低合金耐热钢中金相组织混晶现象分析与对待

综 述低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除刘云旭(吉林工学院材料工程系,长春　130012)摘要:研究了低碳合金钢中带状组织和混晶组织形成的原因、对钢材质量的影响和消除方法。

结果表明,这两种组织主要是钢中的成分偏析引起的,而且常成因果关系。

带状组织会降低钢的力学性能、切削加工性能和塑性成形性能,带状组织中的合金元素偏析,在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件下难以消除。

采用电渣重熔、快速结晶、增大锻造比和扩散退火等技术,可以减轻或避免钢材带状组织的形成。

关键词:低碳合金钢;带状组织;混晶组织中图分类号:TG 157 文献标识码:A 文章编号:025426051(2000)12-0001-03R eason of Formation ,H armf ul E ffect and R emoval ofB and Structure in LowC arbon Alloy SteelL IU Yun 2xu (Department of Materials Engineering ,Jilin Institute of Technology ,Changchun 130012,China )Abstract :Experimental studies on reason of formation ,harmfull effect and removal means of band structure and mixedgrain size struc 2ture in low carbon alloy steel are discussed in this paper.The results show that ①the composition segregation of steel is the reason of formation of band structure ,which is induced by mixed grain size structure always ;②the band structure may reduce mechanical proper 2ties ,cutting properties and plastic working properties of steel ;③the alloy elements segregation can not be removed by conventional heat treatment such as annealing ,normalizing ,hardening and carburizing ,but may be improved and removed by electroslay remelting ,in 2creasing rate of crystallization ,increasing ratio of forging strain and diffusion annealing technology ,etc.K ey w ords :low carbon alloy steel ;band structure ;mixed grain size structure作者简介:刘云旭(1932—),男,江苏人,教授,一直从事金属热处理数学和科研工作,发表论文100余篇,专著8本。

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。

碳素钢、低合金钢常见金相组织形态及硬度1．铁素体（F）—原系外来语（Ferrite）译名，台湾文献译为肥粒铁。

铁素体系碳溶于体心立方晶格的α-Fe中所形成的间隙固溶体［α-Fe（C）］。

以4％硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察，铁素体呈明亮的等轴多边形。

由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差别，故稍显明暗不同。

铁素体在不同处理状态亦可呈块状、月牙状、网络状等形态，硬度在100HB左右。

2．渗碳体（θ相）—原系外来语（Cementite）译名，台湾文献译为雪明碳铁。

渗碳体系铁和碳的化合物，含碳量为 6.69％，分子式为Fe3C，在合金钢中，渗碳体中的Fe原子可以为其他合金元素原子所置换，形成合金渗碳体［（Fe，Me）3C］。

渗碳体是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。

渗碳体硬度很高（800~1000 HV），而塑性及冲击韧度几乎为零，脆性很大。

其显微组织形态很多，不受硝酸酒精试剂腐蚀（染色），在光学显微镜下呈白亮色，在碱性苦味酸钠腐蚀下，被染成黑色。

渗碳体是钢中的主要强化相，有片状、粒状、网络状、半网络状等形态，其形态与分布对钢的力学性能有很大影响。

3．珠光体（P）—原系外来语（Pearlite）译名，台湾文献译为波莱铁。

珠光体是铁碳合金相图中的共析转变产物（F+Fe3C），是铁素体和渗碳体的机械混合物，因具有这种组织的样品抛光蚀刻后有珠母贝的光泽而得名。

有片（层）状和球（粒）状等不同形态和分布方式。

珠光体用4％硝酸酒精溶液腐蚀，F和Fe3C交界处腐蚀较深，在直射光照射下变成黑色线条，可清晰看到层状，粒状等形态和分布情况。

4．奥氏体（A）—因这种组织的发现人Austen而得名，台湾文献译为沃斯田铁。

奥氏体系碳溶于面心立方晶格γ-Fe中所形成的固溶体［γ-Fe（c）］，常以符号A表示。

奥氏体中的碳也是存在于γ-Fe 晶体的间隙固溶体。

奥氏体存在于727~1495℃的温度区间，是一种高温相，不易腐蚀，呈白色，若先用4％硝酸酒精溶液腐蚀，再用10％过硫酸铵溶液腐蚀，则奥氏体可染成黑色。

低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织和力学性能分析摘要：低合金钢热轧薄宽钢带在工程领域具有广泛的应用。

