实验三、渗碳件的金相
实验三、渗碳件的金相
剥层分析法 ：
在试样上每0.05~0.1mm剥层进行定碳分 析。这种方法较精确，但很麻烦。
金相法 ：
是生产上常用的方法。试块一般是退火状态，使 其得到平衡组织。如已经淬火，则必需作退火或等温 退火处理。金相试样磨制后，用4%的硝酸酒精侵蚀， 再在显微镜下放大100倍测量。目前对测量渗碳层深度 的标准还不一致，对于碳素钢，将过共析层+共析层 +1/2亚共析过渡层之和作为渗碳层深度，对于合金结 构钢，将过共析层+共析层+亚共析过渡层三者的总和 作为渗碳层。
它是渗碳介质在工件表面产生活性碳原子经过表面吸收和扩散将碳渗到低碳钢或低碳合金钢工件表层使其达到共析或略高于共析成分时的含碳量以便将工件淬火和低温回火后其表层的硬度强度特别是疲劳强度和耐磨性较心部都有显著的提高而心部仍保持一定的强度和良好的韧性
实验二 渗碳件的金相检验
一、实验目的
1、熟悉渗碳零件渗碳层深度的测量方法。 2、熟悉根据齿轮渗碳金相组织标准评定渗碳 组织的方法。
马氏体根据其针状大小确定，残余奥氏 体根据数量的多少确定。一般分为8级。1~5 级合格。在放大400倍下检查，检查部位以齿 面的节圆附近为准。
心部铁素体
合金钢的心部组织应为低碳马氏体。若 游离铁素体过多会使心部强度大大降低，造成 零件早期破坏。所以，原则上渗碳件心部自由 铁素体越少越好。一般分为8级，小模数的齿 轮1~4级合格。模数大于5时，1~5级合格。大 于5级就要返修。测量轮齿中心线上距齿顶2/3 高处为准。
低碳钢或低碳合金钢渗碳后缓冷表层 至心部的组织为: P+Fe3C→P → P+F →心部组织(P+F)
等温淬火法 ：
渗碳钢的热处理知识点总结
一、渗碳钢的热处理工序用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。
渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。
处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。
有些结构零件，是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，例如汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销等。
根据工作条件，要求这些零件具有高的表面硬度和耐磨性，而心部则要求有较高的强度和适当的韧性，即要求工件“表硬里韧”的性能。
为了兼顾上述双重性能，可以采用低碳钢通过渗碳淬火及低温回火来达到，此时零件心部是低碳钢淬火组织，保证了高韧性和足够的强度，而表层(在一定的深度)则具有高碳量(0.85%～1.05%)，经淬火后有很高的硬度(HRC>60)，并可获得良好的耐磨性。
二、渗碳钢的成分特点渗碳钢的含碳量一般都很低(在 0.15%～0.25%之间)，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。
为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Mo、W、Ti、B等。
其中 Cr、Mn、Ni 等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。
另外，少量的Mo、W、Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。
微量的B(0.001%～0.004%)能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。
渗碳钢的分类根据淬透性或强度等级的不同，合金渗碳钢分为三类。
低淬透性合金渗碳钢即低强度渗碳钢(抗拉强度≤800MPa)，如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等。
这类钢淬透性低，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度较低且强度与韧性配合较差。
主要用于制造受力较小，强度要求不高的耐磨零件，如柴油机的凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。
这类钢渗碳时心部晶粒易于长大，特别是锰钢。
渗层厚度的测定
金相法渗层厚度的测定一、实验目的1)了解渗碳、渗氮工艺及渗碳后热处理的组织特征。
2)掌握金相法测定渗层深度的方法。
二、原理概述渗碳是将钢件置于渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间使碳原子渗入钢件表面层的热处理工艺。
渗碳的目的是使钢件获得硬而耐磨的表面，同时又使心部保持一定的韧性和强度。
对于进行渗碳的钢材是碳的质量分数一般都小于0．3％的低碳钢和低碳合金钢，渗碳后的工件主要用于受严重磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等。
渗碳温度一般取860～930℃，不仅使钢处于奥氏体状态，而又不使奥氏体晶粒显著长大。
近年来，为了提高渗碳速度，也有将渗碳温度提高到1000℃左右的，渗碳层的深度根据钢件的性能要求决定，一般为l mm左右。
