金相組織（PPT55頁).ppt

1、鋼中組織,鋼中常見金相組織,鐵素體 奧氏體 滲碳體 珠光體 萊氏體 貝氏體 馬氏體 魏氏組織,組織,鋼中常見金相組織-鐵素體,鐵素體是碳在-Fe中的固溶體。它仍保持-Fe的體心立方晶格。碳在鐵素體中的溶解度以723 時(shí)為最大，為0.02%，而在室溫下溶解度僅為0.008%。鐵素體的性能接近于純鐵，硬度低，塑性好。在合金鋼中溶有合金元素的鐵素體，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 鐵素體在金相組織中表現(xiàn)為純金屬不規(guī)則的多面體，成白色的晶粒特征。 鐵素體有塊狀、網(wǎng)狀等多種形態(tài)。,鋼中常見金相組織-鐵素體,白色部分為鐵素體,鋼中常見金相組織-鐵素體,其中的黑色部分為鐵素體，白色的為珠光體。這個(gè)與光學(xué)金相照片剛好

2、相反。電鏡的襯度是有被測(cè)材料成分（原子量），和被測(cè)材料導(dǎo)電性，以及被測(cè)材料形貌一起作用形成的。這與光鏡直接光感成像不同。,材料：20MnSiNb連鑄坯 侵蝕劑：4%硝酸酒精 金相組織為：珠光體+網(wǎng)狀鐵素體+晶內(nèi)針狀鐵素體。,鋼中常見金相組織奧氏體,奧氏體是碳在-Fe中的固溶體、在合金鋼中的碳和合金元素在-Fe中的固溶體。它仍保持-Fe的面心立方晶格，是鋼中比體積最小的組織。奧氏體中碳的最大溶解度為2.06%,相應(yīng)溫度為1147 ，隨著溫度的降低溶解度也隨之降低，在723 左右碳的溶解度為0.8%。 奧氏體在金相組織中呈現(xiàn)為規(guī)則的多邊形，晶界比較直，并有孿晶現(xiàn)象。 淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體

3、針間的空隙處 奧氏體用硝酸酒精腐蝕后的顏色也為白色。 注意 ：鐵素體、滲碳體、奧氏體經(jīng)硝酸酒精腐蝕后都呈現(xiàn)白色，主要通過組織形態(tài)區(qū)分。,鋼中常見金相組織奧氏體,圖中可見晶界平直。明暗晶粒是因?yàn)榫ЯＨ∠虿煌?，腐蝕程度不同,鋼中常見金相組織奧氏體,304不銹鋼的原始組織：奧氏體晶粒和孿晶,鋼中常見金相組織奧氏體,Fe-20Mn-0.6C不銹鋼奧氏體掃描照片，內(nèi)部可見孿晶。,鋼中常見金相組織滲碳體,滲碳體是鐵和碳的間隙式化合物，用Fe3C表示。常溫下鐵碳合金中碳大部分以滲碳體形式存在。滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶格，沒有同素異形轉(zhuǎn)變。低溫下，有弱磁性高于217 時(shí)消失。滲碳體的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.67%，熔

4、點(diǎn)為1600 ，硬度很高（顯微硬度可達(dá)800-1000HV），脆性很大，塑性接近于零。 根據(jù)鐵-碳相圖，滲碳體可分為三種：一次（初次）滲碳體，是沿CD線由液體中結(jié)晶析出的滲碳體；二次滲碳體，是沿ES線由-固溶體中析出的滲碳體；三次滲碳體，是沿PQ線由-固溶體中析出的滲碳體。,鐵碳相圖,鋼中常見金相組織滲碳體,滲碳體可與其他合金元素形成置換式固溶體，以滲碳體晶格為基體的這種固溶體成為“合金滲碳體”。 滲碳體是一種介穩(wěn)定化合物，在一定條件，能分解成石墨狀的自由碳。 滲碳體在金相組織中以不同的形式呈現(xiàn)。一次滲碳體多呈柱狀，二次和三次滲碳體多以白色網(wǎng)狀表現(xiàn)。 三次滲碳體是從鐵素體晶界上析出，由于數(shù)量很

