥氏体的晶粒度可分为：起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。起始晶粒度是指珠光

2、体刚刚全部转变为奥氏体晶粒时的晶粒度。实际晶粒度是指钢在具体加热条件下，实际获得的奥氏体晶粒度。本质晶粒度则是表示在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低，而不是晶粒大小的实际度量。钢件加热时形成的奥氏体晶粒及其大小对以后冷却时所形成的组织的机械性能和工艺性能都有很大的影响，所以生产中常需要测定奥氏体晶粒的大小。冶金部规定，对许多结构钢出厂前需检查奥氏体的本质晶粒度，据 YB27-64 部颁标准规定，测定奥氏体本质晶粒度是在 930保温 3 小时后进行。奥氏体晶粒大小的测定包括两个步骤：即奥氏体晶粒的显示和奥氏体晶粒尺寸的测定和评级。1.显示奥氏体晶粒的方法 渗入外来元素的方法 钢在奥氏体

3、状态时，用氧、碳或其它元素渗入钢中，利用晶界比晶内有较大的化学活波性的特性，在晶界上优先形成渗碳体或氧化亚铁等组成物，利用这些组成物的网格显示出高温奥氏体晶粒轮廓，这类方法常用的有渗碳法，氧化法等。这类方法虽广泛应用，但由于外来元素的渗入，改变了钢的成分，或由于氧化物的形成，影响了奥氏体晶粒的长大速度，因而影响了测定的准确性。同时实验方法也较为复杂。控制冷却速度法 A网状铁素体法：此法适用于含碳量 0.250.6Cde4 亚共析钢，它利用先共析 铁素体优先在晶界析出且呈网状分布，所以可借显示铁素体网格来测定奥氏体晶粒大小，但不同钢材的冷却速度要经多次实验，方可获得网格铁素体的理想冷却速度，并且

4、一旦冷速有变化，则将改变铁素体网格的分布，这就影响了测量精确度。B网状渗碳体法：适用于过共析钢，利用在退火时沿晶界析出网状渗碳体来显示 奥氏体晶粒。C网状屈氏体法：适用于淬透性不高的低碳钢、低合金钢，利用淬火时沿晶界析出的网状屈氏体来显示奥氏体晶粒大小。化学试剂腐蚀法 试样经加热淬火，获得马氏体，有些钢还需经一定温度回火，制成金相磨片，用特殊的浸蚀剂，可直接显示奥氏体晶粒。这种方法的优点是能正确反映晶粒大小，制作金相试样过程简单，它的缺点是不如氧化法通用性强，因此不同的钢材要选用不同的回火工艺和选择合适的浸蚀剂，但近年来人们乐于应用这种方法。表 表 1-1 序号 浸蝕剂成分 使用温度及时间 适

5、用钢种 1 饱和苦味酸水溶液（配制 20 ， ，5 分3 小时 亚共析钢 时煮沸充分溶解） 调质态 2 同上，使用前再加入 _烷基 5070 分 亚共析钢淬火 苯磺酸钠 1 0.530 分 回火态 3 同上, 再加入 HCl 12 5070 分 同上及某些 新洁尔灭 0.05 0.530 分 工具钢 4 硝酸(T=1.48) 5060ml 盐酸(T=1.96) 10ml 重铬酸钾 12 克 乙醇 100ml 室温 某些工具钢 水 25ml 5 秒2 分 ( 回火态) ( 配制后放置两天使呈淡黄绿色) 5 CuCl 2 8.5 克 乙醇 25ml 室温 热模钢 HCl 40ml 30 秒!10

6、分 水 25ml 6 浓硝酸 10 乙醇 59.5 浓盐酸 30 室温数秒钟 高速钢淬火 海鸥洗净剂 0.5 回火态 化学试剂腐蚀法: 这种方法的浸蚀剂有两类，它们对试样的制备要求也不同，但应用比较方便的是直接显示奥氏体晶界的浸蚀剂。该试剂的配方可参考上表数据：_表中烷基苯磺酸钠可用洗衣粉代替，或用洗净剂代替。表中烷基苯磺酸钠和新洁尔灭都可抑制马氏体的出现，促使奥氏体晶界的显示。为了用此法测定本质晶粒度，试样需加热到 930保温 3 小时，然后淬火，之后有的钢种要经过回火处理，才可显示奥氏体晶粒的大小。不同钢种的热处理工艺如下表：1-2 常用钢显示奥氏体晶粒的热处理工艺 1-2 常用钢材显示奥

7、氏体晶粒的热处理工艺 钢种 淬火工艺 回火工艺 12CrNi3A 加热 930 温 保温 3 小时 不经回火 12Cr2Ni4A 水淬 ″ 20CrNi3A ″ ″ 60 ″ ″ ″ 38CrMoAlA ″ 20_ 250 保温 15 0 30 分空冷 40CrVA ″ ″ 18Cr2Ni4A 油淬 400 温 保温 30 分空冷 40CrNiMoA ″ 不经回火 18CrMnTi &Pr

8、ime; ″ ″ 38CrMoAl ″ ″ 30CrMnSiA ″ 500 保温 0 30 分空冷 30MnSiNi2A ″ ″ 30CrMnNi2A ″ 600 保温 0 30 分空冷 2.测定奥氏体晶粒的大小方法 评定奥氏体晶粒大小的方法有比较法、计算法，这在材料科学基础课程实验指导书中已有祥述，这里只介绍比较法， 该方法是根据冶金标准 YB27-64 的规定，将被测奥氏体晶粒与放大 100 倍的八个等级的晶粒度标准等级做比较，从而

