金相实验报告(成分组织观察分析)

金相综合实验报告

实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程

班级: 材料11（1）

指导老师：席生岐高圆

小组组长: 仇程希

小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐

二〇一四年四月三日

一、实验目的

1.了解碳钢热处理工艺操作；

2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值；

3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法；

4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响；

5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。

二、实验内容

1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料；

2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度；

3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像；

4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。三、实验原理

热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。

热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。

钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。

(一)碳钢热处理工艺

1.加热温度

亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。

淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、

高温回火（500-650℃）。实际生产中可根据钢种及要求作适当调整。

2. 保温时间

在实验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：

t=a•D

式中 t----加热时间（min）

a----加热系数（min/mm）

D---工件有效厚度（mm）

淬火后回火保温时间，要保证工件热透，使组织充分转变，一般为1~3小时，实验时，可酌情减少。

3.冷却方式

钢退火采用随炉冷却到600-550℃以下再出炉空冷。正火采用空中冷却。淬火时常用水或盐水冷却，合金钢常用油冷却。

(二)碳钢热处理后的组织

1.珠光体型组织

过冷奥氏体在高温区（Ar1至C曲线鼻尖）转变的产物。随着奥氏体在冷却时过冷度的增加，依次得到珠光体、索氏体、屈氏体。他们都是铁素体与渗碳体的细密机械混合物，但铁素体与渗碳体的片层间距依次减小，组织的强度、硬度递增。

2.贝氏体型组织

过冷奥氏体在中温区（C曲线鼻尖与马氏体转变点Ms）进行等温淬火转变的产物。

贝氏体也是铁素体和渗碳体的机械混合物。

（1）上贝氏体：是在珠光体转变区稍下温度等温形成的。在光学显微镜下可观察到成束的铁素体向奥氏体晶内伸展，呈羽毛状。

（2）下贝氏体：是在马氏体转变点(Ms)稍上的温度形成的。在光学显微镜下呈灰黑色针状或竹叶状。与上贝氏体相比，下贝氏体不仅具有较高的硬度、强度、耐磨性，且有较高的韧性及塑性。

3.马氏体组织

过冷奥氏体在低温区（Ms以下）转变的产物。马氏体是碳在铁素体中的过饱

和固溶体。马氏体组织形态主要有两种：

（1）片状马氏体：高碳马氏体，主要在高碳钢淬火组织中形成。在光学显微镜下观察呈针状或竹叶状。马氏体针的粗细程度取决于淬火加热温度。例如T10 钢在淬火加热温度较低时（如760℃）由于奥氏体中的碳浓度不均匀，在光学显微镜下分辨不出它的形态，称之为隐针马氏体；淬火温度稍高时（820℃）可见到短针状马氏体；若淬火温度提高到1000℃，由于奥氏体晶粒粗大，从而获得粗大的马氏体。片状马氏体性能较硬且脆。

（2）板条马氏体：又称低碳马氏体。主要在低碳钢淬火组织中形成。在光学显微镜下观察呈一束束相互平行的细长条状。一个奥氏体晶粒内可由几束不同取向的马氏体群，且束与束之间有较大的位相差。它不仅具有较高的强度与硬度，还具有良好的韧性与塑性。

淬火组织中总会有一定数量的残余奥氏体，并且随着钢中含碳量的增加，淬火温度的提高，残余奥氏体的相对量也会增加，残余奥氏体不易受硝酸酒精的侵蚀，在光学显微镜下呈白亮色，无固定形态，难以与马氏体区分，因此常常需回火后才可分辨出马氏体间的残余奥氏体。

4.回火组织：

钢淬火后一般都需要经回火才能满足性能要求。根据回火温度的高低，回火组织可分为以下几类：

（1）回火马氏体：在150-250℃回火时形成的组织为回火马氏体。它是由极细小的弥散的ε-碳化物和а-Fe 组成。回火马氏体易于腐蚀，一般呈黑色，且保留原淬火针状马氏体或淬火板条马氏体的形态，在光学显微镜下难以辨出其中的碳化物相。具有较高的强度及硬度，且脆性较低。

（2）回火屈氏体：在350-450℃回火时形成的组织为回火屈氏体。它是由细片状或细粒状渗碳体和铁素体组成。在光学显微镜下，碳化物颗粒仍不易分辨，但可观察到保持马氏体形态的灰黑色组织，且马氏体形态的边界不十分清晰。它具有较高的屈服强度、弹性极限和韧性。

（3）回火索氏体：在550-650℃回火时形成的组织为回火索氏体。它是由粒状渗碳体和铁素体组成。在较高倍数的光学显微镜下可以观察到渗碳体的颗粒，此时马氏体形态已消失， 600℃以上回火时，组织中的铁素体为等轴晶粒。工业上称