金屬學(xué)與熱處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、金屬學(xué)及熱處理實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書學(xué) 生 實(shí) 驗(yàn) 守 則1. 不得隨意亂動(dòng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器、開關(guān)等2. 未經(jīng)允許，不得將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)物品或?qū)嶒?yàn)完畢后的試料攜出室外。3. 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不得喧嘩、打鬧，不準(zhǔn)吸煙，應(yīng)注意保持室內(nèi)衛(wèi)生。4. 注意節(jié)約水、電、藥、材料等。5. 愛護(hù)儀器設(shè)備，應(yīng)預(yù)先了解一起使用方法，然后按操作規(guī)程使用之，禁止拆卸儀器。6. 儀器如有損壞應(yīng)立即主動(dòng)向指導(dǎo)老師報(bào)告，儀器損壞時(shí)，按賠償制度辦理。7. 實(shí)驗(yàn)前須預(yù)先閱讀本次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及有關(guān)材料，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)按指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。8. 認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。9. 實(shí)驗(yàn)完畢業(yè)后經(jīng)過(guò)教師檢查儀器情況后，方的離開實(shí)驗(yàn)室。目 錄實(shí)驗(yàn)1 光學(xué)金相顯微

2、鏡的成像原理、構(gòu)造及使用4實(shí)驗(yàn)2 金相試樣制備7實(shí)驗(yàn)3 金相法鑒定鋼中非金屬夾雜10實(shí)驗(yàn)4 鐵碳合金平衡組織分析13實(shí)驗(yàn)5 碳鋼的熱處理19實(shí)驗(yàn)6 碳鋼非平衡顯微組織觀察27實(shí)驗(yàn)8 金屬的塑性變形與再結(jié)晶34實(shí)驗(yàn)1 光學(xué)金相顯微鏡的成像原理、構(gòu)造及使用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解金相顯微鏡的成像原理。2、熟悉金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)與主要部件的作用。3、掌握金相顯微鏡的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1、臺(tái)式金相顯微鏡2、制備好的金相試樣三、實(shí)驗(yàn)原理材料的微觀組織形貌，主要是依靠顯微鏡技術(shù)。光學(xué)顯微鏡是在微米尺寸上觀察材料組織的主要設(shè)備，而掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的觀察的尺度則是納米級(jí)。本實(shí)驗(yàn)主要講述光學(xué)金

3、相顯微鏡的工作原理、功能、使用方法與維護(hù)。1、光學(xué)金相顯微鏡的放大成像原理金相顯微鏡是利用光線的反射原理，將不透明的物體放大后進(jìn)行觀察的，最簡(jiǎn)單的顯微鏡由兩個(gè)透鏡組成，因此，顯微鏡是經(jīng)過(guò)兩次成像的光學(xué)儀器。將物體進(jìn)行第一次放大的透鏡稱為物鏡，將物鏡所稱的像再經(jīng)過(guò)第二次放大的透鏡稱為目鏡。顯微鏡的基本成像原理圖如下：顯微鏡總的放大倍數(shù)等于物鏡的放大倍數(shù)乘以目鏡的放大倍數(shù)。目前普通光學(xué)顯微鏡的最高有效放大倍數(shù)是1600-2000倍。2、光學(xué)金相顯微鏡的構(gòu)造顯微鏡的結(jié)構(gòu)可以分為：照明系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)與攝影系統(tǒng)。圖3、金相顯微鏡的使用金相顯微鏡屬于精密的光學(xué)儀器，操作者必須充分了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、

4、性能以及使用方法，并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。1）使用步驟 接通電源 選擇合適的物鏡與目鏡 使載物臺(tái)對(duì)準(zhǔn)物鏡中心 視野光闌與目鏡筒大小合適 先粗調(diào)再微調(diào) 聚焦使映像清晰2）使用注意事項(xiàng) 接通電源時(shí)，一定要注意光源所使用的電壓值，對(duì)于臺(tái)式顯微鏡電壓為6V，切勿插到220V。 調(diào)焦時(shí)應(yīng)先粗調(diào)，后微調(diào)。 操作者的手必須洗干凈，小心謹(jǐn)慎操作，試樣也要求清潔。 不得拆卸任意部件，尤其是物鏡與目鏡。 嚴(yán)謹(jǐn)用手摸光學(xué)零件。 不準(zhǔn)觀察特大試樣，試樣不得有殘留氫氟酸等化學(xué)藥品。 用完后取下物鏡、目鏡放入干燥缸內(nèi)，將載物臺(tái)處于非工作狀態(tài)，切斷電源，蓋好防塵罩。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、觀察顯微鏡的結(jié)構(gòu)，了解各部件的作用，并繪

5、制顯微鏡的光路示意圖。2、裝好顯微鏡的物鏡、目鏡，調(diào)好孔徑光闌與視野光闌，觀察分析已制備好的試樣。3、繪制所觀察到的金相顯微組織特征圖。4、借助于標(biāo)尺對(duì)顯微鏡的實(shí)際放大倍數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)設(shè)備。2、簡(jiǎn)述金相顯微鏡的放大成像原理。3、光學(xué)金相顯微鏡主要由哪幾部分組成？各部分又由哪幾個(gè)零件組成？4、借助顯微鏡的光路圖，說(shuō)明聚光型垂直照明器、孔徑光闌、視野光闌、濾色片的特點(diǎn)和作用。5、顯微鏡在使用過(guò)程中，應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)？6、繪制所制樣品的金相顯微組織特征圖。7、借助標(biāo)定尺對(duì)測(cè)微目鏡在給定放大倍數(shù)下進(jìn)行標(biāo)定。8、對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)與建議。實(shí)驗(yàn)2 金相試樣制備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

6、掌握金相試樣制備的基本方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備砂輪機(jī)、拋光機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、金相顯微鏡。三、實(shí)驗(yàn)步驟金相試樣制備過(guò)程一般包括：取樣、粗磨、細(xì)磨、拋光和浸蝕五個(gè)步驟。（一）取樣從需要檢測(cè)的金屬材料和零件上截取試樣稱為“取樣”。取樣的部位和磨面的選擇必須根據(jù)分析要求而定。截取方法有多種，對(duì)于軟材料可以用鋸、車、刨等方法；對(duì)于硬材料可以用砂輪切片機(jī)或線切割機(jī)等切割的方法，對(duì)于硬而脆的材料可以用錘擊的方法。無(wú)論用哪種方法都應(yīng)注意，盡量避免和減輕因塑性變形或受熱引起的組織失真現(xiàn)象。試樣的尺寸度列統(tǒng)一規(guī)定，從便于握持和磨制角度考慮，一般直徑或邊長(zhǎng)為1520mm，高為1218mm比較適宜，對(duì)那些尺寸過(guò)小，形狀不規(guī)

