12、钢铁中常见的金相组织

钢铁中常见的金相组织

a.奥氏体

b.铁素体

c.碳化物

d.珠光体（索氏体、托氏体，球化体）

e.马氏体（淬火马氏体、板条马氏体、针状马氏体、回火马氏体）

f.贝氏体（上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体）

g.莱氏体（低温称为变态莱氏体）

h.魏氏组织

1.Fe-Fe3C平衡相图中有以下那几种固态相变：铁素体→奥氏体渗碳体→奥氏体铁素体→渗碳体奥氏体→高温铁素体奥氏体→石墨铁素体→石墨2.钢的加热和冷却时的转变3.(珠）（马）（贝）珠光体是一种机械混合物马氏体是一种过饱和固溶体贝氏体也是一种排列形态多样的机械混合物奥氏体片状珠光体珠光体的AFM原子力显微镜立体图象凸起尖峰为渗碳体T12钢830℃淬水，粗针状马氏体+残留奥氏体，少量未溶碳化物高碳马氏体针叶中的位错线S20钢980℃水淬低碳（板条）马氏体B上沿晶断续分布的铁素体网B下下贝氏体的电子显微镜微细组织结构橙色圈内为一个铁素体片与铁素体片轴呈一角度的、互相平行的小片渗碳体延晶界分布的网状淬火托氏体类别形成温度（℃）片层间距（μm）硬度HRC珠光体700~670>0.722~27索氏体670~600≈0.2525~33托氏体600~550≈0.133~43三种珠光体型组织的形成温度与片层间距和硬度有何关系？

珠光体型组织包括片状珠光体、索氏体和托氏体,它们的形成温度、片层间距与硬度关系见下表

T12钢780℃淬水，淬火马氏体＋残留奥氏体＋沿晶分布的黑色托氏体45钢1300℃保温4小时，严重过热，黑色基体为珠光体，针状铁素体沿晶析出形成魏氏组织GCr15钢正火过热，再经840℃淬火基体为马氏体，在基体上长出粗长针状分布的碳化物------过共晶魏氏组织中碳钢调质后优良的回火索氏体钢中非平衡（亚稳）组织特征比较

马氏体M

是一种过饱和固溶体，Fe、C原子均不扩散，称无扩散型相变马氏体按形态分，可分为低碳马氏体（又称板条马氏体，或位错马氏体）和高碳马氏体（针状马氏体或孪晶马氏体）

马氏体形态与含碳量关系如下

＞1.0%C100%高碳马氏体

＜0.2%C100%低碳马氏体

0.2-0.4%C＞80%低碳马氏体

0.4-0.8%C混合组织

回火马氏体M回针叶状高碳马氏体马氏体针内密排的孪晶MM淬M回40Cr850℃淬火，针状马氏体，发生了自回火针状马氏体中白色带状区为碳含量偏高，残留奥氏体增多晶界马氏体浮凸S20钢

980℃水淬低碳（板条）马氏体晶界板条马氏体晶粒中的一个领域20钢1150-1200℃热模锻42-43HRC,平均晶粒度3.5级B上过热组织：板条马氏体+上贝氏体经验数据：1%C使Ms温度降低300℃混合型M板条状M针状MMnMoCrNi

4.钢中马氏体相变的主要特征

(本节适用高级人员)

1.马氏体是c在α-Fe里的高度过饱和固溶体，α-Fe中碳含量＞wc0.025%。钢中马氏体比容最大，大于奥氏体。

2.马氏体晶体为体心四方点阵，长宽比c/a＞1,其比値与碳含量几乎成正比。

3.发生马氏体相变的必要条件要有相当过冷，相变在一个宽的温度范围（Ms-Mf）内进行。Ms与成分（主要是元素碳）有关，通常与冷却速度无关。

4.马氏体相变（指长大）不为急冷所阻止。但新的马氏体晶粒只有在(连续)冷却过程中才能形成,一旦冷却终止,形核也停止。即具有变温形核、瞬间长大的特点，亦称变温马氏体相变。5.马氏体长大的最后尺寸只受晶界的制约，每一个马氏体晶粒形成时间很短，马氏体量的增加并不依赖于马氏体的长大，而是靠新晶体的形成。所以欲获取大量马氏体的话，必须在Ms温度以下继续冷却，即深冷。

6.马氏体与母相之间有一定的取向关系，并在特定的母相晶体平面—惯析面上形成。7、若缓慢冷却，甚至在马氏体相变过程中保持恒温，便要发生奥氏体的热稳定化现象，或称为陈化稳定。这时碳原子不能进行体扩散，只能沿晶界扩散。这与马氏体的无扩散型相变特征并不矛盾。

8、马氏体相变之前，若存在内应力σ（相应地必定存在应变ε），经相变后ε降低，即促进马氏体相变。

9、若在温度＞Ms时奥氏体中发生的塑性形变，能促进γ→马氏体转变，即提高Ms。结果是增加马氏体数量，提高基体硬度。

5.6马氏体高硬（强）度的原因

1.

