35钢显微组织

35crmo欠淬透组织金相35CrMo是一种铬钼合金结构钢，具有优良的机械性能和耐热性能，在工程领域中被广泛应用。

本文将重点讨论35CrMo欠淬透组织的金相特征。

一、35CrMo钢的组织特点35CrMo钢的淬火和回火处理能够显著提高其强度和韧性。

淬火过程中，35CrMo钢中的碳化物颗粒根据固相反应原理向奥氏体晶界扩散，形成了明显的边界碳化物及残余奥氏体股。

回火处理能够使残余奥氏体经过再次析出碳化物的过程，形成更细小的碳化物析出相，达到强化的效果。

二、35CrMo钢的金相分析1. 淬火状态下的金相组织在35CrMo钢淬火状态下，其金相组织主要包括马氏体和残留奥氏体。

马氏体表现为紧密排列的板状结构，其形态和分布主要受淬火冷却速度的影响。

快速冷却可以得到更细小的马氏体片层，提高材料的强度和硬度。

残留奥氏体主要分布在马氏体片层之间或周边，呈现出胞状或网状结构。

残留奥氏体的存在会对材料的韧性和塑性产生一定的影响。

2. 回火状态下的金相组织在35CrMo钢经过回火处理后，其金相组织发生了明显改变。

回火处理可以分为若干个温度区域，每个温度区域下回火时间的不同，对金相组织也会产生不同的影响。

通常情况下，回火温度较低时，马氏体不发生相变，而在回火温度较高时会发生不同程度的马氏体余体脱碳。

回火使得马氏体转变为具有较好韧性的鳞片状珠光体，同时残留奥氏体的数量和尺寸也会减少。

三、35CrMo钢的金相显微镜观察金相显微镜是研究金属材料显微组织的重要工具。

通过对35CrMo钢的金相显微镜观察，可以更直观地了解其组织特征。

在显微观察中，可采用光学显微镜或扫描电子显微镜等设备，观察和分析样品的金相组织和显微结构。

通过对不同区域的观察，可以进一步了解35CrMo钢在不同热处理状态下的组织变化。

四、35CrMo钢欠淬透组织的金相特征35CrMo钢的欠淬透组织是指没有完全淬火的组织结构。

在淬火过程中，若淬火温度过低或冷却速度不足，可能导致钢材的淬火不完全，形成欠淬透组织。

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。

Fe3CII=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)* A%
最终组织：变态莱氏体Ld’+（由先共晶奥氏体经共析转变的) 珠光体P＋（从先共晶奥氏体沿其晶界析出的）二次渗碳体
枝晶？ Fe3CII？
材
料 亚共晶白口铁
热 处 理 金属模铸造
显 微 组 织 先共晶枝晶+莱氏体（变）
浸 蚀 剂 4%硝酸酒精
3.画出6块样品（20,60,T8,T12,亚，过）的组织示意图， F50MM半圆，标出各相关参数；并结合相图及课堂讨论分析 其特征, 绘出结晶过程示意图(全部手绘);要求分别描述组 织组成和相组成的计算方法。
4.个人感想与体会；你是否从此实验中达到预期的实验目的， 有何收获？
六、课堂讨论
T / ºC
材
料 T12钢
热 处 理 退火
显 微 组 织 珠光体+渗碳体网
浸 蚀 剂 碱性苦味酸溶液
原放大倍数 200
T12钢
浸蚀剂 4％硝酸酒精溶液
碱性苦味酸溶液
Ld: γ+Fe3C Ld’: P+Fe3C
共 晶 白 口 铸 铁
最终组织：变态莱氏体Ld’(珠光体与渗碳体的机械混合物)
特征？ 黑？ 白？
碳素结构钢：用于制造各种加工工具的钢种。用钢中平均含 碳量的两位数字表示，单位万分之一。例如：钢号45，表示 平均含碳量为0.45％的钢。
三、实验设备及样品
1.光学显微镜；
2.标准样品（10个；七种类型） ：
（1）工业纯铁 (< 0.0218%C）: Fe
（2）亚共析钢 (0.0218-0.77%C): 20, 45, 60
铁碳相图对应的 显微组织和分析
一、实验目的

只有当溶质原子尺寸较小，溶剂晶格间隙较大时
才能形成间隙固溶体。
例：Fe和C形成间隙固溶体。
间隙固溶体溶解的溶质数量是有限的。
图2-12（ｂ）
图2-12（ａ）
（2）臵换固溶体：溶质原子占据晶格结点位臵而形 成的固溶体。 （图2-12b）
两组元原子尺寸相近时，易形成臵换固溶体。可形
成有限固溶体和无限固溶体。 例：Cr和Ni等合金元素溶入铁中形成的固溶体为臵
立方晶格中的某些晶面立方晶格中的某些晶面100100面面110110面面111111面面立方晶格中的某些晶向立方晶格中的某些晶向111111向向110110向向在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密不同因此原子结合力也就不同从而在不同的不同因此原子结合力也就不同从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具有各向异性的原因
1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。
3. 晶格参数：
晶胞棱边的长度和棱边夹角α、β、γ。
4. 三种典型的金属晶体结构 面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格。 面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni等，具有良
好的塑性； 密排六方晶格的金属有 Mg、Zn、Be等
Fe3C组成的机械混合物。
机械混合物的性质，基本上是各组成相性能的
平均值。
35 钢的显微组织
机械混合物P
将黑色部分放大，看到指纹状结构。其中白色
基体是Fe与C形成的固溶体， 含碳0.0218% 体 心立方晶格（称为铁素体F）， 黑色条纹为 渗
碳体（Fe3C）。
黑色部分是F与Fe3C形成的机械混合物，称为