7、則和需要保護(hù)邊緣的試樣，可以采取鑲嵌或機(jī)械夾持的辦法。金相試樣的鑲嵌，是利用熱塑塑料（如聚氯乙烯），熱固性塑料（如膠木粉）以及冷凝性塑料（如環(huán)氧樹脂+固化劑）作為填料進(jìn)行的。前兩種屬于熱鑲填料，熱鑲必須在專用設(shè)備鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。第三種屬于冷鑲填料，冷鑲方法不需要專用設(shè)備，只將適宜尺寸（約1520mm）的鋼管、塑料管或紙殼管放在平滑的塑料（或玻璃）板上，試樣置于管內(nèi)，待磨面朝下倒入填料，放置一段時(shí)間凝固硬化即可。（二）磨制試樣的磨制一般分為粗磨和細(xì)磨兩道工序。（1）粗磨：粗磨的目的是為了獲得一個(gè)平整的表面。鋼鐵材料試樣的粗磨通常在砂輪機(jī)上進(jìn)行，但在磨制時(shí)應(yīng)注意：試樣對(duì)砂輪的壓力不宜過(guò)大，否則會(huì)在試

8、樣表面形成很深的磨痕，增加精磨和拋光的困難；要隨時(shí)用水冷卻試樣，以免受熱引起組織變化；試樣邊緣的棱角若無(wú)的困難；要隨時(shí)用水冷卻試樣，以免受熱引起組織變化；試樣邊緣的棱角若無(wú)保留必要，可進(jìn)行倒角，以免在細(xì)磨及拋光時(shí)撕破砂紙或拋光布，甚至造成試樣從拋光機(jī)上飛出傷人。（2）細(xì)磨：經(jīng)粗磨后試樣表面雖較平整，但還存在有較深的磨痕，細(xì)磨的目的就是為了消除這些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，為下一步的拋光作好準(zhǔn)備。將粗磨好的試樣用水沖洗干凈后就開始進(jìn)行細(xì)磨，細(xì)磨是在一套粗細(xì)趁程度不同的金相砂紙上，由粗到細(xì)依次順序進(jìn)行。細(xì)磨時(shí)將砂紙平放在玻璃板上，手指緊握試樣，并使磨面朝下，均勻用力向推行。在回程時(shí)，應(yīng)提起試樣

9、不與砂紙接觸，以保證磨面平整而不產(chǎn)生弧度。每更換一號(hào)砂紙時(shí)，須將試樣的研磨方向調(diào)轉(zhuǎn)90°，即與上一道磨痕方向垂直，直到將上一號(hào)砂紙所產(chǎn)生的磨痕全部消除為止。為了加快磨制速度，除手工磨制外，還可以將不同型號(hào)的砂紙貼在帶有旋轉(zhuǎn)圓盤的預(yù)磨機(jī)上，實(shí)現(xiàn)機(jī)械磨制。（三）拋光拋光的目的是去除細(xì)磨后遺留在磨面上的細(xì)微磨痕，得到光亮無(wú)痕的鏡面。拋光的方法有機(jī)械拋光、電解拋光物化學(xué)拋光三種，其中最常用的是機(jī)械拋光。1、機(jī)械拋光機(jī)械拋光在拋光機(jī)上進(jìn)行，將拋光織物（粗拋常用帆布，精拋常用毛呢）用水浸濕、鋪平、繃緊用固定在拋光盤上。啟動(dòng)開關(guān)使拋光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將適量的拋光液（氧化鋁、氧化鉻或氧化鐵拋光粉加水的

10、懸浮液）滴灑在盤上即可進(jìn)行拋光。2、電解拋光電解拋光原理示意圖如圖所示，陰極用不銹鋼板制盛成，試樣本身為陽(yáng)極，二者同處于電解拋光液中，接通回路后在試樣表面形成一層高電阻膜。由于度樣表面高低不平，膜的厚薄也不同。試樣表面凸起部分膜薄，電阻小，電流密度大，金屬溶解速度快。相對(duì)面言，凹下部分溶解速度慢，這種選擇性溶解結(jié)果，使試樣表面逐漸平整，最后形成光滑平面。圖 電解拋光原理示意圖電解拋光系電化學(xué)溶解過(guò)程，因此它消除了機(jī)械拋光難以避免的疵病，不會(huì)引起試樣表面變形。與機(jī)械拋光比較即省時(shí)間又操作簡(jiǎn)便。然而電解拋光也有其局限性，因其對(duì)材料化學(xué)成分不均勻的偏析組織以及非金屬夾雜物等比較敏感，會(huì)造成局部強(qiáng)烈浸

11、蝕而形成斑坑。另外鑲嵌在塑料內(nèi)的試樣，因不導(dǎo)電也不適用。故目前仍然以機(jī)械拋光為主。銅合金、鋁合金、奧氏體不銹鋼及高錳鋼等材料常用電解拋光。3、化學(xué)拋光化學(xué)拋光是依靠化學(xué)試劑對(duì)試樣表面凹凸不平區(qū)域的選擇性溶解作用將磨痕去除的一種方法?；瘜W(xué)拋光不需要專用設(shè)備，成本低，操作方便，在拋光的同時(shí)還兼有化學(xué)浸蝕作用。省掉了拋光后的浸蝕步驟。但化學(xué)拋光的試樣平整度略差些，僅適于低、中倍觀察。對(duì)于一些軟金屬，如鋅、鉛，錫、銅等。實(shí)踐證明，利用化學(xué)拋光要比機(jī)械拋光和電解拋光效果好。目前，其應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大?；瘜W(xué)拋光液，大多數(shù)是由酸或者混合酸（如草酸、磷酸、鉻酸、醋酸、硝酸、硫酸氫氟酸等）過(guò)氧化氫及蒸餾水組成。

12、混合酸主要起化學(xué)溶解作用，過(guò)氧化氫能增進(jìn)金屬表面的活化性，有助于化學(xué)拋光的進(jìn)行，而蒸餾水為稀釋劑。（四）浸蝕拋光后的試樣在金相顯微鏡下觀察，只能看到光亮的磨面，如果有劃痕、水跡或扔料中的非金屬夾雜物、石墨以及裂紋等也可以看出來(lái)，但是要分析金相組織還必須進(jìn)行浸蝕。浸蝕的方法有多種，最常用的是化學(xué)浸蝕法，利用浸蝕劑對(duì)試樣的化學(xué)溶解和電化學(xué)浸蝕作用將組織顯露出來(lái)。純金屬（或單相均勻固溶體）的浸蝕基本上為化學(xué)溶解過(guò)程。位于晶界處的原子和晶粒內(nèi)部原子相比，自由能較高，穩(wěn)定性較差，故易受浸蝕形成凹溝，晶粒內(nèi)部被浸蝕程度較輕，大體上仍保持原拋光平面。在明場(chǎng)下觀察，可以看到一個(gè)個(gè)晶粒被晶界（黑色網(wǎng)絡(luò)）隔開。如

