【正文】 為拋光做準備。 金相顯微試樣的制備的一般過程為：取樣 → 鑲嵌 → 磨光 → 拋光 → 腐蝕。這樣的試樣才能算是完成了試樣的制備工作。因此，我們需要將需要觀察的試樣表面磨成一個光滑的鏡面。 這三個階段相輔相成，相互影響，是一個整體，無論在哪一個階段失誤，都會影響到最后的結果，因此不能忽視其中任何一個階段。近年來，電子顯微鏡在生產(chǎn)和科學研究中的地位越來越重要，但是在這其中光學顯微鏡所占比例并沒有多大變化，它仍占據(jù)一定的位置。 顯微組織觀察 金相試樣的制備 金相分析是金屬組織的重要方法。第四種類型是在大于 400176。C 和 400176。C 之間時，這時殘余 A 轉(zhuǎn)變，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，同時馬氏體仍在繼續(xù)分解，由于 M 的繼續(xù)分解，鋼的太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 15 硬度本應降低，但是又因為生成了下貝氏體，因此鋼的硬度并沒有想象中的降低，只是鋼的淬火應力又近一步降低。第二種類型是在 200176。第一種類型是在小于等于 200176。C 40~33 45~35 47~38 49~38 500~600176。C 54~50 55~45 62~56 65~57 300~400176。C ） 45 鋼 T8 鋼 T10 鋼 T12 鋼 150~200176。 各種不同溫度回火后的硬度值如表 。C 回火后的組織 回火馬氏體 片狀或板條狀馬氏體 回火屈氏體 針狀鐵素體 +滲碳體 回火索氏體 鐵素體 +滲碳體 硬度變化 不變 明顯降低 降低較多 韌脆性 脆性較低 韌性較高 韌性大幅度提高 碳鋼的回火冷卻無特殊要求，一般可在空氣中冷卻。C 350~500176。 不同溫度回火的比較如表 。 淬火和回火在熱處理中是最重要、用途最廣泛的加熱工序。 淬火是將工件加熱到臨界溫度以上（亞共析鋼的臨界溫度為 Ac3，共析、過共析鋼的臨界溫度為 Ac1），保溫一段時間，然后快冷到 Ms 以下，進行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝 [17]。碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機械特性如表 。所以，可以出爐空冷或水冷，而不會影響奧氏體分解產(chǎn)物的組織狀態(tài)，但卻縮短了退火總時間。當退火緩冷至 550~650176。C。C 以下，便可獲得滿意的 結果。 退火時的加熱保溫時間，在采用到溫入爐法時，可按每 1 毫米直徑或厚度加熱保溫 ~ 分鐘估算。溫度 Ac1以上 20~30176。退火、正火加熱溫度如圖 。C，共析、過共析鋼加熱到 Ac1以上 30~50176。 退火是將 工件 加熱到 Ac1或 Ac3以上 30~50176。正火冷卻得到的是珠光體類組織。方案五熱處理工藝曲線如圖 。方案四熱處理工藝曲線如圖 。方案三熱處理工藝曲線如圖 。方案二熱處太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 10 理工藝曲線如圖 。 試驗所采用的五種熱處理工藝方案： 方案一為未經(jīng)熱處理的試樣（供貨態(tài)） 。（ m其發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度，如表 。 試驗過程 本次試驗所用的材料為退火態(tài) T10 鋼， 是一種含碳量約為 1%的高碳鋼， 硬度小于 197HBW，其化學成分見表 ，它的導熱率如表 。馬氏體轉(zhuǎn)變屬于無擴散性轉(zhuǎn)變。由此可見 ，冷卻速度一樣的情況下，含碳量越高，殘余奧氏體越多。 （ a） （ b） 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 8 圖 馬氏體組織示意圖 （ a）板條狀 （ b）片狀 表 珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 珠光體轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度 A1~550℃ 550℃～ Ms Ms~Mf 領先相 滲碳體 鐵素體 組成相 兩相組織 aFe+Fe3C 兩相組織 ＞ 350℃ ， aFe（ C）+Fe3C ＜ 350℃ ， aFe（ C）+FexC 單相組織 aFe（ C） 共格性 無 有 有 擴散性 鐵、碳擴散 碳擴散，鐵不擴散 無擴散 合金元素 擴散 不擴散 不擴散 馬氏體轉(zhuǎn)變中，原組織奧氏體的晶粒越大，轉(zhuǎn)變后的馬氏體片越大，顯微裂紋也越多，裂紋多了，其脆性也就增大了，這樣在內(nèi)應力作用下，工件開裂的幾率增大了， （ a ） (a) ) （ b） 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 9 工件的疲勞壽命也降低了。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 7 圖 貝氏體組織示意圖 （ a）上貝氏體 （ b）下貝氏體 表 貝氏體轉(zhuǎn)變中的組織 序號 1 2 名稱 上貝氏體 下貝氏體 符號 B 上 B 下 形成的溫度區(qū)間 550℃ ～ 350℃ 350℃～ Ms 機械性能 很差 優(yōu)良 脆性 大 小 強度 低 高 塑韌性 差 良好 實用價值 基本沒有 常用于生產(chǎn)上 奧氏體快冷到 Ms~Mf 之間 ，組織轉(zhuǎn)變形成馬氏體，這種轉(zhuǎn)變我們稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。如圖 （ b）。如圖 （ a）。 貝氏體轉(zhuǎn)變過程中，溫度較低，共有兩個轉(zhuǎn)變過程，一個是鐵原子通過共格切變的方式遷移，另一個是碳原子短距離的擴散，所以貝氏體轉(zhuǎn)變屬于半擴散型相變 [13]。 奧氏體快冷到 550℃～ Ms 之間，轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，貝氏體是由鐵素體 F 和滲碳體Fe3C 混合組成， 這種轉(zhuǎn)變我們稱為 貝氏 體轉(zhuǎn)變。 表 珠光體轉(zhuǎn)變中的組織 序號 1 2 3 名稱 珠光體 索氏體 屈氏體 符號 P S T 形成的溫度區(qū)間 A1～ 650℃ 650℃ ～ 600℃ 600℃ ～ 550℃ 顯微鏡 500倍的光學顯微鏡 1000倍的光學顯微鏡 電子顯微鏡 片層 較厚 較薄 極薄 硬度 最小 中間 最大 珠光體轉(zhuǎn)變的過程也可看做為形核和長大的過程，冷卻時，當溫度低于 A1 時，隨著溫度的降低，奧氏體對碳的溶解度降低，碳析出，滲碳體通過吸收奧氏體析出的碳而長大。這三種組織其實都是珠光體，只是組織中的片間距不同，為了區(qū)分，我們進行了細化。 在珠光體轉(zhuǎn)變中，隨著溫度由 A1降到 550℃ ，組織越來越緊湊，片間距越來越小。 珠光體轉(zhuǎn)變的過程也可看做為形核和長大的過程 ，冷卻時，當溫度低于 A1 時，隨著溫度的降低，奧氏體對碳的溶解度降低，碳析出，滲碳體通過吸收奧氏體析出的碳而長大。 圖 過冷奧氏體的冷卻方式 1等溫冷卻 2連續(xù)冷卻 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 5 圖 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖 （ a） 亞共析鋼 （ b） 共析鋼 （ c）過共析鋼 在冷卻過程中，溫度在 A1~550℃ 之間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，這種珠光體是鐵素體 F 和滲碳體 Fe3C 的混合物 ，這種轉(zhuǎn)變 我們稱為 珠光體轉(zhuǎn)變 [11]。冷卻的方式不同，轉(zhuǎn)變的組織也不同，有珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變 [10]。冷卻的方式不同，得到的組織也不同，最終材料的性能也不同。 