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实验三碳钢的注平衡纽织及弟川金属材料显微纽织观察实验目的 概述 实验内容 实验方法 实验报告 思考题一、 实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微纽织2. 熟悉碳钢儿种典烈热处理纽织——M、T、S、H冋火、T冋火、S冋火等组织的形态及特征3. 熟悉铸铁和几种布用合金钢、有色金属的显微纽织4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用7 TOP二、 概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织因此，研究热处理后的 组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(CI1II线)为了简便起见，用C |11|线來分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能(见表3-1)在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的VJ应得到100%的珠光体；当冷却速度増大到也时(相当于空冷)， 得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度用大到V3时(相当于汕冷)，得到的为屈氏体和马 氏体：当冷却速度增大至讥、V* (相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到9氏体转变开始点(Ms)后, 瞬时转变成马氏体其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(匕)称为淬火的临界冷却速度。

表3-1转变类型组织名称形成温度范围/r显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400-500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织〜20(1IB18 0 〜200)索氏体(S)600〜650在800 -JOOOX以上的显微镜下才能分 清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25 〜35屈氏体(T)550〜600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织， 只有在电子显徽镜(5000〜15000X)下 才能看出片层状35—40贝氏体熨相 变上贝氏体(B )350〜550在金相显微镜卜•呈暗灰色的羽毛状特 征40—48下贝氏体(BT)230〜350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48 〜58马氏体型相马氏体变(M)<23060 〜65图3-1片状珠光体500X4%硝酸酒精图3-2颗粒状珠光体500X4%硝酸酒精在正常淬火温度下呈细针状马氏体（隐 晶马氏体），过热淬火时则呈粗大片状 马氏体亚共析钢的C |11|线耳共析钢相比，只是在其匕部多了一条铁索体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时（相当 于炉冷,如图2-3中％ ）,转变产物接近平衡组织,即珠光体和铁素体随着冷却速度的增大,即V3>V2>V, 时，奥氏体的过冷度逐渐增人，析出的铁素体越來越少，而珠光体的最逐渐增加，组织变得更细，此时析 出的少盘铁素体多分布在晶粒的边界上。

因此，“的组织为饮素体+珠光体；也的组织为铁索体+索氏体； 百，的组织为铁索体+屈氏体当冷却速度为也，时，析出很少戢的网状铁索体和屈氏体（有时可见到少昴 贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3-3）：当冷却速度超过临界冷却速度时，钢全部 转变为马氏体组织（如图3-6, 3-7）过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁索体，而前者先析出的是渗碳体1 珠光体（P）珠光体的组织形态主要有两种：片状珠光体和颗粒状珠光体片状珠光体山一片片相 厅•交错排列的铁素体和渗碳体所组成形成珠光体的先行条件是半先形成均匀的奥氏体，而后缓慢冷却在A1 以下附近温度形成片状珠光体似于•指纹的层状结构，它是…层饮索体和-•层渗碳体的机械混合物（见图 3-1）颗粒状珠光体是在铁索体的基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织（见图3-2）1 索氏体（s）是铁索体与渗碳体的机械混合物具片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放 大时才能分辨（见图3-3） o%1 屈氏体（T）也是铁索体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法 分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态当其少量析出时,沿晶界分布,呈黑色网状,包围着马氏体；当析出戢较多时，呈大块黑色团状，只有在电犷显微镜下才能分辨其中的片层（见图3-4）。

图3-3索氏体500X4%硝酸酒精 图3-4屈氏体+马氏体500X4%硝酸酒精%1 贝氏体（B）为奥氏体的中温转变产物，它也是铁索体与渗碳体的两相混合物在显微形态上，主要 有三种形态；a. 上贝氏体是山成束平行排列的条状铁索体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状纽织当转变帚:不多时，在光学显微镜下为成束的铁索体条向奥氏体晶内伸展，具有羽毛状特征在电镜 下，铁索体以几度到十几度的小位向差相互平行，渗碳体则沿条的K轴方向排列成行，（如图3-5） 0b. 卜•贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜卜•呈黑色针状（见图3-6） o在电镜卜•可以见到，在片状铁索体基体中分布有很细的碳化物 片，它们大致与铁素体片的长轴成55〜60的角度c. 粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织在低、中碳合金钢中,特别是连续冷却时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成它的形成温度范用大致在 上贝氏体转变温度区的上部，山铁素体和它所包围的小岛状组织所组成图3-5上贝氏体+马氏体500 X 图3-6下贝氏体500X4%硝酸酒精%1 马氏体（M）是碳在a Fe 4的过饱和同溶体。

马氏体的形态按含碳昴主要分两种，即板条状和针状 （见图3-7、3-8所示）；a. 板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织其组织形态是山尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或卩氏体领域在马氏体束之间位向差较大，一个奥氏体晶粒内 可形成几个不同的马氏体领域板条马氏体具有较低的硕度和较好的韧性b. 针状马氏体是含碳杲较高的钢淬火后得到的组织在光学显微镜下，它呈竹叶状或针状，针与针之间成一定的角度最先形成的形氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以 分割，使以后形成的马氏体片的大小受到限制因此针状马氏体的大小不一同时有些马氏体有一条中 脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体针状马氏体的硕度高而韧性差图3-7板条状马氏体500 X 图3-8针状马氏体1600 X⑤残余奥氏体（A残）是含碳戢大于0.5%的奥氏体淬火时被保留到室温不转变的那部分奥氏体它不易受硝酸酒将溶液的浸蚀,在显微镜下呈白亮色,分布在•马氏体之间,无固定形态2. 冋火组织与性能%1 冋火马氏体是低温冋火（150〜250C）组织它仍保留了原马氏体形态特征针状马氏体回火析出 了极细的碳化物，容易受到浸蚀，在显微镜下呈黑色针状。