5、少，一般沿鐵素體晶界呈斷續(xù)片狀分布。而極低碳鋼中的游離滲碳體就是三次滲碳體。 共析滲碳體 珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。可歸屬于二次滲碳體。,鋼中常見金相組織滲碳體,白色柱狀的為一次滲碳體,鋼中常見金相組織區(qū)分網(wǎng)狀滲碳體和網(wǎng)狀鐵素體,方法一：著色法，用硝酸酒精腐蝕都是白色的，用苦味酸腐蝕碳化物是黑色的。 方法二：硬度法，滲碳體和鐵素體的硬度不同，鐵素體軟二滲碳體很硬。 方法三：二者形態(tài)上還是有差別的,一般情況下,侵蝕稍微重一點(diǎn),鐵素體上會(huì)有一些凹凸點(diǎn),碳化物平整些 過共析鋼中先共析滲碳體組織形態(tài)有以下兩種類型： 不連續(xù)網(wǎng)狀或連續(xù)網(wǎng)狀滲碳體：鋼中的含碳量較低時(shí)為不連續(xù)網(wǎng)狀，含碳量較高時(shí)為連續(xù)網(wǎng)

6、狀，與網(wǎng)狀鐵素體相比，網(wǎng)狀滲碳體的厚度薄得多； 魏氏組織滲碳體：當(dāng)奧氏體成分均勻、晶粒粗大及冷卻速度適中時(shí)，析出與奧氏體保持共格關(guān)系的針（片）狀魏氏組織滲碳體。魏氏組織會(huì)惡化鋼的塑性和韌性，通常采用完全退火或正火消除。,鋼中常見金相組織區(qū)分網(wǎng)狀滲碳體和網(wǎng)狀鐵素體,鋼中常見金相組織珠光體,珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.77%的奧氏體在727 時(shí)共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。通常珠光體是鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織。 珠光體的片層間距取決于奧氏體分解的過冷度，過冷度越大形成的珠光體的片間距越小。根據(jù)珠光體片間距的大小又可分為以下三種： 1、片狀珠光體，是奧氏體在650 700 高溫分

7、解的產(chǎn)物，硬度為200HBW左右，用一般金相顯微鏡可分辨Fe3C片，其片間距大約為150450nm如下圖：,材料：45鋼 工藝情況：退火態(tài) 組織說明：片狀珠光體，透射電鏡二次碳復(fù)型圖像。圖中可見不同取向的珠光體領(lǐng)域。,片狀珠光體的力學(xué)性能主要取決于片間距。隨片間距減小，鋼的強(qiáng)度越高，塑性韌性越好。,鋼中常見金相組織珠光體,2、索氏體，是奧氏體在600-650 高溫分解的產(chǎn)物，硬度為250HBW左右，用金相顯微鏡放大500倍，從珠光體的滲碳體上僅看到一條黑線，在光學(xué)金相顯微鏡下放大600倍以上才能分辨片層的細(xì)珠光體(GB/T7232標(biāo)準(zhǔn)) ，其片間距較小，約為80150n m，如下圖：,回火索氏

8、體，500,回火索氏體的電鏡形貌，7500,鋼中常見金相組織珠光體,3、托氏體也譯做屈氏體，屬于珠光體的一種，。于550600形成，片層極薄，用金相顯微鏡放大500倍，不能分辨珠光體片層，僅看到黑色的球團(tuán)狀組織，只有在電子顯微鏡下才可以分辨出其鐵素體和滲碳體的片層結(jié)構(gòu)。其片間距極細(xì)，約為3080nm。,回火托氏體，500,回火托氏體的電鏡形貌，7500,鋼中常見金相組織-珠光體,珠光體是共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。在亞共析鋼中奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變前，首先從奧氏體中析出先共析鐵素體使剩余的奧氏體碳含量逐漸增加。達(dá)到共析成分時(shí)才發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。在過共析鋼中首先從奧氏體中析出二次滲碳體，使奧氏體中的碳含量逐漸減少

9、，達(dá)到共析成分時(shí)才發(fā)生珠光體的轉(zhuǎn)變。鐵素體和二次滲碳體的析出量，隨過冷度的增大而減少。 珠光體的金相組織中，多數(shù)為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀；但在一定的熱處理?xiàng)l件下（球化退火或高溫回火），滲碳體以顆粒狀分布于鐵素體的基體上，呈現(xiàn)為粒狀珠光體的組織。,鋼中常見金相組織-珠光體,材料：T8鋼狀態(tài)：球化退火。 倍數(shù)：550 組織：球狀珠光體顯微組織，,鋼中常見金相組織-珠光體,鋼中常見金相組織-萊氏體,萊氏體在高溫下是滲碳體和奧氏體的混合物，是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%的鐵碳合金，在1147直接由鐵液凝固而成。室溫下則是珠光體和滲碳體的混合物。,材質(zhì)：共晶白口鐵 腐蝕液：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微

