实验十 碳钢热处理后基本组织观察与分析
碳钢的热处理及组织性能分析实验
碳钢的热处理及组织性能分析实验一、实验目的1. 掌握钢的退火、正火、淬火、回火工艺。
2. 分析含碳量，加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响。
3.了解碳钢热处理后的基本组织。
二、实验原理1.热处理工艺通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。
退火：将钢加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却，如炉冷。
正火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后在空气中冷却。
淬火：将钢加热到某一临界温度以上，保温后快速冷却，如淬入水或油里。
回火：将淬火后的钢再加热到A线以下某一温度后冷却。
12.热处理温度的选择亚共析钢：淬火、正火、退火的加热温度在Ac以上30~50℃。
3共析钢，过共析钢：淬火、退火的加热温度，在Ac1以上30~50℃；正火加热温度在Acm以上30~50℃。
亚共析钢和过共析钢的淬火，退火温度范围不同（见图1），这是由于如果亚共析钢的淬火温度过低，在Ac1以上30~50℃，这时钢的组织是铁素体和马氏体，使钢件上出现软点。
而过共析钢在两相区加热后淬火得到的组织是马氏体和渗碳体。
由于渗碳体本身硬度很高，不会影响钢的硬度；相反如果过共析钢加热到奥氏体单相区淬火，得到的组织是马氏体和大量的残余奥氏体，硬度反而要下降。
图1淬火加热温度范围过共析钢在退火时若加热到奥氏体单相区，冷却时将在晶介析出网状渗碳体，使钢的塑性，冲击韧性降低。
所以过共析钢退火加热温度不能过高。
过共析钢的正火主要是为了消除已经形成的网状渗碳体，只是加热到Acm 线以上才能使网状渗碳体全部溶入奥氏体，由于正火的冷却速度较快，网状渗碳体来不及析出而被消除。
回火温度是根据零件所要求的机械性能确定的，通常将回火分为低温、中温、高温回火：低温回火：（150~250℃）所得的组织为回火马氏体，硬度约为HRC60，目的是降低淬火后的应力，减少钢的脆性，但保持钢的高硬度，这种回火常用于切削刀具和量具。
中温回火；（350~500℃）所得组织为回火屈氏体，硬度约为HRC40，目的是获得高的弹性极限，同时有较好的韧性，主要用于中高碳钢弹簧的热处理。
碳钢热处理后组织观察
760C°淬火（水冷）
900C°淬火（水冷） 200C°回火 920C°淬火（水冷） 1100C°淬火（水冷）
组织 索氏体+铁素体 混合马氏体 屈氏体+马氏体 回火屈氏体
回火索氏体
马氏体+铁素体 索氏体+粒状渗碳体 隐晶马氏体+粒状渗碳体+残余奥 氏体 针状马氏体+粒状渗碳体+残余奥 氏体 板条马氏体
碳钢热处理后的组织 表2-1
编号 1 2 3 4
5
6 7 8
9
10 11
材料 45钢 45钢 45钢 45钢
45钢
45钢 T12 T12
T12
16Mn 1.3%C
热处理工艺 860C°正火（空冷） 860C°淬火（水冷） 860C°淬火（油冷） 860C°淬火（水冷） 400C°回火 860C°淬火（水冷） 600C°回火 760C°淬火（水冷）
竹叶、针状 马氏体
闪电状马氏体 残余奥氏体
材 料： 1.3%C
状 态： 1100 °C水淬
组 织： 竹叶、针状、闪电状马氏体+残余奥氏体 放大倍数： 400X 侵蚀剂：3-4%硝酸酒精溶液
二○○二年六月
再见
45钢正火400X
45钢860C°水淬 400X
45钢860C°油淬 400X
45钢860C°水淬400C°回火 400X
共析钢和过共析钢淬火前，通常是球
化退火组织，经正常加热淬火后，得到的 马氏体是细小的，在光学显微镜下分辨不 出来它的形态，故通常称为隐晶马氏体。 T12钢正常淬火组织为：隐晶马氏体和粒状 碳化物及少量残余奥氏体。
45钢水淬组织为：混合马氏体（板条马氏体+ 针状马氏体），其中以板条状马氏体为主。
碳钢的热处理操作及组织观察
实验内容及步骤
• 按要求制定一种材料的热处理工艺；
• 按所要求的热处理工艺进行操作，测定 热处理后试样的硬度，做好记录；
• 观察热处理后试样的组织，并画出组织 示意图。
