实验4碳钢的非平衡组织观察.

农业机械化及其自动化专业“实验、实习、课程设计”教学大纲目录一、实验部分 (2)《工程材料》实验教学大纲 (3)《机械原理》实验教学大纲 (7)《机械设计》实验教学大纲 (9)《质量工程与计量技术基础》实验教学大纲 (11)《材料力学》实验教学大纲 (13)《液压与气压传动》实验教学大纲 (16)《传感器与测试技术》实验教学大纲 (20)《电工学》实验教学大纲 (24)《电子技术》实验教学大纲 (29)《汽车试验学》实验教学大纲 (33)《微机原理》实验教学大纲 (35)二、实习部分 (37)《工程制图》实习教学大纲（机械类） (38)《拖拉机汽车学》（上）实习教学大纲 (39)《拖拉机汽车学》（下）实习教学大纲 (43)《农业机械学》实习教学大纲 (45)《农业机械化管理》实习教学大纲 (51)《金工实习》教学大纲（机械类） (53)《机械优化设计》实习教学大纲 (54)《机械产品造型设计》实习教学大纲 (55)《计算机绘图》实习教学大纲 (56)《汽车检测与诊断》实习教学大纲 (59)《汽车拆装实习》教学大纲 (61)《驾驶实习》教学大纲 (62)《电子工艺实习》教学大纲（非电类） (63)《毕业实习》教学大纲（农业机械化及其自动化、车辆工程专业） (65)三、课程设计部分 (68)《机械设计课程设计》教学大纲 (69)《机电一体化课程设计》教学大纲 (70)一、实验部分《工程材料》实验教学大纲课程名称：工程材料课程英文名称：Engineering Materials课程代码：总学时：40课程总学分：2课程类型：基础课课程性质：非独立设课适用专业：机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、车辆工程等本科专业。

考核方式：实验成绩占总成绩的20%。

实验（实习）教材：教材一：张建军编，《工程材料学习与实验指导》.（校内）自编教材。

主要参考书：葛春霖等，《机械工程材料及材料成型技术基础实验指导书》.北京：冶金工业出版社，2001.9 周凤云主编，《工程材料及应用》.武汉：华中科技大学出版社，2003.2实验（实习）项目及学时分配：实验一金相试样的制作和显微镜的使用一、实验学时：0.5二、实验类型：（电教）演示实验三、实验目的：1.了解金相显微试样的制备过程和实际操作方法。

实验⼆铁碳合⾦⾮平衡组织观察实验⼆铁碳合⾦⾮平衡组织观察⼀、实验⽬的（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织；熟悉碳钢⼏种典型热处理组织的形态及特征。

