金属材料热处理_实验指导

1、金属材料热处理实验钢材成份、热处理工艺与性能之间关系的认识一、实验目的1、初步了解热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）的基本操作方法;2、初步了解在相同热处理条件下，碳钢的含碳量与硬度之间的关系；3、初步了解在成份相同的条件下，热处理工艺对硬度的影响；4、掌握测量硕度方法。二、实验说明在纯铁中加入2.11%以下的碳，既为碳钢。碳钢的性能除了与生产条件和含碳量有关外, 还与其热加工工艺有密切的关系。钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温冷却, 以改变其组织和性能的一种工艺。普通热处理有退火、正火、淬火、冋火等。现用锯条作演 示，观察“四火”的差异。三、实验内容1、热处理工艺试验 退火：加

2、热到780°c,保温10后,随炉冷却，此时锯条柔软，极易弯曲。 正火：加热到780°c,保温10后，出炉在静止的空气中冷却，此吋锯条较硕，仍可弯曲, 但反复几次后就断成两截。 淬火：加热到780°c,保温10'后，迅速出炉在水中或油屮冷却，此时锯条性能乂硬乂脆, 极易折断不弯曲。 回火：把淬火后的锯条，再加热到420°c,保温lh后，出炉空冷此时锯条强韧性高，脆 性降低。2、硬度试验生产屮常丿ij的彳更度有和布氏%更度洛氏硬度。 布氏硕度：主要设备有布氏硬度计和读数显微镜。常用hb-3000型布氏駛度计。试验时， 将试样放到载物台上，选择一载荷p

3、 （公斤）加载，把直径d （mm）的钢球，压入试样表面 并保持一定时间，然后卸去载荷，用读数显微镜（20倍）测出压痕直径d （mm）,查表即得 硬度值（见附录ii）。注意：布氏硬度计只能测量硬度较软的退火、正火工件，不能测硬度较硬的淬火、回火工件。 洛氏硕度：主要设备有洛氏硬度计。一般常用hr-100型洛氏硬度计，其原理是测量试样 表面“残留”的压印深度，最常用两种洛氏便度：hrc压头为金刚石圆锥体，沿直径截而的顶角为120",总载荷为150公斤，适用于淬火 钢、冋火钢、钛合金等硕度较高的试样 hrb压头采用直径为1.6mm的钢球，总载荷为100公斤，适用丁退火钢、铜合金、铝 合金等

4、硬度较软的试样。硕度值可直接从换度计的表盘刻度上读出。洛氏硬度的压印很小，可测餃薄材料，但对铸铁、轴承合金等材料，不亢采用。四、实验设备及材料1、加热炉、淬火水槽、淬火油槽、布氏碾度计、读数显微镜、洛氏駛度计；2、锯条、20、45、t8或t12钢试样。五、实验方法及步全班分成四组，进行下列试验：1、锯条的热处理演示；2、每组领取三个退火试样，测量布氏硬度；3、每组领取四个试样（经淬火和不同温度回火），测量洛氏硬度。六、实验报告要求1、把硬度值记录在表m和表12中,表不同成份钢退火后硬度钢号2045t8 (t12)布氏%更度hb表1-245钢淬火及回火硬度热处理工艺止常淬火840°c低

5、温回火180°c中温回火420°c高温回火600°c洛氏硬度hrc2、问题: 在相同的热处理条件下，含碳量对钢材性能有何影响？ 成份相同的钢材，在不同热处理条件下，性能有何变化?实验二钢中显微组织缺陷及非金属夹杂物的鉴定一、实验目的1、了解钢中常见的儿种显微组织缺陷的特征；2、了解钢中常见非金属夹杂物的特征及金相鉴定方法。二、实验说明（-）钢的显微组织缺陷钢的显微组织缺陷对其机械性能、工艺性能均有很人的影响。常见的缺陷有下列儿种：1、脱碳钢在加热和保温时，由于氧化作用是表层的碳全部或部分丧失的现象。全脱硕的组织为 铁素体，部分脱碳后的组织为铁素体加渗碳体。钢的脱碳

