合金钢渗碳后的组织观察

钢的热处理组织分析判断方法一、观察方法：1.观察组织组成物和种类钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。

如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。

金相观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。

在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。

不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。

通过这些就可以判别被观察物的组成种类。

大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。

2.观察形态组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。

一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。

白色的块状物不是铁素体就是奥氏体或碳化物，黑色针状物不是马氏体就是下贝氏体，沿晶分布的白色块状或针状肯定是铁素体或碳化物（渗碳体）两者之一等等。

要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。

有时，还要精细观察是单一相还是复合相。

在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。

由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。

在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。

对于白色的可能是奥氏体或铁素体，更有可能是碳化物；对于黑色物，可能由于其极其细密，在常规倍数下观察根本无法分开。

渗碳层深度检测方法——金相法1金相试样的制备1.1 取样1.1.1取样原则表面处理零件的检验要求试样取自与处理表面相垂直的横截面，磨面必须平整不可有倒角、卷边，否则会导致处理层厚度的错误测试结果。

取样一般应遵循下述原则。

1）代表性。

对局部进行化学热处理的零件，必须在经表面处理过的部位取样。

对于大尺寸的零件，可在附带随炉试块上进行取样。

必要时在事务上取样，以利于对比分析。

2）重要性。

选择零件受力最大或最易损坏的薄弱部位。

在检查零件损坏原因时，必须在损坏的断口或者裂纹处截取试样。

截取试样不应该时试样发生组织变化为原则。

1）对渗层表面未淬硬的零件，可采用常规的机加工方法乳手工锯或车床、刨床等。

2）对已淬硬的零件，可用砂轮切割机（水冷）。

3）对大尺寸零件，先用氧乙炔割下一块，然后再用切割机在无热影响区域截取试样。

试样尺寸以磨面面积小于400mm2，高度15~20mm为宜。

1.1.2 金相试样选取1）纵向取样。

纵向取样是指沿着钢材的锻轧方向取样。

主要检验内容为：非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。

2）横向取样。

横向取样是指垂直于钢材锻轧方向取样。

主要检验内容为：金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度。

3）缺陷或失效分析取样截取缺陷分析的试样，应包括零件的缺陷部分在内。

取样时应注意不能使缺陷在磨制时被损伤甚至消失。

1.2清洗试样可用超声波清洗。

试样表面若有油渍、污物或锈斑，可用合适的溶剂清除。

任何妨碍以后基体金属腐蚀的镀膜金属应在抛光之前去除。

1.3试样镶嵌若试样过于细薄或过软、易碎、或需检验边缘组织、或者为便于在自动磨抛机上研磨试样实验室通常采用可采用热压镶嵌法和浇注镶嵌法较为方便。

所选用先前方法均不得改变试样原始组织。

1.3.1热压镶嵌法将样品磨面朝下放入模中，树脂倒入模中超过样品高度，封紧模子并加热、加压。

实验十三渗层的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1．掌握渗碳层、碳氮共渗层、氮化层、渗硼层组织的检验和评级方法。