（2）了解热处理⼯艺对钢组织和性能的影响。

⼆、概述碳钢经退⽕、正⽕可得到平衡或接近平衡组织，经淬⽕得到的是⾮平衡组织。

1、各组织的显微特征索⽒体(S)F与Fe3C的机械混合物。

其⽚层⽐P更细密，在⾼倍（700倍以上）显微放⼤时才能分辨。

屈⽒体(T)F与Fe3C的机械混合物，⽚层⽐S细密，在⼀般光学显微镜下也⽆法分辨，只能看到如墨菊状的⿊⾊形态。

当其少量析出时，沿晶界分布，呈⿊⾊⽹状；当析出量较多时，呈⼤块⿊⾊团状，只有在电⼦显微镜下才能分辨其中的⽚层。

贝⽒体(B)A的中温转变产物，也是F与Fe3C的两相混合物。

在显微形态上，主要有三种形态：上贝⽒体(B上)由成束平⾏排列的条状F和条间断续分布的Fe3C所组成的⾮层状组织。

当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的F条向A晶内伸展，具有⽻⽑状特征。

下贝⽒体(B下)在⽚状F内部沉淀有K的两相混合物组织。

它⽐淬⽕M易受浸蚀，在显微镜下呈⿊⾊针状。

在电镜下可以见到，在⽚状铁素体基体中分布有很细的碳化物⽚，它们⼤致与铁素体⽚的长轴成55~60o的⾓度。

粒状贝⽒体是最近⼗⼏年才被确认的组织。

在低、中碳合⾦钢中，特别是连续冷却时（如正⽕、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。

它的形成温度范围⼤致在上贝⽒体转变温度区的上部，由铁素体和它所包围的⼩岛状组织所组成。

马⽒体(M)C在α-Fe中的过饱和固溶体。

M的形态按含C量主要分两种，即板条状和针状。

板条状马⽒体(M板)⼀般为低碳钢或低碳合⾦钢的淬⽕组织。

组织形态由尺⼨⼤致相同的细M条定向平⾏排列组成M束或M领域。

在M束之间位向差较⼤，⼀个A晶粒内可形成⼏个不同的M领域。

M板具有较低的硬度和较好的韧性。

针状马⽒体(M针)C量较⾼的钢淬⽕后得到的组织。

在光学显微镜下，它呈⽵叶状或针状，针与针之间成⼀定的⾓度。

《工程材料学》实验指导书适用专业:材料成型及控制工程课程代码: 6000089 总学时: 56 总学分: 3.5 编写单位:材料科学与工程学院编写人:审核人:审批人:目录实验一金属材料的硬度实验 (2)实验二铁碳合金平衡组织的观察 (7)实验三钢的热处理操作 (10)实验四碳钢的非平衡及铸铁组织观察 (14)注释 (18)主要参考文献 (18)实验一金属材料的硬度实验一、实验目的和任务1. 了解硬度测定的基本原理和应用范围。

2．了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。

二、实验仪器、设备及材料1.HB一3000型布氏硬度试验机；2.H－100型洛氏硬度实验机3.读数放大镜4.试样：调质状态45钢和淬火状态T12钢。

三、实验原理硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。

一般认为硬度是金属表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。

硬度值越高，金属表面抵抗塑性变形或刻划破裂的能力就越大。

另外，金属的硬度与其它机械性能之间存在一定的内在联系。

例如，硬度和强度之间的联系，可用下式表示：σb＝K•HB式中：σb——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值；K——系数。

退火状态的碳钢K＝0.34～0.36合金调质钢K=0.33～0.35有色金属合金K＝0.33～0.53利用硬度值还可估算材料的耐磨性。

通常，硬度值意高，材料的耐磨性愈好。

硬度测定迅速方便，试验后仅在金属局部表面留下微小压痕，不会损坏被测试对象。

因此，硬度试验作为测定材料性能、检验产品质量、制定加工工艺的一种简便方法，在生产中得到广泛应用，其中，以布氏硬度和洛氏硬度的应用比例最大。

1、布氏硬度(1)试验原理在一定的压力下，将一定直径的球体，压入金属表面(图1—1)，并保持一定的时间，然后卸除载荷，测量压痕直径，计算压痕单位面积上所受载荷的大小。

由此获得的材料硬度值便称为布氏硬度(值)，用HB表示(当球体是淬火钢球时，HB标识符力HBS；当球体是硬质合金时，HB标识符为HBW)：HB ＝P/ F 凹＝ )(222d D D D P--π 式中：P —试验载荷(10-1N)F 凹—压痕面积(mm 2)D —球体直径（mm)d 一压痕直径(mm)由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有厚有薄，因此，在测定布氏硬度值时，就需要有不同载荷P 和球体直径D 。

实验四铁碳合金平衡组织观察与分析一、实验目的1、熟悉掌握铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。

2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

可根据以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织，如图4–１所示。

图4–1以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切相关。

此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。

从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。

但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。

在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。

相图中各特征点的温度、成分及其含义见表4–１。

表4–１铁碳相图中各特征点的说明点的符号温度/℃含碳量/% 说明A 1538 0 纯铁熔点B 1495 0.53 包晶反应时液态金属的成分点C 1148 4.3 共晶点L C →A E+ Fe3C，共晶产物称莱氏体D 1227 6.69 渗碳体的熔点E 1148 2.11 碳在γ–Fe中的最大溶解度F 1148 6.69 共晶反应渗碳体的成分点G 912 0 α–Fe⇋γ–Fe同素异构转变点H 1495 0.09 碳在δ–Fe中的最大溶解度J 1495 0.17 包晶点L B+ δH→A JK 727 6.69 共析反应时渗碳体成分点N 1394 0γ–Fe⇋δ–Fe同素异构转变点P 727 0.0218 碳在α–Fe中的最大溶解度S 727 0.77 共析点A S →F P体+ Fe3C，共析产物，称珠光体Q 室温0.0008 室温下碳在F体中的溶解度Fe- Fe3C相图中有二条水平线（此处不介绍包晶线及包晶反应）：ECF水平线（1148C）为共晶线，在该线温度下将发生共晶转变：L4.3 A2.11 + Fe3C 。

实验四铁碳合金非平衡组织观察一、实验目的识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份热处理工艺、组织之间的关系的认识。

二．实验原理碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。

铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。

C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织，如图4-1。

1．冷却时所得的各种组织组成物的形态a．珠光体（图4-2）珠光体是奥氏体高温转变的产物，根据其片层间距的大小可分为：(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。