13、浸蝕較深，還可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)晶粒明暗程度不同的現(xiàn)象，這是因?yàn)槊總€(gè)晶粒原子排列的位向不同，浸蝕后，以最密排面為主的外露面與原拋光面之間傾斜程度不同的緣故。兩相合金的浸蝕與單相合金不同，它主要是一個(gè)電化學(xué)浸蝕過(guò)程。在相同的浸蝕條件下，具有較高負(fù)電位的相（微電池陽(yáng)極）被迅速溶解凹陷下去；具有較高正電位的相（微電池陰tR）在正常電化學(xué)作用下不被浸蝕，保持原有的光滑平面，結(jié)果產(chǎn)生了兩相之間的高度差。多相合金的浸蝕，同樣也是一個(gè)電化學(xué)溶解過(guò)程，原理與兩相合金相同。 化學(xué)浸蝕的方法雖然很簡(jiǎn)單，但是只有認(rèn)真對(duì)待才能制備出高質(zhì)量的試樣，將拋光后的試樣用水沖洗同時(shí)用脫脂棉擦凈磨面，然后吸水紙吸去磨面上過(guò)多的水，吹干后

14、用顯微鏡檢查磨面上是否有道痕、水跡等。同時(shí)證明未經(jīng)過(guò)浸蝕的試樣是無(wú)法分析組織的，經(jīng)檢查后合格的試樣可以放在浸蝕劑中，拋光面朝上，不斷觀察表面顏色的變化。這是浸蝕法。也可以用沾有浸蝕劑的棉花輕輕擦拭拋光面，觀察表面顏色的變化。此為擦蝕法。待試樣表面被浸蝕得略顯灰暗時(shí)即刻取出，用流水沖洗后在浸蝕面上滴些酒精，再用濾紙吸去過(guò)多的水和 酒精，迅速用吹風(fēng)機(jī)吹干，完成整個(gè)制備試樣的過(guò)程。下圖為浸蝕顯示原理示意圖。圖 浸蝕顯示原理示意圖（a）晶界處光線的散射（b）組織顯示-直射光反映為亮色晶粒，散射光反映為晶界關(guān)于浸蝕劑的選擇可參考有關(guān)文獻(xiàn)。鋼及鑄鐵等黑色金屬最常用的浸蝕劑為4%硝酸酒精溶液。浸蝕后的試樣在

15、顯微鏡下觀察時(shí)，如發(fā)現(xiàn)表面變形層嚴(yán)重影響組織的清晰度時(shí)，可采取反復(fù)拋光、浸蝕的辦法去除變形層。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）按粗磨一細(xì)磨一機(jī)械拋光一浸蝕的步驟制備金相試樣；2）對(duì)比觀察浸蝕前，浸蝕后試樣的金相形貌。五、實(shí)驗(yàn)步驟1）磨樣領(lǐng)取待磨試樣，用砂輪機(jī)粗磨，用金相砂紙細(xì)磨，進(jìn)行機(jī)械拋光；2）浸蝕前觀察對(duì)拋光后洗凈，吹干的試樣進(jìn)行浸蝕前的檢查；3）浸蝕將拋光合格的試樣置于浸蝕劑中浸蝕；4）觀察金相組織對(duì)浸蝕后的試樣進(jìn)行觀察，聯(lián)系化學(xué)浸蝕原理對(duì)組織形態(tài)進(jìn)行分析。如浸蝕程度過(guò)淺，可重新浸蝕；若過(guò)深，待重新拋光后才能浸蝕；若變形層嚴(yán)重，反復(fù)拋光一浸蝕12次后再觀察組織清晰度的變化。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、說(shuō)明本次實(shí)

16、驗(yàn)?zāi)康模?、簡(jiǎn)述制備金相試樣的過(guò)程；3、分析實(shí)際制樣中出現(xiàn)的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)3 金相法鑒定鋼中非金屬夾雜1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康某醪搅私饨鹣喾ㄨb定鋼中非金屬夾雜物的定性及定量實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)。2 實(shí)驗(yàn)原理金相法是研究鋼中非金屬夾雜的一種常用方法，利用金屬顯微鏡，在明場(chǎng)、暗場(chǎng)和偏振光照明條件下直接觀察磨光鋼樣表面上夾雜物的形狀、大小、分布、結(jié)構(gòu)、可磨性、塑性、反光能力、透明度、固有顏色及各向異性效應(yīng)等性質(zhì)。金相法只能鑒定已知名稱的夾雜物，對(duì)未知名稱的夾雜物以及要進(jìn)一步確定夾雜物準(zhǔn)確的化學(xué)組成和某些物理性質(zhì)，還必須配合其他方法綜合分析。3 儀器描述裝備有明視場(chǎng)、暗視場(chǎng)及偏振光照明系統(tǒng)的金相顯微鏡是實(shí)驗(yàn)的主要設(shè)備，輔助設(shè)

17、備還有砂輪機(jī)，拋光機(jī)等。下面簡(jiǎn)單的介紹明、暗視場(chǎng)及偏振光照明在定性鑒定夾雜物中的作用。圖 1 明視場(chǎng)照明略圖(1)-樣品;(2)-孔徑光欄的像;(3)-No1 透鏡的像;(4)-物鏡;(5)-光源的像;(6)-鏡子;(7)-反射平面鏡;(8)-消色差透鏡;(9)-No4 透鏡;(10)-視場(chǎng)光欄;(11)-No3 透鏡;(12)-No2 透鏡;(13)-孔徑光欄;(14)-光源的像;(15)-濾光片;(16)-No1 透鏡;(17)-光源.3.1 明視場(chǎng)照明從光源出發(fā)經(jīng)一系列透鏡折射后的光線由平面鏡或三棱鏡反射，經(jīng)物鏡射向試樣表面。反射后的光線重新射入物鏡，然后經(jīng)鏡筒達(dá)目鏡（圖1）。若樣品表面

18、如鏡面般光亮，在目鏡觀察時(shí)，視場(chǎng)是明亮的。在明視場(chǎng)下主要觀察夾雜的大小、形狀、分布、反光能力、結(jié)構(gòu)及可磨、可塑性等性質(zhì)。3.2 暗視場(chǎng)照明在物鏡的外圍放置一個(gè)特殊的環(huán)狀聚光鏡，在入射光的途徑上安置一環(huán)狀光欄，擋住入射光束的中心部分。因而光線不經(jīng)物鏡，由環(huán)狀取光鏡以很大的角度斜射至樣品的表面上，并以相同的角度反射（圖2）。這些反射光不能進(jìn)入.物鏡.故從目鏡觀察樣品時(shí)視場(chǎng)暗黑。若夾雜物是透明的或樣品表面有凹坑、磨痕等，則產(chǎn)生光的散射，部分光射入物鏡在目鏡中可以看到。在暗視場(chǎng)照明下，由于基底襯度較暗，又沒有大量白色光的干擾，便于觀察夾雜物的透明度，固有顏色以及夾雜物結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。圖 2 暗視場(chǎng)照明略圖