2．正确使用金相标准进行评级。

二、实验原理为了提高某些机械零件表面的耐磨性、抗蚀性以及抗疲劳性能，而心部仍具有良好的强度和韧性，工业上一般采用化学热处理来实现。

将零件与化学物质接触，在高温下使有关元素进入零件表面的过程称为化学热处理。

包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。

因为这些工艺都是使零件的表面一定深度内的组织与结构有所改变。

金相检验就是对改变了的表层组织进行检查，以便按照相关的技术条件进行评定，以保证表面处理后的零件质量。

（一）钢的渗碳层的组织检验1、渗碳后缓冷状态的组织低碳钢渗碳后表层含碳量一般在0.8-1.0%相当于过共析钢。

所以渗碳缓冷的组织由三部分组成。

第一层：过共析层，组织为片状珠光体及网状渗碳体。

第二层：共析层，组织为片状珠光体。

第三层：亚共析层，组织为片状珠光体及铁素体，铁素体数量愈来愈多至心部。

缓冷条件下，最外层出现网状渗碳体属正常现象，但淬火后应被消除掉，若存在将使零件表面增加脆性，对应用不利，淬火后不希望存在。

2、渗碳层深度的测定方法有:剥层化学分析法、断口法、金相法、显微硬度法。

任讲其中两种方法：（1）金相法：试样在缓冷状态下进行。

①从试样表面测到过渡层之后为渗层深度，即过共析层+共析层+过渡层。

标准规定过共析层+共析层之和不得小于总渗碳层深度的40-70%，保证过渡不能太陡，有一定的坡度。

②过共析层+共析层+½过渡层之和为渗层深度。

优点和断口法有效硬化层相近。

③等温淬火法，如18Cr2Ni4W属马氏体钢，850℃加热后在280℃等温，数分钟后水冷，含碳量＞0.3%的区域形成M，而近于0.3%的区域MS点高形成回火马氏体，试样浸蚀形成白色区域和黑区的界线。

（2）显微硬度法（淬火、回火件）：显微硬度法，用9.8N负荷，以试样边缘起测量显微硬度值的分布梯度。

钢的热处理后的组织观察与分析实验报告钢的热处理后的组织观察与分析实验报告一、实验目的1、观察热处理后钢的组织及其变化；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响二、实验原理（一）钢的热处理工艺钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种加工工艺。

淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。

所谓淬火就是将钢件加热到 Ac 或 Ac1 以上，保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理操作。

（1）淬火加热温度：根据Fe—Fe3C相图确定，如图 1 所示。

对亚共析钢，其加热温度为 Ac3 十30~50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。

如果加热温度不足( 如低于Ac3) ，则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。

对于共析钢、过共析钢其加热温度为 Ac1＋30～50℃，淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。

未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨性。

过高的加热温度( 如高于Acm)，会因得到粗大的马氏体，过多的残余A 而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增。

（2）回火温度：回火温度决定于要求的组织及性能。

按加热温度不同，回火可分为三类：低温回火：在 150～250℃回火，所得组织为回火马氏体。

硬度约为 HRC57～60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。

一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。

中温回火：在 350~5000C回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为 HRC40~48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。

因此它主要用于各种弹簧及热锻模。

高温回火：在 500～650~；回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为 HRC25~35。

其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连扦螺栓，汽车半轴以及机床主轴等。

2、保温时间的确定为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定时间。

钢的热处理组织分析判断方法钢的热处理组织分析判断方法金属的热处理是否合格，重要的判断是金相组织，下面将简要介绍热处理的分析判断方法，有不对的地方请大家指正。

一、观察方法：1.观察组织组成物和种类钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。

如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。

金相观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。

在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。

不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。

通过这些就可以判别被观察物的组成种类。

大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。

2.观察形态组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。

一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。

白色的块状物不是铁素体就是奥氏体或碳化物，黑色针状物不是马氏体就是下贝氏体，沿晶分布的白色块状或针状肯定是铁素体或碳化物（渗碳体）两者之一等等。

要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。

有时，还要精细观察是单一相还是复合相。

在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。

由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。

在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。

实验五碳钢、合金钢、铸铁、有色金属典型组织观察一、实验目的1、观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征；2、了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。

二、概述（一）碳钢的显微组织铁碳合金缓冷后的金相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，但碳钢在不平蘅状态，即在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来分析，而应由过冷奥氏体转变曲线图—C曲线来确定。

图1为共析碳钢的等温转变C曲线图。

图1 共析碳钢的C曲线图按照不同的冷却条件，过冷奥氏体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1所示。

表1 共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能转变类型组织名称形成温度范围（℃）金相纤维组织特征硬度（HRC）珠光体型相变珠光体（P）>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~20（HB180~200）索氏体（S）600~650在800-1000倍以上的显微镜卜才能分清片层状特征，在低倍镜下片层模糊不清25~35屈氏体（T）550~600 用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显微镜(5000-15000x) 下才能看出片层组织35~40贝氏体型相变上贝氏体（B上）350~550 金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40~48 下贝氏体（B下）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)，过热淬火时呈粗大片状马氏体62~651、钢的退火和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，退火后可得到近似平衡状态的组织。