10、組織 （250） 組織：室溫萊氏體 在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細(xì)條或斑點(diǎn)狀，共晶滲碳體呈亮白色,鋼中常見金相組織-萊氏體,鋼中常見金相組織-萊氏體,在含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.11%4.3%的亞共晶生鐵中，金相組織除萊氏體外，尚有大塊珠光體。,材質(zhì)：亞共晶白口鐵 腐蝕液：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微組織 （250） 組織：室溫萊氏體（ Ld）+珠光體（P）二次滲碳體（Fe3C） 顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀的珠光體和斑點(diǎn)狀萊氏體，其中二次滲碳體與共晶滲碳體混在一起，不易分辨,鋼中常見金相組織-萊氏體,在含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3%6.69%的過共晶生鐵中，金相組織為一次滲碳體和萊氏體。,材質(zhì)：過共晶白口鐵 腐蝕液

11、：34硝酸酒精溶液 倍率：顯微組織 （250） 組織：室溫萊氏體（ Ld）一次滲碳體（Fe3C）二次滲碳體（Fe3C） 顯微鏡下可觀察到在暗色斑點(diǎn)狀的萊氏體基本上分布著亮白色的粗大條片狀的一次滲碳體,鋼中常見金相組織-萊氏體,由于合金元素使鐵碳合金相圖的E和S點(diǎn)左移，因此許多高合金鋼（如W18Cr4V和Cr12MoV）都屬于萊氏體鋼。,鋼中常見金相組織貝氏體,鋼在奧氏體化后被過冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以下，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以上這一中溫度區(qū)間(所謂“貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間”，溫度在550240 )轉(zhuǎn)變而成的由鐵素體及其內(nèi)分布著彌散的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織，即貝氏體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。其金相組織和550 以上

12、共析分解的珠光體有明顯不同。 貝氏體依形成的溫度不同，組織特征也不同。在550450 之間，接近珠光體形成溫度所形成的的組織稱為“上貝氏體”，其特征為由晶粒邊界開始向晶內(nèi)同一方向平行排列的-Fe片，片間夾著滲碳體顆粒，在金相組織中成羽毛狀。,上貝氏體顯微組織，600,下貝氏體顯微組織，500,在300附近形成的組織稱為“下貝氏體”，在電子顯微鏡下觀察，其特征是碳化物按一定方向規(guī)則的排列在飽和的-Fe中,鋼中常見金相組織貝氏體,上貝白色，羽毛狀，羽毛間有黑色滲碳體,上貝的精細(xì)結(jié)構(gòu) T E M,下貝黑針狀，鐵素體加上針內(nèi)細(xì)的碳化物,下貝的精細(xì)結(jié)構(gòu) T E M,粒貝鐵素體晶粒內(nèi)分布有碳化物和島狀相,

13、鋼中常見金相組織貝氏體,上、下貝氏體只是形態(tài)和碳化物的分布不同，沒有本質(zhì)區(qū)別。上貝氏體的強(qiáng)度小于同一溫度形成的細(xì)片狀珠光體，脆性大；下貝氏體與相應(yīng)溫度的回火馬氏體強(qiáng)度相仿，性能優(yōu)于上貝氏體。 在低溫度范圍內(nèi)，通過貝氏體轉(zhuǎn)變所得的下貝氏體具有非常良好的綜合力學(xué)性能，而且為獲得下貝氏體組織所采取的等溫淬火工藝或連續(xù)冷卻工藝均可減少工件的變形和開裂。,鋼中常見金相組織貝氏體,過冷奧氏體在中溫（約 350550）的相變產(chǎn)物，其典型形態(tài)是一束大致平行位向差為 68od 鐵素體板條，并在各板條間分布著沿板條長軸方向排列的碳化物短棒或小片；典型上貝氏體呈羽毛狀，晶界為對(duì)稱軸，由于方位不同，羽毛可對(duì)稱或不對(duì)稱

14、，鐵素體羽毛可呈針狀、點(diǎn)狀、塊狀。若是高碳高合金鋼，看不清針狀羽毛；中碳中合金鋼，針狀羽毛較清楚；低碳低合金鋼，羽毛很清楚，針粗。轉(zhuǎn)變時(shí)先在晶界處形成上貝氏體，往晶內(nèi)長大，不穿晶 過冷奧氏體在 350Ms 的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。其典型形態(tài)是雙凸透鏡狀含過飽和碳的鐵素體，并在其內(nèi)分布著單方向排列的碳化物小薄片；在晶內(nèi)呈針狀，針葉不交叉，但可交接。與回火馬氏體不同，馬氏體有層次之分，下貝氏體則顏色一致，下貝氏體的碳化物質(zhì)點(diǎn)比回火馬氏體粗，易受侵蝕變黑，回火馬氏體顏色較淺，不易受侵蝕。高碳高合金鋼的碳化物分散度比低碳低合金鋼高，針葉比低碳低合金鋼細(xì)。,鋼中常見金相組織貝氏體,粒狀貝氏體：大塊狀或條狀的鐵素體內(nèi)