按照渗碳介质的状态，可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳三种，常用固体和气体渗碳。
渗氮又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。
其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。
传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子,不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内, 渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁，一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬。
这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、抗回火软化能力，并降低缺口敏感性。
与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低，因而畸变小，但由于心部硬度较低，渗层也较浅，一般只能满足承受轻、中等载荷的耐磨、耐疲劳要求，或有一定耐热、耐腐蚀要求的机器零件，以及各种切削刀具、冷作和热作模具等。
渗氮有多种方法，常用的是气体渗氮和离子渗氮。
目前生产中多采用气体渗氮法。
1．渗碳工艺将渗碳件置入具有活性碳气氛中加热到860～930℃，保温一定时间，再将渗碳后的钢件按照性能要求不同，进行不同的热处理工艺有直接淬火、一次淬火和二次淬火三种。
做热处理的人都要知道的金相组织图
做热处理的人都要知道的金相组织图搞热处理和材料这么多年，下面这15个金相组织搞不清楚，等于白混了！！1.奥氏体定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
2.铁素体定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：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.渗碳体定义：碳与铁形成的一种化合物特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。
•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.珠光体定义：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特征：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。
渗碳体金相颜色-概述说明以及解释
渗碳体金相颜色-概述说明以及解释1.引言1.1 概述渗碳体金相颜色是金属材料在经过渗碳处理后所形成的一种特殊金相结构，其具有特定的颜色特征。
渗碳体金相颜色的形成与材料的化学成分、处理工艺以及显微组织等诸多因素密切相关。
随着工业的发展和技术的进步，渗碳处理作为一种重要的金属表面处理方法，被广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等行业领域。
渗碳体的形成与金属材料的基体元素之间的相互作用密切相关，通过将含有碳源的气体或液体浸渍到金属材料表面，使碳原子在金属表面扩散，与基体元素发生反应，形成一定深度的渗碳层。
这种渗碳层中所含的碳元素与基体元素之间的化学反应，将会改变材料的组织结构，形成独特的金相组织。
渗碳体金相颜色的原理则与金相组织中的晶体结构、晶格缺陷以及金属晶界等因素密切相关。
不同的晶格缺陷和晶界会对光的吸收和反射产生不同的影响，从而形成不同的颜色特征。
例如，在渗碳体金相结构中，当晶体结构经历渗碳处理后，碳元素会影响晶体的晶格缺陷，从而使得金属材料呈现出诸如深褐色、紫铜色、蓝色等多种不同的金相颜色。
渗碳体金相颜色在材料工程领域具有广泛的应用价值。
通过观察和分析渗碳体金相颜色，可以了解材料的渗碳层厚度、组织结构以及材料的性能特点。
这对于材料的工艺控制、质量检测以及性能改进具有重要意义。
此外，渗碳体金相颜色的研究也为新材料的开发和应用提供了理论指导和实验基础。
然而，渗碳体金相颜色的研究仍处于初级阶段，尚有很多问题亟待解决。
比如，如何通过调节处理工艺和材料组成来控制渗碳体金相颜色的形成，如何准确测量和表征金相颜色等。
因此，未来的研究需要进一步探索渗碳体金相颜色的机理和特性，从而为材料科学和工程技术的发展做出更大的贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：2. 正文2.1 渗碳体的形成2.2 渗碳体金相颜色的原理首先，在本文的正文部分将详细介绍渗碳体金相颜色的相关知识。
其中，2.1节将探讨渗碳体的形成机制，包括渗碳体的定义、形成条件以及常见的形成方法等内容。
经典金相图片精解-渗碳和碳氮共渗金相级别
名称：渗碳齿轮铁素体级别 级别：2级 金相组织：微量铁素体
腐蚀剂：2~5%硝酸酒精溶液
放大倍数：400X
