金相实验报告

1、材料材料11 金相技术与材料组织分析金相技术与材料组织分析 实验报告实验报告PPT制作：制作：讲解：讲解：在以前的实验中，我们学习了。在以前的实验中，我们学习了。 金相样品的制备 金相显微镜下组织显示的观察 钢的热处理典型组织与缺陷组织观察实验名称： 碳钢成分工艺组织性能综合分析班级： 材料11班 第二组指导老师： 报告日期： 2014年4月11日 实验目的：（1）了解碳钢热处理工艺操作。（2）学会使用马氏体测量材料的硬度性能值。（3）利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的 金相组织分析。（4）探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45钢和T12 钢的组织和性能的影响。（5）巩固课堂

2、教学所学相关知识，体会材料的成分工艺 组织性能之间关系实验内容（1）进行45钢和T12的淬火和回火实验.（2）用洛氏硬度计测量试样热处理试验前后的硬度。（3）制备表1所列样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像。（4）对照金相图谱，分析探讨本次试验可能得到的典型组织：片 状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火 托氏体、回火索氏体等的金相特征。 实验设备及其材料： （1）45钢，T12试样。（2 )砂纸、玻璃板、抛光 机等金相制样设备， 金相试样一套。（3）马福电炉。（4）洛氏硬度计。（5）淬火水槽一只。（6）铁丝、钳子。（7）金相显微镜及数码金相显微镜。材料编号热处理工艺硬度 H

3、RC最终组织操作人员加热温度 冷却方法回火温度 处理前处理后 45号钢1840空冷 2840油冷 3840水冷 4840水冷200 5840水冷400 6840水冷600 7740水冷 T128900空冷 9900水冷 10780水冷 11780水冷200 12780油冷 实验步骤： 按组每人领取已编好号码的试样一块,扎好铁丝。 全组人员由实验老师讲解洛氏硬度计的使用，观看示范并测 量试样处理前的硬度。 按表中规定的条件对试样进行热处理。 试样经处理后，必须用纱布磨去氧化皮，擦净，然后在洛氏 硬度计上测硬度值。 进行回火操作的同学，将正常淬火的试样，测定淬火后的硬 度值，再按表中所指定的温度回

4、火，保温一小时，回火 后再测硬度值。 每位同学把自己测出的硬度数据填原始记录的表格中。记下 本次试验的全部数据。 制备并观察所处理样品的金相显微组织。采集图像并打印。 小组讨论注意事项：1、各试样处理的加热炉已预先开好，注意选用合适的加热温度。试样加热时，应尽量靠近加热电偶端点附近，以保证热电偶测出的温度尽量接近式样温度。开炉门放试样时要停电。2、当试样颜色和炉膛颜色一致时，开始计算保温时间，保温10分钟后，立即取出正火或淬火。淬火槽应尽量靠近炉门，钳子不许直接夹试样，操作要迅速，并搅动试样，否则有可能淬不硬。试样出炉开炉门时也应停电。45号钢840度空冷1.本次试验前测得硬度为0，试验后测得

5、硬度为10HRC。2.处理后得到的组织是白色的铁素体和黑色珠光体的混合物。3.铁素体强度，硬度低，但是塑性好。而珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，细片状渗碳体分布在铁素体基体中，起了强化作用。4.正火的目的则是细化晶粒，使碳化物分布均匀，去除材料的内应力，增加材料的硬度。所以正火后的45号钢硬度上升。5.由显微图片观察知，正火时可能由于温度过高的缘故，黑色的珠光体出现了一定程度的针片状组织（魏氏组织），导致了整体的韧性偏低。45号钢840度油冷 1.处理后，测得洛氏硬度值为36.2HRC（淬火前测得的硬度为0）；2.经过粗磨、细磨、抛光、腐蚀后制备成金相样品，在显微镜下观察，放大400倍

6、下，可观察到黑色的托氏体和白色的马氏体；3.亚共析钢淬火温度是Ac3以上3050，淬火后可以得到均匀而细小的马氏体组织。淬火马氏体是碳溶于-Fe的过饱和固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相，其形态取决于马氏体中的含碳量。45号钢为中碳钢，得到板条状和针叶状的马氏体混合组织，具有高的硬度和强度；托氏体在光学显微镜下无法分辨，只能看到黑色组织如墨菊状。当其析出量较少时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体，当析出量较多时，则成大块黑色晶粒状。层片越细，则塑性变形的抗力越大及硬度越高，另一方面，塑性和韧性有所下降。4.综合分析，油淬火碳钢的硬度比之水淬火碳钢要差，但比空气中正火和无热处理的碳钢

