碳钢热处理后的组织
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程，正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样，完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项（一）硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是：（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
（2）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：σb=K·HB式中：σb——材料的抗拉强度值HB——布氏硬度值K——系数退火状态的碳钢K=0.34~0.36合金调质钢K=0.33~0.35有色金属合金K=0.33~0.53（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度高，这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。
（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。
金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。
在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。
时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。
转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25～35屈氏体(T)550～600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：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)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。
图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。
由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
与过冷奥氏体等温转变得到的屈氏体、 索氏体相比，在强度、硬度相同的同时，回 火屈氏体、回火索氏体的塑性和韧性更好， 原因是回火屈氏体、回火索氏体的渗碳体是 粒状的而后者为片状。
• 材料：经过不同热处理后金相试样一套
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
什么是碳钢的热处理?
➢ 热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时
间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺。包含有 “四火”：退火、正火、淬火和回火。
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
•过冷奥氏体等温转变产物
温度
A1~650℃ 650~600℃ 600~550℃ 550~350℃ 350 ℃ ~MS
Ms~MF
显微组织
性能
珠 光 体是 P 索氏体 S
片层间距：0. 3μm 片层间距：0.1~0. 3μm
碳钢的热处理后组织观 察(PPT30页)
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2020/11/30
碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验目的
• 观察和研究碳钢经不同热处理后显 微组织的特点；
• 了解热处理工艺对钢组织和性能的 影响
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碳钢的热处理后组织观察(PPT30页)
• 实验仪器与材料
• 仪器： XJP-3A( 双目 ) 金相显微镜； XJP-3C( 双目 ) 金相显微镜；
碳钢的热处理后组织观察
碳钢的热处理后组织观察碳钢是一种含碳量较高的合金钢，主要成分是铁和碳。
它具有优良的可加工性、强度和耐磨性。
碳钢经过热处理后，能够改变其组织和性能，使其满足不同应用的要求。
热处理是通过加热和冷却的方式，改变钢材的组织和性能。
碳钢的热处理包括退火、正火、淬火和回火等过程。
首先是碳钢的退火处理。
退火是将钢材加热到一定温度，然后在适当的条件下进行冷却，以达到使钢材组织中的晶粒细化和均匀化的目的。
退火后的碳钢，晶粒尺寸减小，晶界的清晰度增加，硬度下降，韧性提高。
退火处理可以消除应力、改变钢材的硬度和强度，提高其加工性能。
其次是碳钢的正火处理。
正火是将钢材加热到一定温度，然后冷却到室温。
正火处理可以提高碳钢的硬度和强度，改善其耐磨性和切削性能。
通过正火处理，碳钢的晶粒尺寸更加均匀，组织更加紧密，硬度更高。
接下来是碳钢的淬火处理。
淬火是将钢材加热到高温后迅速冷却至室温。
淬火处理使得碳钢组织变为马氏体组织，表面硬度极高，内部组织变脆，但具有较好的耐磨性。
淬火处理后的碳钢通常具有高硬度、高强度和较低的韧性，常用于制作刀具、弹簧和齿轮等。
最后是碳钢的回火处理。
回火是将经过淬火处理的钢材再次加热到一定温度，然后进行冷却。
回火处理可以改变淬火处理后的组织，消除淬火时引入的内应力，并提高碳钢的韧性和可靠性。
回火处理后的碳钢具有较好的韧性、耐磨性和抗冲击性，适用于制作机械零件和工具。
总之，碳钢经过热处理后，其组织和性能得到改善，能够满足不同应用的要求。
不同的热处理方法和工艺参数会导致不同的组织结构和性能。
因此，在实际应用中，根据具体要求选择适当的热处理方法，可以使碳钢发挥最佳性能。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
一、研究背景
碳钢是一种广泛应用的材料，具有高强度、良好的塑性、耐腐蚀性，以及较低的成本等优点。
狭义的碳钢是指碳含量不高于2.06%的钢，一般指碳含量在0.25~2.06%之间的碳素低合金钢，简称碳钢。
碳钢的力学性能极大程度上受组织影响，因此，碳钢的热处理是提高其力学性能的关键手段。
二、热处理方法
碳钢在热处理过程中，主要是正火、回火、淬火和回火等，根据加工目的和钢种的不同，还有退火和淬拔，等等。
1.正火：正火是指把钢从室温升温到一定的温度（相当于细化、强化钢组织）后，室温或其他低温下的冷却过程。
将钢置于明火中加热，加热到一定温度（软化温度），停止着火，让钢自然冷却（细化钢组织）。
2.回火：回火是指将钢比正火温度高一点加热，然后用较低温度的流体（水、油等）冷却（增强钢组织）。
回火可以改善零件的机械性能，使其获得更高的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等。
3.淬火：淬火是把钢加热到一定的高温，然后用水、油、空气等低温流体进行冷却，使钢获得更高的强度、延展性和硬度。
碳钢热处理后的显微组织观察实验报告
碳钢热处理后的显微组织观察实验报告实验目的：通过对碳钢进行热处理，观察不同处理条件下的显微组织变化，了解热处理对材料性能的影响。
实验原理：碳钢是将铁和碳混合熔炼得到的一种合金。
由于碳元素的含量不同，可以分为低碳钢、中碳钢、高碳钢等。
在碳含量小于0.8%的碳钢中，碳的形态为固溶态，一般认为石墨化碳是一种强化剂，但是当碳含量高于一定程度时，石墨化碳就会成为材料的弱化因素，须采取措施排除其中的碳化物（Fe3C）。
其主要手段是通过热处理，使碳元素达到在钢中最佳状态。
热处理是指将材料加热到一定温度，然后以一定的速率冷却，以改变其组织和性能的过程。
其中，淬火是一种快速冷却的热处理方法，可使钢材组织变硬化；回火是在淬火后加热，然后缓慢冷却的过程，可使钢材组织变柔韧。
实验步骤：1. 选择一块碳钢，清洗干净，并用锉刀在表面画两条直线，以便观察显微组织变化。
2. 将碳钢样品置于电炉中，加热到红色，保持5分钟。
3. 将样品迅速取出，浸入凉水中进行淬火，使其从高温状态快速冷却。
4. 对淬火后的样品进行显微组织观察和比较。
5. 将样品置于烘箱中回火，温度和时间由指导老师指定。