• 马氏体（M）是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体，可分为两大类即板条状马氏 体和片状马氏体。板条状马氏体 在光学显微镜下，板条状马氏体的形态 呈现一束束相互平行的细长条状马氏体群，在一个奥氏体晶粒内科有几束 不同取向的马氏体群。片状马氏体 在光学显微镜Байду номын сангаас，片状马氏体呈现针 状或竹叶状，其立方形态为双凸透镜状，
• 贝氏体（B）贝氏体也是铁素体和渗碳体的两相混合物，但其金相形态与 珠光体不同，因钢有成分和形成温度的不同，其组织形态主要有三种：上 贝氏体 是由成束平行排列的条状铁素体和条间断断续续地分布着细条状渗 碳体所组成。具有羽毛状特征。下贝氏体 是在具有一定过饱和的针状铁素 体的内部沉淀有碳化物的组织，由于下贝氏体易受腐蚀，所以在光学显微 镜下观察呈黑色针状 。粒状贝氏体的金相组织特征是较粗大的铁素体块内 有一些孤立的小岛状组织，它原先富碳的奥氏体区，其后来的转变可以有 三种情况a .分解为铁素体和碳化物；b. 发生马氏体转变；c. 仍然保持为富 碳的奥氏体。
• 回火马氏体（Mf）淬火马氏体经低温回火（150-250℃）后，仍保持 原有的形态，只是颜色比淬火马氏体深，析出与母相共格极小的弥散 的ε-碳化物或发生碳原子的偏。
• 回火屈氏体 淬火钢在350-500℃进行中温回火以后，得到回火屈氏体。 它的金相组织特征是：在铁素体基体上弥散分布着微小粒状渗碳体， 铁素体仍然保持着原来的板条状或片状马氏体形态，渗碳体颗粒很细 小，在光学显微镜下不易分辨清楚，故呈暗黑色
钢的热处理后的组织观察与分析实验报告
钢的热处理后的组织观察与分析实验报告钢的热处理后的组织观察与分析实验报告一、实验目的1、观察热处理后钢的组织及其变化；2、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响二、实验原理（一）钢的热处理工艺钢的热处理就是通过加热、保温和冷却三个步骤来改变其内部组织，而获得所需性能的一种加工工艺。
淬火、回火是钢件的重要热处理工艺。
所谓淬火就是将钢件加热到 Ac 或 Ac1 以上，保温后放入放入各种不同的冷却介质中快速冷却，以获得马氏体组织的热处理操作。
（1）淬火加热温度：根据Fe—Fe3C相图确定，如图 1 所示。
对亚共析钢，其加热温度为 Ac3 十30~50℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。
如果加热温度不足( 如低于Ac3) ，则淬火组织中将出现铁素体，造成淬火后硬度不足。
对于共析钢、过共析钢其加热温度为 Ac1＋30～50℃，淬火后的组织为隐晶马氏体与粒状二次渗碳体。
未溶的粒状二次渗碳体可以提高钢的硬度和耐磨性。
过高的加热温度( 如高于Acm)，会因得到粗大的马氏体，过多的残余A 而导致硬度和耐磨性的下降，脆性增。
（2）回火温度：回火温度决定于要求的组织及性能。
按加热温度不同，回火可分为三类：低温回火：在 150～250℃回火，所得组织为回火马氏体。
硬度约为 HRC57～60，其目的是降低淬火应力，减少钢的脆性并保持钢的高硬度。
一般用于切削工具、量具、滚动轴承以及渗碳和氰化件。
中温回火：在 350~5000C回火，所得组织为回火屈氏体，硬度约为 HRC40~48，其目的是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。
因此它主要用于各种弹簧及热锻模。
高温回火：在 500～650~；回火，所得组织为回火索氏体，硬度约为 HRC25~35。
其目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合机械性能，常把淬火后经高温回火的处理称力调质处理，因此一般用于各种重要零件，如柴油机连扦螺栓，汽车半轴以及机床主轴等。
2、保温时间的确定为了使钢件内外各部分温度均匀一致，并完成组织转变，使碳化物溶解和奥氏体成分均匀化，就必须在淬火加热温度下保温一定时间。
碳钢热处理基本组织观察
碳钢热处理基本组织观察目的1．认识碳钢经不同方式热处理后的典型显微组织特征；2．了解热处理工艺对组织的影响。
一、相关知识1．TTT曲线2．碳钢的退火和正火碳钢的退火组织也就是铁碳合金的平衡组织，以前的实验已经观察过。
亚共析钢的正火组织形式上很象退火组织，这是的珠光体层片较细，整体为灰黑色，理论上讲，铁素体的含量应比平衡状态略少，相差并不明显。
过共析钢一般进行球化退火，得到球化珠光体，正火仅用于消除二次渗碳体网，得到颗粒状的碳化物和细片状珠光体，紧接着进行球化退火。