事长 吕海波 、协会秘书长 高一 平 、 名誉理 事长李献璐分别讲 话 。 代 表 们对共 同关心 的问题充分发表 了意 见 ,
还介绍 了本单 位 的产 品 门类 、规格 、 生产 和 销售 形 势 。 大 家 建议 协 会进 一 步 加 强 信 息和 统计 工 作 。 会议 还 建
议加强 行业合作 , 促进建立全 国统一 的行 业协会 。
切削加工时 , 化合碳含量不得高于
。 为进一步提高材料 的强度 与耐磨性 , 还可对之 进行热 处理 。 当 需
要 耐磨性高而不适于进行热处理 时 , 推荐采用含铜量较高
的材 料 。 为 了 在 使 用 中进 行 自润 滑 , 密 度 低 的
零件 可进行 浸 油 处理 。
显微组织
添 加 于铁 粉 中的铜 粉 于
︸内
内
丈 ‘,
一
一
缨缪
巧
塑
中国钢协粉末冶金协会硬面技术专业委员会在湘召 开
中国钢协粉末冶金协会硬 面技术专业委 员会于 究会 。 中国钢协粉末冶金协会副理事 长顾乃粒 同 志和 硬
划 。 协会名誉
为 研讨本
家和领导干部
改革和 结构 优
件 的预 保 护和
希望协会专业委员会努力发挥好政府与企业 间发展硬面技术的桥梁和纽带作用 。
材料牌号
一
一
一
一
一
一
一
一
一
注 其它元素 包括为 了特殊 目的而添加的其他徽量元素 总量最大为
。
最 小值
二 笼泣一倪菌排和烧煊碳 拐 的物理 二力里性篮 一 一一一一塑咧凶组当队塑望 」巨 一
标 准值
最小强度 材料牌号 屈 服 极限
拉 伸性 能

加工条件与毛坯尺寸对35Cr M o钢低温冲击性能的影响测试与分析朱跃峰1,尹永晶2,3,赵旭平2,何卓左4,张　勇2,刘　俭2(11清华大学机械工程系清华大学先进成形制造重点实验室,北京　100084;21南阳二机石油装备(集团)有限公司,河南南阳　473006;31石油大学机电工程学院,北京　102249;41中原工学院机电学院,河南郑州　450007)摘要:针对石油钻采设备的低温服役条件,考察了石油工业常用35Cr M oA钢及ZG35Cr M o铸钢的冲击性能以及热处理工艺、毛坯尺寸和温度等因素的影响。

冲击试验结果表明,35Cr M oA钢的冲击性能在试验温度范围内随温度降低而逐渐下降,并且在0～-30℃范围内发生韧2脆转变。

在常规热处理条件下,毛坯尺寸对35Cr M o A钢的冲击性能具有显著影响,特别是在室温及不太低的温度(-20℃～20℃)下,取自中等尺寸(<130mm)毛坯的试样表现出较好的冲击性能;而取自较小尺寸(<60mm)及较大尺寸(<220mm)毛坯的试样冲击性能明显降低,反映出热处理过程中适中的冷却速度有利于改善钢的冲击性能。

铸钢ZG35Cr M o的低温冲击性能,特别是在-40℃～-60℃之间与35Cr M oA钢相差不大,表明加工状态(轧制或铸造)对冲击性能的影响可能主要表现在室温及其以下部分温度区间。