9、评定晶粒等级。这种方法的基本原理是假定在放大 100 倍时，在 1 英寸2 (625 厘米 2 )面积中的晶粒数 n 和晶粒级别号数 N 之间的关系 n=2N -1 则晶粒的平均面积 F 与晶粒级别有下列关系：F=5002 8-N 微米2 晶粒度标准等级图就是在 100 倍的标准放大倍数下编制的，下列表中示出了各种晶粒度级别的参数，表中的晶粒等级-1，0，9，10 是在和标准放大倍数下观察的结果，如表 1-3，为我们提供了各种不同的放大倍数下的晶粒度等级，和相应放大 100 倍的晶粒等级之间的换算关系。若在钢的显微组织晶粒中有 2 个级别，必要时可指明此两级别中每级晶粒所占百分率（按面积），若

10、占优势的晶粒度占面积不小于视域的 90时，则可记录此一种晶粒的级别等级。当均匀的大小晶粒间混有少量小晶粒时，一般认为小晶粒是由于截面只截到大晶粒的一小部分，可不予考虑。比较法应用简便、迅速，在日常检验中可以易于广泛应用，但精确度差，不能满足定量金相的检验要求。表 1-3 各种晶粒度级别 表 表 1-3 各种晶粒度级别 晶粒面积 （微米2 ） 大 放大 100 倍时（1 英寸2 米2 ） 面积上的晶粒数目 晶 晶 粒 粒 度 度 级 级 别 别 最小 平均 最大 单位 面积 中晶 粒数 M Mm m 2 单位 体积 中晶 粒度 M Mm m 2 最小 平均 最大 -1 164000 256000

11、 320_0 4 56 0.28 0.88 0.57 0 80000 128000 160000 8 16 0.56 0.75 1.20 1 40000 64000 80000 16 45 1 15 2.40 2 20_0 320_ 40000 32 128 2 3 5 3 10000 16000 20_0 64 360 4 6 10 4 5000 8000 10000 128 1020 8 12 20 5 2500 4000 5000 256 20_ 16 24 40 6 120_20_ 2500 512 8000 32 48 80 7 600 1000 120_1024 2300 64 9

12、6 160 8 300 500 600 2048 65000 128 192 320 9 150 250 300 4096 185000 256 384 640 10 75 125 150 8192 520_0 512 758 1280 晶粒度级别 放大 100 其它 倍 放大 倍数 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 20_300 400 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 本质晶粒度分阶段 1-8 级 1-4 级为本质粗晶粒度钢；5-8 级为本质细晶粒度钢。三、实验步骤 1.用渗碳法和化学

13、试剂腐蚀法测定 15 钢的本质晶粒度并比较和分析p 两种方法的测定结果（要求用晶粒平均直径面积表示）。2.选择适当的方法显示测定下列钢种的实际晶粒度（用比较法评级）。本实验分两组进行 第一组测定 45 钢 850 奥氏体化的实际晶粒度 T12 钢 920 奥氏体化的实际晶粒度 第二组测定 Gr15 钢 860 奥氏体化的实际晶粒度 W6Mo5Cr4V2 钢 1220 奥氏体化的实际晶粒度 560 奥氏体化的实际晶粒度 要求预先制定好实验方案，选用试验设备和准备好浸蚀剂并和指导老师取得联系。3.实验报告要求 仔细列出实验结果 分析p 实验结果 比较各种晶粒度测定方法的优缺点和选用范围。实验二 先

14、共析相及珠光体组织观察 一 、 实验目的 1.观察先共析相的不同形态，区分先共析渗碳体和先共析铁素体； 2.观察二次碳化物的不同形态； 3.比较共析钢的珠光体和索氏体组织。二 、 实验设备及材料 金相显微镜、试样具体见表 2-1.表 2-1 珠光体转变中的先共析相及组织 序号 钢号 先共析相 热处理工艺 显微组织 浸蚀剂 1 20# F 正常退火 F 块 +P 4硝酸酒精 2 45# F 铸态 F W +P 4硝酸酒精 3 45# F 高温正火 F 网 +P 4硝酸酒精 4 T12 Fe 3 C 正常退火 P+Fe 3 C 网 4硝酸酒精 5 高碳钢 Fe 3 C 高温正火 P+Fe 3 C

15、W 4硝酸酒精 6 T8 Fe 3 C 正常退火 P 4硝酸酒精 7 T8 Fe 3 C 等温处理 S 4硝酸酒精 8 T10 Fe 3 C 球化退火 球状 P 4硝酸酒精 9 45# F 淬火（不足） T+M 4硝酸酒精 三 、 实验原理 钢中产生珠光体转变的热处理工艺称为退火或正火，而珠光体的形态、数量、分布情况对退火和正火钢的性能有直接影响。珠光体形成是以形核及长大过程进行的。由铁-碳相图 2-1，我们可知，含碳量为 0.77时，我们可以得到 100的珠光体。而珠光体是由铁素体和渗碳体两相所组成，因此有形核的领先相的问题。在亚共析钢中，铁素体是领先相；在过共析钢中，渗碳体是领先相；在共析钢中，一般认为领先相是渗碳体。图 2-1 铁-碳相图 铁素体（Ferrite，缩写：F）具有体心立方晶格，是碳溶于α-Fe 中的间隙固溶体，用4硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体呈白亮色；渗碳体（Fe 3 C）呈斜方结构，是铁与碳形成的一种间隙化合物，用 4硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈白亮色；珠光体是铁素体和渗碳