铁碳合金非平衡组织观察与分析
铁碳合金相图及平衡组织分析
实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、实验目的1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。
按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。
它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。
具有磁性及良好的塑性，硬度较低。
用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。
亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。
（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。
用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。
此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。
（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。
由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。
因此，铁素体后，渗碳体薄。
硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。
1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。
实验二 碳钢非平衡显微组织观察
实验二碳钢非平衡显微组织观察一、实验目的1. 观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
2. 研究和了解铁碳合金（碳钢）在非平衡状态下的显微组织形貌。
3. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
二、概述铁碳合金经缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合。
但碳钢在不平衡状态，即在快冷条件下的显镜组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线图—C曲线来确定。
图2-1为共析碳钢的C曲线图。
按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。
通过金相显微镜观察，可以看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。
共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能如表2-1所示。
表2-1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能图2-1 共析碳钢的C 曲线三、钢的退火的正火组织亚共析成分的碳钢（如40、45钢等）一般采用完全退火，经退火后可得到接近于平衡状态的组织，其组织特征已在实验一中加以分析和观察。
过共析成分的碳素工具钢（如T10、T12钢等）一般采用球化退火，T12钢经球化退火后组织中的二次渗碳体及珠光体中的渗碳体都将变成颗粒状，如图2-2所示。
图中均匀而分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多，如图2-3所示，原因在于正火的冷却速度稍大于退火的冷却速度。
图2-2 T12钢球化退火组织 图2-3 45钢正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即1c A 以上，但低于3c A ），然后在水中冷却，这种淬火称为亚温淬火。
根据Fe-Fe 3C 相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。
在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁素体，如图2-4所示。
45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图2-5所示。
实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。
建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。
二、概述平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。
在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。
图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。
在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。
但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。
表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。
表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织合金分类含碳量/% 显微组织工业纯铁<0.0218 铁素体（F）碳钢亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P)共析钢0.77 P过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ)白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e）共晶白口铸铁 4.3 L e过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I)铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。
采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。
图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图铁碳合金的各种基本组织特征如下：1.工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。
为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。
当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。
（a）250X （b）700X图2 工业纯铁的显微组织2.碳钢碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。
铁碳合金平衡组织观察与分析实验报告
铁碳合金平衡组织观察与分析材料工程1601实验者：王XX 学号：1703XXXXX一实验目的1、区别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二概述铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。
铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的组织，其相变过程均按Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。
图3-1 Fe-Fe3C相图如图3—1所示，所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。
