【文章內容簡介】 體 室溫下，萊氏體是珠光體和滲碳體的機械混合物，滲碳體含 Fe3C 共晶 及 Fe3CⅡ 兩者沒有邊界，連成一體，呈白亮色的基體，珠光體則呈黑色的點狀，短條狀及小塊狀。 灰鑄鐵的顯微形貌 灰鑄鐵的顯微組織可根據(jù)其基體與石墨的形態(tài)來鑒別，灰鑄鐵的基體有鐵素體基，珠光體 基及鐵素體十珠光體基三類，石墨的形態(tài)主要有片狀，球狀及團絮狀幾種。 ① 普通灰鑄鐵 普通灰鑄鐵基體有鐵素體，鐵素體十珠光體，珠光體，其石墨為片狀。 ② 球墨鑄鐵 球墨鑄鐵基體也有三類，與普通灰鑄鐵相同，其石墨為球狀。 ③ 可鍛鑄鐵 可鍛鑄鐵基體為鐵素體，珠光體兩類，其石墨為團絮狀。 五、各種金屬材料的組織及分析 碳素鋼室溫下平衡組織及分析 ① 亞共析鋼： 20 鋼， 45 鋼 a、材料： 20 鋼 狀態(tài)：退火 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明： 20 鋼在顯微組織中，白色塊狀為鐵素體，暗色的層片狀為 珠光體，組織的組成物鐵素體和珠光體的質量分數(shù)依照杠桿原理分別為 F%=% P%=% 相組成物為 F 和 Fe3C，其質量分數(shù)分別為： F％＝ 97％ Fe3C％＝ 3％ b、材料： 45 鋼 狀態(tài)：退火 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：黑色塊狀部分為珠光體，白色塊狀部分為鐵素體，組成物鐵素體和珠光體的質量分數(shù)為： F%＝ % P%＝ % ② 共析鋼 材料： T8 鋼 狀態(tài)：退火 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：片狀為珠光體，即鐵素 體與滲碳體成層片狀相間排列，形如指紋，室溫下組織組成物為珠光體，則 P％＝ 100％，相組成物為鐵素體和滲碳體，質量分數(shù)分別為： F%＝ % Fe3C%＝ % ③ 過共析鋼 材料： T12 狀態(tài)：退火 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：基體為片狀珠光體，晶界上的白色網狀為二次滲碳體（由于放大倍數(shù)低，片狀珠光體未能顯示出來），組織組成物為 Fe3CⅡ 和 P，其質量分數(shù)分別為： Fe3CⅡ ％＝ 7％ P％＝ 93％ 碳鋼熱處理組織 ① 材料： 45 鋼 狀態(tài) ：調質（淬火＋高溫回火） 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 12 組織及說明：回火索氏體在白色鐵素基體上分布著細小的線黑色片狀滲碳體。 ② 材料： T12 鋼 狀態(tài)：淬火后低溫回火 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：回火馬氏體及殘余奧氏體 ③ 材料： 20 鋼 狀態(tài)：滲碳 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：低碳鋼經滲碳后表層含碳量增高，成為過 共 析成份 ， 在該層組織中，白色網絡狀都分為二次滲碳體，黑色部分為片狀珠光 體 ，由表層向 里，含碳量逐漸降低，組織為 共 析組織，并過渡到亞共析組織，再向里即為原材料 20 鋼的組織。 