钢的非平衡组织特征与性能分析

钢的非平衡组织特征与性能分析
一、实验目的
1.观察常用钢经不同热处理后的显微组织。
2.掌握热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3.熟悉常用钢典型热处理组织的形态及特征。
二、实验内容概述
碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织,经淬火得到的是非平衡组织。
共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表6-1中。
表6-1
730矿各组织的显微特征:
1)索氏体(S):是铁素体渗碳体的机械混合物。其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。
2)托氏体(T):也是铁素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形态。当其少量析出时,沿晶界分布,呈黑
网状,包围着马氏体;当析出量较多时,呈大块黑团状,只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图6-1);
3)贝氏体(B )  为奥氏体的中温转变产物,它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。在显微形态上,主要有三种形态:
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非层状组织。当转变量不多时,在光学显微镜下为与束的铁素体条向奥氏体晶内伸展,具有羽毛状特征。在电镜下,铁素体以几度到十几度的小位向差相互平行,渗碳体则沿条的长轴方向排列成行,如图6-2。
下贝氏体是在片状铁素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,在显微镜下呈黑针状(如图6-3)。在电镜下可以见到,在片状铁素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55~60o 的角度。
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、热轧浙江省人口与计划生育条例2014
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。它的形成温度范围大致在上贝氏体转变温度区的上部,由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。
4)马氏体(M ):是碳在aFe 中的过饱和固溶体。马氏体的形态按含碳量主要分两种,即板条状和针状(如图6-4、6-5所示)
图6-1 托氏体+马氏体        图6-2 上贝氏体+马氏体
图6-3 下贝氏体        图6-4 回火板条马氏体
板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。其组织形态是由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马氏体领域。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硬度和较好的韧性。
针状马氏体是碳量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。最先形成的马氏体较粗大,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。针状马氏体的硬度高而韧性差。
5)残余奥氏体(A 残)  是含碳量大于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。它不易受硝酸酒精溶液的浸蚀,在显微镜下呈白亮,分布在马氏体之间,无固定形态。在图6-6表示含碳1.2%的碳钢正常淬火(780℃加热),其组织为马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体。
6)钢的回火组织与性能
回火马氏体。是低温回火(150~250℃)组织。它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,在显微镜下呈黑针状。体温回火后马氏体针变黑,而残余奥氏体不变仍呈白亮。低温回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。
回火托氏体。是中温回火(350~500℃)组织。回火托氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态(条状或针状),第二相对渗碳体则析出在其中,呈极细颗粒状,用光学显微镜极难分辨(如图6-7所示)。中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
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回火索氏体:是高温回火(500~650℃)组织。回火索氏体是铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶,呈等轴细晶粒状。经充分回火的索氏体已没有针的形态。在大于500倍的光镜下,可以看到渗碳体微粒(如图6-8所示)。回火索氏体具有良好的综合机械性能。
应当指出,回火托氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物,它们的渗碳体是颗粒 图6-5 针状马氏体+残余奥氏体    图6-6马氏体+粒状渗碳体
状的,且均匀地分布在铁素体基体上;而淬火索氏体和淬屈氏体是奥氏体过冷时直接形成的,其渗碳体是呈片状。回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性与韧性。
三、实验设备及试样
1.金相显微镜
2.常用钢的金相试样若干,如表3-5所列。
表3-5 实验用各种材料的显微样品
图6-7 回火托氏体          图6-8 回火索氏体
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四、实验任务及要求武汉三镇食品有限公司
1.观察各样品的显微组织,区别其组织特征,并分析其组织与力学性能之间的关系。
2.在金相显微镜下选择各试样显微组织中的典型区域,并根据其组织特征描绘出其显微组织示意图。
五、实验注意事项
1.在观察显微组织时,可先用低倍全面地进行观察,出典型组织,然后再用高倍放大,对部分区域进行详细观察。
2.在移动金相试样时,不得用手指触摸试样表面或将试样表面在载物台上滑动,以免引起显微组织模糊不清,影响观察效果。
3.画组织示意图时,应抓住组织形态的特点,画出典型区域的组织。注意不要将磨痕或杂质画在图上。
六、实验报告要求
1.用铅笔画出常用钢的显微组织示意图,用引线和符号标出其各种组织的名称,并填写出显微组织的有关说明信息。
在φ40mm的圆内画出其显微组织示意图,金相显微组织记录格式如图6-9所示。
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材料名称
金相组织
处理方法
放大倍数
浸蚀剂图6-9  金相显微组织记录格式
2. 分析说明常用钢的非平衡组织及性能特点。

本文发布于:2023-06-23 14:52:19,感谢您对本站的认可!

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