【材料课件】实验九碳钢热处理基本组织观察

碳钢热处理基本组织观察目的1．认识碳钢经不同方式热处理后的典型显微组织特征；2．了解热处理工艺对组织的影响。

一、相关知识1．TTT曲线2．碳钢的退火和正火碳钢的退火组织也就是铁碳合金的平衡组织，以前的实验已经观察过。

亚共析钢的正火组织形式上很象退火组织，这是的珠光体层片较细，整体为灰黑色，理论上讲，铁素体的含量应比平衡状态略少，相差并不明显。

过共析钢一般进行球化退火，得到球化珠光体，正火仅用于消除二次渗碳体网，得到颗粒状的碳化物和细片状珠光体，紧接着进行球化退火。

3．碳钢的等温淬火组织上贝氏体：在500－350℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶界向内发展，成羽毛状，片间间断分布碳化物。

为了清楚看到这种组织，在生成部分上贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。

上贝氏体：在320－250℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶内成透镜状，或象竹叶状。

片内部有非常细小分布碳化物，整体浸蚀后为暗灰色。

为了清楚看到这种组织，在生成部分贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。

4．碳钢的淬火组织小试样奥氏体化后水冷，可以全部淬透，得到马氏体和少量残余奥氏体。

低碳马氏体(板条马氏体)：在光学显微镜下，板条马氏体为一束束相互平行的细长条状，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群。

高碳马氏体(针状马氏体)：在光学显微镜下，片状马氏体呈针状或竹业状，片间互不平行呈一定角度，其立体形态为双凸透镜状。

针的粗细决定于奥氏体晶粒的大小，通常其针细小，在光学显微镜下不能看清，称为隐针马氏体。

T10正常加热温度为760℃，若过热(温度820℃，为能了解其形态)，就可看到其针状的形貌。

5．碳钢的回火组织回火马氏体：形状同淬火态，但内部有碳化物，浸蚀后的颜色变暗。

回火曲氏体：原马氏体形态不可见，弥散的Fe3C析出，组织一般为灰暗色。

回火索氏体：在铁素体的基体上分布小颗粒状的渗碳体。

6．低碳钢渗碳后炉冷组织920℃渗碳后，表层的含碳量接近Acm线，逐渐降低，到心部为原始的低碳(或纯铁)，炉冷后得到平衡组织，从表到里，经过过共析(珠光体＋网状渗碳体)、共析(珠光体)、亚共析(铁素体＋珠光体)的逐渐过渡。

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。

碳钢的热处理及非平衡组织观察碳钢是指含有0.02%至2.11%碳的铁碳合金，是最常见的钢材之一、热处理是通过加热和冷却等工艺来改变材料的物理和力学性能的过程。

在碳钢的热处理中，常见的工艺包括退火、正火、淬火和回火等，各个工艺对应的非平衡组织观察也有所不同。

首先是退火工艺。

退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。

通过退火处理，碳钢中的过饱和固溶体会形成晶粒，同时还能消除应力和负的显微组织。

在退火过程中，可以观察到一些非平衡组织。

例如，在较高温度下（通常在固溶体区域内），钢材中的过饱和固溶体形成的亚结构可以通过电子显微镜进行观察。

此外，通过退火处理，钢材中的非均匀位错分布和析出相等也可以被观察到。

其次是正火工艺。

正火是将钢材加热到一定温度，然后用适当速度冷却的过程。

正火处理在提高材料硬度和强度方面非常有效。

在正火过程中，可以观察到非平衡组织的形成。

例如，在冷却速率较高的情况下，钢材中会形成马氏体，在金相显微镜下可以观察到马氏体的形貌和分布。

此外，正火处理还可以导致一些晶体缺陷的形成，如晶界偏析、位错堆积等，这些缺陷可以通过电子显微镜和X射线衍射来观察。

然后是淬火工艺。

淬火是将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却的过程。

淬火处理可以获得高硬度和高强度的钢材。

在淬火过程中，可以观察到许多非平衡组织。

例如，在冷却速率非常快的情况下，钢材中的奥氏体会发生相变，形成马氏体。

在金相显微镜下，可以观察到马氏体的形貌和分布，并通过衍射技术来分析其结构。

最后是回火工艺。

回火是将淬火后的钢材再次加热至较低温度，然后适当冷却的过程。

回火处理可以改善淬火后的钢材的韧性和稳定性。

在回火过程中，可以观察到一些非平衡组织的形成和变化。

例如，在回火温度较高的情况下，马氏体会开始分解，形成回火马氏体和残留奥氏体。

通过金相显微镜和衍射技术，可以观察到这些非平衡组织的形貌和分布，并进一步分析其对材料性能的影响。

综上所述，碳钢的热处理对材料的物理和力学性能具有显著的影响。

热处理后碳钢显微组织的观察和分析
一、热处理后碳钢微观组织特征
热处理后的碳钢显微组织的形态，取决于处理工艺，以及处理过程中温度的变化对热处理后的金属组织产生的影响。

在不同的温度下，碳钢的形状和结构都有所不同。

经过热处理，碳钢的微观组织结构完全改变，形成长形的α-铁结晶，而且α-相和δ-相在晶粒中是杂合状态。

δ-相是一种大小不一的晶粒，其中有些晶粒具有碳的低温晶体，其他晶粒是碳的熔融晶体或乳白状熔融晶体。

1、在观察热处理后的碳钢显微组织时，可以看到宏观表面的肥厚和裂纹等痕迹。

此外，可以看到以及通过显微镜观察所分离的α-相和δ-相的晶粒。

通常，α—相晶粒的大小比δ—相的晶粒大，在显微图中可以看到α—相晶粒与δ—相晶粒的互相混合。

2、根据显微照片的结果，可以计算出α—相晶粒和δ—相晶粒的大小分布，以及晶粒之间的空间分布。

通过计算，可以获得α—相和δ—相晶粒的平均尺寸，以及晶粒尺寸的标准偏差。

此外，还可以检查α—相和δ—相晶粒的尺寸变化情况以及晶粒结构的变化情况。

三、总结
热处理后的碳钢显微组织特征，取决于处理工艺。