名称：渗碳齿轮铁素体级别 级别：3级 金相组织：少量细条状或小块
铁素体
腐蚀剂：2~5%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
名称：渗碳齿轮铁素体级别 级别：4级 金相组织：少量条状及小块状
铁素体
腐蚀剂：2~5%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层碳化物 级别：6级 金相组织：碳化物呈大块状、 有断续网状 腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液
放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层碳化物 级别：7级 金相组织：碳化物呈连续
网状
腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层碳化物 级别：8级 金相组织：碳化物呈粗大
网状
腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层马氏体 及残余奥氏体级别 级别：1级
腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液
放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层马氏体 及残余奥氏体级别 级别：2级
腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液
放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层马氏体 及残余奥氏体级别 级别：3级
腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液
酒精溶液
放大倍数：100X
名称：齿轮渗碳层测量标准
处理过程：渗碳后退火
测量方法：由表层测到心部 腐蚀剂：4%硝酸+4%苦味酸酒精溶液 放大倍数：100X
名称：齿轮渗碳层碳化物 级别：1级 金相组织：碳化物少、 呈细小粒状分布 腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
名称：齿轮渗碳层碳化物 级别：2级 金相组织：碳化物呈细小 粒状分布 腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：400X
实验3-钢中带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的组织观察与检验
10钢退火 500x
3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除
08钢退火 500x
4、参考标准：GB/T 13299-1991 钢的显微组织评定方法
实验三 钢中带状组织、魏氏组织、 游离渗碳体的组织观察与检验
一、实验目的及要求
1．掌握钢中带状组织组织的观察与检 验。
2．掌握钢中魏氏组织的观察与检验。 3．掌握钢中游离渗碳体的观察与检验。
a） 由成分偏析引起。碳素钢带状组织的存在多数是由成分偏析引起。
b）由热加工温度不当引起。
1、带状组织的形成原因、危害及消除
一般来说：带状组织使钢有明显的各向异性，在垂直于轧 制方向（即垂直于带状组织方向）的伸长率δ、断面收缩 率ψ及冲击韧度αk降低。带状组织对钢的屈服点σs和抗拉 强度σb影响不大。
消除的措施要从产生的原因上着手，一是控制热处理加 热温度，二是控制冷速。
3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除
10钢退火 500x
3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除
低碳钢在退火温度较高或者坯料热轧后缓慢冷却后在 晶粒内或者晶界上出现的颗粒状碳化物。一般认为：碳含量
≤0.15 低碳退火钢板中的游离渗碳体主要是珠光体转变产物，其中也会有三 次渗碳体的存在；而极低碳钢中的游离渗碳体就是三次渗碳体。
3、根据标准判断试样的带状组织、 魏氏组织、游离渗碳体级别。
28MnCr钢轧制状态 100X
Q345钢轧制状态 100X
45钢正火状态 100X
40Cr钢正火状态 100X
05钢退火状态 500X
10钢轧后退火状态 500X
游离渗碳体有A、B、C三种类别。A系列均匀分布，严重 时趋于网状；B系列呈点状或者细小粒状，严重时趋于链状； C系列系列呈点状或者细小粒状，有变形方向取向。
20Cr渗碳淬火金相检验
金相图谱图册内容汽车渗碳齿轮金相检验图片JB1675-75汽车渗碳齿轮金相检验（JB1673-75）本标准适用于15Cr、20Cr、40CrMo、18CrMnTi、20CrMnTi、12Cr2Ni4A和20Cr2Ni1A等钢制造的汽车渗碳齿轮的金相组织和渗碳层深度的检验。
一、技术要求1.渗碳层深度：按产品图样规定。
渗碳层深度包括过共析层，共析层及过渡区域，即由表面起到心部组织为渗碳层深度包括过共析层及共析层的深度系指由表面起到出现显著铁素体处为止。
面层含碳量应大于0.8%。