(2)索氏体(s)是铁素体与渗碳体的机械混合物。

其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。

(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。

片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。

当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。

当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。

只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。

b．贝氏体贝氏体是奥氏体中温转变的产物，也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。

其组织形态主要有二种：（1）上贝氏体（B）上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。

当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特征。

在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。

（2）下贝氏体下贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的混合物组织。

由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁索体为基体，其中分布着很细的碳化物片，大致与铁索体片的长轴呈55。

实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。

2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。

3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。

4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。

TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。

因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。

为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。

在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。

时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。

其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。

转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X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，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)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)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。

铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织2、了解铁碳合金的成分、组织之间的关系3、掌握金相显微镜的使用方法二、实验原理铁碳合金在极缓慢冷却条件（如退火状态）下得到的组织称为平衡组织。

从Fe—Fe3C 相图可知，铁碳合金在室温时的平衡组织由铁素体相和渗碳体相组成，但由于碳的质量分数不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对量、形态、分布是不一样，因而将组成各种不同的组织形态。

1、铁素体（F）是碳溶于α—Fe中的固溶体，有良好的塑性，硬度较低（80HBS）。

2、渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的化合物，质硬而脆，抗蚀性较强，二次渗碳体是由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界。

图1 铁碳合金平衡状态图结合状态图，通过杠杆原理计算结果可以看出，含碳量在0.0008%以下时，碳完全溶解到铁素体中形成间隙固溶体，超过0.0008%以上，铁素体就不能溶解这么多的碳，多出的碳形成渗碳体，含碳量越高，渗碳体的量就越多。

同时，随着含碳量的增加，不但钢中的相组成关系发生变化，而且其组织组成也发生变化，主要是渗碳体的形态和分布状况发生了变化。

当含碳量在0.77%以下时，渗碳体完全与铁素体共析形成层片状的珠光体，当含碳量大于0.77%以上时，珠光体中不再能够共析这么多的渗碳体，多于的渗碳体就以游离的状态分布在珠光体的晶界上，而且，随着含碳量的增加，逐步地由断裂网状连接为连续网状，一般含碳量超过0.9%的过共析钢会形成连续网状的渗碳体分布。

三、实验步骤1、了解显微镜的操作过程。

2、根据放大倍数选择合适的目镜和物镜，并装在显微镜上。

3、将试样磨面对着物镜放在显微镜载物台上。

4、接通电源。

5、先粗调焦看到组织，再微调焦使图像清晰。

6、逐个观察试样。

四、实验结果表一列出了不同成分的铁碳合金所观察到的显微组织。

其观察结果表明，随着含碳量的增加，铁素体的量越来越少，渗碳体的量越来越多。

对于亚共析钢而言，随含碳量增加，珠光体增多，铁素体减少；对于过共析钢，随含碳量增加，珠光体晶界上的二次渗碳体量越来越多，逐步由断裂分布变为连续网状分布。

实验四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. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

二、概述表4-1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能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4-1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。

图4-1 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。

45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多，如图2-3所示，原因在于正火的冷却速度稍大于退火的冷却速度。

图4-2 T12钢球化退火组织图4-3 45钢经正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即以上，但低于），然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火。

根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。

在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁素体，如图4-4所示。

45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图4-5所示。

由于马氏体针非常细小，在显微镜中不易分清。

若将淬火温度提高到1000℃（过热淬火），由于奥氏体晶粒的粗化，经淬火后将得到粗大针状马氏体组织，如图4-6所示。

实验四：碳钢和铸铁的平衡组织的观察一、实验目的：1．识别不同成分的碳钢和各种铸铁平衡组织的特征；2．建立铁碳合金成分、组织和性能之间的变化规律；3．应用杠杆定律估算钢中的含碳量。

二、实验说明：根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢；白口铸铁可分为亚共晶、共晶和过共晶白口铸铁。

1．铁碳合金在平衡状态下的基本组织特征：铁碳合金在平衡状态下的基本组织为铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体。

它们在金相显微镜下（使用3～4%硝酸酒精溶液的浸蚀后）其组织的特征为：(1) 铁素体（F）呈白点的，其分布呈块状（当钢中含碳量较少时）或呈网状（当钢中含碳量接近共析成分时），铁素体的硬度很低，一般为HB80～120。

