实验4%2B%2B碳钢的非平衡组织观察
碳钢非平衡组织
碳钢非平衡组织
碳钢的非平衡组织是指在加热和冷却过程中形成的不稳定组织结构。
碳钢是由铁和碳组成的合金，其中碳的含量通常在0.02%至2.1%之间。
在非平衡条件下，由于加热和冷却速度的快速
变化，碳钢内部的组织结构可能会发生变化，使其组织结构不稳定。
在加热过程中，碳钢的非平衡组织包括奥氏体、渗碳体、贝氏体等。
奥氏体是在高温下形成的一种组织，具有面心立方结构。
渗碳体是在奥氏体中形成的一种碳化物，其中碳原子会渗透到铁的晶体结构中，使其硬化和变脆。
贝氏体是在快速冷却条件下形成的一种组织，具有板条状的结构，具有较高的强度和韧性。
在冷却过程中，碳钢的非平衡组织包括马氏体和残余奥氏体。
马氏体是在快速冷却中形成的一种组织，具有板条状或针状的结构，具有较高的硬度和脆性。
残余奥氏体是在冷却过程中未完全转变成马氏体的奥氏体组织，具有较低的硬度和较高的韧性。
碳钢的非平衡组织对其性能和用途具有重要影响。
通过调控加热和冷却条件，可以控制碳钢的非平衡组织，以实现所需的性能和用途要求。
《工程材料学》实验指导书
《工程材料学》实验指导书适用专业:材料成型及控制工程课程代码: 6000089 总学时: 56 总学分: 3.5 编写单位:材料科学与工程学院编写人:审核人:审批人:目录实验一金属材料的硬度实验 (2)实验二铁碳合金平衡组织的观察 (7)实验三钢的热处理操作 (10)实验四碳钢的非平衡及铸铁组织观察 (14)注释 (18)主要参考文献 (18)实验一金属材料的硬度实验一、实验目的和任务1. 了解硬度测定的基本原理和应用范围。
2．了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
二、实验仪器、设备及材料1.HB一3000型布氏硬度试验机；2.H－100型洛氏硬度实验机3.读数放大镜4.试样：调质状态45钢和淬火状态T12钢。
三、实验原理硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标。
一般认为硬度是金属表面抵抗局部压入变形或刻划破裂的能力。
硬度值越高，金属表面抵抗塑性变形或刻划破裂的能力就越大。
另外，金属的硬度与其它机械性能之间存在一定的内在联系。
例如，硬度和强度之间的联系，可用下式表示：σb＝K•HB式中：σb——材料的抗拉强度值；HB——布氏硬度值；K——系数。
退火状态的碳钢K＝0.34～0.36合金调质钢K=0.33～0.35有色金属合金K＝0.33～0.53利用硬度值还可估算材料的耐磨性。
通常，硬度值意高，材料的耐磨性愈好。
硬度测定迅速方便，试验后仅在金属局部表面留下微小压痕，不会损坏被测试对象。
因此，硬度试验作为测定材料性能、检验产品质量、制定加工工艺的一种简便方法，在生产中得到广泛应用，其中，以布氏硬度和洛氏硬度的应用比例最大。
1、布氏硬度(1)试验原理在一定的压力下，将一定直径的球体，压入金属表面(图1—1)，并保持一定的时间，然后卸除载荷，测量压痕直径，计算压痕单位面积上所受载荷的大小。
由此获得的材料硬度值便称为布氏硬度(值)，用HB表示(当球体是淬火钢球时，HB标识符力HBS；当球体是硬质合金时，HB标识符为HBW)：HB ＝P/ F 凹＝ )(222d D D D P--π 式中：P —试验载荷(10-1N)F 凹—压痕面积(mm 2)D —球体直径（mm)d 一压痕直径(mm)由于金属材料有硬有软，所测工件有厚有厚有薄，因此，在测定布氏硬度值时，就需要有不同载荷P 和球体直径D 。
金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、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。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。
在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；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；当冷却速度增大至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，瞬时转变成马氏体。
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。
转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25～35屈氏体(T)550～600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65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，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
