3组织观察(2).ppt

材料改性实验,钢的热处理组织,第一章,,本学期内容 1.钢的热处理组织 2.原理及工艺的综合实验 3.材料设计实验 4 离子注入改性 微弧氧化 磁控溅射,经过不同的热处理工艺,同种材料的钢,物理性能和力学性能差异很大,,,过冷奥氏 体转变成 不同组织,原因,,,热处理：加热→保温→冷却,热处理组织：非平衡组织,改变材料的组织结构，从而达到改善性能的要求热处理目的,,钢的非平衡组织,珠光体,贝氏体,马氏体,1.1 珠光体 一、珠光体型组织形态,我们将A在冷却过程中转变为F与Fe3C的层片状分布的共析组织称为珠光体 由于珠光体转变时需要组元间的相互扩散，全扩散型转变——通过Fe、C原子的扩散和A晶格的改组来实现 所以不同的冷速和等温温度其两相的层片间距是不同的 S—— 两相的层片间距 △T—— 过冷度 S 随形成温度降低而减小，根据珠光体两相的层片间距分别称为:,粗片状珠光体→细片状珠光体→索氏体→屈氏体,表1-1 共析钢中珠光体层片间距对硬度的影响,组织 形成温度范围℃ 大致层片间距μm HRC 粗珠光体 Ac1～700 0.7 5～22 细珠光体 700～670 0.6～0.8 22～27 索氏体 670～600 0.25 25～33 屈氏体 600～550 0.1 33～34,过冷奥氏体等温转变图（TTT图） 由于其曲线形状呈“C”字，又称为C曲线。

一般采用金相法、膨胀法、磁性法、电阻法、热分析法等珠光体的转变过程,珠光体转变过程示意图,,,珠光体 索氏体 屈氏体,粒状贝氏体 上贝氏体 下贝氏体,贝氏体,,,,,,珠光体,马氏体,临界冷速,,临界冷却速度（Vc）,为了钢件在淬火后得到完全马氏体组织，应使奥氏体从淬火加热温度至Ms 点的冷却过程中不发生分解为此，钢件的冷却速度应大于某一临界值，此临界值称为临界淬火速度或临界冷却速度，通常用Vc 表示之， Vc是得到完全马氏体组织的最低冷却速度片 状 珠 光 体,,片 状 珠 光 体,索 氏 体,,索 氏 体,屈 氏 体,,屈 氏 体,二、屈氏体（屈氏体是淬火钢中的缺陷组织）,1．淬火钢中的屈氏体 钢淬火时若冷速不够，冷却曲线与C曲线在屈氏体转变区相遇，便沿奥氏体晶界先分解成屈氏体，常呈黑色团状边缘或网状组织，易腐蚀，呈暗黑色. 2．焊缝热影响区屈氏体 低碳、低合金钢修补焊件的热影响区，有时局部可见黑色网状屈氏体，系碳弧气刨时局部增碳，在焊接冷速下造成的 3．某些合金钢淬火欠热组织 如GCr15钢淬火加热温度不足，部分碳化物未溶解，则未溶碳化物周围碳量及合金化程度较低，奥氏体稳定性差。

而碳化物溶解较充分的区域奥氏体含碳及合金含量较高，故而常见碳化物周围出现黑色屈氏体组织 4．渗碳、碳氮共渗等化学热处理表层的黑色组织 如碳氮共渗时在碳氮化物周围，奥氏体合金化程度降低，及试样表面氧化等原因，导致奥氏体稳定性降低，淬火后易产生黑色屈氏体组织屈氏体在淬火时出现的主要原因是:,冷却速度不够，均匀成分的奥氏体冷速不够时，会出现部分屈氏体组织；成分不均匀的奥氏体，尤其在合金钢碳化物周围，含碳量和合金化程度都低，其淬透性就低，也易产生屈氏体组织 在同一冷速下，合金化程度高的区域淬透性好，可得马氏体组织；而合金化程度低的区域淬透性差，就容易出现屈氏体组织1.2 贝氏体,钢中的贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解所得的产物，它基本上也是铁素体、渗碳体两相组织，其形态大致可分为：,羽毛状上贝氏体,粒状贝氏体,针状下贝氏体,半扩散型转变——碳原子扩散，铁原子不扩散一、上贝氏体,上贝氏体形成温度范围为550～350℃，不同成分的材料转变温度略有差别 由电子图象清楚可见的基本特征是：条状铁素体大致平行排列，在铁素体条之间分布着与铁素体针轴相平行的细条状渗碳体，由金属薄膜透射电镜图象可见铁素体条内有较高的位错密度。

