钢中常见显微组织的鉴别
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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。
钢材金相组织标准一、钢材的化学成分钢材的化学成分对其金相组织具有重要影响。
通常,碳是钢材中最重要的元素之一,其含量会影响钢材的强度、硬度、韧性和耐腐蚀性。
此外,钢材中还含有其他元素,如硅、锰、磷、硫等,它们对钢材的金相组织和性能也有一定的影响。
二、钢材的显微组织钢材的显微组织是指其微观结构,包括铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体等。
这些组织的形态、分布和相对数量对钢材的性能产生重要影响。
例如,铁素体具有较好的塑性和韧性,而珠光体具有较高的强度和硬度。
不同的显微组织在钢材中往往同时存在,并受到钢材的化学成分、热处理和加工工艺等因素的影响。
三、钢材的晶粒度钢材的晶粒度是指其晶体结构的粗细程度。
较细的晶粒度可以提高钢材的强度和韧性,而较粗的晶粒度则会降低这些性能。
因此,控制钢材的晶粒度是提高其性能的重要手段之一。
通常,通过控制冶炼、浇注和轧制等工艺参数来控制钢材的晶粒度。
四、钢材的碳化物钢材中的碳化物是指碳元素与另一种元素形成的化合物。
这些碳化物通常以颗粒状分布在钢材中,对钢材的性能产生重要影响。
例如,碳化物可以阻碍位错运动,从而提高钢材的强度和硬度。
然而,过量的碳化物也会降低钢材的韧性,因此需要控制其含量。
钢材在加热或轧制过程中,表层的碳元素会与氧或水蒸气反应形成一层氧化物薄膜,称为脱碳层。
脱碳层会降低钢材的表面硬度和耐磨性,因此需要控制其深度。
通常,通过控制加热温度和气氛来控制钢材的脱碳层深度。
六、钢材的珠光体珠光体是钢材中的一种重要显微组织,由铁素体和碳化物组成。
它具有较高的强度和硬度,但韧性较差。
珠光体的形态和分布对钢材的性能产生重要影响,可以通过热处理和加工工艺进行控制。
七、钢材的贝氏体贝氏体是钢材中的另一种重要显微组织,由铁素体和碳化物组成。
与珠光体相比,贝氏体的强度和硬度略低,但韧性较好。
贝氏体的形态和分布对钢材的性能产生重要影响,可以通过热处理和加工工艺进行控制。
八、钢材的马氏体马氏体是钢材中的一种相变组织,由铁素体和碳化物组成。
常用金属材料显微组织观察实验报告- 图文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、金属材料的显微组织观察及分析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。
40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。
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。
图1、16Mn-淬火-x400马氏体16Mn钢属于碳锰钢,碳的含量在0.16%左右。
16Mn钢的合金含量较少,焊接性良好,焊前一般不必预热。
加入合金元素锰,使C曲线右移,在淬火处理后,组织为马氏体组织。
但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大,所以在低温下(如冬季露天作业)或在大刚性、大厚度结构上焊接时,为防止出现冷裂纹,需采取预热措施。
图2、16Mn-正火-x400铁素体索氏体16Mn属于低碳钢,碳含量<0.16%,正火后组织为F+S。
在400倍显微镜下,索氏体基本上不可分辨。
16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢。
广泛应用于各种板材、钢管。
图3、65Mn-等温淬火-400下贝氏体65Mn,锰提高淬透性,但Mn含量过大会导致过热现象。
特性:经热处理后的综合力学性能优于碳钢,65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高。
但有过热敏感性和回火脆性。
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。