6、大大降低衣血硬度、耐磨性和疲劳 极限。在保护气氛屮加热或缩短钢材在炉中高温停留时间，均可减轻脱碳现象。2、过热过烧热处理时，加热温度过高引起使晶粒长人现象称过烧。它使钢的机械性能尤其是冲击韧 性下降，可以通过退火予以矫止。当晶界发生氧化或熔化现彖时，即为过烧。过烧后的工件 只能报废而无法使用。3、三次渗碳体含碳量接近0.02%的碳钢，热处理过程小，在700°c300°c实行缓慢冷却，三次渗碳 体将沿铁索体晶界析出，它的出现使钢的觀性显著降低。在上述温度范国内快速冷却，可防 止发生。4、魏氏组织铁素体或二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，成方向性分如即魏氏纽织。魏氏纽织的存在板 由晶

7、粒粗人，使钢的机械性能下降，可通过退火或正或予以消除。5、带状组织热加工着的低碳钢显微组织中铁素体和珠光体沿加工方向呈层状平行交替排列，称为帶 状组织。带状组织使钢的性能呈各向界性，并降低幫性和韧性，硬度不均匀。由合金元索偏 析带来的带状组织可通过高温长时间加热后快冷的方法予以改善。6、网状碳化物碳素工具钢、和经哦年工具钢、锯轴承钢等材料若热加工时温度过高、冷速过慢，碳化 物就会沿晶界析出呈网状碳化物。网状碳化物的存在削弱了金属间的结合，降低了钢的冲击 韧性，增加了钢的脆性。可通过政会予以改善和消除。7、碳化物不均匀性高速钢、合金工具钢钢锭凝固后，由于偏析，品热加工后组织中呈现碳化物不均匀分布

8、, 称碳化物不均匀性。常见有粗大碳化物聚集和碳化物呈条带现彖。它对导致工具热处理后产 牛裂纹，降低刀具的红驶性和耐磨性。改善浇铸条件和反复锻造有利于降低碳化物不均匀性。8、带状碳化物它是钢锭中显微组织偏析在热加工变形过程中延伸而成的碳化物富集带。帶状碳化物的 出现会造成零件回火后便度、组织不均匀性。9、碳化物液析在gc15轴承钢和cm、cwm等低合金高碳钢中，由于浇铸条件不良或锭型设计不合 理，使凝固后的钢碳含量很高，组织中存在部分莱氏体，这一现彖称为碳化物液析。液析莱 氏体小含有大量碳化物，在随后的热加工过程屮破碎成大块丛聚，烟渣制方向分布。将钢锭 进行均热或扩散退火再开坯轧制，可以消除。（

9、二）属夹杂物的显微组织钢中非金属夹杂物的存在，破坏了金属基体的连续性，降低其机械性能、物理性能、化 学性能及工艺性能。其影响的程度主要取决于夹杂物的性质、形状、大小、数量及分布状态。利用金相方法鉴别非金属夹杂物，常用夹杂本身在明场、暗场、偏振光下的一些特征来 判断。1、明场下非金屈夹杂物的特征（1）夹杂物的形状、大小和分布：由表而张力作用而形成的球状；由结晶学因索作川而形 成的多变性及树枝状；呈连续或断续的形式沿晶界分布的条带状；先生成相周围分布着后生 成相。（2）夹杂物的反射木领：夹杂物在明场下的颜色。如果夹杂物的光泽与金属基体表而接近, 认为其反射能力强；若暗黑无光，则反射能力弱；介于二者

10、z间，则反射能力中等。（3）夹杂物的化学性能：夹杂物被侵蚀质，将产生：完全被侵蚀掉夹杂物处留下坑洞；染上颜色或改变颜色；不赔侵蚀，不发生变化。（4）夹杂物的力学性能：可丿ih更度计来测量夹杂物的破度。工件表面的压痕形状、夹杂物 的剥落情况及磨制试样厉留下的“慧星尾”等均可间接反映出其换度、脆性和憑性。2、暗场及偏振光下非金属夹杂物的特征（1）夹杂物的透明度及色彩：根据夹杂物的透明程度，可分为透明、不透明和半透明三种。 不透明夹杂有一亮边，这是由于杂物折射到金属交界处后的一部分光由交接处反射出來所 致。若夹杂物是透明有色彩的，则在暗场下呈现其固有的颜色。（2）夹杂物的各向同性及各向异性效应：在止