值得注意的是,当温度从-20℃下降至-60℃时,铸钢ZG35Cr M o冲击性能的下降幅度远小于35Cr M oA钢。

此外,在各个相应试验温度下,35Cr M oA钢及铸钢ZG35Cr M o的冲击断口特征基本相同。

关键词:35Cr M o A钢;铸钢ZG35Cr M o;加工条件;毛坯尺寸;低温冲击性能中图分类号:TG115.5 文献标识码:A 文章编号:025426051(2006)0320080205I nfluence of W ork i n g Cond iti on s and Bl ank S i zes onL ow Tem pera ture I m pact Properti es of35Cr M o SteelZHU Yue2feng1,YI N Yong2jing2,3,Z HAO Xu2p ing2,HE Zhuo2zuo4,ZHANG Yong2,L I U J ian2(1.Key Laborat ory for Advanced Manufacturing by Materials Pr ocessing Technol ogy,Depart m ent of MechanicalEngineering,Tsinghua University,Beijing100084,China;21Nanyang Erji Petr oleum Equi pment(Gr oup)Co.L td., Nanyang He′nan473006,China;31Faculty of Mechanical and Electr onic Engineering,China University of Petr oleum, Beijing102249,China;41School ofMechanical and Electr onic Engineering,Zhongyuan I nstitute of Technol ogy,Zhengzhou He′nan450007,China)Abstract:According t o the service conditi ons of petr oleu m devices at l ow te mperature,the i m pact p r operties of35Cr M oA steel and cast steel ZG35Cr M o app lied commonly in petr oleum industry and the effects of the p r ocessing conditi ons,blank sizes,and te mperature were res pectively studied.The results of the i m pact tests showed that the i m pact p r operties of 35Cr M oA steel and cast steel ZG35Cr M o decreased with the decreasing test te mperature and there existed a ductile2brit2 tle transiti on bet w een-30℃and0℃.The effect of the blank sizes on the i m pact p r operties of35Cr M oA steel was evi2 dent under the conventi onal heat treat m ent conditi ons.The s peci m ens cut fr om the blanks with moderate sizes (<130mm)dis p layed good i m pact p r operties,particularly at a mbient and moderately l ow te mperatures fr om-20℃t o 20℃,and the i m pact p r operties of the s peci m ens fr om both s mall(<60mm)and big(<220mm)blanks were re mark2 ably decreased.It was de monstrated that moderate cooling rates during the heat treat m ents would be beneficial t o i m p r ove the i m pact p r operties of steels.The i m pact p r operties of the cast steel ZG35Cr M o at l ow te mperatures,es pecially bet w een -60℃and-40℃,were al m ost sa me as that of35Cr M oA steel,which indicated that i m pact p r operties of35Cr M o steels were sensitive t o the p r ocessing conditi ons only at a mbient and moderate l ow te mperatures.It should be menti oned that, with the test te mperature decreased fr o m-20℃t o-60℃,the i m pact p r operty decrease a mp litude of the cast steel ZG35Cr M o was much s maller than that of35Cr M oA steel.I n additi on,the i m pact fractures of both35Cr M oA steel and cast steel ZG35Cr M o revealed si m ilar characteristics at every corres ponding test te mperatures.Key words:35Cr M oA steel;cast steel ZG35Cr M o;working conditi ons;blank size;l ow te mperature i m pact p r operty作者简介:朱跃峰(1958.10—),男,河南灵宝人,博士,副教授,主要从事金属材料先进加工技术、碳纳米材料及其改性复合材料等领域的研究,发表论文70余篇,其中,Sci 收录11篇,Ei 收录18篇。

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。

03
钢铁材料的显微组织
钢的显微组织分类
铁素体
一种具有体心立方晶格 的相，在钢中通常作为
基体相。
奥氏体
一种具有面心立方晶格 的相，在钢的熔炼过程
中通常形成。
渗碳体
一种具有复杂晶格结构 的相，在钢中作为强化
相。
珠光体
由铁素体和渗碳体组成 的层状相，具有较好的
塑性和韧性。
钢材的显微组织特点
钢材的显微组织结构取决于其制造工艺，如熔炼、 轧制、热处理等。
马氏体
形状记忆合金中的马氏体是 一种有序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 变化。
奥氏体
形状记忆合金中的奥氏体是 一种无序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 恢复。
孪晶
形状记忆合金中的孪晶是一 种特殊的晶体结构，能够通 过温度变化实现形状的变化 和恢复。
06
金属材料显微组织的观察与分析方法
高温合金中的碳化物是一种硬质点，能够 提高材料的耐磨性和抗腐蚀性能。
精密合金的显微组织
特点 精密合金是一种具有优异物理、 化学和机械性能的金属材料，其 显微组织通常包括单相、双相、 多相等结构。
多相 精密合金中的多相组织由多种晶 体结构组成，如奥氏体、铁素体 和碳化物，能够提供优异的机械 性能和耐腐蚀性能。
铝及铝合金
纯铝具有轻巧和良好的导电性， 但强度较低。铝合金通过添加镁、 锰等元素来提高其强度和耐腐蚀
性。
钛及钛合金
钛是一种轻巧、高强度的金属， 具有良好的耐腐蚀性和生物相容 性。钛合金通过添加铝、钼等元 素来进一步提高其强度和耐腐蚀
性。
特殊金属材料
不锈钢
功能金属材料
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性和良 好机械性能的合金钢。常见的类型包 括奥氏体、马氏体和双相不锈钢。

试样的制备
奥氏体晶粒度的显示
晶粒度的测定方法：
1、比较法
•比较法：通过与标准系列评级图对比来评定平均晶粒度，存 在±0.5级偏差
•适于具有等轴晶粒的再结晶材料或铸态材料
•适合大多工业生产检验，如果第二相（或组元）基本上与基 体晶粒大小相同由岛状或片状组成，或者是第二相质点（晶粒） 的数量少而尺寸又小的，并位于初生晶粒的晶界处
i [3.3115lg(d)] 3.22
取样：沿钢材或零件的轧制或锻造方向通过中心取样；钢坯上
切取的检验面应通过钢材（或钢坯）轴心的纵截面20mm×10mm
钢材外表面到中心的中 通过直径的截面的一半 间位置的部分截面
通过整个直径的截 面，长度保证得到 检验面积
宽度1/4初的全厚度截面
检验面位于宽度1/4和从钢板表面到中心 位置，检验面为钢板厚度的1/2截面e出现粗系的夹杂物，s出现细系的夹杂物 如：B1e, B2.5s
B法：表示给定观察视场数（N）中每类夹杂物及每个宽度系 列夹杂物在给定级别上的视场总数
按照协议规定总级别( itol )或平均级别( imoy )
试验报告：
•非传统类夹杂物按与其形态最接近的A、B、C、D、DS类夹杂物评定
•对于A、B、C类夹杂物，纵向距离d≤40μm，横向距离s≤ 10μm，一条夹杂物
•一个串（条）状夹杂物宽度不同，取最大宽度
A类和C类夹杂物
B类夹杂物
结果表示：
通则：用每个试样的级别以及在此基础上所得的每炉钢每类 和每个宽度系列夹杂物的级别算术平均值表示。
四个系列的标准评级图：
评级图适用范围：
1.1 显微晶粒度的评定：
使用与相应标准系列评级图相同的放大倍数，直接对比。