圖 奧氏體形成過程示意圖 在熱處理中，鋼奧氏體化后冷卻，通常有兩種冷卻方式：等溫冷卻和連續(xù)冷卻。奧氏體轉(zhuǎn)變分 4 個步驟 進行 ： 奧氏體 形核、 奧氏體 長大、殘余 滲碳體 溶解、奧氏體均勻化。圖 是鐵碳合金相圖 。鋼的熱處理過程是把鋼加熱到臨界溫度以上，進行轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變完成后通過水冷、空冷或者油冷的方式冷卻，來獲得自己所需要的顯微組織和力學性能。 研究內(nèi)容 本次研究的主要內(nèi)容為 T10鋼的熱處理工藝及組織性能研究，通過對經(jīng)過不同預備熱處理的 T10鋼的微觀組織分析及力學性能分析，探尋在熱處理過程中，不同預先熱處理對鋼的組織及性能的影響規(guī)律，在此研究基礎上，對現(xiàn)在實際生產(chǎn)中的一般熱處理工藝進行優(yōu)化，以達到最好的效果。 2020 年 蔣濤等 探討了含碳量、淬火溫度、冷卻速度、回火溫度對碳鋼組織和硬度的影響 [7]。 2020 年王學前等通過對高碳鋼傳統(tǒng)球化退火理論與技術的分析，提出了 Aclf 溫度透燒的奧氏體化新工藝，并結合生產(chǎn)現(xiàn)場設備及退火質(zhì)量的檢測 ,制定出相適應的快速球化退火工藝，不僅提高了球化的質(zhì)量 ,改善了機械加工性能，還使球化加熱時間縮短到原工藝的 25%～ 30%，球化緩冷到 680℃ 的時間縮短了 50%[5]。自 70 年代末引進了多種內(nèi)燃機產(chǎn)品，由此推動了內(nèi)燃機材料、工藝技術和工藝裝備的發(fā)展。結果表明，細化處理后，使碳化物尺寸由 m 細化為 m，且形狀圓整，分布均勻，奧氏體晶粒度由 8 級細化到 10 級，從而使材料在保持高強度、高硬度情況下，塑性、韌性顯著提高 [3]。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1990 年鄧承軒等通過研究發(fā)現(xiàn)原始組織為片狀珠光體加網(wǎng)狀滲碳體的 T10 高碳鋼，高溫奧氏體后經(jīng)不同方法處理，可以得到二種嶄新的組織形態(tài) 板條狀下貝氏體和板條狀馬氏體，它們雖同是板條狀，但有本質(zhì)的不同，前者 250℃ ～ MS點間形成，為兩相組織 ，其中 Fea（ C） 相的亞結構為孿晶，后者為 MS點以下形成，為單相組織，亞結構為位錯 [2]。T10 鋼作為一種常見的碳素工具鋼，韌度適中，價格便宜，生產(chǎn)工藝簡單，且運用廣泛，常被用作沖擊小，強、硬度高的工具，如車刀、拉絲模、絲錐、沖子、沖孔 模、拉絲模、紙品下料模、塑料成型模具等 。隨著含碳量的增加，鋼材經(jīng)過熱處理以后，產(chǎn)生的碳化物越多，材料越脆，以致塑韌性下降。碳素工具鋼在淬火后，其硬度可以達到 62~65HRC。 碳素工具鋼是指碳含量為 %至 %的高碳鋼 [1]。但鋼鐵是不可再生資源，它總有用完的一天，我們不能放棄使用它，因此只能有效的運用它。但是無論前者還是后者，我們都應該先對材料有 一些具體了解，這樣我們在發(fā)展上才能有實質(zhì)性的進步。同時對加工所用的機器設備也需要不斷的改進。結果表明，正火 +等溫球化退火為退火態(tài) T10 鋼的最佳預先熱處理工藝； 不同預先熱處理所得到的組織效果會遺傳到最終的組織中； 預先熱處理為正火 +普通球化退火和等溫球化退火的退火態(tài) T10 鋼試樣，經(jīng)過水淬和低溫回火后，發(fā)生了脆性轉(zhuǎn)變。 3．主要參考資料 [1] 王學前，賀毅 . 高碳鋼快速球化退火工藝的研究 [J]. 熱加工工藝， 2020，（ 1）： 3233. [2] 沈曉鈞 . 工具鋼的熱處理 [J]. 鑄鍛熱 ——— 熱處理實踐， 1994，（ 2）： 417. [3] 崔忠圻，覃耀春 .金屬學與熱 處理 [M]. 北京，機械工業(yè)出版社， 2020：230308. 4．進度安排 設計各階段名稱 起 止 日 期 1 查閱文獻， 了解研究目的意義，制定實驗 方 案 3 月 3 日 ~3 月 23 日 2 完成熱處理實驗 3 月 24 日 ~4 月 13 日 3 完成試樣制備及顯微組織觀察 4 月 14 日 ~5 月 4 日 4