11、交偏光镜下将显微镜载物台转动一周后无亮 度变化，而各向异性夹杂物在转动一周载物台中有四次消光、四次明亮现象。某些弱各向异 性的夹杂物，则在转动载物台一周中只有一次消光、二次明亮。-般结晶成等轴晶系的夹杂 物基本上是光学各向同性的，而非等轴晶系的夹杂物则具有明显的光学各向异性。（3）加杂物的黑十字现象：凡球状透明夹杂物，在正交偏振光下都产生中间贯以黑十字形 的明暗交替断续的同心环。这一现彖是h 丁透明夹杂物的规则球状外形所引起的，当球状外 形遭破坏时，黑十字现象也即消失。3、钢中常见夹杂物：夹杂物主耍有：氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物四大类。三、实验内容及步骤1、每人轮流观察脱碳、过热过烧、三次

12、渗碳体、魏氏组织、带状组织、网状碳化物、碳化 物不均性、碳化物液析等试样；2、每人轮流观察三氧化二铝、氧化铁、二氧化硅、硫化铁、硫化猛、氮化钛、硅酸盐等夹 杂试样，并用明暗场进行鉴定；3、轮流在偏光镜下观察夹杂物的各向异性和黑十字现象。四、实验设备及材料1、带偏光暗场的金相显微镜；2、制备好的显微组织缺陷及夹杂物试样。五、实验报告要求1、绘出各显微组织缺陷示意图，并说明其特征；2、绘出夹杂物显微组织示意图，并说明其特征。实验三 浇注条件对铸锭组织的影响一、实验目的1、了解铸锭纽织特征；2、研究不同浇注条件下对铸锭组织的影响。二、实验说明液态金属在凝固过程中，由于不同的结品条件，导致不同的组织形

13、貌。典型金属铸锭组 织的截血市三个晶区所组成：（1）表层细晶区：由细小等轴晶粒构成；（2）柱状晶区：由垂直于模壁层柱状晶构成；（3）中心等轴晶区：由粗大等轴晶构成。但在实际情况卞，三晶区的相对量及晶粒人小，随浇注条件的不同而不同。表层细品区 由于很薄，对铸锭性能影响不大，可忽略不计。次表层的柱状晶区组织致密，但在柱状晶交 界处，聚集着低熔点夹杂，形成脆弱的结合面，轧制时易在此开裂，所以对于杂质多、塑性 差的金属，不希望得到柱状品，单纯度高、燃性好的金属则无害。中心粗大的等轴品区纽织 不够致密易导致铸锭疏松。根据不同的需要，可通过改变浇注条件來控制三晶区的大小和细化品粒。品粒细化的基 本途径是形

14、成足够数量的晶核及限制晶核的长大。1、改变铸模的冷却能力增加铸锭冷却能力，提高温度梯度，可加速柱状晶区的发展。但以极快的速度冷却（如 水冷模壁）而铸模体积乂很小时，可获得全部的细小等轴晶，但此受到铸锭尺寸的限制；如 果降低铸锭的冷却能力，减小温度梯度，则有利于中心等轴晶的长大。2、改变形核条件在液态金屈屮加入变质剂，增加非均匀形核的核心，可使小心等轴品区扩大并使晶粒 细化；采用过热方法，将液态金屈中难溶质点的“活性”去处，导致非均匀性核的核心数日 减少,可获得较粗大的柱状晶区。3、改变液态金属的结晶组织用电磁搅拌、机械振动、加压浇注等方法，加强液态金属在铸模中的运动冲碎已生长 的晶粒以形成更多

