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金属材料的显微组织观察(验证性)

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金属材料 显微 组织 观察 验证
资源描述:
热处理实验 熟悉各类金属材料的成分 组织与性能 的关系 熟悉各类金属材料的相图 并能把组织 和相图相对应 掌握常规材料在不同状态下的显微组织 观察 碳钢 不锈钢 耐热钢 铸铁 铝 合金 铜合金等几类金属材料在不同状态 时的显微组织 并选择显微组织图画出 1 金相显微镜 2 各种材料金相样品一套 3 各种材料的金相图册 20钢 930 淬火 含碳量小于0 25 的非合金钢 碳素钢 或低碳低合金结构钢经强烈淬火 获得80 以上甚至100 的低碳马氏体组织 这类钢统称为低碳马氏体钢 一般情况下 含碳量在0 15 0 25 范围内的钢淬火强化效果好 综合力学 性能高 45钢 860 退火 45钢含碳量低于0 77 所以组织中的渗碳体量也少于12 于是铁素体除去 一部分要与渗碳体形成珠光体外 还会有多余的出现 因此组织是铁素体 珠 光体 碳含量越少 钢组织中珠光体比例也越小 钢的强度也越低 但塑性越 好 45钢 860 正火 从实质上说 钢的正火是钢退火的一种特殊情况 由于正火的冷却速度比退火的冷却 速度快 所获得的珠光体片层间距较小 组织较细 因而其硬度和强度也较高 适用 范围 正火只适用于碳素钢和低 中合金钢 而不适用于高合金钢 因为高合金钢的 奥氏体非常稳定 在空气中冷却也将得到马氏体组织 对共析碳素钢来说 正火可得 到索氏体组织 对亚共析或过共析钢 正火组织中还有先共析铁素体或先共析渗碳体 但与相应的退火组织比较 先共析相的量较少 正火是指 钢件加 热到临界点Ac3或 Acm以上的温度 保温一定的时间 见 奥氏体化 然后在 空气中冷却的金属 热处理工艺 广泛 应用于工业生产 45钢 860 淬火 片状马氏体 或针状马氏体 由片状马氏体与残余奥氏体组成 又称为孪晶马氏体 45 钢 860 正常淬火后组织为细小的马氏体 45钢 860 淬火后 200 回火 低温回火所得到的组织是回火马氏体 马氏体及少量残余奥氏体 都是不稳定的组 织 其性能是 具有高的硬度 HRC58 64 和高的耐磨性 因内应力有所降低 故韧性有所提高 这种回火方法主要用于刃具 量具 拉丝模以及其它要求硬而 耐磨的零件 45钢调质处理 调质处理后 组织为均匀细小的保持马氏体位向的回火索氏体 45钢调质后的组织形 态首先取决于淬火组织 当然淬前原始组织也有影响 因加热不足而残留在马氏体 组织中的块状铁素体 或因冷却不足而在马氏体晶界区形成的网状铁素体 均会保留 到高温回火后的索氏体组织中 同时 淬火马氏体的粗细直接影响索氏体的粗细 T10钢淬火 组织为较粗大的针状马氏体和残余奥氏体 针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状 在空间 形似铁饼 针状马氏体之间通常互成60 或120 角 一般限制在奥氏体晶粒内 最初形 成的马氏体针贯穿奥氏体晶粒 后形成的马氏体较短 先形成的马氏体较易浸蚀 所 以完全转变的马氏体为大小不同 分布不规则 颜色深浅不一的针状组织 合金元素的加入 使铁碳相图发生一些变化 但其平衡状态 的显微组织与碳钢没有本质的区别 低合金钢热处理后的显微 组织与碳钢没有根本不同 差别只在于合金元素加入后 使C曲 线右移 除Co以外 即以较低的冷却速度也可以获得马氏体 组织 例如 40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质后的 