《材料科学与工程综合实验》课程教学大纲(本科)
材料科学与工程综合实验（Comprehensive Experiments of Materials Science and Engineering）课程代码：07410085学分：1学时：32先修课程：材料科学基础，材料科学研究方法，材料测试方法，材料力学性能，材料物理性能适用专业：复合材料工程教材或实验指导书：（选填）一、课程性质与课程目标（一）课程性质本课程针对材料科学与工程大类专业完成本专业的基础课程的理论学习后开设的对应实验课程，旨在为培养学生实际动手操作能力，加深学生对材料科学与工程先导课程中基础理论知识的理解，学会综合运用各种测试方法、表征手段与工具等解决材料科学与工程实际问题的能力。
（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。
应包括知识目标和能力目标。
）课程目标1：掌握材料科学研究所需的各种微观组织表征手段，如X射线衍射仪、光学金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等设备用于表征材料的微观结构；课程目标2：掌握材料科学研究所需的各种力学和物理性能测试方法如硬度、拉伸和压缩试验、冲击韧性、摩擦磨损等力学性能测试手段和热膨胀系数、导电性等物理性能测试手段用于获得材料内在的性能参数；课程目标3：掌握利用文字报告、图表等对材料科学与工程领域的实验数据的表达和解析能力。
注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点：1.毕业要求指标点3-2. 能够在社会、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济环境评价对设计方案的可行性进行研究。
2.毕业要求指标点4-4. 能对实验数据或结果进行正确的分析和解释，并通过信息综合归纳总结有效的结论。
注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“✓”，也可标注“H、M、L”。
二、本课程开设的实验项目注：1.类型：指验证性、综合性、设计性等；2.要求：指必做、选做。
实验十碳钢热处理后基本组织观察与分析
M形成(xíngchéng)
A′
片状M
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1. 认真观察分析碳钢热处理后的组织及其形貌特征； 2. 完成电子实验报告
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Fe—Fe3C合金(héjīn)平衡相图
共
析
工
钢
业
纯
铁 亚共析钢
过共析钢
共 晶 白 口 铁
亚共晶白口铁
过共晶(ɡònɡ jīnɡ)白口
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铁碳合金(héjīn)非平衡组织试样
序号
试样名称 处理状态
显微组织
浸蚀剂
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4 45钢760℃水淬（淬火(cuì huǒ)M+F）
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5 45钢840℃水淬400 ℃ 回火(huí huǒ)（回火 (huí huǒ)T）
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6 45钢840℃水淬650 ℃ 回火(huí huǒ)（回火 (huí huǒ)S）
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7 T12钢球化退火(tuì huǒ)（球状P⇒F+粒状K）
实验(shíyàn)十 碳钢热处理后基本组织观察 与分析
一、实验目的： 1.研究淬火温度、冷却(lěngquè)速度、回火温度对45钢和
T12 钢组织的影响。 2. 熟悉钢热处理后的基本组织金相特征。
二、实验概述： 1. 铁碳合金相图及其作用；
2. 钢热处理后的基本组织金相特征（见下表）
三、实验内容及要求：
球状P
4%硝酸酒精溶液
8
T12钢
780℃水淬
淬火M +K+A´
4%硝酸酒精溶液
9
T12钢
780℃水淬+200℃回火 回火M +K+A´
4%硝酸酒精溶液
实验四钢非平衡显微组织观察.