15、的晶核而使晶粒细化。三、实验内容及步骤1、将铝块放入坷圳炉内，在电炉或马弗炉内加热溶化；2、加热到表中给定的浇注温度后，用钳子把i甘蝎取处，迅速浇注到铸模内；3、将冷却的铝锭取出水冷至室温，铸出表31中给定条件下的铝锭（铸模尺寸:内径30mm, 高100mm）,并打上记号；4、将铝锭用虎钳钳住，用锯子沿纵轴和横轴锯开,再用锂刀锂平,按上表编号;对断面用 280号、320号砂纸磨光，用水冲洗，酒精擦洗吹干；5、将制好的磨面侵入王水侵蚀，并來回移动，待铝锭组织露出时，取出，用水清洗、吹干;6、用肉眼或放人镜逐块观察分析组织的变化。表31铝锭的不同浇注条件序号铸模材料铸模厚度（mm）铸模温度（

16、76;c）浇注温度（°c）组织备注模壁模底0钢钢3水冷900三晶带12钢钢10室温780柱状晶 （柱晶间界）34钢钢10室温780细小等轴晶变质剂5-8钢耐10室温780柱状+等轴晶9-10耐钢10室温780柱状晶11 12耐耐10500780等轴粗品1314耐耐10室温780细小等轴晶变质剂四、实验设备及材料1、堆期炉、划圳、钳子、砂模、夹钳手锯、锂刀、30倍放大镜；2、纯铝块、变质剂、金相砂纸、抛光呢、土水。五、实验报告要求1、简述铝锭粗型试片制备过程；3、按1： 1比例绘出不同浇注条件下纯铝锭的宏观组织示意图，说明组织特点及形成原因。六、实验注意事项1、浇注时对准模子连续注入，

17、不能断续或停閹欠，如铝液中有溶渣，必须用铁板挡住，不能 进入模内；2、锯样品时，尽量不偏斜，横截血耍与纵轴垂直，纵截血要沿中心锯开；3、侵蚀时要在烟橱屮进行，千万不要将侵蚀剂溅到衣服和皮肤上。实验四金相样品制备一、实验目的掌握金相样品制备过程。二、实验说明用于金相检验的试样，表而必须平滑、尢划痕及其他缺陷，同时还必须能代表要检验 部分的组织特征。所以试样必须进行粘心制备，制备过程一般包括取样、镶嵌、燃光、抛 光、侵蚀等。1、取样金相试样最合适的尺寸为径12mm、高10mm的圆柱体，或底而积为12x12mm> 高10mm的正方柱体。对零件或材料进行分析，根据口的或国家标准，在其有代表部位截

18、取一小块试样，在 截取过程中，耍设法避免试样因截取加工不当而引起金相组织变化。常用的截取方法是软性材料用手锯、锯床、千床、刨床，硬而脆的材料用捶击法，特 别硬的材料用砂轮切割机。2、镶嵌对于尺寸很小或外观不规则的试样，就要进行镶嵌。镶嵌可分为冷镶嵌和热镶嵌。冷 镶嵌指在室温下使镶嵌料固化，一般适宜于不受压的软材料及组织结构对温度变化敏感或 熔点较低的材料。热镶嵌在镶嵌机内进行，即把试样和镶嵌料一起放入镶嵌机内加热加压 成型，冷却后脱摸。h前，热镶嵌法使用较为广泛。4、磨光1廿的是为了获得平整光滑的观察血，消除或减小切割时在试样观察面上产牛的变形。 磨光分为粗磨和细磨。首先川砂轮或蚀刀平整磨而然

19、后川金相砂纸由粗到细进行磨制。细 磨时将砂纸平铺在玻璃板上，拇指和中指夹住试样，食指压牢，单方向进行磨削，待前次 磨痕消除此次磨痕均匀时，再更换更细的砂纸，每换一次需将试样磨制方向转变90。，直 到磨痕在抛光时极易消除为止。常用金相砂纸的规格如表2-1 o表2-1常用金相砂纸规格编号010203040506粒度序号400 (m28)500 (m20)600 (mi4)800 (m10)1000 (m7)1200(m5)砂粒尺寸28-2020-14141010-775535注：表中多为厂家所用编号，目前没有统-规格4、机械抛光在抛光机上进行，本质是借助磨料尖角锐利的刃部，切去试样表面隆起的部位。

