碳钢热处理后的显微组织观察与分析

1、碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题:实验目的（1）观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。（2）了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态（如退火、正火）的组织，也可以是不平衡组织（如淬火组织）。因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。A时间/log r图1共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及 能得到哪些组织。1 碳钢的退火和正

2、火组织亚共析碳钢（如40、45钢等）一般采用完全退火， 经退火后可得接近于平衡状态的组织，其 组织形态特征已在实验 I中加以分析和观察（图3）过共析碳素工具钢（如T10、T12钢等）则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状（或粒状），图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。2 .钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角图3 T12 钢球化退火

3、组织图4低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。45钢加热至860 C后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体（或混有少量的上贝氏体）,如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550350 C及350 C Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下 贝氏体。上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状 组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。图5 45钢正常淬火组

4、织图6 45钢油淬组织图7上贝氏体组织特征下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。由于易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状特征，如图 8所示。在观察上、下贝氏体组织时，应注意为显示贝氏体组织形态， 试样的处理条件一般是在 等温度下保持不长的时间后即在水中冷却， 因此只形成部分贝氏体， 显微组织中呈白亮色的 基体部分为淬火马氏体组织。含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外，还有较多的残余奥氏体。T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形 渗碳体和少量残余奥氏体，如图4 . 9所示。但是当把此钢加热到较高温度淬火时，显微镜组织中出现粗大针状马

5、氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体，如图10所示。3.碳钢回火后的组织淬火钢经不同温度回火后所得到的组织不同，通常按组织特征分为一下三种。(1) 回火马氏体。淬火钢经低温回火(150250 C ),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点，这种组织成为回火马氏体。回火马氏体仍保持针状特征，但容易浸蚀，故颜色比淬火马氏体深些，是暗黑色的针状组织， 如图11所示。回火马氏体具有高的强度和硬度， 而韧性和塑性叫淬火马氏体有明显改善。(2) 回火托氏体。淬火钢经中温回火(350500 C )得到在铁素体基体中弥散分布着微小状渗碳体的组织，称为回火托氏体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针

6、状马氏体 的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状，在光学显微镜下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如图12所示。回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和很好的弹性。(3) 回火索氏体。淬火钢高温回火 (500650 C )得到的组织称为回火索氏体，其特征是已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状，如图13所示。回火索氏体具有强度、 韧性和塑性较好的综合机械性能。图11回火马氏体组织图12回火托氏体组织图13回火索氏体组织三：实验内容典型牌号碳钢经不同热处理后的状态如表1 所示试样号码钢号热处理条件浸蚀剂放大倍数145860 C炉冷(退火)3%硝酸酒精溶液200

7、450245860 C空冷(正火)3%硝酸酒精溶液200450345860 C加热、油淬3%硝酸酒精溶液450600445860 C加热、油淬3%硝酸酒精溶液450600545860 C水淬、200 C回火3%硝酸酒精溶液450600645860 C水淬、400 C回火3%硝酸酒精溶液450600745860 C水淬、600 C回火3%硝酸酒精溶液4506008201000 C加热、水淬3%硝酸酒精溶液4506009T8440 C等温Ils、水冷3%硝酸酒精溶液45060010T8290 C等温3min、水冷3%硝酸酒精溶液45060011T12I000 C加热、水淬3%硝酸酒精溶液45060

8、012T12780 C加热、水淬3%硝酸酒精溶液45060013T12球化退火3%硝酸酒精溶液450600四：实验方法指导(1) 领取一套金相试样，在金相显微镜下观察。 观察时要根据 Fe Fe3C相图和钢的C曲线来分析确定不同热处理条下各种组织的形成原因。(2) 对于经过不同热处理后的组织，要采用对比的方式进行分析研究，例如，退火与正火、 水淬与油淬、淬火马氏体与回火马氏体等。(3) 画出所观察到的、指定的几种典型显微组织形态特征，并注明组织名称、热处理条件及 放大倍数等。(4) 在了解洛氏硬度计的构造及操作方法之后，测定45钢经不同热处理后的硬度，并记录所测得的硬度数据。五：实验报告要求(1) 写出实验目的。(2) 运用铁碳相图及相应钢种的C曲线，根据具体的热处理条件分析所得组织及特征，并画出所观察试样的显微组织示意图。(3) 列出全部硬度测定数据，分析冷却方法及回火温度对碳钢性能(硬度)的影响，画出回火温度同硬度的关系曲线，并阐明硬度变化的原因。六：思考题(1) 45钢淬火后硬度