实验结果：经过淬火处理的碳钢样品在显微镜下可以看到整齐排列的马氏体组织，该组织具有较高的硬度和脆性，在撞击或载荷作用下容易产生裂纹或断裂。
经过回火处理后，样品显微镜下的组织发生了改变。
马氏体逐渐转化成铁素体，呈现出蓝色和灰色的颜色。
在较高的温度下回火处理后，钢的组织相对缓和，同时也具有一定的硬度和强度。
通过本实验，我们了解到热处理对钢材的影响，并通过不同条件下的显微组织观察和比较，得出了淬火和回火处理对碳钢组织和性能的影响。
淬火处理可以使钢的组织变硬，但脆性也增加；回火处理则可以提高钢的韧性和强度，并减少脆性。
在实际应用中，需要根据不同的需要选择合适的热处理工艺。
碳素钢正火后得到的组织
碳素钢正火后得到的组织碳素钢是一种重要的结构材料，具有良好的机械性能和可塑性。
在钢的制造过程中，正火是一种常用的热处理方法，通过正火可以改善钢材的组织结构和性能，使其达到预期的要求，下面将详细介绍一下碳素钢正火后得到的组织。
在进行正火处理之前，碳素钢的组织结构主要由铁素体和珠光体组成。
铁素体是一种由铁和少量碳组成的晶体结构，具有较低的硬度和强度，而珠光体是由铁和碳组成的一种板条状结构，具有较高的硬度和强度。
然而，这种组织结构并不满足钢材的使用要求，因此需要进行正火处理来改善其组织结构。
在进行正火处理时，首先需要将碳素钢加热至适当温度，然后保持一定的时间，最后缓慢冷却。
通过加热和保温的过程，碳素钢中的碳原子开始扩散，与铁原子重新排列，形成新的组织结构。
经过正火处理后，碳素钢的组织结构主要由铁素体和珠光体组成。
在正火处理过程中，铁素体首先发生晶粒长大和晶界迁移，随着时间的延长，珠光体逐渐消失，取而代之的是新的珠光体和贝氏体。
贝氏体是一种由铁和碳组成的针状结构，具有极高的硬度和强度，是碳素钢中的主要强化相。
经过正火处理后，碳素钢的硬度和强度得到了明显提高，同时保持了一定的塑性。
通过适当调节正火处理的温度和时间，可以控制钢材的组织结构和性能，满足不同应用的要求。
例如，对于需要较高硬度和强度的零部件，可以采用高温正火处理；而对于需要更好的可塑性和韧性的零部件，可以采用低温正火处理。
需要注意的是，正火处理并不是一种简单的工艺，需要考虑多个因素的综合影响。
温度过高或保温时间过长可能导致过度晶粒长大和珠光体消失，从而影响钢材的性能。
因此，在进行正火处理时，需要根据具体材料的要求和工艺规范来进行合理的控制。
通过正火处理，碳素钢的组织结构得到了明显改善，硬度和强度得到了提高，同时保持了一定的塑性。
这使得碳素钢能够满足各种不同应用的要求，成为一种重要的结构材料。
在实际应用中，需要根据具体要求来选择合适的正火工艺参数，以获得最佳的组织结构和性能。
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碳钢热处理后的组织
一、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。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C 曲线）。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件；而CCT 曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。
1、共析钢等温冷却时的显微组织
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1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织
为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。
例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1中的υ1）应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到υ2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到υ3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至υ4、υ5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ4）称为淬火的临界冷却速度。
图1 图2
3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织
亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，如图2所示。
当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图2中υ1），转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大，即υ3>υ2>υ1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
因此，v1的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图6，图7）。
过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。
4、各组织的显微特征
（1）索氏体（s）：是铁素体与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色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）；
图3 托氏体＋马氏体
图4 上贝氏体＋马氏体
（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：
A、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4。
B、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，在显微镜下呈黑色针状（如图5）。
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55～60°的角度。
C、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a-Fe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、图7所示）
图5 下贝氏体
图6 回火板条马氏体
A、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。
B、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。
图7 针状马氏体＋残余奥氏体
图8 马氏体＋粒状渗碳体
（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，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态。
在图8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
A、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，在显微镜下呈黑色针状。
体温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色。
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。
B、回火屈氏体。
是中温回火（350～500℃）组织。
回火屈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9所示）。
中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
图9 回火托氏体
图10 回火索氏体
C、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10所示）。
回火索氏体具有良好的综合机械性能。
应当指出，回火屈氏体、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。