20、将抛 光织物用水浸湿、铺平、绷紧并固定在抛光盘上。启动时，抛光盘逆时针旋转，洒些适量 的抛光液即可。抛光织物常用帆布、毛呢、金丝绒、丝绸筹。常用抛光粉是氧化铝、氧化 銘、氧化镁粉等。r前，常川人造金刚石研擁膏代替抛光液。5、侵蚀试样的显微组织，必须用适当的方法将组织显露出来，常用化学侵蚀剂来侵蚀。把已抛光好的试样用水冲洗并同时用脱脂棉擦净，然后用酒精冲去磨面上的水，电吹 风吹干后，将沾有侵蚀剂的脱脂棉在抛光面上反复擦拭，直到变灰色为止，立即用流动水 冲洗观察面，滴些酒粘，迅速用电吹风吹干，即完成整个试样置备过程。常川侵蚀剂（见 附录i ）o三、实验内容及步骤1、每人领取一块试样，先在砂轮机上粗

21、磨，再依次用金相砂纸细磨；2、用水淸洗试样并进行机械抛光，直到试样成镜血；3、対抛光后的试样用流水冲洗，滴些酒精，立即用吹风吹t;4、用沾有4%硝酸酒精的脱脂棉擦拭抛光血，直至浅灰色，然后用水冲洗，滴上酒精迅速 吹干；5、在显微镜下观察组织。四、实验设备及材料1、砂轮机、抛光机、吹风机、金相显微镜：2、试样、金相砂纸、研磨膏、侵蚀剂、酒精、脱脂棉。五、实验报告要求1、简述制备试样的目的、过程、技术要点等，就如何制备高质量金相试样谈谈个人体会；2、绘出组织示意图，并注明材料、组织、放大倍数、侵蚀剂。六、实验注意事项1、用砂轮粗磨吋不可将试样斥的太紧，避免试样飞出伤人。为避免组织发生变化，应不断

22、川水冷却；5、砂纸磨制试样时，身体要端止、试样要拿平、用力要均匀，否则达不到要求；6、砂纸的砂粒磨钝后不立继续使用，否则砂粒对试样表血产牛滚压，增加表血变形；7、抛光前必须将手和试样清洗干净。实验五冷塑性变形对金属再结晶退火前后显微组织影响一、实验目的1、认识金属冷变形加工后及经过再结晶退火后的组织性能和特征变化；2、研究形变程度对再结晶退火前后组织和性能的影响。二、实验说明1、金属冷塑性变形后的显微组织和性能变化金属冷塑性变形为金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。金属在发牛犁性变形时，外 观和尺寸发牛了永久性变化，其内部晶粒由原来的等轴晶逐渐沿加工方向仲长，在晶粒内部 也出现了滑移带或挛品带

23、，当变形程度很大时，晶界消失，晶粒被拉成纤维状。相应的，金 属材料的硬度、强度、矫顽力和电阻等性能增加，而型性、韧性和抗腐蚀性降低。这一现彖 称为加工硬化。为了观察滑移带，通常将已抛光并侵蚀的试样经适量的犁性变形后再进行显微组织观 察。注意：在显微镜下滑移带与磨痕是不同的，一燉磨痕穿过晶界，其方向不变，而滑移带 出现在品粒内部，并且-般不穿过晶界。2、冷塑性变形后金属加热时的显微组织与性能变化金属经冷蜩性变形后，在加热时随着加热温度的升高会发生冋复、再结晶、和晶粒长大。（1）回复 当加热温度较低时原子活动能力尚低，金属显微组织无明显变化，仍保持纤维 组织的特征。但晶格畸变己减轻，残余应力显著下

24、降。但加工硬化还在，固其机械性能变化 不大。（2）再结晶金属加热到再结晶温度以上，组织发生显著变化。首先衣形变人的部位（晶界、 滑移带、李晶等）形成等轴晶粒的核，然后这些晶核依靠消除原來伸长的晶粒而长大，最后 原来变形的晶粒完全被新的等轴晶粒所代替，这一过程为再结晶。由于金属通过再结晶获得 新的等轴晶粒，因而消除了冷加工显微组织、加工硬化和残余应力，使金属乂重新恢复到冷 塑性变形以前的状态。金属的再结晶过程是在一定的温度范围能进行的，通常规定在一小时内再结晶完成 95%所对应的温度为再结晶温度，实验证明，金属熔点越高，再结晶温度越爲，其关系大致 为：t=0.4t 熔。（3）晶粒长人 再结晶完成