只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态，见表4—1。
碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织：表4—1 各种铁碳合金在室温下的显微组织及良好的塑性，硬度较低。
用3—4％硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。
（2）渗碳体（FeC）是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6．67％。
当用3～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。
由此可区别铁素体与渗碳体。
此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈观不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。
（3）珠光休（P）是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸蚀后可观察到两种不同的组织形态：1）片状珠光体它是由铁素休与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具存不同特征的层片状组织。
在高倍放大时（照片4—1），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。
实验五++铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验五铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。
2．了解由平衡组织估算亚共析钢含碳量的方法。
二、实验说明研究铁碳合金的平衡组织是分析钢铁材料性能的基础。
所谓平衡组织，是指合金在极其缓慢冷却条件下得到的组织。
如图5-1所示。
图5-1 Fe—Fe3C平衡组织相图由Fe—Fe3C相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体、渗碳体[由分从液体中直接析出的一次渗碳体（Fe3CⅠ）；从奥氏体中析出的二次渗碳体（Fe3CⅡ）；从铁素体中析出的三次渗碳体（Fe3CⅢ）]两个基本相所组成，但对不同含碳量的铁碳合金，由于铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件、形态与分布不同，从而使各类铁碳合金在显微镜表现出不同的组织形貌。
1．工业纯铁工业纯铁是指含碳量低于0.02％的铁碳合金，其显微组织由铁素体和三次渗碳体所组成。
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体晶粒呈亮白色块状，晶粒和晶粒之间显出黑线状的晶界。
三次渗碳体呈不连续的小白片位于铁素体的晶界处。
2．共析钢共析钢是指含碳量0.77％的铁碳合金。
共析钢的显微组织全部由珠光体组成。
在平衡条件下，珠光体是铁素体和渗碳体的片状机械混合物，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其铁素体和渗碳体均为亮白色；在较高放大倍数时（600×以上），能看到珠光体中片层相同的宽条铁素体细条渗碳体，且两者相邻的边界呈黑色弯曲的细条。
由于珠光体中铁素体与渗碳体的相对量相差较大，按照杠杆定律可计算出两者相对量的比约为8∶1，从而形成了铁素体片比渗碳体片宽的多的特征。
在中等放大倍数下（400×左右），因显微镜的分辨能力不够，珠光体中的渗碳体两侧边界合成一条黑线。
在放大倍数更低的情况下（200×左右），铁素体与渗碳体的片层都不能分辨，此时珠光体呈暗黑色模糊状。
3．亚共析钢亚共析钢是指含碳量为0.02~0.77％之间的铁碳合金。
亚共析钢的显微组织是由先共析铁素体（呈亮白色块状）与珠光体（呈暗黑色）组成。
(讲课)铁碳合金平衡组织观察及金相显微镜的使用分析免费全文阅读
莱氏体
珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液
显微组织
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液
过共晶白口铁
浸蚀剂
4%硝酸酒精溶液
类型
白口铸铁
共晶白口铁
4.3～6.67
亚共晶白口铁
4.3
2.06～4.3
含ห้องสมุดไป่ตู้量(％)
表
在
铁
■ 纯铁在室温下具有单相铁 素体组织 。含碳量小于0.0218％的铁碳合金通常 称为工业纯铁 。黑色线条 是铁素体的晶界 ， 而亮白 色基底则是铁素体的不规 则等轴晶粒 ， 在某些晶内 和晶界驱粗处还可以看到 不连续的薄片状三次渗碳 体,含量微小忽略不计。
三 、铁碳合金平衡组织的显微分析1、工业纯铁
图1-3 工业纯铁显微组织（100×) 浸蚀剂为4％硝酸酒精溶液
2、碳钢含碳量在0.0218%～2. 11％范围内的铁碳合金称为碳 钢 。按其含碳量与平衡组织的不同 ， 可分为亚共析碳钢 ， 共析碳钢和过共析碳钢3种。（1） 亚共析钢亚共析钢的含碳量在0.0218%～0.8％范围内 ， 其组织有铁素体和珠光体所组成 。 随着含碳量的增加 ， 铁素体的数量逐渐减少 ， 而珠光体的数量则相应地增多 ， 两者的相对量可由杠杆定律求得 。也可根据显微镜下观察到的珠光体和铁素体各自所占面积的百分数 ， 近似地计算出钢的含碳量： c﹪ =p % ×0.8%式中： C% －钢的含碳量；P％ －珠光体所占面积。
铁碳合金非平衡组织观察(1)
实验四铁碳合金非平衡组织观察一、实验目的识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份热处理工艺、组织之间的关系的认识。
二．实验原理碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。
铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。
C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织，如图4-1。
1．冷却时所得的各种组织组成物的形态a．珠光体（图4-2）珠光体是奥氏体高温转变的产物，根据其片层间距的大小可分为：(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。
(2)索氏体(s)是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。
(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。
片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。
当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。
当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。
只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。
b．贝氏体贝氏体是奥氏体中温转变的产物，也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。
其组织形态主要有二种：（1）上贝氏体（B）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，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，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列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。
（2）下贝氏体下贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的混合物组织。