19、(1)-環(huán)形光欄;(2)-鏡子;(3)-反射平面鏡;(4)-暗場(chǎng)聚光鏡;(5)-消色差透鏡;(6)-No 8 透鏡;(7)-No 2 透鏡;(8)-No 叮銹鏡;(9)-孔徑光欄;(10)-可拆卸透鏡;(11)-隔熱器;(12)-聚光鏡;(13)-光源.圖 3 普通光微粒的振動(dòng)(a)-普通光微粒的振動(dòng)方向;(b)-普通光各個(gè)微粒的紊亂振動(dòng).3.3 偏振光明、暗視場(chǎng)明法是應(yīng)用普通光。普通光在垂直于光波（光線傳波方向的）平面上各方向振動(dòng)（圖3）。而偏振光僅在平面上的一個(gè)固定方向產(chǎn)生振動(dòng)。這個(gè)方向垂直于光傳播的方向，其振動(dòng)是有規(guī)律的（圖4）。因而可以用偏振光來(lái)鑒別夾雜物晶體的各向同性或各向異性性質(zhì)，

20、因?yàn)榉较蛐允歉飨虍愋跃w的主要性質(zhì)。圖 4 偏振光微粒在某一定平面上的有規(guī)律振動(dòng)一般用顯像鏡觀察，要得到偏振光，通常采用尼科爾棱鏡或偏振片。尼科爾棱鏡是利用天然晶體（方解石、石英）的雙折射性質(zhì)。普通光通過(guò)具有雙折射性質(zhì)的晶體時(shí)，分解為振動(dòng)方向互相垂直的兩條光線，一條叫“”光，一條叫“”光，兩者除去一個(gè)，就得到了在一個(gè)方向振動(dòng)的平面偏振光。偏振片的原理也一樣，它是在透明的賽潞咯薄片上涂一層硫酸金雞納堿的微粒晶體制成。采用偏振光鑒定夾雜物的各向同性和各向異性時(shí)，必須加上起偏鏡和檢偏鏡，（起偏鏡和檢偏鏡互相垂直），當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)觀察夾雜物時(shí)，各向同性?shī)A雜無(wú)任何變化，而各向異性?shī)A雜則在載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)360&

21、#176;時(shí)，有四次消光和四次發(fā)亮。各向異性微弱的夾雜如Al2O3 在載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)360°時(shí)只有微弱的明亮變化。各向同性的夾雜在正交尼科爾或正交偏振片情況下，對(duì)入射的偏振光不起作用，故轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)不發(fā)生光度變化。當(dāng)入射的偏振光射至各向異性晶體時(shí)，則分解為兩個(gè)互相垂直的分偏振光反射出來(lái)，并且兩個(gè)分偏振光振幅發(fā)生變化且造成相位差，即入射的平面偏振光經(jīng)各向異性?shī)A雜晶體（夾雜）反射后，變?yōu)闄E圓偏振光了。在正交偏光鏡下，這橢圓偏振光有一個(gè)分偏振光可以透過(guò)檢偏鏡，使得視場(chǎng)內(nèi)能清析地看到各向異性的夾雜物。由于分偏振光振幅變化與入射光同晶體的取向有關(guān)，故形成的橢圓偏振光的形狀、取向隨入.射光與晶體的取

22、向而變化。當(dāng)載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)夾雜物就會(huì)交替的出現(xiàn)亮度最強(qiáng)和亮度最弱，即交替的發(fā)亮和消失。對(duì)于透明的球狀?yuàn)A雜，由于光的多次反射和干擾，在正交偏光鏡下可看到中間貫以黑十字形的明亮交替的繼續(xù)的同心環(huán)，即所謂“黑十字特征”。正交偏光鏡下，由于視場(chǎng)變暗，也便于觀察夾雜物的透明度及固有顏色。4 方法步驟4.1 試樣的制備將選取之試樣加工成15mm，長(zhǎng)20mm 或151520mm 的規(guī)格，在砂輪機(jī)上打平觀察面，再在05#（由粗到細(xì)金相砂紙上磨制，每換一道砂紙時(shí)其磨制方向改變90°，最后在拋光機(jī)上將試樣拋至鏡面般光亮。4.2 夾雜物的定性鑒定：將磨好的試樣在顯微鏡下用低的放大倍數(shù)（100200 倍）在明

23、視場(chǎng)下觀察其形狀、分布、顏色、可磨、可塑性等并加以記錄（見表1）。然后選用高的放大倍數(shù)的物鏡在明視場(chǎng)、暗視場(chǎng)、偏振光照明下，透明度，反射能力，各向同性異性效應(yīng)等特征。用彩色鉛筆繪圖并進(jìn)行描述。將最后結(jié)果與表2 中所列夾雜物明、暗視場(chǎng)，偏振光下的特性對(duì)照，定出所觀察夾雜物的名稱。4.3 夾雜物的定量測(cè)定金相法定量測(cè)定鋼中夾雜物，應(yīng)考慮到在不透明的磨光表面上所看到的夾雜物的數(shù)目和尺寸與鋼中夾雜物的真實(shí)數(shù)目尺寸及其在鋼中所占的體積之間存在著復(fù)雜關(guān)系。因此用此法測(cè)得夾雜物的絕對(duì)值誤差較大。但其相對(duì)值是一致的，仍可利用此法鑒定鋼中夾雜物的分布曲線。定量鑒定夾雜物的方法基本有兩種：（1）將磨光片下觀察到被

24、夾雜物所沾污的程度和夾雜物的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圖比較。（2）在顯微鏡下選一定數(shù)量的視場(chǎng)，計(jì)算未經(jīng)浸蝕的磨光片上夾雜物的數(shù)目。前一種方法比較簡(jiǎn)便，在生產(chǎn)鑒定中廣為采用。后一種方法多用于系統(tǒng)鑒定夾雜物的分布狀況，現(xiàn)敘述如下：在一定的放大倍數(shù)下（視場(chǎng)面積已知），用目鏡中的顯微測(cè)微尺測(cè)量該視場(chǎng)中的夾雜物的面積。重復(fù)觀測(cè)1020 個(gè)視場(chǎng)，記下所測(cè)得同種類型夾雜物面積的平均值，按下式進(jìn)行計(jì)算。式中：Q 一鋼中夾雜物的含量，；S 夾一各視場(chǎng)中觀察同種類型夾雜物面積的平均值；S 樣一夾雜物的比重；r 夾一夾雜物的比重；r 鋼一鋼的比重。測(cè)量夾雜物面積時(shí)，對(duì)于圓形夾雜量直徑，對(duì)于不規(guī)則夾雜，則用割補(bǔ)的方法進(jìn)行測(cè)量。若同一