钢铁显微组织microstructure of iron and steel在金相显微镜或电子显微镜下看到的钢和铸铁中由基本组成单元构成的聚合体。

用金相显微镜观察时试样表面应磨平抛光，并用适宜的侵蚀剂稍加侵蚀。

用电子显微镜观察时，需要进行更加复杂的试样准备工作。

金相显微镜最高放大倍数可达2500倍，电子显微镜可放大几十万倍（见光学金相检验）。

钢和铸铁都是在铁中加入碳和其他合金元素形成的合金,其中,含碳量为0.77％的钢称为共析钢；含碳量低于0.77％的钢称为亚共析钢；含碳量为0.77～2.11％的钢称为过共析钢；含碳量高于2.11％的称为铸铁。

不同含碳量和合金成分的钢或铸铁，其显微组织各不相同。

同一成分的钢或铸铁，经过不同的金属热处理后也具有不同的显微组织（图1 [铁碳合金平衡相图]）不同的显微组织具有不同的性能，因此钢铁可以通过热处理获得不同的性能。

钢铁显微组织分析是研究钢铁和评定钢铁制品质量的重要手段。

固态钢铁中的相相是钢铁显微组织的基本组成单元。

图2c[几种典型的金相组织 c上贝氏体（上)，500][倍羽毛状为上贝氏体，白色基体为马氏体16Mn钢 500℃等温，10％盐水淬火,2％硝酸酒精腐蚀]中白亮的基体和白色的条状物便是两种不同的相。