钢中常见显微组织的鉴别
随着钢的成分不同以及处理工艺不同,钢中将出现:铁素体、渗碳体、珠光体、魏式组织、贝氏体(其中又分为上贝氏体、下贝氏体、和粒状贝氏体)、奥氏体、马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火李氏体。
现简单介绍一下这些组织的基本形态,以便在实践中加以区别。
属bcc结构,呈等轴多边形晶粒分布。
铁素体软而韧,硬度为30~100HB。
在碳钢中它是碳在α-Fe中的固溶体
;在合金钢中,则是碳和合金元素在
α-Fe中的固溶体。
碳在α-Fe中的溶解量很低,在A C 1温
度,碳的最大溶解量为0.0218%,但
随温度下降的溶解度则降至0.0084%
,因而在缓冷条件下铁素体晶界处会
出现三次渗碳体。
随钢中碳含量增加
,铁素体量相对减少,珠光体量增加
,此时铁素体则是网络状和月牙状。
铁素体铁素体200×
铁素体
铁素体
铁素体500×轧制电工纯铁铁素体500×退火态
是铁和碳的化合物,Fe 3C ,其含碳量为6.69%,在合金中形成(Fe,M)3C,渗碳体硬而脆,硬度为800HB。
在钢中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。
渗碳体
网状渗碳体200×
针状渗碳体(魏氏组织)
200×网状、粒状、三次渗碳体500×粒状渗碳体500×
T12 退火态500×
珠光体是铁素体和渗碳体的机械
混合物,它是钢的共析转变产物
,其形态是铁素体和渗碳体彼此
相间形如指纹,呈层状排列。
按碳化物分布形态又可分为片状
珠光体和球状珠光体二种。
片状珠光体又可分为粗片状、中
片状和细片状三种。
片状珠光体200 ×
珠光体
T8 退火态500×
球状珠光体
球状珠光体,经球化退火获得,渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上;渗碳体球粒大小,取决于球化退火工艺,特别是冷却速度。
球状珠光体可分为粗球状、球状和细球状和点状四种珠光体
球状珠光体500x
球状珠光体
球状珠光体1000x
,冷却时又快,故铁素体除沿奥氏
体晶界成网状析出外,还有一部分
铁素体从晶界向晶内按切变机制形
成并排成针状独自析出,这种分布
形态的组织称为魏氏组织。
过热过共析钢冷却时渗碳体也会形
成针状自晶界向晶内延伸而形成魏
氏组织。
粗晶魏氏组织200×
魏氏组织
粗晶魏氏组织铁素体200×
魏氏组织渗碳体200×
是钢的奥氏体在珠光体转变区以下,Ms点以上的中温区转变的产物。
它也是铁素体与渗碳体两相组织的机械混合物,但形态多变,不象珠光体那样呈层状排列。
从形状特征来看,可将贝氏体分为羽毛状、针
状和粒状三类。
上贝氏体特征是:条状铁素体大体平行排
列,其间分布有与铁素体针轴平行的细条
状(或细短杆状)渗碳体,呈羽毛状。
上贝氏体羽毛状贝氏体500
×羽毛状贝氏体500×
取向,较淬火马氏体易受侵蚀
,极似回火马氏体,在光镜下
极难区别,在电镜下极易区分
;在针状铁素体内沉淀有碳化
物,且其排列取向与铁素体片
的长轴成55~60度,下贝氏体
内不含孪晶,有较多的位错。
下贝氏体、马氏体、残
奥及少量羽毛状马氏体
200×
下贝氏体、马氏体、残余奥氏体200×
当钢的奥氏体冷至稍高于上贝氏体形成温度时,析出铁素体有一部分碳原子从铁素体并通过铁素体/奥氏体相界迁移到奥氏体内,使奥氏体不均匀富碳,从而使奥氏体向铁素体的转变被抑制。
这些奥氏体区域一般型如孤岛,呈粒状或长条状,分布在铁素体基体上,在连续冷却过程中,根据奥氏体的成分及冷却条件,粒贝
内的奥氏体可以发生如下几种变化。
(1)可以全部或部分分
解为铁素体和碳化物。
在
电镜下可见到弥散多向分
布的粒状、杆状或小块状
碳化物。
(2)可能部分转变为马
氏体,在光镜下呈综黄色
(3)仍保持富碳奥氏体粒状贝氏体200×
粒状贝氏体
空冷贝氏体钢500×空冷贝氏体钢200×
粒状贝氏体,铁素体基
体上布有颗粒状碳化物
(小岛组织原为富碳奥
氏体,冷却时分解为铁
素体及碳化物,或转变
为马氏体或仍为富碳奥
氏体颗粒)。
粒状贝氏体10000×
粒状贝氏体
羽毛状贝氏体,基体为
铁素体,条状碳化物于
