下载文档原格式
合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容及方法指导实验报告要求思考题一：实验目的(1)观察各种常用合金钢、有色金属和铸铁的显微组织.（2)分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。
二:实验说明1．几种常用合金钢的显微组织一般合金结构钢、低合金工具钢都是低合金钢。
即合金元素总量小于5％的钢,由于加入了合金元素，使相图发生了一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有质的区别。
热处理后的显微组织仍然可借助C曲线来分析，除了Co元素之外，合金元素都使C曲线右移，所以低合金钢用较低的冷却速度即可获得马氏体组织。
例如，除作滚动轴承外，还广泛用作切削工具、冷冲模具、冷轧辊及柴油机喷嘴的GCrl5钢，经过球化退火、840～C油淬和低温回火，得到的组织为隐针或细针回火马氏体和细颗粒状均匀分布的碳化物以及少量残余奥氏体.高速钢是一种常用的高合金工具钢.如W18Cr4V高速钢，因为含有大量合金元素，使Fe-Fe3C相图中点E 大大向左移动,所以它虽然只含有w（C）=0．7%~0．8％碳，但已经含有莱氏体组织。
在高速钢的铸态组织中可看到鱼骨状共晶碳化物，如图1所示。
这些粗大的碳化物，不能用热处理方法去除，只能用锻造的方法将其打碎.锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和分布均匀的碳化物组成（图2)。
大颗粒碳化物是打碎了的共晶碳化物。
高速钢淬火加热时，有一部分碳化物未溶解,淬火后得到的组织是马氏体、碳化物和残余奥氏体(图3）。
碳化物呈颗粒状,马氏体和残余奥氏体都是过饱和的固溶体,腐蚀后都呈白色，无法分辨，但可看到明显的奥氏体晶界。
为了消除残余奥氏体，需要进行三次回火，回火后的显微组织为暗灰色回火马氏体、白亮小颗粒状碳化物和少量残余奥氏体，如图4所示。
图1 W18Cr4V钢铸态组织图2 W18Cr4V钢锻后退火组织图3 W18Cr4V钢的淬火组织图4 W18CNV钢的淬火回火组织2．铸铁的显微组织依铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁.白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，碳几乎全部以碳化物形式(Fe3C)存在；灰口铸铁没有莱氏体，而有石墨,即碳部分或全部以自由碳、石墨的形式存在。
工程材料学实验（常用金属材料的显微组织观察）何艳玲编写机电工程学院材料系常用金属材料的显微组织观察一、实验目的1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。
2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。
二、概述1．几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。
1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。
由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。
低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。
例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体，如图1、2所示。
GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织，如图3所示。
图1 16Mn淬火组织图2 40Cr钢调质后的组织图3 GCr15钢淬火低温回火后组织图4 W18Cr4V淬火三次回火后的组织2)高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。
因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。
高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。
其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。
莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。
锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。
高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。
它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。
合金结构钢、工具钢的热处理和显微组织分析(设计性一、实验内容1.设计给定材料的热处理工艺并进行操作。
根据实验用材料和技术要求,结合课堂所学知识和查阅资料,制定出处理工艺和操作规程,同时要考虑合金元素在钢中的作用,它们对相变点、淬火冷却速度以及回火等方面的影响。