25、后，继续升温（或保温），则等轴晶粒以并容的方式聚集长大, 温度越高，晶粒越大。当再结晶退火温度一定时，变形量大小对再结晶的晶粒大小起决定性 的影响。当变形量很小时晶粒人小亳不变化。当达到某一变形量时，再结晶获得异常粗大的 晶粒，对应着一组大晶粒的变形度，称为临界变形度。一般铁5-10%,钢约为5%,铝23%。 由于粗大晶粒将显著降低金属的机械性能，故应避免金属材料在临界变形程度范围内进行压 力加工。超过临界变形量，由于各晶粒变形愈趋均匀，再结晶时形核率愈人，因而再结晶的 晶粒越细。三、实验设备及材料1、拉力试验机、加热炉、吹风机；2、工业纯铝片一套（试样尺寸200x101mm）、naon碱液、

26、王水。四、实验内容及步骤1、每组一套铝片，经350°c、30退火，以消除内应力；2、于铝片两端打上组号，在其中部垂直纵轴的方向画两条相距100mm的平行线，定出原始 长度lo；3、按规定的变形量在拉伸机上进行拉伸组号12345678伸长量12.54681012154将经不同变形后的试样在550°c加热保温半小时后空冷，侵入20%naoh溶液数分钟用水 洗吹干，再用王水（三份盐酸、一份硝酸）腐蚀数秒，显出晶粒后川水洗吹干；5目测（或用放大镜）样品的晶粒大小，数出每平方厘米内的晶粒数，求平均值（n）,算| 每一晶粒占的面积（1 /n）o五、实验报告要求1、作出铝的晶粒尺寸（1/

27、n） 形变量曲线，找出临界形变量，并讨论z；2、冋答：（1）怎样制作样品才能在显微镜下看到滑移带，为什么？（2）化学成分相同的材料，其再结晶温度为什么不是一个固定值？（3）为什么原始铝片要处理成退火状态？退火时为什么可以空冷？六、实验注意事项1、对试样不要擅自弯曲、敲击；2、试样两端号码如在拉伸时损坏，应及时在作记号；3、腐蚀时，特别要注意，不要将王水和碱液溅到衣服、皮肤上；4、不要在耀光处数读晶粒，读晶粒时将铝片微微移动，以免读漏。实验六 碳钢及铸铁的平衡组织观察一、实验目的1、熟悉碳钢及铸铁在平衡状态下的显微特征;2、分析铁碳合金的平衡组织为含碳暈的关系。二、实验说明铁碳平衡相图示分析钢铁

28、材料性能的基础，所谓平衡组织，是合金在极其缓慢冷却条件 下得到的纟i织。如图5-1所示。30020()1000fe 1.02.03.010c (%)5.0l6. 0 6. 69fe3cd fk00澀6 55o o3oo2* j %1< lr (rv zl ( zv oaj v) 1/ / ) 1/ / rk rk fv zx 1 0 9 8 7 6 5 4 11 1图51fe- fe3c平衡组织相图由fefsc相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织是有两个慕本相组成，即铁索体 与渗碳体。但对不同含碳量的合金，由于这两个基本相的相对数量、析岀条件、形态、分布 不同，因而呈现不同的显微组织特征

29、。其中渗碳体对合金性能影响很大。在碳钢中，渗碳体 一般可认为是一个强化相。（-）碳合金室温下基本组织特征1、铁素体（f）碳在a-fe屮的间隙固溶体，体心立方晶格，平衡态下含碳量低于0.02%o具有磁性及 良好塑性，硕度低，经3 4%硝酸酒精侵蚀后，呈白色等轴晶粒，晶界呈黑色，亚共析钢 时呈块状，当含碳量接近于共析成分时，则呈连续网状分布于珠光体周围。2、渗碳体（f®c）具有复杂晶格结构的间隙化合物，平衡态下含碳量为6.69%，用34%硝酸酒精侵蚀 后，呈亮门色，若用苦味酸钠溶液热侵后，呈黑褐色，山此可区分铁素体与渗碳体。山于形 成条件不同,渗碳体又可分为fe3c 1 （从液体中析出）

