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实验六 铁碳合金显微组织的观察及分析

实验项目名称： 碳钢非平衡组织观察 实验项目性质：普通实验 所属课程名称：金属材料与热处理 实验计划学时：2 一、 实验目的

（1） 观察碳钢经不同热处理后的基本组织。 （2） 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。 （3） 熟悉碳钢几种曲型热处理组织——M、T、S、M及特征。

二、实验内容和要求

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。铁碳合金缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合，但在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）来确定。图1-1为共析碳钢的C曲线图。

回火

、S

回火

等组织的形态

图1-1 共析钢的C曲线

铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。

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按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。通过金相显微镜观察，可看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

1．共析钢等温冷却时的显微组织

共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1-1中。 2．共析钢连续冷却时的显微组织

共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1-1的v1）应得到100%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；当冷却速度增大到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，瞬时转变马马氏体。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。

3．亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织

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，见图1-2所示。

当奥氏体缓冷时（相当于炉冷，如图1-2的v1）转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即v3 >v2 >v1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。

图1-2 亚共析钢的C曲线

表1-1

转变类.

组织名形成显微组织特征 硬度精品文档

型 称 珠光体型相变 珠光体 （P） 索氏体 （S） 屈氏体 （T） 贝氏体型相变 马氏体型相变 上贝氏体 （B上） 上贝氏230~体 350 （B下） 马氏体 <230 （M） 温度（HRC） 范围/℃ >650 在400~500×金相显微镜下可以观~20 察到铁素体和渗碳体的片层状组织 (HB180~200) 600~在800~1000×以上的显微镜下才能25~35 650 分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清。 550~用光学显微镜观察时呈黑色团状组35~40 600 织，只有在电子显微镜5000~15000×下才能看出片层状。 350~在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状40~48 550 特征 在金相显微镜下呈黑色针叶状特征。 在正常淬火温度下呈细针状马氏体，过热淬火时则呈粗大片状马氏体。 48~58 60~65 4．各组织的显微特征

（1）索氏体（S） 是铁素体与渗碳体的机械混合物，其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。

（2）屈氏体（T） 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图1-3）。

（3）贝氏体（B） 为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。在显微形态上，主要有三种形态；

A．上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织（见图1-4）。

B．下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜下黑色针状（见图1-5）。在电镜下可以见到，在片状铁素体基体中分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成55~60°的角度。

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