25、視場(chǎng)中有二個(gè)以上相同大小的夾雜物，記載為，其底數(shù)為相等夾雜個(gè)數(shù)，指數(shù)為面積，如35×4 即三個(gè)面積為5×4 大小的夾雜物。實(shí)驗(yàn)4 鐵碳合金平衡組織分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟練運(yùn)用鐵碳合金相圖，提高分析鐵碳合金平衡凝固過(guò)程及組織變化的能力。2. 掌握碳鋼和白口鑄鐵的顯微組織特征。二、原理概述鐵碳合金相圖是研究碳鋼組織、確定其熱加工工藝的重要依據(jù)。按組織標(biāo)注的鐵碳相圖見圖。鐵碳合金在室溫的平衡組織均由鐵素體（F）和滲碳體（Fe3C）兩相按不同數(shù)量、大小、形態(tài)和分布所組成。高溫下還有奧氏體（A）和固溶體相。利用鐵碳合金相圖分析鐵碳合金的組織時(shí)，需了解相圖中各相的本質(zhì)及其形成過(guò)程，明

26、確圖中各線的意義，三條水平線上的反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的本質(zhì)和形態(tài)，并能做出不同合金的冷卻曲線，從而得知其凝固過(guò)程中組織的變化及最后的室溫組織。根據(jù)含碳量的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、碳鋼及白口鑄鐵三大類，現(xiàn)分別說(shuō)明其組織形成過(guò)程及特征。1. 工業(yè)純鐵 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.0218%的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵。見圖1-1。當(dāng)其冷到碳在-Fe中的固溶度線PQ以下時(shí)，將沿鐵素體晶界析出少量三次滲碳體，鐵素體的硬度在80HB左右，而滲碳的硬度高達(dá)800HB，因工業(yè)純鐵中的滲碳體量很少，故硬度、強(qiáng)度不高而塑性、韌性較好。圖1-1 工業(yè)純鐵組織 2. 碳鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在（0.02182.11）%之間的鐵碳合金稱

27、為碳鋼，根據(jù)合金在相圖中的位置可分為亞共析、共析和過(guò)共析鋼。 （1）共析鋼 成分為，在727以上的組織為奧氏體，冷至727時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)： 將鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物稱珠光體（P）。室溫下珠光體中滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為12%，慢冷所得的珠光體呈層片狀。圖1-2 珠光體電鏡組織 圖1-3 珠光體光鏡組織采用電子顯微鏡高倍放大能看出Fe3C薄層的厚度，圖1-2中窄條為Fe3C，寬條為F基體，兩者有明顯的分界線。在普通光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí)，只能看到Fe3C成條條細(xì)黑線分布在鐵素體上，見圖1-3。位向相同的一組鐵素體加滲碳體片層，稱一個(gè)共析領(lǐng)域。當(dāng)放大倍數(shù)低，珠光體組織細(xì)密或浸蝕過(guò)深時(shí)，珠光體中的片層難

28、以分辨，呈一片暗色區(qū)域。（2）亞共析鋼 成分為0.0218%<<0.077%，組織為先共析鐵素體加珠光體，在顯微鏡下鐵素體呈亮色，珠光體為暗色，鐵素體的形態(tài)隨合金含碳量即鐵素體量的多少而變，如=0.2%時(shí)，其組織的基體為等軸的鐵素體晶粒，少量暗色珠光體分布在鐵素體晶粒邊界或三叉晶界上呈不規(guī)則島狀。當(dāng)含碳量增加，組織中珠光體的量增多，至=0.4%，珠光體與鐵素體的量各占一成；>0.5%，珠光體成為鋼的基體，鐵素體呈連續(xù)或斷續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀圍繞著珠光體分布，這是由于先共析鐵素體是沿原奧氏體邊界優(yōu)先析出，至一定量后，剩余奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，不同含碳量的亞共析鋼的顯微組織見圖1-4。 （

29、a） 20鋼 （b）40鋼圖1-4 亞共析鋼顯微組織（3）過(guò)共析鋼 成分為0.77%<<2.11%，但實(shí)用鋼的最大含碳量只到1.3%，因碳量再高，二次滲碳體量增多，使鋼變脆。過(guò)共析鋼的組織由珠光體及二次滲碳體所組成，二次滲碳體呈網(wǎng)狀，碳量愈高，滲碳體網(wǎng)愈多、愈完整。與先共析鐵素體網(wǎng)很容易區(qū)別，若經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，兩者雖均為亮色，但二次滲碳體網(wǎng)要細(xì)得多；若用堿性苦味酸鈉溶液熱浸蝕后，滲碳體變成暗色，鐵素體仍為亮色。經(jīng)不同方法浸蝕后的T12鋼組織見圖1-5a.b。 圖1-5 過(guò)共析鋼顯微組織 （a）共晶白口鐵 （b）亞共晶白口鐵（C）過(guò)共晶白口鐵 圖1-6 白口鑄鐵組織3. 白口鑄

30、鐵（1）共晶白口鐵（=4.3%）此合金由液態(tài)冷卻到1148時(shí)，全部發(fā)生共晶反應(yīng)：，所得產(chǎn)物稱萊氏體（Ld），呈豹皮狀，其中奧氏體呈短棒或小條狀分布在滲碳體基體上，在以后繼續(xù)冷卻的過(guò)程中，只有奧氏體原地發(fā)生轉(zhuǎn)變，先析出二次滲碳體，后在727形成珠光體。沿奧氏體邊界析出的二次滲碳體，常與共晶滲碳體連成一片，不易分辨。室溫組織是由奧氏體轉(zhuǎn)變來(lái)的二次滲碳體、珠光體及原共晶滲碳體組成，稱變態(tài)萊氏體（Ld）。所謂變態(tài)的實(shí)質(zhì)是指共晶內(nèi)部組成物改變，并非形貌改觀，在顯微鏡下觀察變態(tài)萊氏體仍呈豹皮狀，見圖1-6a。（2）亞共晶白口鐵（=2.11%4.3%） 這類合金凝固時(shí)先析出初生奧氏體，呈樹枝狀，剩余液體在1

31、148發(fā)生共晶反應(yīng)得到萊氏體，繼續(xù)冷卻時(shí)初生奧氏體及共晶體中的奧氏體各在原地發(fā)生相同的轉(zhuǎn)變，即先析出二次滲碳體，后形成珠光體，室溫組織是由初生奧氏體轉(zhuǎn)變所得的二次滲碳體加珠光體（Fe3CII+P）及變態(tài)萊氏體Ld所組成，見圖1-6b。（3）過(guò)共晶白口鐵（=4.3%6.69%）過(guò)共晶白口鑄鐵的組織由粗大片狀的一次滲碳體加變態(tài)萊氏體組成，見圖1-6c。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1. 討論Fe-Fe3C相圖 1）分析各相及組織組成物的本質(zhì)。 2）分析不同含碳量的鐵碳合金的凝固過(guò)程、室溫組織及其形貌特征。 3）總結(jié)鐵碳合金的組織、性能與含碳量的關(guān)系。 2. 觀察、分析并畫出工業(yè)純鐵、不同碳鋼及白口鑄鐵的組織