显微组织基本相同 都为回火索氏体 GCr15钢840 油淬 低 温回火后的显微组织 与T12钢780 水淬 低温回火后的显微 组织也一样 为回火马氏体和碳化物 40Cr 850 淬火 GCr15 850 淬火 高速钢是一种常用的高合金工具钢 例如W18Cr4V 因为 它含有大量合金元素 使铁碳相图中的E点大大左移 虽然只 含有0 7 0 8 的碳 仍可获得莱氏体组织 所以又称为莱 氏体钢 虽然高速钢在铸态下的组织存在严重的成分和组织不均匀性 从而影响其性能 为此随后必须经过锻造和轧制 破碎莱氏 体网络 促使其碳化物均匀分布 高速钢铸态组织 高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似 其中莱氏体由合金碳 化物 马氏体 屈氏体以及残留奥氏体组成 高速钢锻造退火组织 高速钢锻造退火组织为索氏体 碳化物 其中粗大的亮色晶粒为初生共晶碳 化物 较细小的为次生碳化物以及索氏体基体中的极细共晶碳化物 退火 后的的硬度为HB207 255 高速钢1280 淬火组织 高速钢淬火加热温度一般为1260 1280 高温加热的目的是使较多的碳化物溶解 于奥氏体中 淬火后马氏体中合金元素含量高 回火后钢的红硬性高且耐磨性好 淬 火采用油冷或空冷 其显微组织为马氏体 未溶碳化物 残余奥氏体 尚有20 30 马氏体呈隐针状 其针形很难显示出来 但可看出明显的奥氏体晶界及分布于晶 粒内的未溶碳化物 淬火后的硬度约为HRC61 62 高速钢1280 淬火后三次 回火组织 高速钢淬火后需经三次回火 其组织为回火马氏体 碳化物和少量残余奥 氏体 约2 3 回火后硬度为HRC63 65 常用马氏体不锈钢的含碳量为0 1 0 45 含铬量为12 14 典型钢号有1Cr13 2Cr13 3Cr13 4Cr13等 1Cr13和2Cr13具有抗大气 蒸气等介质腐蚀的能力 常作为 耐蚀的结构钢使用 为了获得良好的综合性能 常采用淬火 高温回火 600 700 得到回火索氏体 来制造汽轮 机叶片 锅炉管附件等 而3Cr13和4Cr13钢 由于含碳量高一些 耐蚀性就相对差 一些 通过淬火 低温回火 200 300 得到回火马氏 体 具有较高的强度和硬度 HRC达50 因此常作为工具 钢使用 制造医疗器械 刃具 热油泵轴等 3Cr13的退火组织 3Cr13的1000 淬火 250 回火组织 常用的铁素体不锈钢的含碳量低于0 15 含铬量为12 30 典型钢号有0Cr13 1Cr17 1Cr17Ti 1Cr28等 其显微组织 始终是单相铁素体组织 图为0Cr17的退火组织 在含18 Cr的钢中加入8 11 Ni 就是的奥氏体不锈钢 如1Cr18Ni9是最典型的钢号 这类钢由于镍的加入 扩大了 奥氏体区域 从而在室温下就能得到亚稳的单相 18 8型不 锈钢在退火状态下呈现奥氏体 碳化物的组织 碳化物的存在 对钢的耐腐蚀性有很大损伤 故通常采用固溶处理方法 即把钢加热到11000C后水冷 使碳化物溶解在高温下所得到 的奥氏体中 再通过快冷 就在室温下获得单相的奥氏体组 织 但在450 850 加热 或在焊接时 由于在晶界析出铬 的碳化物 Cr23C6 使晶界附近的含铬量降低 在介质中会 引起晶间腐蚀 1Cr18Ni9Ti固溶组织 按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同 可分为白口铸铁 灰 口铸铁和麻口铸铁 根据铸铁中石墨的形态不同 铸铁分为灰 口铸铁 可锻铸铁和球墨铸铁 根据基体组织的不同 灰口铸铁可分为铁素体灰口铸铁 铁 素体 珠光体灰口铸铁 珠光体灰口铸铁 