3．碳钢的等温淬火组织上贝氏体：在500－350℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶界向内发展，成羽毛状，片间间断分布碳化物。
为了清楚看到这种组织，在生成部分上贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。
上贝氏体：在320－250℃的等温转变组织，铁素体片在原奥氏体晶内成透镜状，或象竹叶状。
片内部有非常细小分布碳化物，整体浸蚀后为暗灰色。
为了清楚看到这种组织，在生成部分贝氏体后立即快速冷却，其它部分是马氏体。
4．碳钢的淬火组织小试样奥氏体化后水冷，可以全部淬透，得到马氏体和少量残余奥氏体。
低碳马氏体(板条马氏体)：在光学显微镜下，板条马氏体为一束束相互平行的细长条状，在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群。
高碳马氏体(针状马氏体)：在光学显微镜下，片状马氏体呈针状或竹业状，片间互不平行呈一定角度，其立体形态为双凸透镜状。
针的粗细决定于奥氏体晶粒的大小，通常其针细小，在光学显微镜下不能看清，称为隐针马氏体。
T10正常加热温度为760℃，若过热(温度820℃，为能了解其形态)，就可看到其针状的形貌。
5．碳钢的回火组织回火马氏体：形状同淬火态，但内部有碳化物，浸蚀后的颜色变暗。
回火曲氏体：原马氏体形态不可见，弥散的Fe3C析出，组织一般为灰暗色。
回火索氏体：在铁素体的基体上分布小颗粒状的渗碳体。
6．低碳钢渗碳后炉冷组织920℃渗碳后，表层的含碳量接近Acm线，逐渐降低，到心部为原始的低碳(或纯铁)，炉冷后得到平衡组织，从表到里，经过过共析(珠光体＋网状渗碳体)、共析(珠光体)、亚共析(铁素体＋珠光体)的逐渐过渡。
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
碳钢的热处理后组织观察
碳钢的热处理后组织观察碳钢是一种含碳量较高的合金钢，主要成分是铁和碳。
它具有优良的可加工性、强度和耐磨性。
碳钢经过热处理后，能够改变其组织和性能，使其满足不同应用的要求。
热处理是通过加热和冷却的方式，改变钢材的组织和性能。
碳钢的热处理包括退火、正火、淬火和回火等过程。
首先是碳钢的退火处理。
退火是将钢材加热到一定温度，然后在适当的条件下进行冷却，以达到使钢材组织中的晶粒细化和均匀化的目的。
退火后的碳钢，晶粒尺寸减小，晶界的清晰度增加，硬度下降，韧性提高。
退火处理可以消除应力、改变钢材的硬度和强度，提高其加工性能。
其次是碳钢的正火处理。
正火是将钢材加热到一定温度，然后冷却到室温。
正火处理可以提高碳钢的硬度和强度，改善其耐磨性和切削性能。
通过正火处理，碳钢的晶粒尺寸更加均匀，组织更加紧密，硬度更高。
接下来是碳钢的淬火处理。
淬火是将钢材加热到高温后迅速冷却至室温。
淬火处理使得碳钢组织变为马氏体组织，表面硬度极高，内部组织变脆，但具有较好的耐磨性。
淬火处理后的碳钢通常具有高硬度、高强度和较低的韧性，常用于制作刀具、弹簧和齿轮等。
最后是碳钢的回火处理。
回火是将经过淬火处理的钢材再次加热到一定温度，然后进行冷却。
回火处理可以改变淬火处理后的组织，消除淬火时引入的内应力，并提高碳钢的韧性和可靠性。
回火处理后的碳钢具有较好的韧性、耐磨性和抗冲击性，适用于制作机械零件和工具。
总之，碳钢经过热处理后，其组织和性能得到改善，能够满足不同应用的要求。
不同的热处理方法和工艺参数会导致不同的组织结构和性能。
因此，在实际应用中，根据具体要求选择适当的热处理方法，可以使碳钢发挥最佳性能。
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
碳钢热处理后的显微组织观察与分析
一、研究背景
碳钢是一种广泛应用的材料，具有高强度、良好的塑性、耐腐蚀性，以及较低的成本等优点。
狭义的碳钢是指碳含量不高于2.06%的钢，一般指碳含量在0.25~2.06%之间的碳素低合金钢，简称碳钢。
碳钢的力学性能极大程度上受组织影响，因此，碳钢的热处理是提高其力学性能的关键手段。
二、热处理方法
碳钢在热处理过程中，主要是正火、回火、淬火和回火等，根据加工目的和钢种的不同，还有退火和淬拔，等等。
1.正火：正火是指把钢从室温升温到一定的温度（相当于细化、强化钢组织）后，室温或其他低温下的冷却过程。