本文就低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织和力学性能进行了分析。

通过对钢带的制备工艺、热处理工艺以及材料特性的研究，可以更好地理解低合金钢热轧薄宽钢带在不同应力状态下的性能表现。

研究结果表明，低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织结构与其力学性能密切相关，并可通过合理的制备和处理工艺来改善其性能表现。

因此，对低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织和力学性能研究具有重要的理论和实际意义。

1. 引言低合金钢热轧薄宽钢带作为一种重要的结构材料，具有优良的力学性能和广泛的应用领域。

在工程领域，低合金钢热轧薄宽钢带通常用于制造汽车、船舶、航空航天等领域的零部件，以及建筑、机械制造等行业的结构件。

2. 低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织低合金钢热轧薄宽钢带的微观组织主要由晶粒、相组成和组织形貌等因素构成。

晶粒尺寸对钢带的塑性变形和断裂行为有重要影响。

相组成与合金元素的含量和配比有关，不同的相组成会导致钢带的力学性能差异。

组织形貌通常包括铁素体、奥氏体、贝氏体等，不同的组织形貌对钢带的硬度、强度和延展性等性能有显著影响。

3. 力学性能分析低合金钢热轧薄宽钢带的力学性能通常包括强度、硬度和延展性三个主要指标。

强度指钢带抵抗外力的能力，硬度指钢带的表面硬度，延展性指钢带的塑性变形能力。

力学性能的好坏与钢带的微观组织密切相关。

4. 制备工艺对微观组织和力学性能的影响低合金钢热轧薄宽钢带的制备工艺包括热轧工艺、退火工艺和淬火工艺等。

不同的制备工艺对钢带的微观组织和力学性能会产生显著影响。

热轧工艺对钢带的晶粒尺寸和相组成有重要影响，退火工艺可以调整钢带的组织形貌，淬火工艺可以提高钢带的强度和硬度。

5. 热处理工艺对微观组织和力学性能的影响低合金钢热轧薄宽钢带通过热处理工艺可以进一步调整钢带的微观组织和力学性能。

热处理过程中的加热、保温和冷却控制对钢带的相变和组织形貌有重要影响。

混晶产生的原因是：包晶反应、铸坯的原始组织不均匀、部分再结晶区轧制或轧后层流冷却不均、加热温度不均、过烧、终轧温度过低、压下量不够（临界压下率10010—20%会产生混晶）。

混晶对钢材的力学性能、工艺性能，特别是低温冲击韧性的危害最大，对进一步热处理也有很大的影响，尤其对于组织遗传倾向比较大的钢种，但对强度和伸长率的影响倒不是很大，因此，有些混晶不严重的钢材也是可以判为合格的。

混晶是由于组织遗传造成的，采用完全退火工艺取代调质处理前的正火工艺（680cC以上），使不平衡组织转变为平衡组织，可以隔断组织遗传，消除混晶。

750．何为复相组织？
钢的基体中具有两相和两相以上的组织称为复相组织。

利用各相组织的长处可获得理想的性能。

钢材中复相组织随处可见，而纯粹的单相组织不多且用途有限（纯铁、纯马氏体钢）。

加入碳就有了出现复相组织的条件，普碳钢也经常是复相组织（铁素体、珠光体、渗碳体），但不能滥用复相钢的概念，不宜把普碳钢也称为复相钢。

焊接接头金相组织分析一、实验目的(一)观察与分析焊缝的各种典型结晶形态；(二)掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。

二、实验装置及实验材料(一)粗、细金相砂纸 1套(二)平板玻璃 1块(三)不同焊缝结晶形态的典型试片 若干(四)低碳钢焊接接头试片 1块(五)正置式金相显微镜 1台(六)抛光机 1台(七)工业电视(或幻灯机) 1台(八)吹风机 1个 (九)4％硝酸酒精溶液、无水乙醇、脱脂棉 若干(十)典型金相照片(或幻灯照片) 一套三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。

组织的不 同，导致机械性能的变化。

对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不 可缺少的环节。

焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。

宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型、焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。

显微分析是借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析 焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。

焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。

焊缝金属的结晶形态与焊接热影响 区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。

(一)焊缝凝固时的结晶形态1．焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的 焊接。

联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图４—１为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。