实验四碳钢非平衡显微组织观察一、实验目的1. 观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
2. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
二、概述表4-1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能铁碳合金经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，但碳钢在不平衡状态，即在快冷条件下的显镜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图——C曲线来确定。
图4-1为共析碳钢的C曲线图。
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，可以看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。
共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能如表2-1所示。
图4-1 共析碳钢的C曲线三、钢的退火的正火组织亚共析成分的碳钢（如40、45钢等）一般采用完全退火，经退火后可得到接近于平衡状态的组织，其组织特征已在实验一中加以分析和观察。
过共析成分的碳素工具钢（如T10、T12钢等）一般采用球化退火，T12钢经球化退火后组织中的二次渗碳体及珠光体中的渗碳体都将变成颗粒状，如图2-2所示。
图中均匀而分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多，如图2-3所示，原因在于正火的冷却速度稍大于退火的冷却速度。
图4-2 T12钢球化退火组织图4-3 45钢经正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即以上，但低于），然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火。
根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。
在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁素体，如图4-4所示。
45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图4-5所示。
由于马氏体针非常细小，在显微镜中不易分清。
若将淬火温度提高到1000℃（过热淬火），由于奥氏体晶粒的粗化，经淬火后将得到粗大针状马氏体组织，如图4-6所示。
实验三 常见钢铁材料的显微组织观察
6
图 3-14 铁素体+珠光体
图 3-15 珠光体+网状分布的铁素体
18CrNiMo 具有较高强度、韧性和淬透性，适宜制作具有一定强韧性的汽车变速箱齿轮
以及轴类，原材料组织铁素体以及珠光体，呈枝晶状分布，如图 3-17 所示；因该钢具有良
好的淬透件，淬火后已经完全渗透，基体全为低碳马氏体，如图 3-18 所示。
高速钢淬火组织：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，回火后钢的硬度高且耐磨性好。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。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晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物，淬火后的硬度
B．针状马氏体是含碳量较高的钢淬火后得到的组织。在光学显微镜下，它呈竹叶状或 针状，针与针之间成一定的角度。最先形成的马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将 奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体针的大小受到限制。因此，针状马氏体的大小不 一。同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。针状马氏体的硬度高而 韧性差。
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，在显微镜下呈黑色针状（见图 3-6）。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。
C．粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。在低、中碳合金钢中，特别是连续冷却 时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。它的形
约为 HRC61~62，见图 3-26 所示。
高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体、少量残余奥氏体，大块白色颗粒