光学金相显微组织特征为：,1 . 上贝氏体大都起源于奥氏体晶界（或以先自奥氏体中析出的晶界铁素体，渗碳体为核心而成长） 2 . 在转变量不多时可以看到常呈羽毛状 3 . 由于其精细组织为铁素体条间分布着短杆状碳化物，而其相间距一般又较与之相近温度转变产生的珠光体型组织(屈氏体)疏，所以试样浸蚀后色泽较视域中同存的屈氏体略浅，且尤如极细密的梳子，缝隙中隐约漏出白色，此为上贝氏体一十分普遍的组织特征 4 . 随分解温度降低，形成的上贝氏体逐趋细密，试样浸蚀后羽毛状区域色泽加深B上转变过程示意图,上 贝 氏 体,,上 贝 氏 体,,上 贝 氏 体,二、下贝氏体,上、下贝氏体的形成温度范围没有一个截然的区分，如以0.7％碳钢为例，只能说低于350℃以下，以下贝氏体为主，350℃以上以上贝氏体为主 由电子图象清楚可见的基本特征为：针片状铁素体内沉淀有碳化物，一般与长轴成55～60度交角金属薄膜透射电镜分析表明，下贝氏体铁素体内的亚结构也为位错，位错密度高于上贝氏体其光学显微组织特征为：,（ 1 ）试样经浸蚀后可见，下贝氏体呈黑色针片状，双面金相磨片研究表明，其空间形态为片状组织，因铁素体片上有碳化物沉淀析出，故高倍物镜(如用油镜)观察时依稀可感其为两相组织。

（ 2 ）下贝氏体形成过程中，没有上贝氏体那种成排的相互激发成核的作用，因而表现出一束平行的片状较少，常呈单个片状又因一片下贝氏体铁素体系由几个单位基元陆续形成、长大的，故常可见到下贝氏体针片相互交遇的情况 （ 3 ）亚共析钢下贝氏体也优先在奥氏体晶界上形成，但大量的下贝氏体继之于奥氏体晶内生成 （ 4 ）转变完了的下贝氏体试样腐蚀后可见不同组织部位腐蚀性能相差很大，形态略相似于淬火中碳钢的组织B下转变过程示意图,2. B下氏体的转变过程,下 贝 氏 体,,下 贝 氏 体,,,三、粒状贝氏体,粒状贝氏体是在贝氏体相变的高温区域内形成的常见于低、中碳合金结构钢中，等温及一定冷速下均能形成 粒状贝氏体的光学金相组织特征为：白色贝氏体铁素体基体上分布着很多颗粒状第二相（即电镜下观察到的“小岛”），颗粒相分布无规律，外形一般不为圆球形，常呈任意粒状或条状，边缘稍直 电子金相表明其组织为贝氏体铁素体基体上分布着许多“小岛”研究证明，这种岛状的第二相原先是富碳的奥氏体，随后视其合金成分与冷却条件不同，可以分解为铁素体和渗碳体，可以转变为马氏体，也可以在室温下仍保持为奥氏体而一般情况下，此小岛于冷却过程中继而形成马氏体、奥氏体相为最常见。

铁素体＋小岛（富碳奥氏体）,F+Fe3C,富碳 A,M,,,,粒 状 贝 氏 体,,粒 状 贝 氏 体,马氏体：C在α－Fe中的过饱和固溶体，用M表示１）晶体结构 体心正方,无扩散型转变——仅发生Fe的晶格改组 （面心立方→体心正方）,1.3 马氏体转变（低于Ms点),马氏体的组织结构和性能,马氏体的晶体结构,用c／a的比值反映 马氏体的正方度,马氏体形态取决于A中的含碳量２）马氏体组织形态,板条M（低碳M）与片状M（高碳M）WC 1.0%：片状M 0.2％ WC 1.0％：板条M＋片状M WC 0.2 % ：板条M,主要有两种形态：,1.3 马氏体,一、低碳马氏体 ( 板条马氏体 ≤0.2％C ) 其光学组织特征为： 1．在原始奥氏体晶粒内，形成若干条束马氏体“群”（领域），每个马氏体“群”内，马氏体条束大致平行，马氏体“群”间以较大角度相交 2．结构分析表明，低碳马氏体的惯习面为(111)γ，因而组织中常见到“筐篮结构”（如筐篮那样的平行条中呈三角形花样）图象 3．各个马氏体群，或群内的马氏体块，由若干马氏体条组成，由于取向不同，故试样浸蚀出现不同的浸蚀反差 4．由于低碳马氏体的Ms点较高，一般认为当Ms≥350～400℃时，在淬火冷速稍慢（而仍可淬成马氏体）的场合，便可见到低碳马氏体中的“自回火”现象。