铁素体片边缘析出。
羽毛状贝氏体8000x
下贝氏体,针状铁素
体上布有小片状碳化
物,片状碳化物于铁
素体的长轴大致是
55~60
度角。
下贝氏体8000x
下贝氏体
6、奥氏体
在碳钢(或合金钢)中,奥氏体是碳(和合金元素)固溶于γ-Fe的固溶体,具有面心立方结构,它是高温相。
在碳素或合金结构钢中奥氏体在冷却过程中转变为其他相。
只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在,不易受侵蚀呈白色。
奥氏体200×
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T12钢淬火后残A 500×20CrMnTi渗碳淬火M+残A+K 400x
www.bzfxw.com7、马氏体
是碳(合金元素)溶于α-Fe中的过饱和固溶体。
是过冷奥氏体快速冷却,在Ms与M f 点之间的切变方式发生转变的产物。
这时碳(和合金元素)来不及扩散只是由γ-Fe 的晶格(面心)转变为α-Fe的晶格(体心),即碳在γ-Fe中的固溶体(奥氏体)转变为碳在α-Fe中的固溶体,故马氏体转变是“无扩散”的根据马氏体金相形态特征,可分为板条状马氏体(低碳)和针状马氏体。
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板条状马氏体,又称低碳马氏体。
其基本特征是:尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列,组成马氏体束或马氏体领域;在领域与领域之间位向差大,一颗原始奥氏体晶粒内可以形成几个不同取向的领域。
由于板条状马氏体形成的温度较高,在冷却过程中,必然发生自回火现象,在形成的马氏体内部析出碳化物,故它易受侵蚀发暗。
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20#钢低碳马氏体630x低碳马氏体晶粒呈一定
角度相交10000x
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低碳马氏体200×
低碳马氏体500×
www.bzfxw.com针状马氏体,又称片状马氏体或高碳马氏体,它的基本特征是:在一个奥氏体晶粒内形成的第一片马氏体片较粗大,往往贯穿整个晶粒,将奥氏体晶粒加以分割,使以后形成的马氏体大小受到限制,因此片状马氏体的大小不一,分布无规则。
针状马氏体按一定方位形成。
在马氏体针叶中有一中脊面,碳量越高,越明显,且马氏体也越尖,同时在马氏体间伴有白色残留奥氏体。
粗针状马氏体+残A+颗粒状K 500x过热粗马氏体+残留奥氏体,
粗针马氏体有中脊线和小
裂纹1000x
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40Cr中碳M,片针状马氏体(栾晶)
和基体板条M 12000x
40Cr中碳M,部分M成排分布
600x
T8钢片状M,600x
马氏体经低温回火后,自马氏体中析出ε-碳化物,是无规则分布,故仍具有马氏体针状特征。
仅比淬
火马氏体易受侵蚀变暗。
淬火马氏体经中温回火产物,其特征是:马氏体针状形态将逐步消失,但仍隐约可见(含铬合金钢,其合金铁素体的再结晶温度较高,故仍保持着针状形态),析出的碳化物细小,在光镜下难以分辨清楚,只有电镜下才可见到碳化物颗粒,他极易受侵蚀而使组织变黑。
如果回火温度偏上限或保留时间稍长,则使针叶呈白色;此时碳化物偏聚于针
叶边缘,这时钢的硬度稍低,且强度下降。
回火针状屈氏体500x回火屈氏体,电镜下铁素体基体上
分布有细粒状渗碳体20000x
淬火马氏体经高温回火后的产物。
其特征是:索氏体基体上布有细小颗粒状碳化物,在光镜下能分辨清楚。
这种组织又称调质组织,它具有良好的强度和韧性的配合。
铁素体上的细颗粒状碳化物越是细小,则其硬度和强度稍高,韧性则稍差些;反之,硬
度及强度较低,而韧性则高些。
保持马氏体位向布的索氏体500x
保持马氏体位向的回火索氏体15000x 基体铁素体,白色颗粒为碳化物
保持马氏体位向布的回火索氏体
500x
Excellence in Materialography 。