由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁索体为基体，其中分布着很细的碳化物片，大致与铁索体片的长轴呈55。
第五次试验碳钢的非平衡组织观察
王良辉 2011-5-9
一、实验目的
1. 熟悉碳钢的几种典型热处理组织的形 态及特征。
2. 了解热处理工艺对钢的组织和性能的 影响。
3、观察分析碳钢的典型非平衡组织。
二、概述
钢的组织决定钢的性能，改变钢的组织 的主要手段是通过热处理工艺来控制钢 的加热温度和冷却过程，得到所希望得 到的组织。来自2.3.1低温回火组织
低温回火组织称为回火马氏体，马氏 体的形态和淬火马氏体相比没明显变 化，但由于碳化物的析出，原马氏体 变得比原来更容易侵蚀而显现出较深 的颜色。
2.3.2
2.3.3 高温回火
三、实验内容
1. 观察认识碳钢淬火后的组织形貌特征， 并绘制其组织。 2.观察认识碳钢等温淬火后的组织形貌 特征，并绘制其组织。 3.观察认识碳钢淬火后不同温度回火的 组织形貌特征，并绘制其组织。
贝氏体是等温转变得到的组织。 贝氏体是铁素体和渗碳体的两相混 合物，常见的贝氏体有上贝氏体B 上、下贝氏体B下、粒状贝氏体无 碳贝氏体。
2.2.1 上贝氏体
2.2.2 下贝氏体
2.2.3 粒状贝氏体
2.3 钢的回火
马氏体是碳在 α中的过饱和固溶体， 是一种亚稳定组织，一般都需要经过 回火后才能使用。
钢的连续冷却转变
2.1钢的马氏体转变
把钢加热到奥氏体温度以上，经 过一段时间的保温后，以高于临界 冷速的速度冷却，得到马氏体。临 界冷速是得到完全马氏体的最低冷 速。
2.1.1 板条马氏体
板条马氏体也称低碳马氏体，其含 碳量一般不高于 0.2%。
2.1.2 高碳马氏体
马氏体的形成
2.2 钢的贝氏体转变
四、实验报告及要求
1.写出实验目的及内容。 2.按要求画出所观察的组织的显微特征。 3.分析45钢780度加热水冷与 860度加热
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8
T12钢780℃水淬（淬火M+K+ A´ ）
9 T12钢 780℃水淬 200 ℃回火（回火M+K+ A´ ）
10
T12钢920℃水淬（粗大M+A´）
11
高碳钢（T12钢）魏氏组织
12
中碳钢（45钢）魏氏组织
13
低碳钢（20钢）板条M组织
14
65Mn钢等温淬火（上B ）组织
15
GCr15钢等温淬火（下B ）组织
16
20CrMnTi钢950 ℃正火 （B粒状）组织
M形成
A′
片状M
第3章 铁碳合金
第一节 铁碳合金的基本组织
1、铁素体（F）：碳与α-Fe形成的间隙固溶体。 性能---强度和硬度低，塑性和韧性好。 2、奥氏体（A）：碳与γ-Fe形成的间隙固溶体。高温组织，在大于727℃ 时存在。 性能---塑性好，强度和硬度高于F。在锻造、 轧制时常要加热到A， 可提高塑性，易于加工。 3、渗碳体（ Fe3C ）：铁与碳形成的金属化合物。 性能---硬度高，脆性大。 4、珠光体（ P ）：F与Fe3C组成的机械混合物。 性能---力学性能介于两者之间。 5、莱氏体（ Ld ）：A与Fe3C组成的机械混合物。 性能---硬度高，塑性差。
第3章 铁碳合金
第三节 铁碳相图的应用
1、选用材料： 由铁碳相图可知，合金中随着含碳量的不同，其组织各不相同， 从而导致其力学性能不同。因此，我们就可以根据机器零件所要求 的性能来选择不同含碳量的材料。 2、叛断切削加性能： 低碳钢中铁素体较多，塑性好，加工性不好；中碳钢中铁素体 含量比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 3、制定热加工工艺： 在铸造工艺方面，根据相图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造工艺方面，可以选择钢 材的轧制和锻造的温度范围应在奥氏体区。 4、应用于热处理生产： 由相图可知合金在固态加热和冷却过程中均有组织的变化，可以 进行热处理。并且可以正确选择加热温度。
Fe—Fe3C合金平衡相图
工 业 纯 铁
共 析 钢
共 晶 白 口 铁
亚共析钢
过共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
铁碳合金非平衡组织试样
序号
态
840℃正火 840℃水淬
显微组织
S+F M
浸蚀剂
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
3
4 5 6 7 8 9
45钢
45钢 45钢 45钢 T12钢 T12钢 T12钢
第3章 铁碳合金
一、铁碳相图分析
1、相图的坐标 纵坐标：代表温度。 横坐标：代表含碳量。 2、几个概念
纯铁 共析钢 钢 亚共析钢 铸铁 过共析钢
共晶白口铸铁
亚共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁
第3章 铁碳合金
3、特性点 A点：纯铁的熔点 1538℃ C点：共晶点 1148℃ D点：渗碳体的熔点 1227℃ S点：共析点 727℃ G点：纯铁的同素异晶转变点 912℃ E点：C在γ-Fe中最大溶解度 1148℃ P点：C在α-Fe中最大溶解度 727 ℃ Q点：室温时C在α-Fe中最大溶解度
第3章 铁碳合金
4、特性线
ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相，固相加热至此全 部转化为液相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相加热 至此开始转化。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。 ES：C在A中的溶解度曲线，又称Acm线。 ECF：共晶线，含C量2.11 % --6.69%的铁碳合金至此发生共 晶反应，结晶出A与Fe3C混合物---莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % --6.69%的铁碳合金至此反 生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。
840℃油淬
760℃水淬 840℃水淬+400℃回火 840℃水淬+650℃回火 球化退火 780℃水淬 780℃水淬+200℃回火
M+T
M+F 回火T 回火S 球状P 淬火M +K+A´ 回火M +K+A´
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
第3章 铁碳合金
第二节 铁碳相图分析
引言： 关于铁碳合金状态图 1、概念：表示铁碳合金在不同成分和温度下 的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。 又称铁碳合金相图或铁碳合金平衡图。是通 过实验的方法建立起来的。 2、作用：是研制新材料，制定合金熔炼、铸 造、压力加工和热处理等工艺的重要工具。
第3章 铁碳合金
铁碳合金非平衡组织观察与分析
一、实验目的： 1.研究淬火温度、冷却速度、回火温度对45钢和T12 钢组织的影响。 2. 熟悉钢热处理后的基本组织金相特征。 二、实验概述： 1. 铁碳合金相图及其作用； 2. 钢热处理后的基本组织金相特征（见下表） 三、实验内容及要求： 1. 认真观察分析碳钢热处理后的组织及其形貌特征； 2. 完成电子实验报告
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
1
45钢正火（S+F）
2
45钢840℃水淬（混合M）
3
45钢840℃油淬（淬火M+T）
4
45钢760℃水淬（淬火M+F）
5 45钢840℃水淬400 ℃ 回火（回火T）
6
45钢840℃水淬650 ℃ 回火（回火S）
7
T12钢球化退火（球状P⇒F+粒状K）
10
11 12 13
T12钢
T12钢 45钢 20钢
920℃水淬
正火 锻后空冷 920℃水淬
粗大M +A´
魏氏组织（W） 魏氏组织W 板条M
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
14
15 16
65Mn钢
GCr15钢 20CrMnTi
等温淬火
等温淬火 正火
B上
B下 B粒状