金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)

金相综合实验报告实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程班级: 材料11（1）指导老师：席生岐高圆小组组长: 仇程希小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐二〇一四年四月三日一、实验目的1.了解碳钢热处理工艺操作；2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值；3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法；4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响；5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。

二、实验内容1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料；2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度；3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像；4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。

三、实验原理热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。

热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。

研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。

热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。

采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。

钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。

(一)碳钢热处理工艺1.加热温度亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。

淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、高温回火（500-650℃）。

金相组织观察实验报告金相组织观察实验报告引言：金相组织观察实验是一种常见的金属材料研究方法，通过对金属材料的显微组织进行观察和分析，可以了解材料的晶体结构、晶界分布、相组成等信息。

本报告将对金相组织观察实验进行详细介绍，并结合实验结果进行分析和讨论。

实验目的：本次实验的主要目的是通过金相组织观察，了解金属材料的晶粒尺寸、晶界分布、相组成等信息，从而对材料的性能和加工工艺进行评估和优化。

实验原理：金相组织观察实验主要基于光学显微镜的原理，通过对金属材料进行切割、研磨和腐蚀等处理，使其表面显露出内部的组织结构。

然后使用显微镜观察和拍摄材料的显微组织，进而进行分析和评估。

实验步骤：1. 样品制备：首先，将待观察的金属材料切割成适当大小的样品，然后进行研磨和抛光处理，使其表面光洁度达到要求。

2. 腐蚀处理：将样品放入适当的腐蚀液中进行腐蚀处理，以去除表面氧化层和其他污染物，使组织结构更加清晰可见。

3. 清洗和干燥：将腐蚀后的样品进行清洗，去除腐蚀液残留物，并使用酒精或其他适当的方法进行干燥处理。

4. 显微观察：将样品放置在显微镜台上，调节显微镜的放大倍数和焦距，观察样品的显微组织，并通过摄影或录像等方式记录下来。

实验结果与分析：通过金相组织观察实验，我们得到了以下结果：1. 显微组织结构：观察到材料的晶粒尺寸、晶界分布和相组成等结构信息。

不同材料的晶粒尺寸和晶界分布情况可能存在差异，这直接影响材料的力学性能和加工性能。

2. 相变现象：在观察过程中，我们还可以观察到材料的相变现象，如固溶体相变、相分离等。

这些相变现象对材料的性能和加工工艺也有重要影响。

基于以上结果，我们可以得出以下结论和分析：1. 材料的晶粒尺寸和晶界分布对材料的力学性能和加工性能有重要影响。

晶粒尺寸越小，晶界分布越均匀，材料的强度和韧性往往更高。

2. 相变现象的发生与材料的成分和处理工艺密切相关。

通过观察和分析相变现象，可以优化材料的热处理工艺，提高材料的性能和加工效果。

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。

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。

应用：用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。

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。

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。

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2-2 T12钢球化退火组织 图2-3 45钢正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即1c A 以上，但低于3c A ），然后在水中冷却，这种淬火称为亚温淬火。

根据Fe-Fe 3C 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2-4所示。

45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图2-5所示。

实验二碳钢的热处理及非平衡组织观察一、实验目的1. 了解退火、正火、淬火及回火等普通热处理的基本工艺与生产。

2. 认识碳钢典型的热处理组织，了解不同加热温度、不同冷却速度及不同回火温度对所得组织的影响。

二、实验内容实验一中我们研究了铁碳合金的平衡组织，即缓冷后的组织。

它完全符合铁碳状态图所得出的结果，而非平衡组织，通俗的理解就是在较快的冷速下所得到的组织，除退火外，正火、淬火或回火所得的组织都为不平衡组织。

1. 状态图可决定热处理的加热温度和可以进行哪一类热处理。

但热处理后的产物尚需视冷却速度而定，这样就需要运用过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）来决定。

而钢的回火后组织又必须结合钢的回火相变原理去理解。

图1为共析钢由TTT曲线推测过冷奥氏体连续冷却所获转变产物。

A1为临界线（727℃），Ms为马氏体转变开始温度。

以不同冷却速度进行冷却。

根据冷却曲线和“C”曲线相交的位置可以判断出奥氏体转变产物是什么组织。

V k——表示转变为马氏体的最小冷速。

V1——相当于退火冷速（炉冷），产物为片状珠光体。

V2——相当于正火冷速（空冷），产物为索氏体，索氏体也是α+Fe3C的机械混合物，与珠光体不同的是其片状较细，在放大倍数较高的显微镜观察时可以分辨清楚（一般800～1000倍）V3——相当于在油中冷却，产物为屈氏体+马氏体。

屈氏体也是α+Fe3C的机械混合物只是片状更细，故要在更高放大倍数下才能分辨。

普通金相显微镜分辨不清，呈黑色团块状。

V4——相当于在水中冷却（淬火），产物为马氏体+残余奥氏体。

马氏体（M）是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，其组织特征呈亮白色针状。

针与针之间的夹角一般为60°或120°，针的粗细与原来γ的晶粒度有密切的关系。

若选取热处理加热温度过高，则由于γ晶粒很粗大，淬火后的M针也粗大。

这种情况下钢的韧性很低。

正常淬火温度下，M针应很细，呈隐针状。

钢在淬火后常保留某些未转变的奥氏体，称为残余奥氏体，它与一般的奥氏体没有什么区别。

常用金属材料的组织与性能分析一、实验目的:1、观察和研究各种不同类型常用金属材料的显微组织特征。

2、掌握成分、显微组织对性能的影响关系。

二、实验设备与材料:金相显微镜（MC006 4X1）视频图像处理金相显微镜（4XC-ST）计算机（成像、分析软件）常用金属材料的标准金相试样三.实验前思考问题:1、铁碳合金相图，不同碳钢的组织变化及其显微组织特征。

2、实验五钢的热处理，同一种钢材，不同的热处理下为什么性能出现较大的变化。

3、常用的金属材料有哪些。

四、实验内容:1、铁碳合金的平衡组织观察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（如退火）得到的组织。

可以根据Fe-Fe3C相图來分析其在平衡状态下的显微组织。

铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成。

由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现不同的组织形态。

各种铁碳合金在室温下的显微组织铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本组织：铁素体(F)是碳溶解于a-Fe中的间隙固溶体。

工业纯铁用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈白色块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。

渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%, 质硬而脆，耐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体任呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。

渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶面；三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

珠光体(P)是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。

经4%硝酸酒精浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。

当放大借数较低时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线, 甚至珠光体片层因不能分辨而呈黑色。