30、、fe3cn （从奥氏体中析出）、fe3cm （从 铁素体中析出）。3、珠光体（p）铁素体与渗碳体组成的细密机械混合物，平衡态下其含碳量为0. 77%。在高倍（600x） 显微镜下，可看到珠光体中片层相间的渗碳体和铁素体互相平行交替排列。在中等（400x左 右）放大倍数下，山于物镜的分辨率低于渗碳体层片厚度,渗碳体两侧边缘线无法分辨而合成 一条黑线。在放大倍数更低时（200x左右），铁索体与渗硕体的片层间距都不能分辨，珠光 体呈暗黑一片。4、低温莱氏体（ld，）珠光体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，含碳量为4.3%,。其显微组织特征为 渗碳体（包括共晶渗碳体和二次渗碳体）白色基体上分布着暗

31、黑色的珠光体。（二）铁碳合金平衡组织的显微分析根据组织特点及碳含量不同，合金可分为工业纯铁、钢、和铸铁三大类。1、工业纯铁含碳量低于0.02%的铁碳合金。其显微组织由单相铁素体和沿晶界分布的少量三次渗 碳体。2、碳钢含碳量0.02-2.11%的铁碳合金为碳钢。可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢。（1）亚共析钢 含碳量为0. 02-0. 77%的铁碳合金。室温下显微组织为恢素体和珠光体， 经4%硝酸酒精侵蚀后，铁素体呈白色块状，珠光体呈暗黑色。随含碳量的增加，珠光体量 增多，铁索体量减少，当含碳量大于0.60%时,铁索体呈网状分布在珠光体边界上.根据亚共析钢的平衡组织可用下式佔算钢的百分数：c%二

32、p%x0. 77%式中：c%二钢的含碳量p%二珠光体所占血积（2）共析钢含碳量为0.77%的铁碳合金。其室温下的噩微纟i织为珠光体。（3）过共析钢 含碳量为0. 77-2. 11%范围的铁碳合金。其室温下的组织为珠光体和二次 渗碳体。经4%硝酸酒精侵蚀后，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。若经苦味酸液 煮沸侵蚀后，则二次渗碳体网呈黑褐色，而亚共析钢中的铁素体网仍呈11色，此方法可区分 亚共析钢和过共析钢3、白口铸铁白口铸铁是含碳量在2. 11-6. 69%之间的铁碳合金。其屮的碳除极少量固溶于铁素体屮 外，儿乎全部与铁形成渗碳体。这种铸铁的断口呈口亮色，故称之为白口铸铁。按其含碳量 及平衡

33、组织不同，又可分为亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁三种。（1）亚共晶白口铸铁 含碳屋为2. 11-4.3%之间的铁碳合金室温下组织为珠光体、二次渗 碳体和莱氏体，经4%硝酸酒精侵蚀后，暗黑色块状或树枝状的珠光体（保留处境奥氏体的 枝晶形态）被一圈白色二次渗碳体所包围，在其周围分布着暗黑色散粒状变态莱氏体。（2）共晶口 口铸铁含碳量为4.3%的铁碳合金。其室温下的显微组织为变态莱氏体，即 白色渗碳体基体上分布着暗黑色粒状或棒状珠光体。（3）过共晶白口铁 含碳量为4. 3-6.69%的恢碳合金。其室温下显微组织为白色板条状一 次渗碳体分布在变态莱氏体基体上。4、灰口铸铁、球墨铸铁和可锻

34、铸铁含碳量大于2.11%的铁碳合金。碳除少量溶解于基体外，大部分以游离态的石墨形式存 在。金属基体分为珠光体、铁素体和珠光体+铁素体三种，形状大小不同的石墨分布在钢的 基体上。（i）灰口铸铁 碳以部分或全部片状石墨状态分布在三种基体上。断口呈暗灰色，浇注的 冷却速度越慢，越有利于促进石墨化。（2）球墨铸铁在熔化的铸铁液中加入一定量的球化剂（镁、钙、稀土等）后再浇注，是石墨 呈球状析出。球状冇墨分布在三种不同类型基体上，石墨呈黑色，铁索体呈白色，珠光体呈 墨色。（3）可锻铸铁白口铸铁经退火而成。只有铁素体和珠光体两种基体。棊体上分布着团絮 状石墨，石墨由渗碳体分解而得。（三）实验设备及材料1 金