两种相之间有明显的分界面。

同一种相的内部，化学成分、原子排列方式和各种性能基本一致。

液态的钢或铸铁中只有一种相，即液相。

固态钢铁中可能出现多种不同的相，大致可以把它们分为固溶体和化合物两大类。

固溶体 碳或其他合金元素固溶于铁中形成的固态溶体。

固态纯铁在不同的温度范围内有 3种不同的原子排列方式，分别称为铁、铁和铁。

碳或其他合金元素溶入铁形成的固溶体称为铁素体；溶入铁形成的固溶体称为奥氏体；溶入铁形成的固溶体称为固溶体。

与溶液相似，固溶体的溶解度也随温度的升降而增减。

化合物 碳、铁或某些合金元素之间都可以形成化合物。

钢铁中最常见的是碳与铁形成的化合物，分子式为Fe3C（含碳8.3％）,称为渗碳体。

热处理工艺对35NCD16合金钢组织和性能的影响康福伟;孙汝苇;张启凤【摘要】研究了热处理工艺对35NCD16合金钢组织和性能的影响,采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸实验、硬度实验等设备及实验方法对875℃淬火,550℃、560℃、570℃和580℃不同温度回火后的材料进行组织观察和性能测试,分析其显微组织和力学性能变化规律,从而得出最佳热处理工艺参数.实验结果表明:875℃淬火+高温回火能有效改善35NCD16合金钢的显微组织,在实验温度范围内,35NCD16钢于550℃、560℃发生二次硬化现象,尤以550℃更为显著,此时硬度、抗拉强度、延伸率达到最大值,分别为42.07 HRC、1 309 MPa和15.42％,断口呈微孔聚集型特征,大韧窝中分布着小韧窝;温度超过560℃,则出现过时效现象,580℃时硬度降至35.13 HRC,抗拉强度降至1 048 MPa,延伸率降至12.83％.因此,35NCD16合金钢的最佳热处理工艺为875 ℃淬火+550℃回火.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2014(019)003【总页数】5页(P10-14)【关键词】35NCD16合金钢;回火温度;显微组织;力学性能【作者】康福伟;孙汝苇;张启凤【作者单位】哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司,黑龙江哈尔滨150066【正文语种】中文【中图分类】TG1620 引言35NCD16合金钢是法国航空工业重要的一种中碳镍铬钼钢，国内对应牌号为35Ni4Cr2MoA［1］，属于高韧性、高强度结构钢.该合金钢含较高的Ni、Cr、Mo等合金元素，使钢的过冷奥氏体相当稳定，淬透性很高，空淬即可获得马氏体和贝氏体组织［2－3］.淬火后高温或低温回火，可获得高强度或超高强度两个级别的性能，在大截面上获得均匀的高强度和高塑韧性配合，具有低的冷脆转变温度和高的疲劳强度等［4－6］.该钢主要用于制造截面较大的承受疲劳载荷的关键部件，如轴类、对接接头、专用螺栓以及“幻影”、“协和号”等军用、民用飞机的起落架［7－8］.该合金钢添加了较多的Ni和一定量的Cr、Mo，合金元素含量较高，使其获得了高强度和良好的韧性，但热处理工艺较复杂，因此相关报道较少;在国内，35NCD16合金钢已进行国产化，由抚顺特种钢厂生产，但关于该合金钢的研究报道仅限于其应力腐蚀疲劳性能以及锻造工艺等方面［1，9－13］，对热处理工艺的研究报道很少.为了进一步提高35NCD16合金钢性能，全面掌握该材料的组织和性能变化规律，对其进行热处理工艺研究是十分必要的.本文以中航工业哈尔滨飞机制造有限公司使用的35NCD16钢为背景，通过热处理实验，研究35NCD16钢的组织及性能变化规律，最终确定材料的最佳热处理工艺参数.1 实验材料及方法实验材料为法国宇航公司提供的35NCD16合金钢，材料标准为ASNA3133－3181，名义化学成分见表1.表135 NCD16合金钢的化学成分(质量分数)C/%Si/%Mn/%Cr/%Mo/%Ni/%S/%P/%Fe/%0.350.30.451.80.454.0≤0.020≤0.025Bal.利用HZC3－100型真空炉(温差±2℃)对试样进行淬火及回火处理，淬火工艺为875±10℃，保温57～78 min，空冷至室温;回火工艺为550℃、560℃、570℃、580℃下进行回火，保温2 h，空冷至室温.对热处理后的试样按照标准金相试样制备法进行研磨、抛光，用4%的硝酸酒精溶液对试样进行腐蚀15～20 s，将试样清洗、吹干，在OLYMPUS GX71－6230A型金相显微镜上进行光学显微组织观察，在FEI Sirion 2000型扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)对试样进行显微组织观察;根据GB/T230－2004《金属洛氏硬度试验》，采用精确度为0.1HR的HRS－150洛氏硬度计对热处理后的试样进行硬度检测.测试硬度时，先加初试验力，然后加主试验力.压入试样表面之后卸除主试验力，在保留初试验力的情况下，根据试样表面压痕深度，确定被测金属材料的洛氏硬度值.为了保证测试结果的精确度，试样需经1#金相砂纸研磨，去除掉表面氧化层.每个试样需测试5个点，去掉一个最大值，去掉一个最小值，取算术平均值.室温拉伸试验在Instron 5500R型电子万能材料试验机上按照GB228－2002进行，拉伸速率为4 mm/min，图1为片状拉伸试样示意图，拉伸试样的断口形貌利用上述扫描电镜进行观察.图1 拉伸试样示意图2 实验结果与分析2.1 热处理工艺对35NCD16合金钢组织的影响1)35NCD16合金钢淬火组织.图2为35NCD16合金钢的空气淬火后组织.从图2(a)可见，空冷后，主要得到淬火马氏体加下贝氏体组织以及极少量的残余奥氏体，马氏体的形态为板条和针状混合型.这是由于高温状态下，奥氏体成分不均匀，低碳部分的含碳量低于0.3%，MS点较高，首先形成板条马氏体，并在冷却过程中发生自回火，经浸蚀后颜色较深，但自回火的碳化物不明显;高碳部分的含碳量可达到1.0%以上，MS点较低，形成短小的针状马氏体，Cr、Mo、Ni等元素都增加形成片状马氏体的倾向，这部分高碳马氏体不易被浸蚀，故颜色较浅.从图2(b)SEM照片中可以清楚地观察到板条马氏体的板条形貌且板条马氏体呈不同位向分布，针状马氏体为短针状，也可以清楚看到自回火过程中析出的少量细小碳化物.图235 NCD16钢淬火组织2)35NCD16合金钢淬火加回火后的组织.图3至图6为淬火+高温回火处理状态下的显微组织照片.回火温度分别为550℃、560℃、570℃、580℃.从图3～6中可以看出35NCD16合金钢不同温度回火时的组织转变，在550℃及560℃回火(图3、图4)，析出的碳化物非常细小，随回火温度的升高，碳化物析出增多并明显聚集长大，马氏体板条加宽但不完整.在560℃以上回火后的组织都为回火索氏体，但由于良好的回火稳定性仍保留马氏体和贝氏体形貌，析出的碳化物分布于回火索氏体的晶界，残余奥氏体分解为渗碳体，如图5所示;随着回火温度的升高，板条逐渐模糊，组织越来越粗大，α相已回复并随回火温度的升高回复更加完全，无再结晶现象，如图6所示.图335 NCD16 550℃回火组织图435 NCD16 560℃回火组织图535 NCD16 570℃回火组织图635 NCD16 580℃回火组织2.2 热处理对35NCD16合金钢力学性能的影响2.2.1 淬火工艺对35NCD16合金钢力学性能的影响表2为35NCD16合金钢在875℃淬火后的力学性能，可以看出淬火态的强度、硬度较高，延伸率较低.这与对35NCD16合金钢在875℃淬火后的组织分析相一致.表235 NCD16钢淬火态的力学性能HRCRm/MPaRp0.2/MPaA5/%36.931 2981 1977.82.2.2 回火工艺对35NCD16合金钢力学性能的影响35NCD16合金钢淬火后，分别在550℃、560℃、570℃、580℃下回火，并在HRS－150型洛氏硬度计和Instron 5500R电子万能材料试验机上进行硬度测试和室温拉伸试验，结果见表3.表335 NCD16钢回火后的力学性能注:ASNA3133为材料标准.回火温度/℃HRCRm/MPaRp0.2/MPaA5/%Z/%25 55042.071 3091 10615.4242.25 560411 2211 03513.9346.99 57035.41 08094013.0755.11 58035.131 ********.8351.44 ASNA3133—1 230～1 380≥1 030≥8≥由表3可以看出，回火温度为550℃时，钢的硬度、强度比淬火态的硬度、强度高，即呈现二次硬化现象.而随着回火温度高于550℃时，钢的硬度、强度逐渐降低，这是因为通过合金元素富集形核而析出的在高温下较θ－碳化物更为稳定的弥散的合金碳化物重新溶入α基底，并随回火温度的升高发生聚集长大从而使硬度、强度重新下降，即过时效.但延伸率与断面收缩率没有升高，反而有所下降.可见，35NCD16合金钢淬火后在550℃回火具有较好的综合机械性能，均超过了ASNA3133材料标准要求的性能.2.2.3 拉伸断口形貌分析图735 NCD16合金钢不同回火温度的拉伸断口形貌图7为35NCD16合金钢淬火后分别在550℃、560℃、570℃、580℃回火后的拉伸断口微观形貌.可以看出，35NCD16合金钢拉伸断口微观上总体呈现典型的微孔聚集型断口特征.从550℃回火的拉伸断口图中可以看到一个大韧窝上均匀分布着许多小韧窝，说明韧性更加优异.3 结论对35NCD16合金钢进行热处理后，对该合金钢的组织、硬度及其他力学性能进行研究，得到如下结论:1)35NCD16合金钢在875±10℃淬火，组织为淬火马氏体加下贝氏体以及少量残余奥氏体，合金的强度、硬度较高，塑韧性差.2)相同淬火温度下，随回火温度由550℃升高到580℃，该合金钢的硬度由HRC42.07逐渐降低到HRC35.13，抗拉强度由1 309 MPa逐渐降低到1 048 MPa，但塑韧性均比淬火态的好.3)拉伸断口分析发现，在550℃回火，拉伸断口中大韧窝中分布着细小韧窝.优化的热处理工艺为，875℃淬火+550℃回火，此时35NCD16合金钢具有最佳性能. 参考文献:【相关文献】［1］吴代斌，孙永恒.航空用合金钢锻件的锻造［J］.锻压机械，1998，6:34－35.［2］王顺兴.金属热处理原理与工艺［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2009:122－123. ［3］李枫，鞠泉，马惠萍，等.36NiCrMo16合金钢的回火处理［J］.金属热处理，2009，34(11):83－84.［4］ SHANMUGAN P，PATHAK S D.Some Studies on the Impact Bchavior of Banded Microalloyed Steel［J］.Engineering Fracture Mechanics，1996，53(6):990－993.［5］刘湘江，骆鸿.淬－回火温度对高强度钢30NCD16组织很性能的影响［J］.特殊钢，2007，28(2):56－57.［6］《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册［M］.2版.北京:中国标准化出版社，2008:204－319.［7］颜鸣皋，吴学仁，朱知寿.航空材料技术的发展现状与展望［J］.航空制造技术，2003，12:19－25.［8］刘天琦.飞机起落架用材发展［C］//中国航空学会2007年学术年会论文集，2007:1－6. ［9］ JHA，Abhay K，SREEKUMAR K，SINHA P P.Stress Corrosion Cracking of High Strength Steel Fasteners for Space Application［J］.Intermational Journal of Micrsotructure and Materials Properties，2010，5(4－5):338－353.［10］陈美英，刘志静.环境、频率、介质作用方式对铌35NCD16钢疲劳性能的影响［J］.材料工程，1993，8:15－18.［11］ JHA，Abhay K，SREEKUMAR K，MITTAL M C.Failure of 35NCD16 Steel Fastener-a Metallurgical Investigation［J］.Engineering Failure Analysis，2009，16(1):302－308. ［12］ KUREK Marta.Fatigue Life Estimation under Cyclic Loading Including out-of-parallelism of the Characteristics［J］.Applied Mechanics and Matenals，2012，104:125－132.［13］ BOUDIAF Achraf.Effects of the Austenite Grain Size on Transformation Plasticity in a 35NCD16 Steel［J］.Intermational Journal of Micrsotructure and Materials Properties，2010，5(4－5):338－353.。

