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
转变
类型 组织名称 形成温度范围
（℃） 金相显微组织特征 硬度（HRC）
珠
光
体
型
相
变 珠光体
（P） A1~650 在400~500倍金相显微镜下可观察到铁素体和渗碳体的片层状组织。 5~20
索氏体
（S） 650~600 在800~1000倍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。 20~30
托氏体
（T） 600~550 用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显微镜（5000~15000×）下才能看出片层组织。 30~40
贝氏体
型相变 上贝氏体
（B上） 550~350 在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状。 40~48
下贝氏体
（B下） 350~220 在金相显微镜下呈黑色针叶状。 48~58
马氏体
型相变 马氏体
（M） <230 呈细针状马氏体（隐晶马氏体），或板条状马氏体 60~65
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。
Fe—Fe3C相图平衡组织
序号 材 料 状 态 组 织 说 明
1 工业纯铁 退火 F．白色等轴晶为F晶粒，黑色网络为晶粒之间的边界，即晶界。晶界原子排列不规则，自由能高，易浸蚀，形成凹槽，故呈黑色。其上有黑色小点的氧化物。
2 20钢 退 火 F+P。白色晶粒为F，黑色块状为片状P。放大倍数低，P的层片结构未显示出来。20钢含碳量低，F占76%，P占24%，所以显示出了黑色网络的F晶界。
3 45钢 退 火 F+P。白色晶粒为F，黑色块状为片状P。P的层片结构，亦未明显显示。45钢含碳量比20钢多，F下降到42.7%，P增到57.3%
4 65钢 退火 F+P。白色基体为片状P。白色呈网络状分布的为F。P片层结构亦未明显显示。65钢含碳量接近共析成分，基体组织中的P明显增加，已达84%，F量相应减少。F仅为16%。
5 T8钢 退 火 片状P。P是F与Fe3C相同排列的机械混合物。F为白色，Fe3C为黑色，两者呈片状相间排列，形如指纹。它是高温A进行共析反应的产物。有的试样含碳量偏下限，会有少量的F出现。当物镜的鉴别能力小于Fe3C片层厚度，Fe3C呈黑色片条状。当物镜的鉴别能力大于Fe3C片层厚度，则白色Fe3C条片会明显显示出来。
6 T12钢 退 火 P+Fe3CII。黑白相间的层片状基体为P。晶界上的白色网络为Fe3CII。T12为过共析钢，共析反应前，Fe3CII首先沿A晶界呈网络状析出。嗣后，随着温度的下降到共析温度，发生共析反应，剩余A全部转变为片条状P。网状Fe3CII可采用正火处理清除。
7 T12钢 退火 P+Fe3CII。用碱性苦味酸钠溶液浸蚀。Fe3C染成黑色，Ｆ仍保留白色。故黑色网络为Fe3CII，余为Ｐ。浸蚀浅，层片状Ｐ未显示呈灰白色。
8 亚共晶生铁 铸 态 P+Fe3CII+Ld`。斑点状基体为共晶Ld`，黑色人枝晶为P，系初生A转变产物，故成大块黑色。Fe3CII与Ld`中的Fe3C连成一片，均成白色人，不能分辨。它随着生铁中含碳量增加，P量减少，Ld`增多。
浅析如何避免45钢零件在使用中的常见问题
作者： 鲁玉玲
来源：《科技资讯》 2013年第13期
鲁玉玲
(山西冶金技师学院 山西太原 030003)
摘 要:本文描述了45钢的化学成分、工作条件及性能特点,列举了45钢在使用过程中的问题案例,征对性地分析了问题原因,提出了防止这些问题的方法和措施,提高了45钢零件的使用可靠性;
关键词:45钢零件 常见问题 分析方法和措施
中图分类号:U465 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(a)-0086-01
1 45钢的化学成分、工作条件及性能特点
1.1 45钢化学成分
含碳(C)量是0.42%～0.50%;Si含量为 0.17%～0.37%;Mn含量0.50%～0.80%;Cr含量≤0.25%;Ni含量≤0.30%;Cu含量≤ 0.25%。
1.2 45钢工作条件及性能特点
45钢是一种优质碳索结构钢。可做结构件,还可做工具。通常将45钢经过淬火和高温回火处理后成为调质钢,属于典型的低淬透性中碳调质钢,调质处理后的组织为回火索氏体组织[1]。获得良好的综合机械性能。广泛应用于各种重要的结构零件,特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等许多机器设备上的重要零件。45钢经过调质(或正火)后,可得到较好的切削性能,而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能,淬火后表面硬度可达45～52HRC。
2 目前45钢在使用过程中出现的问题
多年来人们在生产中不断积累45钢的生产与应用经验,但目前45钢在使用过程中存在着一些常见问题有待探讨解决。如:(1)某公司生产的轴类零件(45、直径15长度380、要求HRC40-50、跳动小于0.2、工艺为840、12 min,160度硝盐冷却)有时会发生不同批次的材料硬度不合格情况。(2)某公司使用45钢制作的轧尖机上轧辊在生产中造成数根轧辊淬火开裂,裂纹现象,部位是在轧辊的螺纹齿根部、用铁锤轻轻一敲,沿着螺纹齿边就敲掉一块。
1.45淬火有效直径在6~10mm左右的时候,及易开裂,此时如果硬度要求不高HRC45左右的话最好用亚温淬火,淬火加热温度760~770;若是用于一般的场合,受力不高也不复杂时,不用热处理热轧供应态就可以;若受力再高点可以正火态应用,若局部表面需耐磨可加表面淬火;若受力略有冲击要求有韧性或疲劳要求可以调质处理应用,若局部表面需耐磨可加表面淬火;表面淬火可采用火焰加热,但不均匀,也可用高频或中频加热表面淬火,若是长轴类零件表面淬火,一定要采取措施,防止由于加热膨胀而两端顶尖顶死,而迫使轴弯曲,很厉害的,一定要主意吆
2.调质是改善材料的综合机械性能，感应淬火着重于调高材料的表面硬度、强度和耐磨性。要不要调质取决于零件的使用性能要求。调质后细化了组织有助于提高感应淬火后的表面硬度。、
3. 处理前正火状态硬度也即供货状态的硬度大概在160~220HB，45表淬可以到HRC60
处理前调质状态硬度也即供货状态的硬度大概在204~248HB,45表淬也可以到HRC61—62
4. 调质后高频，能获得较好的心部韧性与高的表面硬度、耐磨性。
5. 不调质同样能高频，调不调质与高频淬火效果没有太大影响，要不要高频还是取决于你的零件用途。如果你要求零件具有最好的综合机械性能，最好还是调质。
45号钢在处理前硬度也即供货状态的硬度大概在160~220HB，45表淬可以到HRC60。 6.
1.感应淬火前的预处理(调质,正火等)对感应淬火的性能和效果是绝对有影响.
2.调质预处理后进行高频淬火的性能最好.
3.感应淬火前的45#钢的硬度取决于预先热处理状态以及设计者对零件的技术要求.
4.45#钢在高频淬火后的硬度可以达到HRC60左右, 但是一般控制在55左右.
5.国内有特出要求的零件用中碳钢制造然后进行渗碳,但是渗碳的技术指标要求特别,比如层深等.
7. 无论是45钢,还是40cr,包括大多数工具钢，合金钢，调质后再高频，都更容易获得稳定的淬硬层，对小于８mm直径的产品不易出现软点，工艺更容易保证．