将钢置于明火中加热，加热到一定温度（软化温度），停止着火，让钢自然冷却（细化钢组织）。
2.回火：回火是指将钢比正火温度高一点加热，然后用较低温度的流体（水、油等）冷却（增强钢组织）。
回火可以改善零件的机械性能，使其获得更高的屈服强度、抗拉强度和断裂伸长率等。
3.淬火：淬火是把钢加热到一定的高温，然后用水、油、空气等低温流体进行冷却，使钢获得更高的强度、延展性和硬度。
碳钢热处理后的显微组织观察实验报告
碳钢热处理后的显微组织观察实验报告实验目的：通过对碳钢进行热处理，观察不同处理条件下的显微组织变化，了解热处理对材料性能的影响。
实验原理：碳钢是将铁和碳混合熔炼得到的一种合金。
由于碳元素的含量不同，可以分为低碳钢、中碳钢、高碳钢等。
在碳含量小于0.8%的碳钢中，碳的形态为固溶态，一般认为石墨化碳是一种强化剂，但是当碳含量高于一定程度时，石墨化碳就会成为材料的弱化因素，须采取措施排除其中的碳化物（Fe3C）。
其主要手段是通过热处理，使碳元素达到在钢中最佳状态。
热处理是指将材料加热到一定温度，然后以一定的速率冷却，以改变其组织和性能的过程。
其中，淬火是一种快速冷却的热处理方法，可使钢材组织变硬化；回火是在淬火后加热，然后缓慢冷却的过程，可使钢材组织变柔韧。
实验步骤：1. 选择一块碳钢，清洗干净，并用锉刀在表面画两条直线，以便观察显微组织变化。
2. 将碳钢样品置于电炉中，加热到红色，保持5分钟。
3. 将样品迅速取出，浸入凉水中进行淬火，使其从高温状态快速冷却。
4. 对淬火后的样品进行显微组织观察和比较。
5. 将样品置于烘箱中回火，温度和时间由指导老师指定。
实验结果：经过淬火处理的碳钢样品在显微镜下可以看到整齐排列的马氏体组织，该组织具有较高的硬度和脆性，在撞击或载荷作用下容易产生裂纹或断裂。
经过回火处理后，样品显微镜下的组织发生了改变。
马氏体逐渐转化成铁素体，呈现出蓝色和灰色的颜色。
在较高的温度下回火处理后，钢的组织相对缓和，同时也具有一定的硬度和强度。
通过本实验，我们了解到热处理对钢材的影响，并通过不同条件下的显微组织观察和比较，得出了淬火和回火处理对碳钢组织和性能的影响。
淬火处理可以使钢的组织变硬，但脆性也增加；回火处理则可以提高钢的韧性和强度，并减少脆性。
在实际应用中，需要根据不同的需要选择合适的热处理工艺。
碳钢热处理后的基本组织观察
碳钢热处理后的基本组织观察碳钢热处理是一种重要的金属材料加工工艺，在工业应用中具有广泛的应用。
在热处理过程中，通过控制材料的加热、保温和冷却过程，可以改变碳钢的组织结构和性能，从而满足不同的工程要求。
碳钢热处理后的基本组织观察是研究碳钢热处理效果的重要手段之一、下面将从碳钢的基本组织和热处理方法两个方面来进行阐述。
碳钢的基本组织主要包括铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体。
铁素体是碳钢的基本组织，它具有良好的延展性和韧性。
在热处理过程中，通过加热和保温，可以使铁素体逐渐转变为珠光体。
珠光体是一种具有较高硬度和强度的组织，同时具有一定的韧性。
贝氏体和马氏体是高碳钢和合金钢中常见的组织。
贝氏体具有良好的切削性能和一定的韧性，而马氏体则具有更高的硬度和强度，但韧性较低。
在碳钢热处理后，可以通过金相显微镜等观察工具对其基本组织进行观察和分析。
金相显微镜可以放大碳钢的组织结构，同时还可以使用染色剂来突出不同的组织成分。
观察时可以选择不同的放大倍数和不同的观察角度，以获取更全面和详细的信息。
对于碳钢的热处理方法，常见的有正火、淬火和回火等。
正火是将钢件加热到适当温度，然后保温一段时间，最后慢速冷却。
这种热处理方法主要用于提高碳钢的硬度和强度，但会降低其韧性。
淬火是将钢件迅速加热到适当温度，然后迅速冷却。
这种热处理方法会使碳钢形成马氏体组织，从而大大提高其硬度和强度，但韧性较低。
回火是在淬火后再加热钢件到适当温度，然后保温一段时间，最后慢速冷却。
这种热处理方法可以调整碳钢的硬度和韧性，使其达到理想的综合性能。
在实际的碳钢热处理过程中，为了达到理想的组织和性能，需要控制好以下几个因素：加热温度、保温时间和冷却速度。
加热温度是指将钢件加热到的最高温度，不同的钢种和要求的组织结构需要不同的加热温度。
保温时间是指保持钢件在加热温度下的时间，它与钢件的尺寸和组织转变的速率有关。
冷却速度是指钢件冷却的速率，它决定了组织结构的类型和形成的量。
热处理后碳钢显微组织的观察与分析