实验三 碳钢热处理后的显微组织观察一、实验目的1、观察碳钢热处理后的显微组织。

2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

二、概述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含量的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，及相的相对量。

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。

1、钢冷却时的转变1)共析钢过冷奥氏体连续冷却后的显微组织 为了简便起见，不用C(丁曲线而是用C 曲线来分析。

共析钢在慢冷时(见图16—24中的V 1)，将全部得到珠光体。

冷速增大到V 2时，得到片层更细的珠光体，即索氏体或屈氏体。

冷速再增大到V 3时，得到屈氏体和部分马氏体。

而冷却速度增大到V 4，V 5时，奥氏体一下被过冷到马氏体转变始点(Ms)以下，转变成马氏体。

由于共析钢的马氏体转变终点在室温以下(－50℃)，所以在生成马氏体的同时保留有部分残余奥氏体。

与C 曲线鼻尖相切的冷速(V 4)称为淬火的临界冷却速度。

2)亚共析钢过冷奥氏体连续冷却后的显微组织 亚共析钢的C 曲线与共析钢的相比，上部多了一条铁素体析出线，如图16—25所示。

当奥氏体缓慢冷却时，(见图16—25中的V 1)，转变产物接近于平衡状态，显微组织是珠光体和铁素体。

随着冷却速度的增大，例如由V 1→V 2→V 3时，奥氏体的过冷度越大，析出的铁素体越少，而共析组织(珠光体)的量增加，碳含量减少，共析组织变得更细。

这时的共析组织实际上为伪共析组织。

析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。

因此，由V 1→V 2→V 3时，显微组织的变化是：铁素体+珠光体→铁素体+索氏体→铁素体+屈氏体。

当冷却速度为V 4时，析出的铁素体极少，最后主要得到屈氏体和马氏体。

当冷却速度超过临界冷却速度后奥氏体全部转变为马氏体。

美国MPIF标准35—《金属注射成形零件材料标准》一、MIM零件材料标准的注释和定义（1）MIM材料命名在制定MIM材料的技术规范时，MIM协会采用的牌号系统和AISI-SAE相同。