15、分布著眾多小島的復(fù)相組織。過冷奧氏體在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。剛形成時(shí)是由條狀鐵素體合并而成的塊狀鐵素體和小島狀富碳奧氏體組成，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中，可能全部保留成為殘余奧氏體；也可能部分或全部分解為鐵素體和滲碳體的混合物（珠光體或貝氏體）；最可能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，部分保留下來而形成兩相混合物，稱為 m-a 組織。 無碳化物貝氏體：板條狀鐵素體單相組成的組織，也稱為鐵素體貝氏體。形成溫度在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的最上部。板條鐵素體之間為富碳奧氏體，富碳奧氏體在隨后的冷卻過程中也有類似上面的轉(zhuǎn)變。無碳化物貝氏體一般出現(xiàn)在低碳鋼中，在硅、鋁含量高的鋼中也容易形成。,鋼中常見金相組織馬

16、氏體,馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體。 當(dāng)奧氏體化后，若快速冷卻至馬氏體點(diǎn)以下時(shí)，-Fe結(jié)構(gòu)在低溫下不穩(wěn)定，便轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe，但由于冷卻速度快，鋼中的碳原子來不及擴(kuò)散，因而新相馬氏體保留了高溫時(shí)母相奧氏體的成分，因而馬氏體是無擴(kuò)散性的相變產(chǎn)物。 由于碳在-Fe中的過飽和，使-Fe的體心立方晶格發(fā)生了畸變，形成體心立方晶格。 馬氏體具有很高的硬度（顯微硬度可達(dá)800-1200HV），而塑性接近于零。馬氏體很脆，沖擊韌性很低，斷面收縮率和伸長率接近于零。馬氏體的硬度對(duì)含碳量的增加而增加，談的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.7%時(shí)馬氏體的硬度達(dá)到最大值。馬氏體中由于過飽和的碳使晶格發(fā)生畸變，因而馬氏體的比體積較奧氏

17、體大，鋼中馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生很大的相變應(yīng)力。,鋼中常見金相組織馬氏體,板條馬氏體：在低、中碳鋼及不銹鋼中形成，由許多相互平行的板條組成一個(gè)板條束，一個(gè)奧氏體晶粒可轉(zhuǎn)變成幾個(gè)板條束（通常 3到 5 個(gè)）。,鋼中常見金相組織馬氏體,鋼中常見金相組織馬氏體,片狀馬氏體（針狀馬氏體）：常見于高、中碳鋼及高 Ni 的 Fe-Ni合金中，針葉中有一條縫線將馬氏體分為兩半，由于方位不同可呈針狀或塊狀，針與針呈 120o 角排列，高碳馬氏體的針葉晶界清楚，細(xì)針狀馬氏體呈布紋狀，稱為隱晶馬氏體。,(a)板條馬氏體 (b)針狀馬氏體,鋼中常見金相組織M回火組織,回火馬氏體馬氏體分解得到極細(xì)的過渡型碳化物與過飽和（含

18、碳較低）的 a-相混合組織 它由馬氏體在 150250時(shí)回火形成。 這種組織極易受腐蝕，光學(xué)顯微鏡下呈暗黑色針狀組織（保持淬火馬氏體位向），與下貝氏體很相似，只有在高倍電子顯微鏡下才能看到極細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)。,鋼中常見金相組織M回火組織,回火屈氏體碳化物和 a-相的混合物。 它由馬氏體在 350500時(shí)中溫回火形成。其組織特征是鐵素體基體內(nèi)分布著極細(xì)小的粒狀碳化物，針狀形態(tài)已逐漸消失，但仍隱約可見，碳化物在光學(xué)顯微鏡下不能分辨，僅觀察到暗黑的組織，在電鏡下才能清晰分辨兩相，可看出碳化物顆粒已明顯長大。,鋼中常見金相組織M回火組織,回火索氏體 以鐵素體為基體，基體上分布著均勻碳化物顆粒。 它由馬氏體在 500650時(shí)高溫回火形成。其組織特征是由等軸狀鐵素體和細(xì)粒狀碳化物構(gòu)成的復(fù)相組織，馬氏體片的痕跡已消失，滲碳體的外形已較清晰，但在光鏡下也難分辨，在電鏡下可看到的滲碳體顆粒較大。,鋼中常見金相組織魏氏組織,-魏氏組織是過熱的亞共析鋼在較快的冷卻速度下形成