渗碳层中过共析层和共析层深度应为渗碳层总深度的50~75%。
2.渗碳层的金相组织应为马氏体，残余奥氏体及碳化物。
（1）碳化物：按本标准碳化物级别图评定。
常啮合齿轮1~6级合格；换档齿轮1~5级合格。
（2）马氏体及残余奥氏体：按本标准马氏体及残余奥氏体级别图评定。
对马氏体针状大小、残余奥氏体的多少，应分级进行平定，1~5级合格。
3.心部组织应为低碳马氏体，允许有托氏体、铁素体、铁素体含量按本标准铁素体级别图进行评定，模数小于或等于5的1~4级合格；模数大于5的1~5级合格。
4.表面及心部硬度：齿的表面硬度为HRC58~64，心部硬度为HRC33~48。
二、检验方法5.取样部位及检验方法：（1）取样部位：试样应在齿的横断面切取（垂直于齿的工作面），包括有齿顶到齿根的整个部位。
（2）渗碳层深度的测量方法：渗碳层深度在放大100倍下测量，测量部位应包括齿顶、齿根及节圆附近三处。
齿顶部的渗碳层深度允许超过图样规定的上限。
（3）马氏体及残余奥氏体在放大400倍下检查。
检查部位在齿面的节圆附近为准。
（4）碳化物检查部位：以齿顶角及工作面为准。
（5）心部硬度及心部组织检查部位：在距齿顶三分之二的齿全高处，如图1：（6）表面硬度：以齿顶或齿端面为准。
6.渗碳层深度的测量方法：从试样表面测至心部组织处。
见图2渗碳层测量图。
渗碳层的测量应在平衡组织状态下进行。
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同学们要注意的是：
检查上述三项组织的级别时应选择好检验部位， 否则实验结果有误。
三、实验报告
1、画出渗碳试样的显微组织图并测量渗碳层 的深度； 2、画出渗碳件淬火、回火后各部位组织的示 意图并按照标准对其评级。
马氏体根据其针状大小确定，残余奥氏 体根据数量的多少确定。一般分为8级。1~5 级合格。在放大400倍下检查，检查部位以齿 面的节圆附近为准。
心部铁素体
合金钢的心部组织应为低碳马氏体。若 游离铁素体过多会使心部强度大大降低，造成 零件早期破坏。所以，原则上渗碳件心部自由 铁素体越少越好。一般分为8级，小模数的齿 轮1~4级合格。模数大于5时，1~5级合格。大 于5级就要返修。测量轮齿中心线上距齿顶2/3 高处为准。
实验二 渗碳件的金相检验
一、实验目的
1、熟悉渗碳零件渗碳层深度的测量方法。 2、熟悉根据齿轮渗碳金相组织标准评定渗碳 组织的方法。
二、实验概述
渗碳是目前机械制造工业中应用最广泛的一种化 学热处理方法。它是渗碳介质在工件表面产生活性碳 原子，经过表面吸收和扩散将碳渗到低碳钢或低碳合 金钢工件表层，使其达到共析或略高于共析成分时的 含碳量，以便将工件淬火和低温回火后，其表层的硬 度、强度、特别是疲劳强度和耐磨性，较心部都有显 著的提高，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。
低碳钢或低碳合金钢渗碳后缓冷表层 至心部的组织为: P+Fe3C→P → P+F →心部组织(P+F)
等温淬火法 ：
高合金渗碳钢18Cr2Ni4W自渗碳温度缓冷后，在渗 碳层内仍有部分马氏体转变，妨碍精确测定渗碳层深度。 为此,可采用等温淬火法来测量渗碳层深度，利用表面与 中心奥氏体含碳量不同因而具有不同的Ms点，来选择等 温淬火的等温温度。试样在等温温度停留一段时间后， 再冷至室温，由于试样心部的Ms点高于T等温。等温时心部 发生马氏体转变并被回火，浸蚀后心部呈黑色。而渗碳 层的Ms点低于T等温，因此，在随后的冷却时才得到淬火 马氏体组织，浸蚀后呈白亮色，白亮层深度即为渗碳层 深度。
剥层分析法 ：
在试样上每0.05~0.1mm剥层进行定碳分 析。这种方法较精确，但很麻烦。
金相法 ：
是生产上常用的方法。试块一般是退火状态，使 其得到平衡组织。如已经淬火，则必需作退火或等温 退火处理。金相试样磨制后，用4%的硝酸酒精侵蚀， 再在显微镜下放大100倍测量。目前对测量渗碳层深度 的标准还不一致，对于碳素钢，将过共析层+共析层 +1/2亚共析过渡层之和作为渗碳层深度，对于合金结 构钢，将过共析层+共析层+亚共析过渡层三者的总和 作为渗碳层。
(二)渗碳零件的金相组织检查
渗碳后零件都需要淬火和回火处理。其 表面组织转变为细针状马氏体，残留奥氏体及 分散的颗粒状渗碳体。亚共析过渡层为混合马 氏体；碳钢件心部为铁素体、屈氏体。合金结 构钢则为低碳马氏体、中间有块状铁素体。 M+Cm+Ar→ M+Ar →M →心部组织
渗碳件的金相检验项目有 ：
渗碳件的金相检验:
1.
渗层深度的测定 渗碳零件的深度的测量方法：
宏观断口法 剥层分析法 金相法 等温淬火法
宏观断口法：
将渗碳试样自渗碳温度立即淬火，然后打 断，断口上渗碳层部分呈银白色瓷状，未渗碳 部分则为灰色纤维状，交界处的含碳量约为 0.4%。为了更好地显现渗层深度，可将试样断 口磨平，用4%硝酸酒精侵蚀，腐蚀后渗碳层 呈暗黑色，中心部分呈灰色。宏观断口法只能 粗略地估计渗碳层的深度。
渗碳层碳化物级别 渗碳层的马氏体、残余奥氏体级别 心部铁素体级别
渗碳层碳化物级别
根据碳化物的大小、形状、数量及分布 情况综合评定。一般分为8级。检查部位以齿 顶角及工作面为准。规定常啮合齿轮1~6级为 合格，换档齿轮1~5级合格；不合格6~7级齿 轮需返修，8级报废。
渗碳层的马氏体、残余奥氏体