自己实施工艺操作。
2.观察组织。
观察典型合金结构钢和合金工具钢的显微组织,了解不同状态下的组织特点,学会识别和分析。
一、实验目的1.学会制定常用合金结构钢及工具钢的热处理工艺和操作规程。
能够根据技术要求灵活运用所学知识达到获得优异性能的目的。
并要学会分析和检验,提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.观察分析典型合金结构钢及工具钢的显微组织特征。
三、实验条件1.实验用箱式电阻加热炉2.洛氏硬度计3.金相显微镜4.淬火试样材料5典型标准试样一套四、实验相关知识1、热处理工艺的制定。
结构钢一般属于亚共析钢,常采用完全奥氏体化淬火,其淬火常用温度为AC3+30~50℃,以便淬火后得到全部马氏体组织,回火后获得优良的综合力学性能。
合金工具钢一般属于过共析钢,常采用不完全奥氏体化淬火,其淬火常用温度为Ac1+30~50℃,需保留适当未溶粒状碳化物,以使淬火后得到马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性,降低脆性及变形开裂的危险性。
在具体选择合金钢淬火温度时,需要考虑合金元素在钢中的作用,对临界点的影响等,可先查出钢的临界点。
再参照上述原则确定淬火温度,实际应用时需根据具体情况灵活掌握。
还可以查手册,根据工件的具体情况,尺寸大小复杂程度等选取钢的淬火温度。
最后再根据由实验得出的硬度和组织等与加热温度的关系来确定出最佳的淬火温度和保温时间。
淬火硬度是选择淬火温度时或判断淬火操作正确与否的一个重要标志。
在实际工作中一般都是以淬火硬度值来判断是否被淬上火,因为硬度可以判断钢的组织是否为马氏体。
马氏体的硬度主要取决于含碳量,随着马氏体含碳量的增高,其硬度也随之提高,因此可根据钢的含碳量,大体判断钢所能达到的淬火最高硬度。
金属材料的显微组织观察xx年xx月xx日CATALOGUE目录•显微组织观察的基本概念•金相学的基本原理•金属材料的显微组织•金属材料显微组织的观察方法•金属材料显微组织的分析技术•金属材料显微组织观察的实践应用01显微组织观察的基本概念显微组织观察是指通过光学显微镜、扫描电子显微镜等设备，观察金属材料的微观组织形貌、结构、相组成等特征的过程。
定义显微组织观察是金属材料研究和质量控制中的重要手段，通过对微观组织的观察和分析，可以揭示材料的力学性能、耐腐蚀性能、加工性能等性质的内在机制，指导材料设计和优化。
重要性定义与重要性显微组织观察的方法利用光学显微镜的透射、反射和偏振等原理，观察金属材料的微观组织形貌、晶粒大小、相组成等。
光学显微镜观察扫描电子显微镜观察能谱分析电子探针分析利用扫描电子显微镜的高分辨率和高倍率特点，观察金属材料的表面形貌、晶界结构、相分布等。
结合扫描电子显微镜，通过能谱仪对金属材料微区进行元素分析，确定材料的化学成分和相组成。
利用电子探针的聚焦电子束对金属材料微区进行成分和结构分析，揭示材料的原子结构和化学键信息。
显微组织观察的应用通过显微组织观察，对金属材料进行分类、鉴别和牌号识别，为材料应用提供基础数据。
材料鉴定与分类对金属材料的失效进行分析，揭示失效原因和机理，提出改进措施，提高材料性能和可靠性。
失效分析通过对制备工艺与显微组织的关系研究，优化工艺条件，控制材料质量，提高生产效率。
工艺优化与控制通过显微组织观察，研究新型金属材料的微观结构与性能关系，指导新材料的设计和研发。
新材料研发02金相学的基本原理1金相学的基本概念23金相学是研究金属和合金的化学组成、显微组织、制备工艺与性能之间关系的科学。
金相学定义金属是元素或单质，而合金是由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合物。
金属与合金的差异显微组织是指借助显微镜观察到的金属和合金的内部结构，包括晶粒大小、形态，相的分布，以及缺陷等。
常用金属材料的显微组织观察一、实验目的观察几种常用合金钢、铸铁和有色金属的显微组织；了解这些金属材料的成分、组织和性能的特点。
二、仪器与材料仪器： XJP-2A( 单目 ) 金相显微镜； XJP-3C( 双目 ) 金相显微镜；材料： 10 种常用金属材料表 1 常用金属材料的金相试样三、实验原理及教学内容1 合金钢在合金钢中，由于合金元素对相图及相变过程的影响，其显微组织比碳钢复杂得多，组成相除了合金铁素体、合金奥氏体、合金渗碳体外，还可能出现金属间化合物，其组织形态随钢种的不同而呈现出不同的特征。
根据其用途可分为：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢。
• 40Cr 调质钢（合金结构钢）合金调质钢是指调质处理后的合金结构钢，调质处理后具有高强度与良好的塑性及韧性。
40表示含碳量0.4%，Cr是加入的合金元素，起着增加淬透性，使调质后的回火索氏体组织得到强化。
回火索氏体以前我们学过，是由等轴状F和粒状渗碳体构成。
40Cr调质处理（淬火后高温回火） W18Cr4V退火• W18Cr4V 高速钢（合金工具钢）高速钢是一种高合金工具钢，具有高硬度、高耐磨性和高热硬性，还具有一定的强度、韧性和塑性。