共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁 P 片状G F P 片状G 可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火处理而获得的 其渗碳体发生分解而形成 团絮状石墨 按其组织不同 可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸 铁两类 图为铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁的显微组织 其中 石墨称暗灰色团絮状 亮白色晶粒为基体 球墨铸铁中石墨呈球状 金属基体强度利用率高达70 90 灰口铸铁只达30 左右 因而其机械性能远远优于普通灰口 铸铁和可锻铸铁 球墨铸铁常常通过正火 调质和等温淬火来提高其机械性能 球铁正火的主要目的是增加基体中珠光体数量 从而提高球铁的 强度和耐磨性 球铁调质处理后得到回火索氏体 从而有更高的 综合机械性能 球铁经等温淬火后的组织为下贝氏体 部分马氏 体和少量残余奥氏体 这种组织不仅具有较高的综合机械性能 而且具有很好的耐磨性 球铁淬火 400 等温淬火和280 等 温淬火的基体组织见图4 11 球墨铸铁的显微组织 其中基体上分布着球状石墨 F P GF GP G破碎状F P G 球铁淬火 400 等温淬火和280 等温淬火的基体组织 球状石墨 针状马氏体和残余奥氏体上贝氏体下贝氏体和残余奥氏体 铸造铝硅合金的典型牌号为ZL102 含硅10 13 组织 为粗大的针状的硅晶体和 固溶体组成的共晶体 以及少量呈多 面体形的初生硅晶体 这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的 塑性 为了提高硅铝的力学性能 通常进行变质处理 处理后 组织为初生 固溶体枝晶 白亮 及细小的共晶 Si 黑 底 这是因为共晶中的硅呈细小点状颗粒 如下图所示 未变质处理已变质处理 Al Si合金变质前后的铸态组织 黄铜为Cu Zn合金 常用的黄铜为 单相黄铜和 两相黄铜 单相黄铜 含锌在39 以 下的黄铜属单相 固溶体 典型牌号为H70 即三七黄 铜 铸态组织 固溶体 呈树枝状 用氯化铁溶液腐 蚀后 枝晶主轴富铜 呈亮 白色 而枝晶富锌呈暗色 经变形和再结晶退火其组 织为多边形晶粒 有退火孪 晶 由于各个晶粒方位不同 所以具有不同的颜色 黄铜为Cu Zn合金 常用的黄铜为 单相黄铜和 两相黄铜 单相黄铜 含锌在39 以 下的黄铜属单相 固溶体 典型牌号为H70 即三七黄 铜 铸态组织 固溶体 呈树枝状 用氯化铁溶液腐 蚀后 枝晶主轴富铜 呈亮 白色 而枝晶富锌呈暗色 经变形和再结晶退火其组 织为多边形晶粒 有退火孪 晶 由于各个晶粒方位不同 所以具有不同的颜色 黄铜为Cu Zn合金 常用的黄铜为 单相黄铜和 两相黄铜 两相黄铜 含锌量为 39 45 的黄铜为 两 相黄铜 典型牌号有H62 即四六黄铜 在室温下 相较 相硬得多 因而可用 于承受较大载荷的零件 两相黄铜可在600 以上 进行热加工 两相黄铜 显微组织 为亮白色的固 溶体 是CuZn为基的有序 固溶体 1实验目的 2实验内容 3实验用设备及材料 4绘组织形貌图 要求用箭头和相应符号标识出相应物相 要求绘制的组织形貌图为 T10钢淬火 3Cr13的1000 淬火 250 回火组织 铁素体 不锈钢退火组织 灰口铸铁F P G组织 球墨铸铁 F P G组织 Al Si合金变质前 后的铸态组织 单相黄 铜和 两相黄铜组织
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