热处理后碳钢显微组织的观察与分析热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织和性能的方法。
碳钢是一种含碳量较高的钢材，通过热处理可以得到不同的组织，从而改变其机械性能。
本文将对热处理后碳钢的显微组织进行观察与分析。
热处理过程中，碳钢首先需要进行加热，在足够高的温度下保温一段时间后，再进行冷却。
根据不同的加热温度和保温时间，可以得到不同的组织结构。
首先，我们来观察热处理前的碳钢显微组织。
通常来说，热处理前的碳钢具有粗大的珠光体组织。
珠光体是一种由铁和碳组成的混合物，呈珠状排列。
碳钢中的珠光体结构可以通过金相显微镜观察到，需要将样品进行切割、研磨和腐蚀处理。
在热处理过程中，最常用的方法是淬火和回火。
淬火是将加热到临界温度的材料骤冷至室温，目的是形成马氏体组织。
马氏体是一种类似于针状的组织结构，具有高硬度和脆性。
为了提高钢材的可塑性和耐磨性，常常进行回火处理。
回火是将淬火后的材料加热至较低的温度，再快速冷却。
回火过程中，马氏体逐渐转变为珠光体，从而使钢材具有更好的韧性。
通过金相显微镜观察热处理后的碳钢，可以看到不同的组织结构。
淬火后的碳钢主要由马氏体组成，呈针状结构。
马氏体是一种具有高硬度和脆性的结构，在一定条件下可以通过淬火获得。
回火后，马氏体会转变为珠光体，从而提高钢材的可塑性和韧性。
回火温度越高，珠光体的颗粒越大，机械性能会逐渐下降。
除了马氏体和珠光体外，热处理后的碳钢还可能出现一些其他的组织结构。
比如贝氏体是一种由针状晶体构成的结构，具有较高的硬度和韧性。
同时，还可能出现残余奥氏体、铁素体和非金属夹杂物等。
热处理后的碳钢的组织结构与加热温度、保温时间和冷却速率等因素密切相关。
在实际应用中，需要根据不同的要求选择合适的热处理工艺，以达到所需的组织和性能。
总结起来，热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程，改变其组织和性能的方法。
热处理后的碳钢主要由马氏体和珠光体组成，通过回火处理可以改善钢材的可塑性和韧性。
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验
碳钢热处理后的组织和性能变化的分析实验一、实验目的1、观察和研究碳钢经不同形式热处理后其显微组织的特点。
2、了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
3、了解硬度测定的基本原理及应用范围。
4、了解洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。
5、掌握金属显微试样的制作过程，正确地制作所要观察的试件。
二、实验内容1、制作经热处理后的试样，完成打磨、刨光、浸蚀的所有制作步骤。
2、热处理后的试件进行硬度测试。
3、热处理后的试样进行组织观察分析和比较。
三、实验设备的使用和注意事项（一）硬度计的原理、使用和注意事项金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下的抵抗塑性变形的一种能力。
硬度测量能够验出金属材料软硬程度的数量概念。
由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。
硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。
另外，硬度与其它机械性能（如强度指标σb及塑性指标ψ和δ）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。
硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度。
压入法硬度试验的主要特点是：（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。
（2）金属的硬度与强度指标之间存在如下近似关系：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（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度高，这些性能也就好。
在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。