过共析成分的碳素工具钢（如T10、T12钢等）则都采用球化退火，球化退火后获得粒状珠光体组织。

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。

实验九合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察实验项目名称：钢在热加工后常见的缺陷实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的1、观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。

2、了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。

二、实验内容和要求合金钢的性能之所以比碳钢优越，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，它们的加入改变了钢的内部组织与结构，其相变温度也是很大变化的。

铸铁的组织（除白口铸铁外）可以认为是钢的基体上分布着不同形态、尺寸和数量的石墨，其中石墨的形状及数量变化对性能起着重要作用，所以正确认识和鉴别各类铸铁的金相组织对估计和评定铸铁的质量和性能有着重要意义。

有色金属和合金具有某些独特的优异性能，例如铝合金比重小而强度高；铜及铜合金导电性极好，耐蚀性强；铅与锡合金具有良好的减摩性等，而这些性能特点也无不与其内部组密切相关。

下面着重研究和分析各种不同类型合金材料的组织特点。

（一）合金钢合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在基本相有：合金铁素体、奥氏体、碳化物（包括渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。

其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。

（1）高速钢高速钢是高合金工具钢，以具有良好的热硬性（或红硬性）著称。

这里以典型的W18Cr4V（简称18-4-1）钢为例加以分析研究。

W18Cr4V的化学成分为：0.7~0.8%C，17.5~19%W，3.8~4.4%Cr，1.0~1.4%V，≤0.3%Mo。

由于钢中存在大量的合金元素（大于20%）因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe4W2C、VC等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。

高速钢的热处理状态有铸态组织，退火组织、淬火及回火后的组织。

实验六渗碳钢的微观组织观察及渗碳层的测定一、实验目的1、了解渗碳工艺。

2、了解钢渗碳时渗碳层深度与渗碳温度和渗碳时问的关系。

3、熟悉渗碳及热处理后的组织特征。

4、掌握金相法测定渗碳层厚度的方法。

二、实验原理渗碳是目前机械制造工业中应用最广泛的一种化学热处理方法。

增加钢件表面含碳量的化学热处理称为渗碳，渗碳的目的是使钢件获得硬而耐磨的表面，同时又保持韧的中心。

对于进行渗碳的钢材，其碳的质量分数一般都小于0.3％，渗碳温度一般取900~930℃，即使钢处于奥氏体状态，而又不使奥氏体品粒显著长大。

近年来，为了提高渗碳速度，也有将渗碳温度提高到1000℃左右的，渗碳层的深度根据钢件的性能要求决定，一般为l mm左右。

钢渗碳缓冷后的显微组织符合铁-碳平衡相图，表面到中心依次是珠光体和渗碳体、珠光体、珠光体和铁素体，一直到钢材的原始组织。

渗碳的过程是碳原于在γ-Fe中的扩散过程，根据扩散的费克第二定律，如炉内的碳势一定，则渗碳层深度与渗碳时问和渗碳温度有如下关系：X=其中，0Q RTD D e−=⋅测量渗碳层深度可用显微硬度法和金相法。

本实验采用金相法，即在显微镜下通过测微目镜测量。

渗碳层的深度是从表面量到刚出现钢材的原始组织为止。

另外，还可用显微硬度法测量渗碳层厚度，即试样抛光后不要腐蚀，直接打显微硬度，最表面一点压痕离试样表面0.05mm为宜，这一点也可作为表面硬度值，然后向里每移动0.10 mm测一压痕，一直测到心部或低于450 HV处为止，然后将各点所测硬度值绘制成硬度分布曲线，并求有效硬化层深度。

有效硬化层深度是由表面垂宣至550HV处的距离，用D C表示。

渗碳一般在气体或固体的渗碳介质中进行。

煤油是常用的气体渗碳介质。

气体渗碳的一个主要优点是可以控制碳势。

控制碳势的方法有露点仪、红外CO2分析仪和氧探头等几种。

三、实验设备和材料井式渗碳炉、金相显微镜(带测微目镜)、40Cr钢(齿轮)。

四、实验内容1、从渗碳处理后的40Cr钢(齿轮)上取20个5-10mm长度的试样。