碳钢的热处理操作(预习实验报告,材控／材料)
碳钢的热处理操作、非平衡组织观察及硬度测定一、实验目的1、了解碳钢的热处理操作；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；3、观察热处理后钢的组织及其变化；4、了解硬度计的原理，初步掌握洛氏硬度计的使用。
二、综合实验项目概述1．钢的热处理热处理是将钢加热到一定温度，经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A C3+30~50℃，过共析钢的球化退火及淬火加热温度是A C1+30~50℃，过共析钢的正火温度是AC cm+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。
碳钢的过冷奥氏体在Ac1~550℃范围内发生珠光体转变，形成片状铁素体和渗碳体的机械混合物。
依据片层厚薄的不同有粗片状珠光体（P），细片状珠光体——索氏体（S）和极细片状珠光体——屈氏体（T）之分。
硬度随片距的减小（转变温度的降低）而升高。
碳钢的过冷奥氏体在550~350℃之间发生贝氏体转变，生成由平行铁素体条和条间短杆状渗碳体构成的上贝氏体（B上）。
在光学显微镜下呈黑色羽毛状特征。
过冷奥氏体在350℃~Ms之间等温得到黑色针状的下贝氏体（B下），它是由针状铁素体和其上规则分布的细小片状碳化物组成。
过冷奥氏体以超过临界速度的快冷至Ms以下温度，将发生马氏体转变，生成碳在α-Fe中的过饱和固溶体——马氏体。
常见的有板条马氏体（碳<0.2%）、针（片）状（碳>1.0%）马氏体以及由它们构成的混合组织（碳为0.2%~1.0%）。
随转变温度的降低钢的硬度升高。
普通热处理分为退火、正火、淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却（通常随炉冷却）至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。
奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到先共析钢铁素体（或渗碳体）加伪珠光体。
《非平衡组织实验》课件
生物学
在生物学领域，非平衡组织实验被用 于研究生物组织的生长、发育和功能 ，如骨骼、肌肉、神经等。
医学
非平衡组织实验在医学领域中用于研 究人体组织的生理和病理过程，如肿 瘤生长、骨关节炎等。
环境科学
在环境科学领域，非平衡组织实验被 用于研究生态系统的结构和功能，如 土壤、水体、森林等。
实验改进方向
01
03 02
实验原理
01
非平衡组织是由于生物体内基因突变、环境变化等因素导致的 组织结构异常。
02
非平衡组织的形成与生物体的遗传、环境、发育等多个因素有
关。
通过实验观察非平衡组织的形态、结构、功能等方面的变化，
03
可以深入了解生物体的适应性和进化过程。
实验步骤
准备实验材料
选择适当的生物材料，如哺乳动物、昆 虫等，并准备显微镜、染色剂等实验器
结论解读
对实验结论进行深入解读，探讨其对非平衡组织研究 的贡献和影响。
未来研究方向
根据实验结论，提出未来研究的方向和展望，促进非 平衡组织研究的深入发展。
04 非平衡组织实验应用与展望
实验应用领域
材料科学
非平衡组织实验在材料科学领域中广 泛应用于研究材料的微观结构和性能 ，如金属、陶瓷、高分子等。
详细描述
某学校班级发现教学资源分配不均，部分学生无法得到充分的学习支持。通过 优化教学资源分配，使每个学生都能获得必要的学习资源和关注，提高了教学 质量和学生的学习效果。
THANKS 感谢观看
数据核对
对整理后的数据进行核对，确保数据的准确无误。
结果分析与解读
数据分析
运用统计学方法对实验数据进行处理和分析。
结果解读
根据数据分析结果，解读非平衡组织实验的意义 和作用机制。
铁碳合金显微组织的观察及分析 实验指导书
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回火、S回火等组织的形态及特征。
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。
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。
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。
材料科学实验-非平衡组织观察分析实验小报告
非平衡组织观察分析实验小报告
实验目的：
1. 了解钢的热处理工艺：退火、正火、淬火、回火；
2. 了解加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对热处理后组织的影响；
3. 观察分析碳钢热处理后的显微组织。
实验内容：
观察分析碳钢热处理后的显微组织，并采集图像、添加标尺。
实验结果：
45钢860°C气冷索氏体+铁素体
组织特征：细小黑色片层状索氏体和白色的铁素体镶嵌分布
45钢860°C油淬马氏体+屈氏体