加入合金元素W提高热硬性；Cr可以提高钢的淬透性；加入合金元素V可显著提高钢的耐磨性和热硬性。
a. 铸态组织显微组织分为三个部分：晶界附近为骨骼状莱氏体共晶碳化物Fe4W2C及WC，严重地分割了基体，使钢受载时极易脆裂；晶粒外层为奥氏体分解产物—马氏体及残余奥氏体，因为它不易被浸蚀而呈亮色，常称为“白色组织”；晶粒的心部是δ共析体，为极细的共析组织，易受浸蚀而呈黑色，通常称为“黑色组织”。
b. 锻造和退火后的组织为了改善碳化物的不均匀性，生产上采用反复锻造的方法将共晶碳化物击碎使其分布均匀。
为了去除锻造内应力，清除不平衡组织，降低了硬度，改善切削加工性能，为淬火提供良好的原始组织，必须对高速钢进行退火处理。
经过860～880℃退火后，高速钢 W18Cr4V 的退火组织为较粗大的共晶碳化物颗粒及稍细的二次碳化物,分布在索氏体基体上。
实验教学课件-钢中马氏体组织观察实验钢中马氏体组织观察马氏体是钢和一些铁合金的重要的基本组织。
随着合金种类和成份的变化马氏体的形态和内部精细结构等也跟着变化，这些变化对马氏本的机械性能会产生很大影响。
因此掌握马氏体的组织形态特征并了解影响组织形态的各种因素是十分必要的。
一、马氏体的组织形态近年来，随着薄膜透射电子显微技术的发展，人们对马氏体的形态及其精细结构进行了详细的研究，发现钢中的马氏体组织形态虽然是多种多样，但就其特征而言，大体可分为板条群集状马氏体、透镜片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、ε—马氏体等。
其中最常见的是板条群集状马氏体和透镜片状马氏体。
下面对这两种常见的马氏体形态进行较详细的介绍，其他马氏体形态只作一般介绍。
1.板条群集状马氏体板条群集状马氏体是在低碳钢、中碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁系合金中生成的一种典型的马氏体组织。
这种马氏体在光学显微镜下的组织特征主要是由尺寸大致相同平行排列的板条状马氏体群组成。
所以称此马氏体为群集状马氏体（参看图1-61）。
近年来用电子显微镜研究的结果，发现板条内有密度很高的位错，位错密度约为（0.3～0.9）×1012cm -1，为此，有时也称板条群集状马氏体为位错型马氏体（见图1～62）。
此外，在板条内的局部地区也有孪晶存在，但数量很少，不是主要的晶格缺陷。
板条群集状马氏体与母相奥氏体的晶体学位向关系是K ～S 关系，惯习面为（111）γ；18～8型奥氏体不锈钢中的板条群集状马氏体的惯习面是(225)Γ。
应用透射电子显微镜测定板条宽度范围在0.025～2.25μ之间，大多数板条的宽度为0.1～0.2μ之间。
相同方向的板条马氏体群之内，相邻板条之间并不严格平行而是以小角度晶界相间，板条群之间以大角度晶界相间。
实验证明，改变奥氏体化温度，即改变奥氏体晶粒大小，对板条宽度几乎没有影响，图1-61板条马氏体在光学显微镜下的组织形态图1-62板条马氏体在电子显微镜下的组织形态但板条群的大小却随奥氏体晶粒的增大而增大，两者之间的比大致不变。
实验七钢在不同热处理状态下的显微组织一、实验目的1. 观察碳钢经不同形式热处理后的显微组织特征。
2. 了解热处理工艺对钢的组织和性能的影响。
二、实验原理钢经退火处理后的显微组织基本上与Fe–FeC相图中的各种平衡组织相似，3但在快速冷却条件下的显微组织不能用铁碳相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）或连续冷却转变曲线来确定，如图7-1所示共析钢奥氏体等温曲线。
随着冷却条件的不同，过冷奥氏体将发生不同类型的转变。
共析钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及性能如表7-1所示。
图7-1 共析钢的奥氏体等温转变曲线珠光体型组织它包括有粗片状珠光体，如图7-2所示；索氏体（细片状珠光体），如图7-3所示；屈氏体（极细片状珠光体），如图7-4所示。
它们都是由铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物，它们之间在组织形态上的差别只是片层厚薄不同。
在珠光体型组织中层片越细，强度及硬度则越高，而塑性和韧性则越好。
贝氏体组织贝氏体是过冷奥氏体在珠光体转变区以下，Ms点以上的中温转变产物。
它是由一定饱和度的铁素体和渗碳体组成的两相混合物，但其金相组织形态不像珠光体组织那样成片层相间排列。
根据过冷奥氏体的转变温度不同，贝氏体又分为上贝氏体和下贝氏体。
上贝氏本组织呈暗灰色羽毛状特征，其显微组织如图7-5所示；下贝氏体，组织呈黑色竹叶状特征，其显微组织如图7-6所示。
a—光学显微组织b—电子显微组织图7-2 珠光体的显微组织a—光学显微组织b—电子显微组织图7-3 索氏体a）光学显微镜500X b）电子显微15000X图7-4 屈氏体500X 500X图7-5 上贝氏体图7-6 下贝氏体马氏体碳在α-Fe中的过饱和固溶体叫做马氏体，它是淬火所得到的组织。
马氏体的组织形态可依马氏体含碳量的高低不同而形成两种形态。
一种是板条状马氏体，其显微组织如图7-7所示，主要出现在低碳钢，故又称为低碳马氏体；一种是针状马氏体，其显微组织如图7-8所示，主要出现在高碳钢，所以又叫高碳马氏体。