自回火的马氏体在光镜下显得颜色较深暗板 条 马 氏 体,,板 条 马 氏 体,,二、高碳马氏体,其光学金相组织特征为： 1．高碳马氏体呈单个片状，边缘轮廓清晰，相邻的片一 般互不平行，多向分布于母相奥氏体中 2．马氏体片大小不一，先形成的片，往往跨越奥氏体晶粒，致分割奥氏体，从而限制随后形成的马氏体片的大小 3．马氏体片周围伴随有白色残留奥氏体 4．有些材料马氏体有一条中脊面，并呈闪电状锯齿形分布一般在含碳共析成分（0.77%C）左右的钢，淬火 后可得到片状马氏体组织片 状 马 氏 体,,片 状 马 氏 体,,对比图,三、其它形态马氏体,,Fe-Ni合金中,马氏体在某一温度形成断面呈蝴蝶桩，蝶状马氏体 Fe-Ni-C合金中，立体图形为薄片状马氏体,,蝶状马氏体,薄片状马氏体,四、工业用淬火马氏体组织,生产工艺下的组织与观察到的粗大组织的区别， 1． 15MnVB、15SiMn3Mo等低碳合金钢 2. 中碳结构钢45钢、40Cr 3. T7、T8、T10等高碳工具钢 4. 轴承钢GCr15等 5. 高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等),1．低碳0.25％的低碳合金钢,,2．中碳结构钢45钢、40Cr等淬火组织,,3．高碳工具钢淬火组织,,4.轴承钢GCr15等的淬火组织,,4.轴承钢GCr15等的淬火组织,,5．高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)淬火组织,,1.4 钢的回火组织,一、钢的回火组织 钢中含碳(及其它合金)量不同，淬火后的组织形态不同，而回火时其组织结构变化也略有差异，但大致规律是相同的。

其光学金相组织特征为: 经200℃回火后得到的“回火马氏体”组织在同样浸蚀条件下色泽要显著的比淬火马氏体深，仍保持原来的马氏体针状外形轮廓，但不如淬火态清晰 高碳:ε-Fe2-3C,η-Fe2C, 低碳M：C原子偏聚,,经400℃回火所得的组织为“回火屈氏体”由相应的电镜图象可知，此时已有较多的碳化物析出，部分聚集，故光学金相特征为原马氏体针形已不清晰，浸蚀后色泽较回火马氏体组织浅但仍可见原马氏体“方位”痕迹 θ-Fe3C析出， AR残余奥氏体分解成回火马氏体或下贝氏体 经600℃回火的“回火索氏体” 则因碳化物聚集、粗化，因而于光学金相组织中原马氏体方位已消失，高倍观察时碳化物粒子部分可辨，色泽较前者更浅● 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质.,回 火 马 氏 体,,回 火 屈 氏 体,,回 火 索 氏 体,,二、具有“回火脆性”的组织,250～400℃回火缓冷,500～650℃回火后缓冷,韧性值下降,回火脆性,,,,,TME 原因,马氏体条间的晶面 或亚晶界处 析出连续碳化物薄片,,TE 原因,Sb、Sn、 P 等微量杂质元素 在一定温度回火时偏聚 于晶界所致,,特点：慢冷，有可逆性,,实验注意事项,1、组织分析需带圆规、铅笔、白纸 2、按课表上的时间来，不要看错时间 3、每次都要求书写预习报告 4、每次上课都点名，平时50%，论文25%，答辩25% 5、写班级序号 6、统一实验名称 本次实验：钢的热处理组织观察,实验地点及内容安排,3—文昌教五楼一层 离子注入改性实验 微弧氧化、磁控溅射 4—B304 组织观察 5—B304 钢的热处理组织鉴别 6—A205 钢的热处理 7—B106 材料成分、工艺组织与性能 8—B304 答辩,。