组织特征：针状马氏体晶粒呈块状，晶界处夹杂黑色的片层状屈氏体45钢860°C水淬马氏体
组织特征：马氏体呈黑色针状
45钢860°C水淬+600°C回火回火索氏体
组织特征：片层的白色铁素体与渗碳体（被腐蚀呈黑色）的双相混合组织T12钢760°C球化退火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体
组织特征：黑色针状马氏体上均匀分布的球状白色碳化物的组织
T12钢780°C水淬+200°C回火球化体
组织特征：层片状珠光体上均匀镶嵌球状的白色渗碳体T12钢1100°C水淬马氏体+残余奥氏体
组织特征：黑色羽毛状。
铁碳合金非平衡组织观察与分析课件
功能材料与器件开发
功能材料与器件在现代科技领域具有广泛的应用前景，如 电子信息、新能源、生物医疗等。通过观察和分析铁碳合 金的非平衡组织，可以为功能材料与器件的开发提供新的 思路和方法。
定义
铁碳合金是由铁元素和碳元素组 成的合金，是钢和铸铁的统称。
分类
根据碳含量，铁碳合金可分为低 碳钢、中碳钢和高碳钢；根据生 产工艺，可分为铸铁和锻钢。
铁碳合金的相图
01
铁碳相图是表示铁碳合金在不同 温度和成分下组织状态变化的图 谱，是研究铁碳合金的基础。
02
相图中的点和线分别代表不同的 组织状态，如液相、奥氏体、铁 素体、渗碳体等。
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
铁碳合金非平衡组织 观察与分析课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 铁碳合金基础知识 • 非平衡组织形成机理 • 非平衡组织观察技术 • 非平衡组织分析方法 • 非平衡组织的性能与优化 • 非平衡组织的实际应用
PART 01
铁碳合金基础知识
铁碳合金的定义与分类
溶质再分配与微观偏析
在非平衡凝固过程中，溶质再分配导 致微观偏析。
微观偏析程度与冷却速度、溶质元素 种类和浓度有关。
溶质富集和贫瘠区域的形成，影响组 织结构和性能。
PART 03
非平衡组织观察技术
金相显微镜观察
观察材料表面形貌
金相显微镜能够观察金属 材料的表面形貌，如晶粒 大小、相界等。
确定组织组成
通过金相显微镜观察，可 以识别铁碳合金中的不同 相，如铁素体、奥氏体、 渗碳体等。
碳钢的热处理及非平衡组织观察
碳钢的热处理及非平衡组织观察碳钢是指含有0.02%至2.11%碳的铁碳合金，是最常见的钢材之一、热处理是通过加热和冷却等工艺来改变材料的物理和力学性能的过程。
在碳钢的热处理中，常见的工艺包括退火、正火、淬火和回火等，各个工艺对应的非平衡组织观察也有所不同。
首先是退火工艺。
退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却的过程。
通过退火处理，碳钢中的过饱和固溶体会形成晶粒，同时还能消除应力和负的显微组织。
在退火过程中，可以观察到一些非平衡组织。
例如，在较高温度下（通常在固溶体区域内），钢材中的过饱和固溶体形成的亚结构可以通过电子显微镜进行观察。
此外，通过退火处理，钢材中的非均匀位错分布和析出相等也可以被观察到。
其次是正火工艺。
正火是将钢材加热到一定温度，然后用适当速度冷却的过程。
正火处理在提高材料硬度和强度方面非常有效。
在正火过程中，可以观察到非平衡组织的形成。
例如，在冷却速率较高的情况下，钢材中会形成马氏体，在金相显微镜下可以观察到马氏体的形貌和分布。
此外，正火处理还可以导致一些晶体缺陷的形成，如晶界偏析、位错堆积等，这些缺陷可以通过电子显微镜和X射线衍射来观察。
然后是淬火工艺。
淬火是将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却的过程。
淬火处理可以获得高硬度和高强度的钢材。
在淬火过程中，可以观察到许多非平衡组织。
例如，在冷却速率非常快的情况下，钢材中的奥氏体会发生相变，形成马氏体。
在金相显微镜下，可以观察到马氏体的形貌和分布，并通过衍射技术来分析其结构。
最后是回火工艺。
回火是将淬火后的钢材再次加热至较低温度，然后适当冷却的过程。
回火处理可以改善淬火后的钢材的韧性和稳定性。
在回火过程中，可以观察到一些非平衡组织的形成和变化。
例如，在回火温度较高的情况下，马氏体会开始分解，形成回火马氏体和残留奥氏体。
通过金相显微镜和衍射技术，可以观察到这些非平衡组织的形貌和分布，并进一步分析其对材料性能的影响。
综上所述，碳钢的热处理对材料的物理和力学性能具有显著的影响。
碳钢的热处理及非平衡组织观察
实验二碳钢的热处理及非平衡组织观察一、实验目的1. 了解退火、正火、淬火及回火等普通热处理的基本工艺与生产。
2. 认识碳钢典型的热处理组织，了解不同加热温度、不同冷却速度及不同回火温度对所得组织的影响。
二、实验内容实验一中我们研究了铁碳合金的平衡组织，即缓冷后的组织。
它完全符合铁碳状态图所得出的结果，而非平衡组织，通俗的理解就是在较快的冷速下所得到的组织，除退火外，正火、淬火或回火所得的组织都为不平衡组织。
1. 状态图可决定热处理的加热温度和可以进行哪一类热处理。