7、要强，同时，伴随塑韧性的下降。45号钢840度水冷（王小林 2110201019）1.制成金相样品并观察金相组织为白色的马氏体和黑色的托氏体的不平衡组织。托氏体是铁素体与片状渗碳体的机械混合物，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体，占主体的是白色针状马氏体。2.未进行热处理时的硬度为0HRC，但经热处理后增加到了60.9 HRC，可见其硬度强度升高了，塑性变形的抗力变大，但另一方面，塑性及韧性有所下降。1. 淬火马氏体硬度56.3HRC,200回火后硬度50.5HRC 室温组织为回火马氏体，形态为针状和片状马氏体，但是比淬火马氏体颜色深得多，且没有残余的奥氏体。2. 相比淬火马氏体，回火后能够降低和

8、消除内应力，防止开裂，而且能消除少量参与奥氏体，得到的低温回火马氏体具有较高的硬度（HRC58-64），相比淬火马氏体略低一点，但是塑性和韧性大幅度提高，且具有高耐磨性。适用于各种工、模具以及要求其他要求硬而耐磨的工件。45号钢840度水冷+200度回火45号钢840度水冷+400度回火2.45号钢含碳量0.45%，为亚共析钢，常温下组织组成物为铁素体和珠光体。淬火时，将其加热到Ac3以上3050（这里的加热温度是850），保温10分钟，然后在水中淬火，得到均匀而细小的马氏体组织。3.相比淬火前，其硬度显著上升，由0上升至61.1，相对而言，塑韧性下降。为了消除淬火后材料的残余应力，将材料在4

9、00下进行回火处理，中温回火得到回火托氏体，渗碳体颗粒很细小且均匀分布在基体上，很难用光学显微镜观察到。4.回火后内应力大部分得到释放，塑韧性得到提高，强硬度略下降，硬度由61.1降到44.0，具有很好的弹性，综合力学性能较为优越，常用来作为制作弹簧的材料。45号钢840度水冷+600度回火 1.45钢经高温淬火后再经600度回火得到高温索氏体高温回火得到回火索氏体，它是由已再结晶的提速提与细粒状渗碳体组成，600度高温铁素体发生明显的再结晶，形成等轴铁素体晶粒伺候渗碳体克里不断变粗，提速提晶粒逐渐长大 ，在光学显微镜下放大500倍，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。2

10、.高温回火后得到的索氏体具有优良的综合力学性能，多用于结构零件淬火后的回火，通常工业上降淬火+回火称为调质，随着回火温度上升，钢的硬度，强度下降，塑韧性提高。3.高温回火后，碳钢组织原来较粗大的晶粒变得细密，回火同时也消除了淬火时产生的内应力，能有效防止工件开裂变形，材料脆性降低不容易发生断裂所以更容易变形及塑韧性提高，组织综合性能得到改善45号钢740度水冷1.此试样是7号试45号钢在760加热10分钟，水中淬火得到的针状马氏体和铁素体。2.45号钢的含碳量是0.45%，属于亚共析钢，常温下的组织为铁素体和珠光体（正火处理）。760加热后将工件在水中淬火得到不平衡组织M+F。淬火马氏体是碳在

11、-Fe中的过饱和固溶体，由于碳含量为0.45%得到的马氏体大部分是针状，使钢硬而脆，表现为硬度由0增大到43.9。3.由于其加热温度不足（Ac3）淬火组织中保留一部分原始组织的铁素体，硬度没有淬火温度在Ac3以上30-50那么大。淬火使硬度上升的同时也是塑韧性相对下降。T12钢900度空冷）1.组织构成：珠光体+渗碳体（少量）2.形成原因：T12为过共析钢，在900下正火后的组织主要为珠光体性能：硬度有所增加获得比较均匀的组织和性能。3.处理前硬度为0，经过正火处理后，硬度约为31.8（三次测量：31.6HRC、32.0、31.7HRC）处理后得到的组织主要为珠光体。珠光体是由铁素体和渗碳体所

12、组成的机械混合物。4.我的试样在用4%硝酸酒精腐蚀时时间稍长，出现了腐蚀过度的现象。 T12钢900度水冷1.本次实验我选用的为9号试样，T12（过共析钢）加热到900，保温8-9分钟后取出后立即淬火，经过打磨处理后，测得洛氏硬度值为65.2HRC（淬火前测得的硬度为0），制备成金相样品后，在显微镜下观察，放大400倍下，可观察到针状马氏体，还可观察到一些黑色的晶界，但由于腐蚀不均匀，局部发亮，不能观察到马氏体，200倍放大倍数下，可观察到少量黑色划痕。2.过共析钢淬火加热温度是Ac1+3050，这是因为在这样一个温度范围内奥氏体较细并溶入足够的碳，因此，淬火后可以得到细晶粒的马氏体组织。3.