之所以选用这些牌号名称是因为MIM零件多用于替代已在使用的相应锻轧材料的制品。

当表示某种材料是用MIM工艺制造时，应在材料之前加“MIM”。

例如，用MIM工艺制造的316L不锈钢，可用“MIM-316L”来表示。

在选择某一具体材料之前，需要仔细分析零件的设计与其最终用途，其中包括尺寸公差、零件设计及模具设计。

另外，MIM零件的制造厂家和买方必须商定对成品零件的最终性能要求。

也可规定诸如静态与动态负载、耐磨性、切削性及耐蚀性之类的问题。

（2）一些基本概念与定义最小值概念金属粉末工业联合会对于用于结构零件的粉末冶金材料采用了最小力学性能值概念。

采用MIM工艺制造零件时，可用这些值作为用户选择具体应用材料的一个依据。

为有助于用户选择材料，除最小力学性能值外，还列出了其它性能得标准值。

从而，使用户可选择与确定合适的MIM材料与对具体用途最合适的性能。

提供的数据规定了材料的最小力学性能值，并列出了在工业生产条件下可达到的标准力学性能值。

通过较复杂的工艺过程可增强力学性能和改进其它使用性能。

要选择一种在性能与价格两方面都可行的最佳材料，用户与MIM 零件制造厂家一起讨论零件的用途最为重要。

最小值MIM材料的最小值，对于烧结态和（或）热处理态的所有材料都是用屈服强度（0.2%残余变形法）、极限抗拉强度及伸长率来表示的。

因为MIM材料的密度接近真密度，故其性能和锻轧材料相似。

为建立本标准，所用拉伸性能都是由拉伸试样测定的，拉伸试样是为评定材MIM料专门制备的（关于MIM材料试样的详情见MPIF标准50）。

由批量生产的零件切削加工的试样或由非标准的MIM试样测定的拉伸性能，可能和按照MPIF 标准50制备的试样测定的结果不同。

在编制MIM材料的技术规范时，表明最小强度值的实际方法是由制造厂家和用户利用生产的第一批零件和相互商定的对零件施加力的方法，进行静态或动态验收试验。

锻件35钢正火金相英文回答：Microstructure of Forged 35 Steel after Normalizing.Introduction.35 steel is a medium carbon steel commonly used in forging applications due to its high strength and hardness. During forging, the steel is heated to a high temperature and then subjected to hammering or pressing to shape it. After forging, the steel is typically cooled slowly in a furnace, a process known as normalizing. Normalizing aims to refine the grain structure of the steel, improve its toughness, and reduce internal stresses.Microstructure.The microstructure of forged 35 steel after normalizing consists of a mixture of ferrite and pearlite. Ferrite is asoft, ductile phase, while pearlite is a harder, stronger phase composed of alternating layers of ferrite and cementite (Fe3C). The relative proportions of ferrite and pearlite in the microstructure depend on the cooling rate during normalizing.Slow cooling: Slow cooling during normalizing promotes the formation of pearlite, resulting in a microstructure with a higher proportion of pearlite. This microstructure is characterized by a coarse, lamellar structure with alternating bands of ferrite and cementite.Fast cooling: Fast cooling during normalizing suppresses the formation of pearlite, leading to a microstructure with a higher proportion of ferrite. This microstructure is characterized by a finer, more equiaxed grain structure with smaller ferrite grains and less distinct pearlite colonies.Mechanical Properties.The mechanical properties of forged 35 steel afternormalizing depend on the microstructure. A microstructure with a higher proportion of pearlite exhibits higherstrength and hardness but lower toughness. Conversely, a microstructure with a higher proportion of ferrite exhibits lower strength and hardness but higher toughness.Applications.Forged 35 steel after normalizing is used in various applications where high strength and toughness are required, such as:Automotive components (e.g., crankshafts, connecting rods)。