鑄鐵組織觀察 ① 材料：灰口鑄鐵（ HT） 狀態(tài)：鑄態(tài) 浸蝕劑： 4％銷酸酒精溶液 組織及說明：在線黑色細片狀珠光體上分布著片狀石墨 ② 材料：球墨鑄鐵（ QT） 狀態(tài)：鑄態(tài) 浸蝕劑： 4％硝酸酒精溶液 組織及說明：在白色鐵素體及 淺 黑色珠光體基體上分布著球狀石墨 其它材料組織說明 材料 狀態(tài) 浸蝕劑 放大倍數(shù) 組織及說明 亞共晶白口鑄鐵 鑄態(tài) 4％硝酸酒精溶液 400 基 體為共晶萊氏體組織，黑色枝晶狀組織為珠光體系 共晶白口鑄鐵 鑄態(tài) 4％硝酸酒精溶液 400 共晶萊氏體組織，白色基體為共晶滲碳體黑色圓粒及長條為珠光體 過共晶白口鑄鐵 鑄態(tài) 4％硝酸酒精溶液 400 在黑色回火馬氏體基體上分布著白色的粒狀碳化物 W18Cr4V 淬火后低 溫回火 4％硝酸酒精溶液 500 在黑色回火馬氏體基體上分布著白色的粒狀碳化物 H62 黃銅 退火 4％硝酸酒精溶液 200 白色部分為 固溶體，黑色部 分 為β固溶體 六、實驗報告 分析討論合金成份、組織、性能間的關系。 繪 出碳素鋼室溫下平衡組織 ，并標注材料名稱、狀態(tài)、浸蝕劑、放大倍數(shù)和組織說明（用箭頭標明圖中各個組成物的名稱） 亞共析鋼： 20 鋼 45 鋼 共析鋼： T8 過共析鋼 T12 碳鋼在熱處理狀態(tài)下的組織特征 及性能分析 。 珠光體組織在低倍觀察和中倍觀察時有何不同？為什么 ? 13 實驗三 碳鋼的熱處理 一、實驗目的 （ 1）了解普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）的方法。 （ 2）分析碳鋼熱處理時的冷卻速度及回火溫度對其組織與硬度的影響。 （ 3）分析碳鋼的含碳量對淬 火后硬度的影響。 （ 4）觀察碳鋼在普通熱處理后的組織，并識別其組織特征。 （ 5）加深認識碳鋼的成分、熱處理工藝與其組織、性能間的關系。 二、實驗概述 鋼的熱處理是指將鋼在固態(tài)下施以不同的加熱、保溫與冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。普通熱處理有退火、正火、淬火及回火等。 （一）碳鋼熱處理工藝 加熱溫度 碳鋼普通熱處理的加熱溫度，在生產中，應根據(jù)工件實際情況作適當調整。 熱處理加熱溫度不能過高，否則會使工件的晶粒粗大，氧化，脫碳嚴重，變形、開裂傾向增加。但加熱溫度過低，也達不到要求。 加熱時間 熱處 理的加熱時間（包括升溫時間與保溫時間）與鋼的成分、原始組織、工件的尺寸與形狀、使用的加熱設備與裝爐方式及熱處理方法等許多因素有關。因此，要確切計算加熱時間是比較復雜的。在實驗室中，通常按工件有效厚度，用下列經驗公式計算加熱時間： t=α D 式中 t ――加熱時間（ min） α ――加熱系數(shù)（ min/mm） D――工件有效厚度（ mm） 當碳鋼工件的有效厚度 D≤ 50mm，在 800960℃ 箱式電阻加熱爐中加熱時， α＝ （ min/mm）。 回火的保溫時間，要保證工件穿透加 熱，并使組織充分轉變。組織轉變時間一般不大于 ，但穿透加熱時間則隨回火溫度、工件有效厚度、裝爐量及加熱方式而異。生產中，一般為 13h。由于實驗所用試樣較小，故可用 。 冷卻方法 鋼退火一般采用隨爐冷卻到 600℃以下再出爐空冷。