13、马氏体是碳溶于-Fe的过饱和固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相，其比容大于奥氏体，珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。900淬火后得到的针状马氏体由互成一定角度的针状晶体组成，其单个晶体的立体形态呈双凸透镜装，因每个马氏体的厚度与径向尺寸相比很小，所以粗略的说是片状。因在金相磨面上观察到的通常都是马氏体片成一定角度的截面，呈针状，故称针状马氏体。这种马氏体主要产生于高碳钢的淬火组织中。4.马氏体具有高的硬度和强度，这是马氏体的主要性能特点。马氏体的硬度主要取决于含碳量，而塑性和韧性主要取决于组织。板条状马氏体具有较高硬度，较高强度与较好塑性和韧性相配合的良好的

14、综合力学性能。针片状马氏体具有比板条状马氏体更高的硬度，但脆性较大，塑韧性较差。T12钢780度水冷 1.本次实验我选用的是10号试样，T12 钢加热到780，十分钟左右后去除立即在水中淬火，经过打磨处理后，测得洛氏硬度为65.8 HRC （淬火前硬度为0）；2.经过粗磨、细磨、抛光、腐蚀后制备成金相样品，在显微镜下观察，放大400倍下可观察到组织图像为针状马氏体和二次渗碳体。3.由铁碳相图知，780下T12钢处于奥氏体与渗碳体两相区，在这个温度并没有完全奥氏体化，渗碳体也未溶解完全，淬火（水冷）条件下，奥氏体在极大过冷度的情况下快速冷却，铁，碳原子失去扩散能力，随后析出的渗碳体会依附未溶的颗

15、粒继续长大成明显的颗粒聚集体，同时奥氏体晶格转变为畸变度很高的马氏体，这时形成的马氏体组织含碳量就是1.2%。4.由于马氏体晶格畸变严重，含碳量较高，所以试样的韧性很低，硬度很高，但颗粒状的渗碳体也增加了它的耐磨性。但是它的塑韧性有待提高，就需要在随后进行回火处理，这必然会导致牺牲部分强度。T12钢780度水冷+200度回火）1.组织构成：回火马氏体渗碳体2.形成原因：T12在780下淬火后的组织为马氏体和二次渗碳体（分布在马氏体基体内成颗粒状），在经过200回火后，片状马氏体马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的回火马氏体3.性能：有较好的硬度和耐腐蚀性，脆性和淬火应力会有所

16、下降组织与性能间的关系：淬火后得到的组织由于有二次渗碳体的颗粒存在，会显著提高钢的耐磨性和硬度经过回火后得到的回火马氏体比马氏体更加细小，因而会使钢的脆性和淬火应力下降，而保持了良好的硬度和耐磨性T12钢780度油冷1.T12钢热处理前室温平衡组织是二次渗碳体+珠光体，碳的含量为1.15%1.24%，属于过共析钢。2.在780加热炉中，T12钢的组织转变为奥氏体+二次渗碳体，保温后放入油中冷却，这样可以细化组织形成马氏体。由于马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，具有体心立方结构，大量碳原子的过饱和造成原子排列发生畸变，产生较大内应力，因此马氏体具有高的硬度和强度，使得淬火处理后适当提高T12钢

17、的硬度和强度。材料热处理工艺硬度 HRC最终组织加热温度 冷却方法回火温度 处理前处理后 45号钢840空冷 010铁素体+珠光体840油冷 036.2黑色的托氏体和白色的马氏体840水冷 060.9黑色的托氏体和白色的马氏体840水冷200056.3/50.5回火马氏体840水冷400061.1/44.0回火托氏体840水冷600049.1/26.8回火索氏体740水冷 043.9针状马氏体和铁素体 T12900空冷 031.8珠光体+渗碳体（少量）900水冷 065.2细晶粒的马氏体组织780水冷 065.8针状马氏体和二次渗碳体780水冷200066/65.5回火马氏体渗碳体780油冷

18、043.3马氏体+渗碳体1、为什么淬火处理后的硬度值比正火处理后的高？ 答：因为淬火冷却速度比正火冷却速度快，由过冷奥氏体的连续冷却转变图像可知淬火后得到的是马氏体组织，而正火后得到的组织主要是珠光体。马氏体比珠光体晶粒度细晶界面多，使得晶体的位错滑移阻力增大，从而硬度提高。2、在相同的热处理状态下不同的材料成分对钢的硬度的影响？ 答：钢的硬度与钢的含碳量有关。45钢是亚共析钢，热处理后室温下的组织为铁素体和珠光体，而T12钢为过共析钢，热处理后室温下的组织为珠光体和渗碳体。渗碳体是脆硬相硬度比铁素体高，所以在相同的热处理状态下T12的硬度比45钢高。 3.水淬和油淬有什么不同？ 答：清水，盐水属于冷却能力较强的介质。油属于冷却能力较弱的介质。主要是该钢的冷却曲线，钢种选择油淬还是水淬，一般碳钢都左上移，对于油来说不能满足v临速度的要求，会产生其他类型的相变。所以要用水冷却。但也不能一概而论，如工件较小适当提高加热温度 ，加强油的流动性。也能淬到较高的硬度。从普遍意义来讲，碳素钢由于淬透性较差，为获得较高的机械性能，一般需选用冷却能力较强的介质。所以通常选用水或盐水。而合金钢由于合金元素（除钴外）的加入提高了奥氏体的稳定性，可选用冷却能力较弱的介质（油） 4.钢铁回火的优点？ 答：回火后内应力大部分得到