32、示意圖。3. 測(cè)定不同含碳量的碳鋼的硬度（硬度試驗(yàn)方法見附錄3）。四、材料及設(shè)備 1. 表1-1所列的金相試樣2套，并附金相照片。 2. 金相顯微鏡16臺(tái)。 3. 布氏硬度計(jì)4臺(tái)。4. 測(cè)定組織組成物相對(duì)含量用的亞共析鋼金相照片及透明方格紙各15張。表1-1 本實(shí)驗(yàn)所觀察的合金類別合金牌號(hào)浸蝕劑顯微組織類別合金牌號(hào)浸蝕劑顯微組織工業(yè)純鐵工業(yè)純鐵4%硝酸酒精溶液F+Fe3CII過(guò)共析鋼T124%硝酸酒精溶液P+Fe3CII亞共析鋼204%硝酸酒精溶液F+P堿性苦味酸鈉溶液亞共析鋼404%硝酸酒精溶液F+P白口鑄鐵亞共晶4%硝酸酒精溶液Fe3CII+P+Ld亞共析鋼604%硝酸酒精溶液F+P共晶4

33、%硝酸酒精溶液Ld共析鋼T84%硝酸酒精溶液P過(guò)共晶4%硝酸酒精溶液Ld+Fe3CI五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 列表說(shuō)明鐵碳相圖中各個(gè)相的本質(zhì)，晶體結(jié)構(gòu)，溶碳量，形成條件，形態(tài)等不同點(diǎn)。2. 畫出所觀察合金的顯微組織示意圖并加以注解。3. 分析20鋼及亞共晶白口鐵的凝固過(guò)程。4. 總結(jié)含碳量增加時(shí)鋼的組織和性能的變化規(guī)律。5. 總結(jié)碳鋼和鑄鐵中各種組織組成物的本質(zhì)和形態(tài)特征。實(shí)驗(yàn)5 碳鋼的熱處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解碳鋼的基本熱處理（退火、正火、淬火及回火）工藝方法。2. 研究冷卻條件與鋼性能的關(guān)系。3. 分析淬火及回火溫度對(duì)鋼性能的影響。二、概述 熱處理是一種很重要的熱加工工藝方法，也是充分發(fā)揮金

34、屬材料性能潛力的重要手段。熱處理的主要目的是改變鋼的性能，其中包括使用性能及工藝性能。鋼的熱處理工藝特點(diǎn)是將鋼加熱到一定的溫度，經(jīng)一定時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來(lái)，通過(guò)這樣的工藝過(guò)程能使鋼的性能發(fā)生改變。熱處理之所以能使鋼的性能發(fā)生顯著變化，主要是由于鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可以發(fā)生一系列變化。采用不同的熱處理工藝過(guò)程，將會(huì)使鋼得到不同的組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能。鋼的熱處理基本工藝方法可分為退火、正火、淬火和回火等。三、鋼的退火和正火表3-1 碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的機(jī)械性能性能熱處理狀態(tài)含碳量（%）0.10.20.30.40.6硬度（HB）退火120150160180200正火13014

35、0160180220250強(qiáng)度（MN/m2）退火200330420500360670正火340360480550660760鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度或以上，保溫一段時(shí)間，然后緩緩地隨爐冷卻。此時(shí)，奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解而得到比較接受平衡狀態(tài)的組織。一般中碳鋼（如40、45鋼）經(jīng)退火后組織穩(wěn)定，硬度較低（HB180220）有利于下一步進(jìn)行切削加工。正火則是將鋼加熱到或以上3050，保溫后進(jìn)行空冷。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比，組織中的珠光體相對(duì)量較多，且片層較細(xì)密，所以性能有所改善。對(duì)低碳鋼來(lái)說(shuō)，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度；對(duì)高碳鋼，正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下

36、一步球化退火及淬火作組織上的準(zhǔn)備。不同含碳量的碳鋼在退火及正火狀態(tài)下的強(qiáng)度和硬度值見表3-1。四、鋼的淬火所謂淬火就是將鋼加熱到（亞共析鋼）或（過(guò)共析鋼）以上3050，保溫后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻（應(yīng)大于K），以獲得馬氏體組織。碳鋼經(jīng)淬火后的組織由馬氏體及一定數(shù)量的殘余奧氏體所組成。為了正確地進(jìn)行鋼的淬火，必須考慮下列三個(gè)重要因素：淬火加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。圖3-1正常淬火溫度范圍1. 淬火溫度的選擇表3-2 各種碳鋼的臨界溫度（近似值）類別鋼號(hào)臨界溫度（）或碳素結(jié)構(gòu)鋼207358556808353073281367783540724790680796457247806827

37、605072576069075060727766695721碳素工具鋼T7730770700743T8730-700-T10730800700-T12730820700-正確選定加熱溫度是保證淬火質(zhì)量的重要一環(huán)。淬火時(shí)的具體加熱溫度主要取決于鋼的含碳量，可根據(jù)Fe-Fe3C相圖確定，如圖3-1所示。對(duì)亞共析鋼，其加熱溫度為+3050，若加熱溫度不足（低于），則淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體，造成強(qiáng)度及硬度的降低。對(duì)過(guò)共析鋼，加熱溫度為+3050，淬火后可得到細(xì)小的馬氏體與粒狀滲碳體，后者的存在可提高鋼的硬度和耐磨性。過(guò)高的加熱溫度（如超過(guò)）不僅無(wú)助于強(qiáng)度、硬度的增加，反而會(huì)由

38、于產(chǎn)生過(guò)多的殘余奧氏體而導(dǎo)致硬度和耐磨性的下降。需要指出，不論在退火、正火及淬火時(shí)，均不能任意提高加熱溫度。溫度過(guò)高晶粒容易長(zhǎng)大，而且增加氧化脫碳和變形的傾向。各種不同成分碳鋼的臨界溫度列于表3-2中。2. 保溫時(shí)間的確定淬火加熱時(shí)間實(shí)際上是將試樣加熱到淬火所需的時(shí)間及淬火溫度停留所需時(shí)間的總和。加熱時(shí)間與鋼的成分、工件的形狀尺寸、所用的加熱介質(zhì)、加熱方法等因素有關(guān)，一般按照經(jīng)驗(yàn)公式加以估算，碳鋼在電爐中加熱時(shí)間列于表3-3。 表3-3 碳鋼在箱式電爐中加熱時(shí)間的確定加熱溫度（）工件形狀圓柱形方形板形保溫時(shí)間分鐘/每毫米直徑分鐘/每毫米厚度分鐘/每毫米厚度70080090010001.51.0