但热处理后的产物尚需视冷却速度而定，这样就需要运用过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）来决定。
而钢的回火后组织又必须结合钢的回火相变原理去理解。
图1为共析钢由TTT曲线推测过冷奥氏体连续冷却所获转变产物。
A1为临界线（727℃），Ms为马氏体转变开始温度。
以不同冷却速度进行冷却。
根据冷却曲线和“C”曲线相交的位置可以判断出奥氏体转变产物是什么组织。
V k——表示转变为马氏体的最小冷速。
V1——相当于退火冷速（炉冷），产物为片状珠光体。
V2——相当于正火冷速（空冷），产物为索氏体，索氏体也是α+Fe3C的机械混合物，与珠光体不同的是其片状较细，在放大倍数较高的显微镜观察时可以分辨清楚（一般800～1000倍）V3——相当于在油中冷却，产物为屈氏体+马氏体。
屈氏体也是α+Fe3C的机械混合物只是片状更细，故要在更高放大倍数下才能分辨。
普通金相显微镜分辨不清，呈黑色团块状。
V4——相当于在水中冷却（淬火），产物为马氏体+残余奥氏体。
马氏体（M）是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，其组织特征呈亮白色针状。
针与针之间的夹角一般为60°或120°，针的粗细与原来γ的晶粒度有密切的关系。
若选取热处理加热温度过高，则由于γ晶粒很粗大，淬火后的M针也粗大。
这种情况下钢的韧性很低。
正常淬火温度下，M针应很细，呈隐针状。
钢在淬火后常保留某些未转变的奥氏体，称为残余奥氏体，它与一般的奥氏体没有什么区别。
实验三 碳钢非平衡显微组织观察实验报告
羽毛球为上贝氏体，基体为索氏体或淬火马氏体和残余奥氏体。
13
65Mn
320℃等温淬火
下贝氏体
黑色针状为下贝氏体，白色基体为淬火马氏体和残余奥氏体。
14
20钢
淬火
低碳马氏体
成束的板条状为低碳马氏体，白色为残余奥氏体
19
GCr15
淬火及高温回火
回火索氏体
颗粒状为碳化物，其余为铁素体
每组领取一套样品，在指定的金相显微镜下进行观察。
四、实验报告要求
1.根据Fe-Fe3C相图和奥氏体等温转变曲线分析实验中四种材料获得相应组织的原因。
实验三碳钢非平衡组织观察实验报告
一、实验目的
1.观察碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。
2.领会奥氏体等温转变曲线对实际生产的意义。
二、实验设备及材料
1.金相显微镜
2.金相图谱
3.金相试样
三、实验内容
观察下表几种钢材热处理后的组织。
表1钢材热处理后的组织编号材料 Nhomakorabea状态
组织
说明
12
65Mn
420℃等温淬火
[教学设计]铁碳合金非平衡组织观察
![[教学设计]铁碳合金非平衡组织观察](https://img.taocdn.com/s3/m/8af3e9f4cf2f0066f5335a8102d276a20129604f.png)
[教学设计]铁碳合金非平衡组织观察实验四铁碳合金非平衡组织观察一、实验目的识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份热处理工艺、组织之间的关系的认识。
二(实验原理碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。
铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。
C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织，如图4-1。
1(冷却时所得的各种组织组成物的形态a(珠光体(图4-2) 珠光体是奥氏体高温转变的产物，根据其片层间距的大小可分为:(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。
(2)索氏体(s)是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。
(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。
片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。
当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。
当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。
只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。
b(贝氏体贝氏体是奥氏体中温转变的产物，也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。
其组织形态主要有二种:(1)上贝氏体(B) 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。
当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特征。
