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钢热处理后的组织观察与分析 实验目的 1、 观察热处理后钢的组织及其变化 2、 研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响 二、 实验原理 1 ?钢的热处理工艺 钢的热处理就是通过加热.保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所 需性能的一种加工工艺。 钢随成分和热处理条件不同，热处理后的组织各不相同，其基本组织特征如下： （1） 索氏体（S）是铁素体与片状渗碳体的机械混合物，其层片分布比珠光体 更细密，在显微镜的高倍（700X左右）放大下才能分辨出片层状，它比珠 光体具有更高的强度和硬度。 （2） 屈氏体 也是铁素体与片状渗破体的机械混合物，片层分布比索氏体更细 密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到黑色组织如墨菊状，当其少 量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体.当析出量较各时则是大块 黑色晶粒状。只有布电子显微镜下观察才能分辨其中的片层状。 （3） 贝氏体 也是铁索素体与渗碳体的两相混台物，但其金相形态与珠光体不 同，因钢的成分和形成温度不同，其组织形态主要有三种： A上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断断续续地分布着细条状 渗碳体所组成。当转变量不多时，在光学显搬镜下可观察到成束的铁素体条 向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状持征，如照片6-1所示。在电镜下观察 可看到铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列着，渗碳体沿条的长轴方 向排列成行。（照片15-1）上贝氏体中铁素体的亚结构是位错。 B下贝氏体 是在具有一定过饱和的针状铁素体的内部沉淀有碳化物的组织， 由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下观察呈黑色针状，如照片6-2所 示。在电镜下观察可以看到，它是以针片状铁章体为基，其中分布着很细的 ￡碳化物片，这些碳化物片大致与铁素体片的长轴呈55?65、的角度（照片 15-2）o下贝氏体中的铁索体亚结构是位错。 C粒状贝氏体粒状贝氏体是最近十几年才被确定的组织。在低中碳合金钢 中，特别是在连续冷却时（如正火、热扎空冷或焊接热影响区、往往会出现 这种组织，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相 变温度区的上面。粒状贝氏体的金相组织，其特征是较粗大的铁素体块内 有一些孤立的小岛状组织，照片6 — 3所示，它原先是富碳的奥氏体区，其 随后的转变可以有三种情况（a）分解为铁索体和碳化物，（b）发生马氏 体转变，（c）仍然保持为富碳的奥氏体。 马氏体(M)是碳在a-Fe中的过饱和固溶体，马氏体的组织形态是多种各样的 归纳起来分为两大类即板条状马氏体和片状马氏体。 A.板条状马氏体 在光学显微镜下，板条马氏休的形态呈现一束束相互平行 的细长条状马氏体群，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体 群。毎束内的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，如照片6—4所示。板条状马氏体的立体形态为细长板条状，其横截面 据推测为近似椭圆形，平均直径通常为61?0?2微米。由于条状马氏体形 成温度较高，在形成过程中常有碳化物析出，即产生自回火现象，故在金 相试验时，易被腐蚀而呈现较深的颜色。在透射电镜下观察可以看到马氏 体群是由许多平行的板条所组成，且发现板条马氏体晶内(照片15—3)亚 结构是高密度的位错，位错密度约为(0?3 — 0.9)x1012厘米/厘米3, 因此条状马氏体又称位错马氏体，因含碳低的奥氏体形成的马氏体呈板条 状，故板条马氏体又称低碳马氏体。 B、片状马氏体在光学显微镜下，片状马氏体呈现针状或竹叶状，其立体形态 为双凸透镜状，因形成温度较低没有自回火现象，故其显微组织不易枚漫 蚀，所以颜色较浅，在显微镜下呈白亮色，如照片6-5所示。透射电镜观 察片状马氏体晶体内部(照片15-4)为李晶亚结构，故片状马氏体又称李 晶马氏体，因含碳高的奥氏体形成的马氏体呈片状，故片状马氏体又可称 高碳马氏体。 残余奥氏体(Ar)当奥氏体中含碳量＞0.5%时，淬火时总有一定量的奥氏体 不能转变成为马氏体，而保留到室温，这部分奥氏体就是残余奥氏体，它 不易受硝酸酒精腐蚀剂的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分部在马氏体之 间，无固定形态，淬火后来经回火，Ar与马氏体很难区分，都呈白亮 色，只有马氏体回火后才能分辨出马氏体间的残余奥氏体。 回火马氏体(Mr)髙碳马氏体经低温回火(150?250OC)后，马氏体分解，析 出与母相共格的极细小的弥散一碳化物。这种组织称为回火马氏体。由于 有极细小的碳化物析出使回火马氏体易受浸蚀，所以在光学显微镜观察， 回火马氏体仍保持针状马氏体形态，只是颜色比淬火马氏体深，但极细小 的碳化物分辨不清，如照片6-6所示。在电子显微镜下则可观察到细小的 碳化物。 低碳板条状马氏体低温回火以后，马氏体中只发生碳原子的偏聚，尚未析出 碳化物。在光学和电子量微镜下观察，低碳回火马氏体仍保持