39、0.80.42.21.51.20.6321.60.8 3. 冷卻速度的影響冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它直接影響到鋼淬火后的組織和性能。冷卻時(shí)應(yīng)使冷卻速度大于臨界冷卻速度，以保證獲得馬氏體組織。在這個(gè)前提下又應(yīng)盡量緩慢冷卻，以減小內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。為此，可根據(jù)C曲線（如圖3-2所示），使淬火工件在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的溫度范圍（650550）進(jìn)行快冷（即與C曲線的“鼻尖”相切），而在較低溫度（300100）時(shí)的冷卻速度則盡可能小些。為了保證淬火效果，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)睦鋮s介質(zhì)（如水、油等）和冷卻方法（如雙液淬火、分級(jí)淬火等）。不同的冷卻介質(zhì)在不同的溫度范圍內(nèi)的冷卻能力有所差別。各種冷卻介質(zhì)的特性見表3

40、-4。圖3-2 在共析鋼C曲線估計(jì)的連續(xù)冷卻速度的影響 表3-4 幾種常用淬火介質(zhì)的冷卻能力冷卻介質(zhì)在下列溫度范圍內(nèi)的冷卻速度（/秒）65055030020018的水60027026的水50027050的水10027074的水3020010%NaCl水溶液（18）110030010%NaOH水溶液（18）120030010%Na2CO3水溶液（18）800270蒸餾水250200蒸餾水30200菜籽油（50）20035礦物機(jī)器油（50）15030變壓器油（50）12025五、鋼的回火鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織質(zhì)硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，如果直接進(jìn)行磨削加工往往會(huì)出現(xiàn)龜裂。一些精密的

41、零件在使用過(guò)程中將會(huì)引起尺寸變化而失去精度，甚至開裂。因此淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得所需的各種不同性能。表3-5為45鋼淬火后經(jīng)不同溫度回火后的組織及性能。 表3-5 45鋼經(jīng)淬火及不同溫度回火后的組織和性能類型回火溫度（）回火后的組織回火后硬度（BHC）性能特點(diǎn)低溫回火150250回火馬氏體+殘余奧氏體+碳化物6057高硬度，內(nèi)應(yīng)力減小中溫回火350500回火屈氏體3545硬度適中，有高的彈性高溫回火500650回火索氏體2033具有良好塑性、韌性和一定強(qiáng)度相配合的綜合性能對(duì)碳鋼來(lái)說(shuō)，回火工藝的選擇主要是考慮回火溫度和保溫時(shí)間這兩個(gè)因素。回火溫度：在實(shí)際生產(chǎn)中通常以圖

42、紙上所要求的硬度要求作為選擇回火溫度的依據(jù)。各種鋼材的回火溫度與硬度之間的關(guān)系曲線可從有關(guān)手冊(cè)中查閱?，F(xiàn)將幾種常用的碳鋼（45、T8、T10和T12鋼）回火溫度與硬度的關(guān)系列于表3-6。表3-6 各種不同溫度回火后的硬度值（HBC）回火溫度（）45鋼T8鋼T10鋼T12鋼15020060546460646265622003005450605562566257300400504055455647574940050040334535473849385006003324352738273828 注：由于具體處理?xiàng)l件不同，上述數(shù)據(jù)僅供參考。 也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式近似地估算回火溫度。例如45鋼的回火溫度經(jīng)

43、驗(yàn)公式為： 式中K系數(shù)，當(dāng)回火后要求的硬度值>HRC30時(shí)，K=11；<HRC30時(shí)，K=12。 x所要求的硬度值（HRC）。保溫時(shí)間：回火保溫時(shí)間與工件材料及尺寸、工藝條件等因素有關(guān)，通常采用13小時(shí)。由于實(shí)驗(yàn)所用試樣較小，故回火保溫時(shí)間可為30分鐘，回火后在空氣中冷卻。六、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1) 淬火部分的內(nèi)容及具體步驟：（1）根據(jù)淬火條件不同，分五個(gè)小組進(jìn)行，見表3-7 表3-7 淬火實(shí)驗(yàn)組別淬火加熱溫度（）冷卻方式20鋼45鋼T12鋼處理前硬度處理后硬度處理前硬度處理后硬度處理前硬度處理后硬度11000水冷2750水冷3860空冷4860油冷5860水冷注：1

44、4組每種鋼號(hào)各一塊；5組除20、T12鋼各一塊外，45鋼取五塊，以供回火用。（2）加熱前先將全部試樣測(cè)定硬度。為便于比較，一律用洛氏硬度測(cè)定。（3）根據(jù)試樣鋼號(hào)，按照Fe-Fe3C相圖確定淬火加熱溫度及保溫時(shí)間（可按1分鐘/每毫米直徑計(jì)算）。 （4）各組將淬火及正火后的試樣表面用砂紙（或砂輪）磨平，并測(cè)出硬度值（HRC）填入表3-7中。 2) 回火部分的內(nèi)容及具體步驟： （1）根據(jù)回火溫度不同，分五個(gè)小組進(jìn)行，見表3-8。各小組將已經(jīng)正常淬火并測(cè)定過(guò)硬度的45鋼試樣分別放入指定溫度的爐內(nèi)加熱，保溫30分鐘，然后取出空冷。 （2）用砂紙磨光表面，分別在洛氏硬度機(jī)上測(cè)定硬度值。 （3）將測(cè)定的硬度

45、值分別填入表3-8中 表3-8 回火實(shí)驗(yàn)組 別12345回火溫度200300400500600回火前HRC回火后HRC2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1) 箱式電爐及控溫儀表；2) 水銀溫度計(jì)；3) 洛氏硬度機(jī)；4) 冷卻劑：水，油（使用溫度約20）；5) 試樣：20鋼，45鋼，T12鋼。3. 注意事項(xiàng)1). 本實(shí)驗(yàn)加熱都為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地，在放、取試樣時(shí)必須先切斷電源。2) 往爐中放、取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。開關(guān)爐門要迅速，爐門打開時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。3) 試樣由爐中取出淬火時(shí)，動(dòng)作要迅速，以免溫度下降，影響淬火質(zhì)量。4) 試樣在淬火液中