（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体积内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。
碳钢的热处理后组织观察
材料科学实验室
材 料: 45钢
处理状态： 860℃水淬+400℃回火
显微组织： T回—饱和F针状＋不规则粒状渗碳体（白色小颗粒）
回火温度大于200℃后，残余奥氏体发生分解，转变为M回或B下；M快速分解，
碳从过饱和固溶体中析出而转变为F，ε碳化物转变成颗粒状渗碳体。内应力消
失，硬度有所降低，塑性韧性提高。
片层间距：0. 3μm 片层间距：0.1~0. 3μm
强度 硬度
屈氏体 T 上贝氏体 B上 下贝氏体 B下
马氏体
片层间距：小于0.1μm
A→过饱和F+极细小碳化物 仅C原子扩散而无Fe原子扩散 过冷度极大，C、Fe原子均不能进行扩散，C在α 铁中过饱和固溶体。具有高强度和硬度。
材料科学实验室
上 贝 氏 体
温一定时间后在空气或油中冷却。其目的是 消除或降低淬火产生的内应力，降低脆性提 高韧性。回火分为低温回火、中温回火和高 温回火
材料科学实验室
A残
材 料： 45钢
M回
处理方法：860℃水淬+200℃回火
显微组织：M回（呈暗黑色细针状）
在这个过程中，马氏体开始发生部分分解，析出ε碳化物与过饱和度的固 溶体共格。 内应力减少。
材科学实验室
T
M板+
针
材 料: 45钢 处理状态：860℃油冷淬火 显微组织：M片状+板状(白色）＋屈氏体（黑色块）
材料科学实验室
T
M板+
针
材料科学实验室
M粗板+粗针
材 料: 45钢 处理状态：1000℃水冷淬火 显微组织：M粗板状＋粗片状+A残余
容易引起变形或断裂
A残 材料科学实验室
热处理后碳钢显微组织的观察和分析
热处理后一、实验目的•观察和分析碳钢经不同热处理后的显微组织特征。
•了解不同热处理工艺对碳钢组织和性能的影响。
二、实验原理概述钢在热处理条件下所得到的组织与钢的平衡组织有很大差别。
退火、正火、淬火的冷却速度不同，会使钢得到不同的组织，其力学性能或物理性能也不同。
本实验主要观察过冷奥氏体在不同等温温度范围内转变产物的组织。
根据C曲线可知，奥氏体在冷却过程中将得到不同的组织。
碳钢经热处理后的组织是：退火、正火后可得到接近平衡的组织，淬火后的组织为不平衡组织。
•钢的退火组织•钢的正火组织•钢的淬火组织•钢淬火后的回火组织•钢的退火组织完全退火热处理工艺主要适用于亚共析钢(如40钢和45钢),经完全退火后钢的组织接近于平衡状态的组织。
45钢的退火组织如图1所示，为铁素体加珠光体。
过共析钢一般采用球化退火热处理工艺，T12钢经球化退火后的组织如图2所示。
二、实验原理概述25μm图1 45钢的退火组织白色有晶界的颗粒状为铁素体，黑色或层片状的为珠光体。
二、实验原理概述20μm 图2 T12钢球化退火组织组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状或粒状（图中均匀分布的细小粒状组织）。
二、实验原理概述•钢的正火组织由于正火的冷却速度大于退火的冷却速度，因此，在相同碳含量的情况下，正火后得到的金相组织一般要比退火后的组织细，珠光体的相对含量也比退火组织中的相对要多。
45钢正火后的金相组织如图3所示。
二、实验原理概述图3 45钢的正火组织二、实验原理概述•钢的淬火组织(1)贝氏体组织贝氏体是在等温淬火条件下得到的淬火组织，根据转变温度的不同，贝氏体分为两种类型：在500-350℃之间的转变产物为上贝氏体；在350℃～Ms之间的转变产物为下贝氏体。
20μm图4 上贝氏体组织上贝氏体是由成簇的平行排列的板条状铁素体和沿其边界分布的细条状渗碳体所组成，其形态就像羽毛，所以又称之为羽毛状贝氏体。
20μm图5 下贝氏体组织下贝氏体是铁素体呈针片状并互成一定角度，在铁素体的针片上分布着碳化物短针，在光学显微镜下下贝氏体成黑色针片状组织，如图5所示。
热处理后碳钢显微组织的观察和分析
热处理后碳钢显微组织的观察和分析
一、热处理后碳钢微观组织特征
热处理后的碳钢显微组织的形态，取决于处理工艺，以及处理过程中温度的变化对热处理后的金属组织产生的影响。
在不同的温度下，碳钢的形状和结构都有所不同。
经过热处理，碳钢的微观组织结构完全改变，形成长形的α-铁结晶，而且α-相和δ-相在晶粒中是杂合状态。
δ-相是一种大小不一的晶粒，其中有些晶粒具有碳的低温晶体，其他晶粒是碳的熔融晶体或乳白状熔融晶体。
