钢的热处理组织

1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处

2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。

3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。

4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。

珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。

5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。

6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。

7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a 组织。

8.无碳化物贝氏体－板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无

碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。

9.马氏体－碳在a-fe中的过饱和固溶体。

板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。

片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高ni的fe-ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120o角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。

10.回火马氏体－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a-相混合组织它由马氏体在150~250℃时回火形成。

这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。

11.回火屈氏体－碳化物和a-相的混合物。

它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。

12.回火索氏体－以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。

它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。

13.莱氏体－奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。

14.粒状珠光体－由铁素体和粒状碳化物组成。

它是经球化退火或马氏体在650℃~a1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。

15.魏氏组织－如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织。亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。

钢的热处理组织分析判断方法

一、观察方法：

1 观察组织组成物和种类

钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。

金相观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。

在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。

不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。通过这些就可以判别被观察物的组成种类。大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。

2 观察形态

组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。白色的块状物不是铁素体就是奥氏体，针状物不是马氏体就是下贝氏体等等。

要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。还要精细观察是单一相还是复合相。

在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。

在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。对于白色的可能是奥氏体或铁素体，更有可能是碳化物；对于黑色物，可能由于其极其细密，在常规倍数下观察根本无法分开。

3 组成物的分布

组成物的分布特点是识别组成物的重要根据，不同的组成物具有不同的分布特点，一般是指其分布于母相的晶界或晶内。

在观察到的组织中，凡是呈网络状分布（不管是封闭网状或是断续网状或略有呈网状的趋势）的都是沿晶界分布，其余的都是分布于晶内。要注意的是，有时沿晶析出物很少时，不易看出是沿晶分布，此时可以缩小放大倍数，观察其分布趋势，从而作出正确判断。当组成物很多时，也不易识别，此时只能根据组织组成物的特征，并辅以其它方法加以识别。

二、理论分析

理论分析在分析热处理组织时，是不可缺少的。很多组织不利用理论分析就容易得出不正确的结论。理论分析的裨是利用过冷奥氏体的转变原理，结合具体的热处理工艺，对可能出现的组织加以分析判断。

1 分析可能出现的组织组成物

加热温度在Ac3或Accm以上时，钢完全变成单一奥氏体，若低于上述温度，将出现未溶铁素体或未溶碳化物（平常所说的加热不足）。此两种单相组织在室温下属于稳定组织，因此，冷却时该类组织得以保留而不发生转变，即高温下是什么形态，冷却下来时也是什么形态。

从钢的C曲线可以看出：钢在冷却时，先发生先共析转变（析出先共析相），再发生共析转变（析出珠光体），接着发生贝氏体和马氏体转变。

具体发生什么组织转变，以钢的实际冷却速度是如何穿过C曲线的来确定。若冷却时穿过先共析转变区，即发生先共析转变；若同时越过先共析区和共析转变区，就发生先共析转变和共析转变，得到珠光体或珠光体加铁素体或渗碳体组织，就是通常所说的正火、退火工艺；若大于临界冷却速度，得到的就是马氏体和（或）贝氏体组织，这就是通常所说的淬火所期望得到有组织。总之，冷却时越过几个转变区，就得到相应的组织，区别在于在该区的停留时间，决定在该区域组织转变量的多少。但是，无论在先共析区停留多长时间，都不可能全部转变为先共析产物；同样，对于大多数钢来说，无论怎样快速的穿过马氏体转变区，都不可能全部获得马氏体。因此，结合具体的热处理工艺，可以判定组织组成物；同时，根据组织组成物，可以判定热处理冷却工艺过程。