正火采用空氣中冷卻。淬火時，鋼在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的范圍內（ 650500℃）的冷卻速度應大于馬氏臨界冷卻速度，以保證工件不轉變?yōu)橹楣怏w型組織；而在 Ms 附近的冷卻速度應盡可能低，以降低淬火內應力，減少工件變形與開裂。因此，淬火時除了要選用合適的淬火冷卻介質外，還應改進 淬火方法。對形狀簡單的單液淬火法，碳鋼用水或鹽水溶液作冷卻介質，合金鋼常用油作冷卻介質?；鼗鹨话阍诳諝庵欣鋮s。 （二）碳鋼熱處理后的組織與性能 珠光體型組織 它是過冷奧氏體高溫（ Ar1 與 C 曲線鼻尖）轉變的產物。隨奧氏體冷卻時過冷度的增加，依次得到珠光體、索氏體、托氏體。它們都是鐵素體與滲碳體的層狀細密混合物，但鐵素體與滲碳體片層間距離依次變小，使強度和硬度遞增。由于正火的冷卻速度較快，過冷度較大，因而發(fā)生了偽共析轉變，使組織中珠光體量增多，片層間距減小。托氏體是極細珠光體，在光學金顯微鏡下不能分辨其層狀 形態(tài)，易浸蝕成黑色團絮狀。 貝氏體型組織 它是過冷奧氏體中溫（ C 曲線鼻尖至 Ms 處）轉變的產物。上貝氏體與下貝氏體是同含碳過飽的鐵素體與滲碳體組成的兩相混合物。上貝氏體在光學顯微鏡下呈羽毛狀。下貝氏體在光學顯微鏡下呈黑色針片狀。下貝氏體的性能與上貝氏體相比較，它不僅具有較高的硬度、強度與耐磨性，而且下貝氏體的 14 韌性與塑性均高于上貝氏體。 馬氏體組織 它是過冷奧氏體低溫（ Ms 以下）轉變的產物。馬氏體是碳在 α － Fe 中的過飽和固溶體。低碳馬氏體組織呈板條狀，它不僅具有較高的強度與硬度，同時還具有良好的塑性與 韌性。高碳馬氏體組織呈針片狀，性能硬而脆。通常，共析鋼和過共析鋼在正常加熱淬火后，得到的馬氏體是很細小的，在光學顯微鏡下不易分辨出它的形態(tài)。 回火組織 淬火組織為馬氏體（帶有少量殘余奧氏體）的碳鋼，在低溫回火后獲得回火馬氏體。它是由含碳過飽和的 α固溶體與其共格的η碳化物組成?；鼗瘃R氏體仍保留著原來馬氏體的針片狀或板條狀形態(tài)，但由于在過飽和α固溶體上分布著大量高度彌散的η碳化物，使回火馬低體比淬火狀態(tài)馬氏體容易被腐蝕，故在光學顯微鏡下呈暗黑色。回火馬氏體性能基本上與淬火馬氏體相同，但脆性較低。 中溫回火獲 得回火托氏體。它是由尚未發(fā)生再結晶的鐵素體與彌散分布的極細粒狀滲碳體組成。這些極細的粒狀滲碳體在光學顯微鏡下無法分辨，且因鐵素體尚未再結晶，故仍保持原來馬氏體形態(tài)?；鼗鹜惺象w具有高的屈服點、彈性極限和較好的韌性。 高溫回火得到回火索氏體，它是由已再結晶的鐵素體與細粒狀滲碳體所組成。由于鐵素體已發(fā)生再結晶，故基本上已失去馬氏體的形態(tài)。在放大 500倍以上的情況下，可以看到滲碳體微粒。回火索氏體具有優(yōu)良的綜合力學性能?；鼗饻囟雀邥r，形成回火珠光體，它是由多邊形鐵素體和較大的粒狀滲碳體組成，其光學顯微組織形態(tài)與球 化退化后的顯微組織形態(tài)相似。 （三）碳鋼含碳量對淬火后硬度的影響 在正常淬火條件下，鋼的含碳量越高，淬火后的硬度也越高。但碳的質量分散ω c％的鋼，淬火后硬度增加不明顯。 一般低碳鋼淬火后，硬度在 40HRC左右；中碳鋼淬火后，硬度可達 5060HRC；高碳鋼淬火后，硬度高達 6265HRC. 