固溶强化高碳马氏体具有过饱和碳量的条件，体心立方晶格中碳过饱和后立方度破坏，正方度提高，造成晶格畸变。阻碍位错运动，导致硬度提高。

2.

相变强化这是低碳马氏体主要强化原因，淬火后形成位错密度很高的亚结构，以缠结位错的形式构成胞块结构，这与经过大量冷加工形成的亚结构特征相似。也阻碍位错运动。

3.

时效强化主要针对低碳马氏体来说，低碳马氏体由于碳含量低Ms点高，形成马氏体后具有自回火的条件：即细小的碳化物沉淀在马氏体板条上，钉扎位错，阻碍位错运动。

在试样相同的浸蚀条件下，淬火后形成的板条马氏体与针状马氏体受侵蚀程度有何不同，为什么？

淬火后形成的板条马氏体的颜色要比针状马氏体深一些，板条马氏体呈浅灰色；针状马氏体呈亮白色。这是因为板条马氏体为低碳马氏体，含碳量较低，淬火冷却时马氏体开始转变温度Ms较高，比高碳的针状马氏体先形成，也由于温度较高，发生自回火的倾向和程度较大；而对高碳的针状马氏体来说，由于高碳马氏体的开始转变温度Ms低于低碳马氏体的Ms，高碳马氏体相变开始时间较晚，加上这时马氏体转变温度降低了，所以高碳马氏体的自回火的倾向和程度低于低碳马氏体，浸蚀后的颜色也没有低碳马氏体那么深。

低碳钢渗碳的锁夹心部组织，深灰色相为回火低碳马氏体，白色相为铁素体，浅灰色相为粒状贝氏体低碳马氏体的电子显微镜形貌，无碳化物颗粒低碳马氏体晶粒中的领域1低碳马氏体晶粒中的领域2低碳马氏体晶粒中的领域3

回火索氏体S回

淬火托氏体T淬

回火托氏体T回

贝氏体B

分为上贝氏体、下贝氏体和粒状贝氏体三种，是碳化物在铁素体基体上呈规则排列的机械混合物，因C原子扩散、Fe原子不扩散，称半扩散型相变。

魏氏组织W

分铁素体魏氏组织和渗碳体魏氏组织两种,均是单相组织.

中碳钢调质后优良的回火索氏体中碳钢调质后优良的回火索氏体黑团状沿晶析出的淬火托素体该处由于冷却速度不足形成上贝氏体晶界黑团状沿晶析出的淬火托素体该处由于冷却速度不足形成上贝氏体网状淬火托氏体T12钢780℃淬水，淬火马氏体＋残留奥氏体＋沿晶分布的黑色托氏体组织B上沿晶断续铁素体网B上微细结构示意图B上B上的电子显微镜组织结构基体为铁素体断续的条状渗碳体10000×B下B下微细结构示意图下贝氏体的电子显微镜微细组织结构橙色圈内为一个铁素体片与铁素体片轴呈一角度的、互相平行的小片渗碳体45钢1300℃保温4小时，严重过热，黑色基体为珠光体，针状铁素体沿晶析出形成魏氏组织魏氏组织GCr15钢正火过热，再经840℃淬火基体为马氏体，在基体上长出粗长针状分布的碳化物---过共晶魏氏组织T8工具钢球化不良，JB/T5074-2007评为8级试分析钢件淬不上火的原因？

（1）钢件加热温度过低，基本未能奥氏体化；

（2）冷却速度不足，低于该钢的临界冷却速度；

（3）该钢的奥氏体稳定性过高，室温仍为奥氏体。

（4）等温淬火时，因硝盐用得时间过久，发生老化，加上没有及时捞渣和补加新盐，导致传热能力下降，过冷度不足，淬不上火。

（5）等温淬火高于Ms，如50CrV钢在＞300℃硝盐槽中等温淬火，得不到全部马氏体组织。珠光体，马氏体，贝氏体扩散性能比较

珠光体Fe,C原子均能扩散，称扩散型相

马氏体Fe,C原子均不扩散，称无扩散型相变

贝氏体C原子扩散，Fe原子不扩散