46、應(yīng)不斷攪動(dòng)，否則試樣表面會(huì)由于冷卻不均而出現(xiàn)軟點(diǎn)。5) 淬火時(shí)水溫應(yīng)保持2030左右，水溫過(guò)高要及時(shí)換水。6) 淬火或回火后的試樣均要用砂紙打磨，去掉氧化皮后再測(cè)定硬度值。4. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1) 明確本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?) 分析加熱溫度與冷卻速度對(duì)鋼性能的影響。3) 繪制出45鋼回火溫度與硬度的關(guān)系曲線圖。4) 分析實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)6 碳鋼非平衡顯微組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察和研究碳鋼經(jīng)不同形式熱處理后顯微組織的特點(diǎn)。2. 了解熱處理工藝對(duì)鋼組織和性能的影響。二、概述表2-1 共析碳鋼（T8）過(guò)冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織及性能轉(zhuǎn)變類型組織名稱形成溫度范圍（）金相顯微組織特征硬度（HBC

47、）珠光體型相變珠光體（P）<650 在400500倍金相顯微鏡下可觀察到鐵素體和滲碳體的片層狀組織20（HB180200）索氏體（S）600650在8001000倍以上的顯微鏡下才能分清片層狀特征，在低倍下片層模糊不清2535屈氏體（T）550600 用光學(xué)顯微鏡觀察時(shí)呈黑色團(tuán)狀組織，只有在電子顯微鏡（500015000×）下才能看出片層組織3540貝氏體型相變上貝氏體（B上）350550 在金相顯微鏡下呈暗灰色的羽毛狀特征4048下貝氏體（貝下）220350 在金相顯微鏡下呈黑色針葉狀特征4858馬氏體型相變馬氏體（M）<230 在正常淬火溫度下呈細(xì)針狀馬氏體（隱晶馬氏

48、體），過(guò)熱淬火時(shí)則呈粗大片狀馬氏體6265 鐵碳合金經(jīng)緩冷后的顯微組織基本上與鐵碳相圖所預(yù)料的各種平衡組織相符合，但碳鋼在不平衡狀態(tài)，即在快冷條件下的顯鏡組織就不能用鐵碳合金相圖來(lái)加以分析，而應(yīng)由過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖C曲線來(lái)確定。圖2-1為共析碳鋼的C曲線圖。 按照不同的冷卻條件，過(guò)冷奧氏體將在不同的溫度范圍發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變。通過(guò)金相顯微鏡觀察，可以看出過(guò)冷奧氏體各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。共析碳鋼過(guò)冷奧氏體在不同溫度轉(zhuǎn)變的組織特征及性能如表2-1所示。圖2-1 共析碳鋼的C曲線三、鋼的退火的正火組織亞共析成分的碳鋼（如40、45鋼等）一般采用完全退火，經(jīng)退火后可得到接近于平衡狀態(tài)的

49、組織，其組織特征已在實(shí)驗(yàn)一中加以分析和觀察。過(guò)共析成分的碳素工具鋼（如T10、T12鋼等）一般采用球化退火，T12鋼經(jīng)球化退火后組織中的二次滲碳體及珠光體中的滲碳體都將變成顆粒狀，如圖2-2所示。圖中均勻而分散的細(xì)小粒狀組織就是粒狀滲碳體。45鋼經(jīng)正火后的組織通常要比退火的細(xì)，珠光體的相對(duì)含量也比退火組織中的多，如圖2-3所示，原因在于正火的冷卻速度稍大于退火的冷卻速度。 圖2-2 T12鋼球化退火組織 圖2-3 45鋼經(jīng)正火后的組織四、鋼的淬火組織將45鋼加熱到760（即以上，但低于），然后在水中冷卻，這種淬火稱為不完全淬火。根據(jù)Fe-Fe3C相圖可知，在這個(gè)溫度加熱，部分鐵素體尚未溶入奧氏

50、體中，經(jīng)淬火后將得到馬氏體和鐵素體組織。在金相顯微鏡中觀察到的是呈暗色針狀馬氏體基底上分布有白色塊狀鐵素體，如圖2-4所示。45鋼經(jīng)正常淬火后將獲得細(xì)針狀馬氏體，如圖2-5所示。由于馬氏體針?lè)浅＜?xì)小，在顯微鏡中不易分清。若將淬火溫度提高到1000（過(guò)熱淬火），由于奧氏體晶粒的粗化，經(jīng)淬火后將得到粗大針狀馬氏體組織，如圖2-6所示。若將45鋼加熱到正常淬火溫度，然后在油中冷卻，則由于冷卻速度不足（<K），得到的組織將是馬氏體和部分屈氏體（或混有少量貝氏體）。圖2-7為45鋼經(jīng)加熱到800保溫后油冷的顯微組織，亮白色為馬氏體，呈黑色塊狀分布于晶界處的為屈氏體。T12鋼在正常溫度淬火后的顯微組

51、織如圖2-8所示，除了細(xì)小的馬氏體外尚有部分未溶入奧氏體中的滲碳體（呈亮白顆粒）。當(dāng)T12鋼在較高溫度淬火時(shí)，顯微組織出現(xiàn)粗大的馬氏體，并且還有一定數(shù)量（1530%）的殘余奧氏體（呈亮白色）存在于馬氏體針之間，如圖2-9所示。 圖2-4 45鋼不完全淬火組織 圖2-5 45鋼正常淬火組織 圖2-6 45鋼過(guò)熱淬火組織 圖2-7 45鋼800油冷的顯微組織 圖2-8 T12鋼在正常溫度淬火后的顯微組織 圖2-9 T12鋼過(guò)熱淬火組織五、淬火后的回火組織鋼經(jīng)淬火后所得到的馬氏體和殘余奧氏體均為不穩(wěn)定組織，它們具有向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體的兩相混合物組織轉(zhuǎn)變的傾向。通過(guò)回火將鋼加熱，提高原子活動(dòng)能力，

52、可促進(jìn)這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程的進(jìn)行。淬火鋼經(jīng)不同溫度回火后所得到的組織不同，通常按組織特征分為以下三種：1. 回火馬氏體淬火鋼經(jīng)低溫回火（150250），馬氏體內(nèi)的過(guò)飽和碳原子脫溶沉淀，析出與母相保持著共格聯(lián)系的碳化物，這種組織稱為回火馬氏體?；鼗瘃R氏體仍保持針片狀特征，但容易受浸蝕，故顏色要比淬火馬氏體深些，是暗黑色的針狀組織，如圖2-10所示。圖2-10 45鋼低溫回火組織2. 回火屈氏體淬火鋼經(jīng)中溫回火（350500）得到在鐵素體基體中彌散分布著微小粒狀滲碳體的組織，稱為回火屈氏體?；鼗鹎象w中的鐵素體仍然基本保持原來(lái)針狀馬氏體的形態(tài)，滲碳體則呈細(xì)小的顆粒狀，在光學(xué)顯微鏡下不易分辨清楚，故呈暗黑色，如圖2-11(a)所示。用電子顯微鏡可以看到這些滲碳體質(zhì)點(diǎn)，并可以看出回火屈氏體仍保持有針狀馬氏體的位向，如圖2-11（b）所示。 （a