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热处理各个金相组织 金相组织的定义 1 金相组织简介 金相组织 用金相方法观察到的金属及合金的内部组织 可以分为 1 宏观组织 2 显微组织 金相即金相学 就是研究金属或合金内部结构的科学 不仅如此 它还研究当外界条件或内在因素改变时 对金属或合金内部结构的影响 所谓外部条件就是指温度 加工变形 浇注情况等 所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分 金相组织是反映金属金相的具体形态 如马氏体 奥氏体 铁素体 珠光体等等 2 奥氏体与铁素体 奥氏体 碳与合金元素溶解在 fe中的固溶体 仍保持 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 2020 1 7 13 回火索氏体 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 14 莱氏体和粒状珠光体 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 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 魏氏体组织 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 16 金相特征 索氏体 碳钢退火 正火后可得到平衡组织 淬火后则得各式各样的不平衡组织 这样 在研究钢热处理后的组织时 不仅要参考铁碳状态图和C一曲线 而且还要熟悉以下基本组织的金相特征 索氏体 是铁素体与片状渗碳体的机械混合物 片层分布比珠光体细密 在高倍 700 左右 显微镜下才能分辩出片层状 17 金相特征 屈氏体 屈氏体 也是铁素体与片状渗碳体的机械混合物 片层分布比索氏体更细密 在一般光学显微镜下无法分辩 只能看到黑色组织如墨菊状 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 则呈大块黑色晶粒状 只有在电子显微镜下观察才能分辩其中的片层状 层片愈细 则塑性变形的抗力愈大 强度及硬度愈高 另一方面 塑性及韧性则有所下降 18 金相特征 贝氏体 1 贝氏体 从金相形状看 贝氏体主要有三种形态 即羽毛状上贝氏体和针状下贝氏体 粒状贝氏体 上贝氏体基本特征 条状铁素体大致平行排列 在铁素体条间分布与铁素体条轴相平行的条状渗碳体 同时铁素体条内有较高的位错密度 在上贝氏体中 渗碳体条间距决定于铁素体条的宽度 通常经珠光体的片间距大 且渗碳体的分布是断断续续的 上贝氏体的强度较低 同时由于在铁素体条间存在着狭长的碳化物沉淀 使条间易于断裂 故生产中应尽量避免这一组织产生 19 金相特征 贝氏体 2 下贝氏体 是黑色针状 有一定取向 比淬火马氏体易腐蚀 极相似于回火马氏体 下贝氏体组织特征 针状铁素体内沉淀有碳化物 碳化物的取向与铁素体的长轴成55 60 粒状贝氏体 在低中碳合金中 特别是连续冷却时 如正火 热扎空冷或焊接热影响区 往往出现这种组织 在等温冷却时也可能形成 其形成温度在中温转变区的较高温度 是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成 岛状组织刚形成时为富碳奥氏体 随后的转变可以有三种情况 分解为铁素体和碳化物 发生马氏体转变 仍然保持为富碳的奥氏体 20 金相特征 马氏体 1 所谓马氏体就是碳在 Fe中的过饱和固溶体 马氏体组织形成按其碳含量的高低分为两种 即板条状马氏体和片状马氏体 板条状马氏体 一般低碳钢和低碳合金钢淬火后得到板条状马氏体组织 其组织特征 尺寸大致相同的细马氏体定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域 在领域与领域之间位向差较大 一颗原始的奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域 条状马氏体具有较低的硬度 好的韧性 21 金相特征 马氏体 2 片状马氏体 含碳量较高的钢中淬火后马氏体呈片状 针状 透镜状 竹叶状 存在 它区别于条状马氏体的主要特征是 条状马氏体中毗邻的一根根马氏体是平行的 长度大致相同的狭条 而在片状马氏体中片间不互相平行 在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体较粗大 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片的大小受到限制 因此片状马氏体的大小不一 同时有些马氏体有一条中脊面 并在马氏体片周围有残留奥氏体存在 片状马氏体具有高的硬度 低的韧性 22 金相特征 回火金相 回火马氏体 片状马氏体经低温回火 150 250 后 得到回火马氏体 它仍具有针状特征 由于有极小的碳化物析出使回火马氏体易受浸蚀 所以在光学显微镜下 颜色比淬火马氏体深 回火屈氏体 淬火钢在中温回火 350 500 后 得到回火屈氏体组织 其金相特征是 原来条状或片状马氏体的形态仍基本保持 第二相析出在其上 回火屈氏体中的渗碳体颗粒很细小 以致在光学显微镜下难以分辩 用电镜观察时发现渗碳体已明显长大 回火索氏体 淬火钢在高温回火 500 650 回火后得到回火索氏体组织 它的金相特征是 铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体 碳钢调质后回火索氏体中的铁素体已成等轴状 一般已没有针状形态 回火屈氏体 回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物 它的渗碳体是颗粒状的 且均匀地分布在 相基体上 而屈氏体 索氏体是奥氏体过冷时直接形成 它的渗碳体是呈片层状 回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性及韧性 23 硬度 硬度实验是工业生产和科学