因此，金相分析必须要对过冷奥氏体的转变条件以及具体条件下转变产物有清醒的认识。

2 注意成份偏析所导致的转变产物的差异

钢中的成份偏析是不可避免的，特别是铸件。局部区域的碳含量偏高或偏低、部份合金元素的聚集，都有可能出现反常组织，甚至于出现意想不到的组织。如本版“追求卓越”关于《铸钢热处理后的金相组织》一贴中ZG310-570出现贝氏体类组织就是由于成份偏析所致，因为从理论上说，ZG310-570是不可能发生贝氏体转变的。此时就要会识别贝氏体，同时对贝氏体产生的原因加以分析，否则就会出现不正确的判断。轧制钢中出现的带状组织也是成份偏析的结果。

3 同一形态的组织组成物的识别

同一形态的组织组成物，由于其得到的方式不一样，其组织是不一样的。

1）白色的小块状物

在淬火组织中，出现白色的小块状物，有可能是铁素体，也有可能是碳化物，还有可能是残余奥氏体，甚至几者都有。

在亚共析碳钢中，出现白色块状物，只能是铁素体或（和）残余奥氏体（若碳含量低于0.4%，只能是铁素体）。但残余奥氏体是过冷奥氏体转变后的剩余产物，因此其只能分布于马氏体针的间隙。铁素体由于形成条件不同而具有不同的分布形态：加热不足形成的未溶铁素体，其分布多呈弥散分布的碎块状；冷却速度不足形成的先共析铁素体，常呈网状或断网状，有时由于数量极少，还不容易发现其有向网状发展的趋势。

2）白色基体上分布着白色的颗粒状物

此类组织有三种可能：粒状贝氏体、粒状珠光体和回火珠光体。此时同样要根据材料和具体的冷却方式加以判断。若此材料根本不可能发生贝氏体转变，则不会是粒状贝氏体；若是球化退火或等温退火，则可能是粒状珠光体；若回火温度较高达700℃左右，则可能是回火珠光体。因此，要结合热处理工艺，并参照其它组织其进行识别。

3）回火后的黑色针状物

回火后的黑色针状物是回火马氏体或贝氏体。要根据回火温度和化学成份，并对针状物进行精细观察，才能作出判定。切忌晃眼一看组织就轻率作出结论。

钢的常见组织形态

组织名称基本概念腐蚀剂显微镜下的特征

铁素体碳在α—Fe中的固溶体4%硝酸酒精亮白色及浅色的多边形晶粒

渗碳体铁与碳形成的一种化合物4%硝酸酒精呈亮白色或细黑线状，有多种形态，如条状、

网状和球状

珠光体铁素体和渗碳体的机械混

合物

4%硝酸酒精呈球状分布和层片状

片状珠光体铁素体和渗碳体交替排列

形成的层片状

4%硝酸酒精随放大倍数不同而呈白色宽条铁素体和细

条渗碳体，或细黑线状或暗黑色

球状珠光体球状的渗碳体分布在铁素

体的基体上

4%硝酸酒精白色渗碳体颗粒分布在亮白色的铁素体基

体上，边界呈暗黑色

莱氏体（Ld）是珠光体、二次渗碳体、共

晶渗碳体组成的机械混合

物、

4%硝酸酒精亮白色渗碳体基体上分布着暗黑色斑点状

及细条状的珠光体

马氏体（M）碳在α—Fe中的过饱和固

溶体

4%硝酸酒精主要呈针状或板条状

板条马氏体含碳量低的奥氏体形成的

马氏体

4%硝酸酒精黑色或浅色不同位向的一束束平行的细长

条状

片状马氏体含碳量高的奥氏体形成的

马氏体

4%硝酸酒精浅色针状或竹叶状

残余奥氏体（A）淬火未能转变成马氏体而

保留到室温的奥氏体

4%硝酸酒精分布在马氏体之间的白亮色

贝氏体（B）铁素体和渗碳体的两相混

合物

4%硝酸酒精黑色羽毛状及针叶状

上贝氏体平行排列的条状铁素体和

条间断续分布的渗碳体组

成

4%硝酸酒精黑色成束的铁素体条，即羽毛状特征

下贝氏体过饱和的针状铁素体内沉

淀有碳化物

4%硝酸酒精黑色的针叶状