由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。

这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。

当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止。

这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。

2．焊缝的结晶形态根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C 0、结晶速度(或晶粒长大速度)及和温度梯度G 有关。

if钢的金相组织
IF钢是一种低合金高强度钢，其金相组织对于其力学性能具有重要影响。

IF钢的金相组织主要包括铁素体、贝氏体和残余奥氏体等组织。

其中，铁素体是IF钢的主要组织，其具有良好的可塑性和韧性，能够有效地抵抗塑性变形和断裂。

贝氏体是IF钢的强化组织，其具有高硬度和高强度，能够有效地提高IF钢的抗拉强度和屈服强度。

残余奥氏体是IF钢的不稳定组织，其含量对IF钢的力学性能具有重要影响。

IF钢的金相组织与其生产工艺、热处理工艺和化学成分等因素密切相关。

在生产工艺方面，IF钢的热轧温度、冷却速度和成形温度等参数对其金相组织具有重要影响。

在热处理工艺方面，IF钢的退火温度、保温时间和冷却速度等参数也会对其金相组织产生影响。

在化学成分方面，IF钢的碳含量、硅含量、锰含量和铝含量等元素的含量也会对其金相组织产生影响。

为了获得优良的金相组织和力学性能，IF钢的生产和加工过程需要严格控制各项工艺参数。

在生产过程中，需要控制热轧温度和冷却速度等参数，以保证IF钢的铁素体和贝氏体组织比例合理。

在热处理过程中，需要控制退火温度和保温时间等参数，以保证IF钢的残余奥氏体含量在合理范围内。

在化学成分方面，需要控制各种元素的含量，以保证IF钢的金相组织和力学性能符合要求。

总之，IF钢的金相组织对于其力学性能具有重要影响，需要通过严格控制生产和加工过程中的各项工艺参数，以获得优良的金相组织和力学性能。

处理混晶及晶粒粗大问题晶粒度是表示金属材料晶粒度大小的程度。

一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服点、疲劳强度、塑性和冲击韧度，降低脆性转变温度。

影响晶粒大小的主要因素①加热温度。

加热温度越高，保温时间越长，晶粒长大的倾向越大。

②机械阻碍物。

一般来说，金属的晶粒随着温度的升高不断长大，几乎成正比关系。

但是，也不完全如此，有时候加热到较高温度时，晶粒仍很细小，可以说没有长大，而当温度再升高一些时，晶粒突然长大。

并且有些材料，随加热温度升高，晶粒分阶段突然长大。

一般称前一种长大方式为正常长大，后一种为异常长大。

金属异常长大的原因是金属材料中存在机械阻碍物，对晶界有钉札作用，阻止晶界的迁移。

③变形程度和变形速度。

变形程度对晶粒大小的影响的规律总的来说，随着变形程度由小到大，晶粒尺寸由大变小，但是晶粒大小有两个峰值，即出现两个晶粒区，第一个大晶粒区叫做临界变形区。

不同材料和不同变形温度的临界变形程度的大小不一样，临界变形区是一个小变形量范围，在某些情况下，当变形量足够大时，可能出现第二个大晶粒区。

④固溶处理前的组织情况。

固溶处理后的晶粒大小除了受固溶温度和机械阻碍物的影响外，受固溶加热前的组织情况影响很大。

如果锻后是未再结晶组织，而且处于临界变形程度时，固溶处理后将形成粗大晶粒；如果锻后是完全再结晶组织，固溶处理后一般可以获得细小而均匀的晶粒；如果锻后是不完全再结晶组织，即半热变形混合组织，固溶加热时，由于各处形核的时间先后、数量多少和长大条件等不一样，固溶处理后晶粒大小将是不均匀的。

⑤原始晶粒度。

按传统观念，钢在加热至正火温度时即发生相变和重结晶，使粗大晶粒得到细化。

但是有些钢种（主要是马氏体钢和贝氏体钢）过热后形成的粗晶，经正火后仍为粗大晶粒。

这种部分或全部由原粗大奥氏体晶粒复原的现象称为晶粒遗传。

关于晶粒度我们曾经花了近一周来学习，大家可以翻回去复习一下哦。

主要开发研究内容及目标晶粒度对产品的屈服点、疲劳强度、塑性、冲击韧度及脆性转变温度影响很大，混晶及晶粒粗大一直是困扰锻件生产的主要问题之一。