35、相显微镜：2、按表5-1所给金相试样。表51平衡状态下碳钢和铸铁的显微组织特征类型含碳量(%)显微组织侵蚀剂处理状态工业纯铁0.02f+少量 fejcni4%硝酸酒精退火碳钢亚共析钢<0.77f+p4%硝酸酒粕退火共析钢0.77p4%硝酸酒精退火过共析钢0.77-2.11p+ fesc n4%硝酸酒精 或苦味酸钠退火白口铸铁亚共晶2.11-6.67p+l(t4%硝酸酒精铸态共品2.11-6.67ld，4%硝酸酒精铸态过共晶2.11-6.67ld' + fe3c i4%硝酸酒精铸态灰口铸铁f基体2.11-6.67f+片状石墨4%硝酸酒精铸态f+p基体2.11 6.67f+p+片状石

36、墨4%硝酸酒精铸态p基体2.11-6.67p+片状石墨4%硝酸酒精止火球墨铸铁f基体2.11-6.67f+球状石墨4%硝酸酒精铸态f+p基体2.11 6.67f+p+球状石墨4%硝酸酒精铸态p基体2.11-6.67p+球状石墨4%硝酸酒精正火可锻铸铁f基体2.11-6.67f+团絮状石墨4%硝酸酒精可锻化退火p基体2.11-6.67p+团絮状石墨4%硝酸酒精可锻化退火三. 实验内容及步骤1、一人-组，在显微镜上观察上述试样的噩微组织；2、估测未知含碳臺的亚共析钢屮珠光体所占视场白分数。四. 实验报告要求1、绘出各种试样的金相显微组织图。标出组织，注明材料、处理状态、侵蚀剂、放人倍数;2、估算耒

37、知含碳量的亚共析钢含碳量；3、讨论在平衡状态下恢碳合金的组织和含碳量的关系，并从定性和定量两方面加以分析;4、制表写出亚共析钢、共析钢和过共析钢的相组成物和组织组成物。实验七综合性实验热处理工艺对碳钢的显微组织和性能的影响一、实验目的1、了解热处理工艺对钢的显微纽织和性能的影响；2、熟悉热处理的基本操作规程。二、实验说明热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要口的是改变钢的性能，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h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

38、，主要是山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，从而获得所盂要的性能。钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。（-）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°c,过共析钢加热温度一般为as + 30-50°c （淬 火）或 acm+50-100°c （正火）。淬火后回火温度有三种,即：低温回火（150-2500、中温回火（350-500°c）.高温 冋火（500-650°c）o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，通常按工件育效

39、厚度，川下列经验公式计算加热时间：t=a*d式中 i-加热时间（min）a-加热系数（min/mm）d工件有效厚度（mm）淬火后冋火保温时间，要保证工件热透，使组织充分转变，一般为卜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°c以下再出炉空冷。止火采用空中冷却。淬火时常用水 或盐水冷却，合金钢常川油冷却。（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（an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

40、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（mj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

41、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钢在淬火加热温度钱低 吋（如760°c）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°c）可见到短针状马氏体；若淬火温度提高到1000°c, 由丁奥氏体晶粒粗大，从而获得粗大的马氏体。片状马氏体性能较便且脆。（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rh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硕度，还具有良好的切性与塑性。淬火组织中总会有一定数量的残余奥氏体，并口随着钢中含碳量的增加，淬火温度的提 髙，残余奥氏体的相对量也会增加，残余奥氏体不易受硝酸酒粘的侵蚀，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。根据冋火温度的高低，冋火组织对分 为以下儿类：（1）冋火马氏体：在150-250°c回火时形成的组织为回火马氏体。它是由极细小的弥散的 一碳化物和a _fc组成。冋火马氏体易于腐蚀，-般呈黑色，ii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