强度也较低，但塑性、韧性好。

(2) 渗碳体（Fe3C）呈亮白色（但苦味酸溶液浸蚀后呈暗色），其分布一般呈网状分布在珠光体的周围（过共析钢中为Fe3CⅡ）。

或呈长条状分布在莱氏体中（过共晶白口铸铁中的Fe3CⅠ）。

渗碳体的硬度很高。

HB达800，是一种硬而脆的相，所以强度、塑性却较差。

(3) 珠光体（P）是铁素体和渗碳体的混合物，它在低倍显微镜下观察无法分辨，呈暗色；而在高倍显微镜下观察呈黑白相间的片状分布。

片状珠光体硬度为HB190～230，随着间距的变小硬度升高。

(4) 莱氏体（Ld）是一种共晶组织，它是在亮色渗碳体的基底上分布着暗黑色点状或条状的珠光体。

莱氏体和珠光体不同，前者是在渗碳体的基体上分布着珠光体，后者是在铁素体的基体上分布着渗碳体。

莱氏体的硬度很高，达HB700，性脆。

它一般在含碳量大于2.11%的白口铁中存在，在某些高碳合金钢的铸造组织中也会出现。

2．亚共析钢的含碳量的估算：了解了这些组织的特性后，就可以结合现实合金状态图，根据不同含碳量的碳钢和铸铁分析其在室温下的平衡组织（见表4-1）。

亚共析钢的平衡组织为铁素体+珠光体。

已知珠光体的平均含碳量为0.8%，由于铁素体中含碳量极少，可以忽略，因而根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量面积百分数乘上0.8%，即为碳钢的含碳量。

碳钢的热处理操作、非平衡组织观察及硬度测定一、实验目的1、了解碳钢的热处理操作；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；3、观察热处理后钢的组织及其变化；4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。

二、综合实验项目概述1．钢的热处理热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A C3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是A C1+30~50℃，过共析钢的正火温度是AC cm+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。

依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。

硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。

碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。

在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。

过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。

过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。

常见的有板条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%~1.0%）。

随转变温度的降低钢的硬度升高。

普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。

奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。

实验六铁碳合金显微组织的观察及分析实验项目名称：碳钢非平衡组织观察实验项目性质：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）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。

（2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

（3）熟悉碳钢几种曲型热处理组织——M、T、S、M回火、S回火等组织的形态及特征。

二、实验内容和要求碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织；经淬火得到的是不平衡组织。

铁碳合金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，但在快冷条件下的显微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（C曲线）来确定。

图1-1为共析碳钢的C曲线图。

图1-1 共析钢的C曲线铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C 曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。

C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。

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，可看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

1．共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1-1中。

2．共析钢连续冷却时的显微组织共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1-1的v1）应得到100%珠光体；当冷却速度增大到v2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到v3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大到v4、v5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变马马氏体。

其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（v4）称为淬火的临界冷却速度。

3．亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，见图1-2所示。

当奥氏体缓冷时（相当于炉冷，如图1-2的v1）转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。

碳钢热处理后的显微组织观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：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)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。

二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。

因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。

图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。

图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。

1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。

2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。

马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。

在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。

在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。

图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。

由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。

45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。

碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。

实验四铁碳合金平衡组织观察一、实验目的：1．了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

2．分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二、实验原理及内容：铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，平衡组织指合金在极其缓慢的冷却速度下得到的组织。

在实验条件下，退火态的铁碳合金组织可以看成平衡组织。

铁碳合金平衡组织是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们性能与其显微组织密切相关。

1. 铁碳合金平衡状态图铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。

可以根据铁碳相图（如图5-1所示），来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

C相图图5-1 Fe－Fe3从—相图上可以看到所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体（F）和渗碳体（）这两个基本相组成，但是由于含碳量的不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同。

因而呈现各种不同的组织形态，其性能也各不相同。

2.几种基本组织组成物用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。

表1 各种铁碳合金在室温下的平衡组织3、各种组成相或组织组成物的特征a)铁素体(F)是碳溶于α-Fe的固溶体。

铁素体为体心立方晶格。

具有磁性及良好的塑性，硬度较低，一般为80HB～120HB，经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织(如图1所示)。

亚共析钢中，随着钢中碳质量分数的增加，珠光体量增加而铁素体量减少。

铁素体量较多时，呈块状分布(如图2所示)。

当钢中碳质量分数接近共析成份时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围(如图3所示)。

b)渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物，它的碳质量分数为6.69％，抗浸蚀能力较强。

经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。

一次渗碳体(Fe3CⅠ)是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在莱氏体中；二次渗碳体(Fe3CⅡ)是由奥氏体(A)中析出的，数量较少，皆沿奥氏体晶界析出，在奥氏体转变成珠光体后，它呈网状分布在珠光体的边界上。