三、實驗設備、用品及試樣 （一）實驗設備 （ 1）實驗用 可程式箱式電阻 爐 （ 2）布洛維硬度計 （ 3）金相顯微鏡。 （二）實驗用品 （ 1）淬火水槽 （ 2）淬火油槽 （ 3）夾鉗、砂紙、手套等。 （三）實驗試樣 試樣材料 ① 數(shù)量（每組） 用途 退火狀態(tài)的 T12鋼 3塊 分析鋼加熱奧氏體化后的冷卻速度對其組 織、性能影響 淬火狀態(tài)的 45鋼 3塊 分析回火溫度對鋼組織、性能的影響 退火狀態(tài)的 20鋼、 45鋼、 T12鋼 各 1塊 分析含碳量對鋼淬火硬度的影響 熱處理狀態(tài)的金相試樣 1套（ 7種） 碳鋼中各種不平衡組織的特征 四、實驗方法與步驟 （ 1）學生按實驗組領取實驗試樣，并打上鋼號，以免混淆。 （ 2）決定 20鋼 、 45鋼 的熱處理加熱溫度與保溫時間。調整好控溫裝置，并將三塊 20鋼 、 45鋼 試 15 樣放入已升到加熱溫度的電爐中進行加熱與 保溫后，分別進行空冷、油冷與水冷。最后，測定它們的硬度，并作好記錄。 （ 3）首先測定三塊淬火狀態(tài) 45鋼的硬度，然后分別放入 200℃、 400℃、 600℃的電爐中回火 30min?；鼗鸷蟮睦鋮s，一般可用空冷。測定回火后試樣的硬度，并作好記錄。 （ 4）各組將 20鋼、 45鋼 分別按它們的正常淬火溫度加熱、保溫后取出在鹽水中冷卻，然后測定淬火后硬度，并作好記錄。 （ 5）觀察鋼熱處理狀態(tài)的金相試樣的顯微組織，識別其組織組分及形態(tài)特征，并繪出實驗報告中指定的幾中組織示意圖。 五、實驗注意事項 （ 1）往爐中放、取試樣時，應先 切斷電爐的電源。開、關爐門要快，以免爐門打開時間過長而使爐溫下降。 （ 2）往爐中放、取試樣時，操作者應戴上手套，并使用夾鉗，以防燒傷。夾鉗必須擦干，不得沾有水或油。 （ 3）淬火冷卻時，試樣要用夾鉗夾緊，動作要迅速，并要在冷卻介質中不斷攪動。夾鉗不要夾在測定硬度的表面上，以免影響硬度值。 （ 4）淬火水槽溫度應保持在 2030℃左右，水溫過高應及時更換冷卻水。 （ 5）測定硬度前，必須用砂紙將試樣表面的氧化皮除去并磨光。每個試樣應在不同部位測定三次硬度，計算后兩次測得的平均值，并作好記錄。 六、試驗報告 鋼加 熱奧氏體化后的冷卻速度對其組織與性能的影響 試樣材料 熱處理工藝參數(shù) 硬度值 HRC 顯微組織 鋼號 尺寸 （ mm） 加熱溫度 （℃） 保溫時間 （ min） 冷卻方法 第 1 次 第 2 次 第 3 次 平均值 空冷 油冷 水冷 （ 1）根據(jù)實驗記錄，填寫上表。 （ 2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，說明鋼加熱奧氏體化后，冷卻速度對鋼組織與性能的影響。 回火溫度對淬火鋼組織、性能的影響 （ 1）根據(jù)實驗記錄，填寫下表。 試樣材料 回火工藝參數(shù) 硬度值 HRC 顯微組 織 鋼號 回火前硬度HRC 加熱溫度 （℃） 保溫時間 （ min） 冷卻介質 第 1 次 第 2 次 第 3 次 平均值 200 400 600 （ 2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪出回火溫度與鋼硬度的關系曲線，并聯(lián)系組織，分析其性能變化的原因。 16 碳鋼的含碳量對淬火后硬度的影響 （ 1）根據(jù)實驗記錄，