铝及铝合金的显微组织
纯铝的显微组织
纯铝的显微组织由等轴晶粒组成，晶 界清晰，晶粒大小不均匀。
铝合金的显微组织
铝合金的显微组织由固溶体、金属化 合物和机械混合物组成，不同合金元 素对铝合金的显微组织有不同的影响 。
钛及钛合金的显微组织
纯钛的显微组织
纯钛的显微组织由等轴晶粒组成，晶界清晰，晶粒大小不均匀。
05 金属材料的热处理工艺与 显微组织的关系
退火与显微组织的关系
退火是一种金属热处理工艺，通 过加热至一定温度并保温一段时 间后缓慢冷却，使金属内部组织
结构发生变化。
退火过程中，金属内部的晶体结 构逐渐变得均匀，减少晶体缺陷 和内应力，提高金属的塑性和韧
性。
退火后的显微组织通常表现为晶 粒粗大、组织致密，不同金属材
钛合金的显微组织
钛合金的显微组织由固溶体、金属化合物和机械混合物组成，不同合金元素对钛合金的显微组织有不同的影响。
03 金属材料的相与组织转变
固态相变
相变类型
相变过程
固态相变是指金属材料在固态下发生 的相变，包括调幅分解、马氏体相变 等。
固态相变过程通常包括形核、长大和 粗化等阶段，这些阶段对金属材料的 性能和加工工艺具有重要影响。
详细描述
珠光体具有较好的塑性和韧性，同时 具有较高的强度和硬度。珠光体的形 态和分布对钢的性能有重要影响。在 显微镜下观察，珠光体的层片状结构 清晰可见。
02 有色金属材料的显微组织
铜及铜合金的显微组织
纯铜的显微组织
纯铜的显微组织由晶界和晶粒组 成，晶界清晰，晶粒大小不均匀 。
铜合金的显微组织
铜合金的显微组织由固溶体、金 属化合物和机械混合物组成，不 同合金元素对铜合金的显微组织 有不同的影响。

c） 疏松：凝固时枝晶间隙因得不到液体补充， 而形成的显微缩孔。
d） 淬火裂纹：淬火裂纹是淬火冷却时形成的拉 应力超过材料微裂纹扩展所需的临界应力时形成 的宏观裂纹。
e） 锻造过烧：过烧是在过热基础上进一步 恶化的结果，它和过热的区别在于过烧钢 的粗大晶界已被脆性的硫化物等夹杂的质 点和金属熔化的空洞所分隔开，即奥氏体 晶界开始熔化。
材料名称：Cr17Ni13W钢 工艺过程：铸造
缺陷名称：铸裂（铸锭心部有收缩裂纹，此种裂纹因未受氧化，在锻后
可焊合）
浸蚀剂：盐酸水溶液
材料名称：1Cr13钢 工艺过程：铸造 缺陷名称：铸裂（铸锭中心因凝固收缩而形成裂纹）
浸蚀剂：盐酸水溶液
2.常见微观缺陷组织：
a).T10表面脱碳
b).16Mn带状组织（F+P） c). 低碳钢锻造过热（W） d). 50钢退火超温
缺陷名称：方框偏析 （ 由于热轧时表面金属变形较内部为大因此锭型偏
析仍保留下来）
浸蚀剂：盐酸水溶液热蚀
材料名称：20MnMo钢 缺陷名称：过烧 (晶界氧化)
工艺过程：锻造 浸蚀剂：４%硝酸酒精
材料名称：中碳钢
工艺过程：锻造墩粗
缺陷名称：过烧裂纹
浸蚀剂：无
材料名称：重轨钢 （断口） 缺陷名称：严重过烧
750℃铁模
750 ℃热砂模
750 ℃冷砂模
750℃不同模子铸锭剖面图比较

产生带状组织的原因(以亚共析钢为例):
热加工时停锻温度低于Ａｃ３以下，使先共析铁 素体及奥氏体均沿加工方向伸长，因此转变后形 成铁素体与珠光体交替分布带状组织形貌，可以 用完全退火或正火的方法消除．
带状组织的存在使钢材的力学性能具有明显的方 向性，钢材横向（垂直于压力加工方向）的塑性 及韧性降低．

35#钢显微组织35钢一般在调质态下使用，截面较大的零件常正火处理。

35钢能制造承受较大载荷的机械零件，如曲轴、轴销、杠杆、连杆、套筒、横梁、星轮、轮圈、螺栓、螺母等，以及轴承座、箱体、缸体等铸件。

光学放大倍数：100×图号：35-01浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：正火处理组织及说明：基体组织为铁素体+片状珠光，晶粒度为6级。

图号：35-02浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：调质处理组织及说明：较粗回火索氏体，仍保持淬火马氏体针叶位向。

光学放大倍数：200×光学放大倍数：500×光学放大倍数：500×图号：35-03浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：调质处理组织及说明：某产品调质处理后心部组织，回火索氏体及白色沿晶界分布的铁素体，硬度为21HRC。

35钢的淬透性较差，当工件截面稍大些，则淬不透，心部组织仍会有铁素体存在。

图号：35-04浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：锻造空冷组织及说明：由于加热温度过高，晶粒粗化，空冷时形成魏氏体组织。

光学放大倍数：100×光学放大倍数：200×图号：35-05浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：940℃加热保温3h后空冷组织及说明：黑色为细片状珠光体，白色为铁素体，铁素体大部分沿奥氏体晶界析出，部分在奥氏体晶粒内成条状或针状析出，呈魏氏组织状态，硬度为198HB。

35钢Ac1为724℃，Ac3为802℃，正常的正火温度应为840～890℃。

由于正火温度过高，使奥氏体晶粒长大至3～4级(个别已长大至2级)，正火后出现魏氏组织，使零件的脆性增加。

为了改善此种组织状态，可以在正常的正火温度重新正火，给予消除。

图号：35-06浸蚀剂：4%硝酸酒精材料及状态：35钢处理：930℃加热水淬组织及说明：基体组织为针状和板条状马氏体，黑色球状为淬火托氏体，羽毛状为贝氏体和少量沿晶界析出的白色铁素体。