1、在观察热处理后的碳钢显微组织时，可以看到宏观表面的肥厚和裂纹等痕迹。
此外，可以看到以及通过显微镜观察所分离的α-相和δ-相的晶粒。
通常，α—相晶粒的大小比δ—相的晶粒大，在显微图中可以看到α—相晶粒与δ—相晶粒的互相混合。
2、根据显微照片的结果，可以计算出α—相晶粒和δ—相晶粒的大小分布，以及晶粒之间的空间分布。
通过计算，可以获得α—相和δ—相晶粒的平均尺寸，以及晶粒尺寸的标准偏差。
此外，还可以检查α—相和δ—相晶粒的尺寸变化情况以及晶粒结构的变化情况。
三、总结
热处理后的碳钢显微组织特征，取决于处理工艺。
碳钢热处理后的组织分析
碳钢热处理后的组织分析碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。
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）。
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。
在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。
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中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。
例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1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（M s）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。
图13、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，如图2所示。
图2当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图2中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。
因此，v1的组织为铁素体+珠光体；v2的组织为铁素体+索氏体；v3的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织。
碳钢热处理后组织观察
碳钢热处理后组织观察与分析一：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)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。
二：实验说明碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。
因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。
图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT曲线。
图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线C曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。
1．碳钢的退火和正火组织亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。
2．钢的淬火组织含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。
马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。
在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。
在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。
由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。
45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。
碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。
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片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。
热处理后碳钢显微组织的观察与分析课件
观察和分析热处理后碳钢的 显微组织对于了解材料性能 、优化热处理工艺和实现材 料的高效利用具有重要意义 。
研究目的与意义
研究目的
通过对热处理后碳钢显微组织的观察和分析，探究热处理工艺对碳钢显微组织的影响规律，为优化热处理工艺和 提高材料性能提供理论依据。
研究意义
通过对碳钢热处理后显微组织的深入研究，有助于提高对碳钢材料性能的认识，优化热处理工艺，实现碳钢材料 的高效利用，对于工业和建筑领域的发展具有重要意义。
指材料在抵抗外部作用下，不发生屈服、断裂 等失效现象的能力。
硬度
指材料表面抵抗变形、划痕等机械作用的能力 。
关系
强度和硬度在碳钢的热处理过程中有密切的关系，通常硬度提高会伴随着强度 的增加。
韧性指标与显微组织的关系
韧性指标
衡量材料在冲击、震动等动载作用下，吸收能量并阻止断裂的能 力。
显微组织
指材料微观结构，如晶粒大小、相组成、微观缺陷等。
06
结论与展望
研究结论总结
01
热处理对碳钢显微组织有显著影 响。
02
经过热处理后，碳钢的晶粒尺寸 和微观结构都发生了变化。
热处理过程中的温度和时间是影 响碳钢显微组织的重要因素。
03
通过对比实验，发现采用不同的 热处理工艺会对碳钢的性能产生
不同的影响。
04
研究不足与展望
01 02 03 04
本次研究主要集中在热处理对碳钢显微组织的影响，尚未涉及碳钢性 能的长期稳定性问题。
02
热处理工艺对碳钢显微组 织的影响
加热温度对碳钢显微组织的影响
加热温度过高
01
导致晶粒长大、组织粗化、降低材料的力学性能
加热温度过低
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45钢
45钢 45钢 45钢 T12钢 T12钢 T12钢 T12钢 T12钢 45钢 20钢 65Mn钢 GCr15钢 20CrMnTi
840℃油淬
760℃水淬 840℃水淬+400℃回火 840℃水淬+650℃回火 球化退火 780℃水淬 780℃水淬+200℃回火 920℃水淬 正火 锻后空冷 920℃水淬 等温淬火 等温淬火 正火
M形成
A′
片状M
实验十 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： 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
M+T
M+F 回火T 回火S 球状P 淬火M +K+A´ 回火M +K+A´ 粗大M +A´ 魏氏组织（W） 魏氏组织W 板条M B上 B下 B粒状
4%硝酸酒精溶液
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
Fe—Fe3C合金平衡相图口 铁
亚共析钢
过共析钢
亚共晶白口铁
过共晶白口铁
铁碳合金非平衡组织试样
序号
1 2
试样名称
45钢 45钢
处理状态
840℃正火 840℃水淬
显微组织
S+F M
浸蚀剂
4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
3
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
9 T12钢 780℃水淬 200 ℃回火（回火M+K+ A´ ）
10
T12钢920℃水淬（粗大M+A´）
11 高碳钢（T12钢）魏氏组织
12
中碳钢（45钢）魏氏组织
13
低碳钢（20钢）板条M组织
14
65Mn钢等温淬火（上B ）组织
15
GCr15钢等温淬火（下B ）组织
16
20CrMnTi钢950 ℃正火 （B粒状）组织
1
45钢正火（S+F）
2
45钢840℃水淬（混合M）
3
45钢840℃油淬（淬火M+T）
4
45钢760℃水淬（淬火M+F）
5 45钢840℃水淬400 ℃ 回火（回火T）
6 45钢840℃水淬650 ℃ 回火（回火S）
7
T12钢球化退火（球状P⇒F+粒状K）
8
T12钢780℃水淬（淬火M+K+ A´ ）