在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。
(2)下贝氏体下贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的混合物组织。
由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁索体为基体，其中分布着很细的碳化物片，大致与铁索体片的长轴呈55。
实验2 铁碳合金平衡组织与非平衡组织的观察与分析
工程材料基础实验实验2 碳钢和铸铁平衡组织与非平衡组织的观察与分析铁碳合金平衡组织Fe-Fe3C相图铁碳合金的分类•工业纯铁•碳钢•白口铸铁工业纯铁Fe3CF50 μm 退火态，F+Fe3C，4%硝酸酒精碳钢•含碳量在0.0218%~2.11%之间的铁碳合金•分为：亚共析钢、共析钢、过共析钢亚共析钢20钢，退火态，F+P 40钢，退火态，F+P 60钢，退火态，F+P 50 μmF P F P PF共析钢PT8钢，退火态，P，4%硝酸酒精过共析钢T12钢，退火，P+Fe 3C II 4%硝酸酒精50 μm P Fe 3C IIT12钢，退火，P+Fe 3C II 苦味酸钠50 μm P Fe 3C IIT12钢，球化退火，P 球4%硝酸酒精P 球白口铸铁•含碳量在2.11%~6.69%之间•分为：亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁铸态，Ld’+P+Fe 3C II ，4%硝酸酒精Ld ’P Fe 3C II共晶白口铸铁Ld’铸态，Ld’，4%硝酸酒精过共晶白口铸铁Fe3C ILd’铸态，Ld’+Fe3C I，4%硝酸酒精灰口铸铁•含碳量2.5~5%，含Si、Mn、S、P •调整铸铁成分，加入石墨化形成元素及球化剂，或进行石墨化退火•具有优良的铸造性能、切削加工性能、耐磨性和减磨性等灰口铸铁铁-碳双重相图第一阶段石墨化第二阶段石墨化第三阶段石墨化•根据基体，分为：铁素体、珠光体、铁素体和珠光体•根据石墨形态，分为：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁•显微组织可简单看成碳钢基体和石墨共同构成灰铸铁F+G 片P+G 片F+P+G 片FFPPG 片G 片G 片球墨铸铁F+G 球P+G 球F+P+G 球FFPPG 球G 球G 球可锻铸铁黑心可锻铸铁（F+G 团）白心可锻铸铁（P+G 团）FPG 团G 团非平衡组织共析钢的奥氏体等温转变图A1珠光体型转变A1～550℃550～230℃< 230℃贝氏体型转变马氏体型转变550 ℃低碳马氏体位错M板15钢，淬火，M板+A’，4%硝酸酒精片状马氏体球墨铸铁，淬火，M 片+A’+G，4%硝酸酒精M 片+A’G孪晶上贝氏体40Cr ，460℃等温淬火，B 上+M+A’4%硝酸酒精B 上M+A’Fe 3C下贝氏体T8钢，280℃等温淬火，B 下+M+A’4%硝酸酒精B 下M+A’ε碳化物。
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2.1.2 高碳马氏体
马氏体的形成
2.2 钢的贝氏体转变
贝氏体是等温转变得到的组织。 贝氏体是铁素体和渗碳体的两相混 合物，常见的贝氏体有上贝氏体B 上、下贝氏体B下、粒状贝氏体无 碳贝氏体。
2.2.1 上贝氏体
2.2.2 下贝氏体
2.2.3 粒状贝氏体
2.3 钢的回火
马氏体是碳在α中的过饱和固溶体， 是一种亚稳定组织，一般都需要经过 回火后才能使用。
实验4 实验 铁碳合金非平衡组织观察
王良辉 2011-5-9
一、实验目的
1. 熟悉碳钢的几种典型热处理组织的形 态及特征。 2. 了解热处理工艺对钢的组织和组织决定钢的性能，改变钢的组织 钢的组织决定钢的性能， 的主要手段是通过热处理工艺来控制钢 的加热温度和冷却过程， 的加热温度和冷却过程，得到所希望得 到的组织。 到的组织。
四、实验报告及要求
1.写出实验目的及内容。 2.按要求画出所观察的组织的显微特征。 3.分析45钢780度加热水冷与860度加热 油冷的组织区别。
2.3.1低温回火组织
低温回火组织称为回火马氏体，马氏 体的形态和淬火马氏体相比没明显变 化，但由于碳化物的析出，原马氏体 变得比原来更容易侵蚀而显现出较深 的颜色。
2.3.2 中温回火组织
2.3.3 高温回火
三、实验内容
1. 观察认识碳钢淬火后的组织形貌特征， 观察认识碳钢淬火后的组织形貌特征， 并绘制其组织。 并绘制其组织。 2.观察认识碳钢等温淬火后的组织形貌 观察认识碳钢等温淬火后的组织形貌 特征，并绘制其组织。 特征，并绘制其组织。 3.观察认识碳钢淬火后不同温度回火的 观察认识碳钢淬火后不同温度回火的 组织形貌特征，并绘制其组织。 组织形貌特征，并绘制其组织。
钢的连续冷却转变
2.1钢的马氏体转变 钢的马氏体转变 把钢加热到奥氏体温度以上， 把钢加热到奥氏体温度以上，经 过一段时间的保温后， 过一段时间的保温后，以高于临界 冷速的速度冷却，得到马氏体。 冷速的速度冷却，得到马氏体。临 界冷速是得到完全马氏体的最低冷 速。
2.1.1 板条马氏体
板条马氏体也称低碳马氏体，其含 碳量一般不高于0.2%。