低温冋火后耳氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈【I亮色（如图3-10所示）低温冋火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高 硬度1 冋火屈氏体是中温冋火（350-500DC）组织冋火屈氏体是铁索体与粒状渗碳体组成的极细混合物 铁索体基体基木上保持了原马氏体的形态（条状或针状），第二相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学就微镜极难分辨（如图3-11所示）中温冋火后有很好的弹性和…定的韧性图3-10回火马氏体（黑色针状）+残余奥氏体 图3-11回火屈氏体1000X（白色区域）500X%1 冋火索氏体：是高温冋火（500-650C）组织冋火索氏体是铁索体与较粗的粒状渗碳体所纽成的机 械混合物碳钢冋火索氏体中的铁索体己经通过再结晶，呈等轴细晶粒状经充分冋火的索氏体己没有针 的形态在大于500倍的光镜卜可以看到渗碳体微粒（如图3-12所示）冋火索氏体具冇良好的综合机械 性能应当指出，冋火屈氏体、冋火索氏体是淬火马氏体冋火时的产物，它们的渗碳体是颗粒状的，tl均匀 地分布在铁索体基体上；而淬火索氏体和淬火屈氏体是奥氏体过冷时育接形成的，其渗碳体是呈片状冋 火组织较淬火组织在相同的破度下具有较高的塑性与韧性。

图3-12回火索氏体500X3. 铸铁铸铁是工业上广泛应用的一种铸造金属材料,它是以Fe-C-Si为主的多兀铁基合金，其含碳最大于 2.11%铸饮的熔点比较低，具有良好的铸造性能，通过采用冶金控制能够得到比较高的强度，和某些其 它合金不易得到的特殊性能按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为匚II」铸铁（其组织具令莱氏体 特:征而没有游离的石墨，即全部碳均以碳化物的形式存在于铸铁中）、灰II铸饮（碳全部或大部以片状石 墨的形式存在于铸铁中）和麻口铸铁（其组织特征介于白口铸铁与灰口铸铁之间）,即表面为白口铸铁, 中心为灰口铸铁;白口铸铁和麻口铸铁由于有莱氏体组织存在，因而有较大的脆性,在工业上很少应用根据铸铁中石墨的形态、大小和分布情况不同,铸铁分为灰口铸铁（石墨呈片状）、可锻铸铁（石墨 呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈球状）：根据石墨化第三阶段发展程度不同，铸铁的基体可冇三种，即珠光体、珠光体加铁素体、铁索体，而 珠光体基体的铸饮强度最高右墨的强度和塑性几乎为冬，所以通常把铸铁看成是布满裂纹和空洞的钢因而铸铁的强度和犁性比较低，并H右墨的数最愈多，尺寸愈大、分布愈不均匀，右墨对垒体的割裂作用 愈大，铸铁的性能也愈差。

1 灰I I铸铁根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为：铁索体灰「I铸饮，饮索体十珠光体灰I I铸铁， 珠光体灰口铸饮图3-13所示，为铁索体灰门铸铁的显微组织，其中石墨呈灰色条片状分布在亮口色的饮 索体基体上图3-14所示，为饮索体十珠光体灰I I铸铁的显微组织，其中除灰色条片状石墨外，暗黑色团 块为珠光体，亮白色部分为铁索体图3-15所示，为珠光体灰【I铸铁的显微组织，其中石龈呈灰色条片状, 基体为珠光体3-13铁素体十粗大石墨片500 X3-14铁素体十珠光体+粗大石墨片500X3-15珠光体十粗片状石墨500 X图3-16铁素体十球状石墨500 X图3-17铁素体+珠光体+球状石墨500 X 图3-18珠光体+球状石墨500X%1 球墨铸铁球墨铸饮是一种铸态下呈现球状石墨的铸饮当向铸态中加入球化剂（纯钱、稀十镁等 合金）和孕疔剂（硅铁或硅钙合金），则可改变铸饮的共晶特性…般灰铁在共晶转变时，液相既与奥氏 体又与石墨接触,所以石墨呈片状生成加镁铸铁在共晶转变时,它只与奥氏体接触,在石麗周用形成奥 氏体外壳，当铸件凝固后碳是通过周用的奥氏体外壳向石墨堆集，使石墨均匀生长成球状山于石墨呈球 状対基体的削弱作用最小，使球墨铸铁的金属基体强度利用率高达70%〜90% （灰I I铸铁只达30%左右）， 因而其机械性能远远优于普通灰II铸铁和可锻铸铁。

图3-16所小，为铁索体基体球鵲铸铁的显微组织，具 中亮口色晶粒为铁索体基体,灰色球状为石墨图3-17所示,为铁索体I•珠光体基体球墨铸铁显微组织, 英中呈暗黑色块状为珠光体，分布在球状右墨周用的亮【I色基体是饮索体图3-18为珠光体基体的球墨铸 铁-显微组织，其中呈暗黑色块状为珠光体，灰色球状为石墨如上所述，铸饮的基体既然是铁索体和珠光体所组成，很显然和钢一样可以通过热处理來改变基体组 织，从而改善铸饮的机械性能，特别是球墨铸铁常常通过正火、调质和等温淬火來提高其机械性能球铁 正火的H的主要是増加基体中珠光体数最，从而提高球铁的强度和耐坯性球铁调质处理后得到冋火索氏 体，从而有更高的综合机械性能球铁经等温淬火后的组织为下贝氏体，部分马氏体和少量残余奥氏体 这种组织不仅具有较高的综合机械性能而且具有很好的耐轉性，内应力也小1 可缎铸铁可锻铸又称。