常见金属热处理缺陷研究
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2
实验内容
1.实验材料及金相试样的制备
2.试样金相照片及扫描电镜照片的制备 3.试样的显微硬度测试 4.正常组织与缺陷组织的比较
3
实验仪器
OLYMPUS－311U金相显微镜 S－240扫描电镜 P－1抛光机 HRS—10显微硬度计
4
1.脱碳
脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象
2Fe3C+O2＝6Fe+2CO Fe3C+2H2＝3Fe+CH4 Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2 Fe3C+CO2＝3Fe+2CO
5
45#金相显微照片
660×
Hale Waihona Puke Baidu
1650×
6
45#钢边缘到心部的组织变化
7
边缘半脱碳层较薄，白色的为铁素体， 黑色的为珠光体，铁素体的转变量明显大 于黑色珠光体组织，导致硬度强度降低， 失去了使用性能 。
12
2.魏氏组织
45#钢过热以后缓慢冷却至常温，得到 的是粗晶粒的组织，铁素体沿晶界呈网络状 分布。若在Ar3～Ar1温度区间冷速过快，由于 过冷度较大铁素体不能充分沿奥氏体晶界析 出，而是在奥氏体内部自发形成晶核，并沿 一定的晶面取向分布。
13
45# 魏氏组织
660Х
165Х
14
混合型魏氏组织
8
正常组织与缺陷组织的组织比较
330×
330×
9
45#钢的正常组织扫描电镜图
10
正常组织与缺陷组织的硬度比较
45#钢正常组织与缺陷组织的硬度比较 250 200 150
HV
100 50 0 0 2 4 距边缘的距离/mm 6 8
45#钢缺陷组织 45#钢正常组织
11
脱碳的预防及补救
1.在热加工生产时尽可能降低钢的加热温 度及在高温下停留的时间 2.合理的安排工艺路线及留放加工余量. 3.调节空燃比，使炉气带还原性 4.制备气氛可控碳势，使碳势接近或等于 钢的碳含量
表3.2.1 不同情况下45#钢的力学性能指标
16
魏氏组织的影响
魏氏组织对钢的性能影响更甚于过热粗 晶组织，具有魏氏组织的钢的塑性和冲击韧 性更低。 魏氏组织一般可采取细化晶粒退火予以 清除，但严重的魏氏组织则必须通过锻造的 方法来消除。
17
3.过热
当超过热处理温度AC3以上时，就会形成 过热。 本实验以15#钢及945钢的两种典型过热 组织为例。
165Х
165×
15
力学性能比较
状态 机械性能 σb σs δ5 （Mpa） （Mpa） (%) 正常45#钢组织 过热后，具有粗大晶粒者 过热后，经细化晶粒处理者 45#钢魏氏组织 600 629 669 524 355 330 442 337 16 15.5 26.1 9.5 Φ (%) 40 24.5 51.5 17.5 αK 3.9 1.6 5.4 1.3
31
3.过热：15#钢由于过热造成了晶粒粗大，并且 形成了一条沿晶界开裂的裂纹。945钢为典型 的船用钢，由于淬火温度过高，形成了粗大的 板条马氏体及残余奥氏体。 4.过烧：由于过烧，W18Cr4V晶界已经局部融化， 产生鱼骨状的莱氏体共晶组织。存在局部融化 的工件不能再用热处理的方法补救，应予报 废 。
18
15#钢的晶粒粗大组织
图中组 织晶粒粗 大。同时 我们还可 以看到一 条明显的 裂纹，沿 晶界分布。
165×
19
945钢的过热组织
945钢为 本质细晶粒 钢，但是由 于加热温度 远远超过奥 氏体化温度 以上所以造 成了严重的 晶粒粗大。
660×
20
945钢的过热组织
21
945钢的过热组织
26
5.欠热
45#钢为亚共析钢，亚共析钢的加热温度 为AC3+(30～50)℃为正常加热温度。而欠 热温度低于奥氏体化温度,处于两相区， 没有完全奥氏体化，组织中的铁素体属 未溶铁素体，使材料的硬度强度降低。
27
45#钢的欠热组织
×
1650×
28
45#钢欠热组织
图中凹陷 组织为未 溶铁素体 组织，凸 出区域为 马氏体， 从图中我 们可以观 察到片状 和板条型 的马氏体。
29
各种缺陷组织的硬度比较
各种缺陷组织的硬度 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 材料
45#钢1正常组织 945钢晶粒粗大 15#钢晶粒粗大 W18Cr4V过烧 45#钢2欠热组织 45#钢3魏氏组织 45#钢4脱碳组织
HV
30
结论
1.脱碳：通过45#钢的组织分析得出试样边缘的铁素 体转变量远远大于珠光体转变量 。通过显微硬度 测试，试样心部的硬度大于边缘的硬度。 2.魏氏组织：45#钢中铁素体沿晶界呈网络状分布， 在晶内形成羽毛状和垂直状的混合型魏氏组织。 通过显微硬度测试，其硬度大约为HV255.32,低于 正常硬度，因此魏氏组织影响了材料的性能，塑 性和冲击韧性较低。
由于加热温 度过高，以 至晶界局部 融化，产生 鱼骨状的莱 氏体共晶组 织。
1650×
25
过烧的预防及矫正
金属的过烧是不允许的，所以要在 热处理过程中进行积极的预防。 在加热时尽可能采用较低的温度，一般 的金属热变形应在低于融化温度100℃以 下进行。 对于加热炉均匀加热，采用还原性气氛， 掌握透热时间，避免火焰直接喷射到金 属的表面。 提高测温仪表的灵敏度和按期矫正。
22
过热的预防及矫正
选择正确的加热温度，热压力加工时的 加热温度至少要低于钢的熔点100℃ 采用正确的加热方法 控制热加工时的变形量及终止温度 过热组织已经形成，如图中的晶粒粗大， 可采用细化晶粒的退火，正火或锻造等
23
4.过烧
W18Cr4V正常热处理工艺
24
W18Cr4V的过烧组织
32
5.欠热：欠热温度低于奥氏体化温度，处于两相 区，材料没有完全奥氏体化，铁素体的转变量 多于马氏体的转变量，铁素体硬度低，所以使 材料的硬度降低。
33
谢谢各位老师！
34
常见金属热处理缺陷组织研究
学生：张琳 学号：06105228 指导老师：王桂芳
1
实验背景
在当今社会生产中，金属材料的 应用是十分广泛的，但是在热处理过 程中，受到加热时间，加热温度，保 温时间等多种因素的影响，会出现过 热，欠热，晶粒粗大，脱碳，魏氏组 织等多种热处理常见缺陷，为材料的 使用埋下隐患。
实验内容
1.实验材料及金相试样的制备
2.试样金相照片及扫描电镜照片的制备 3.试样的显微硬度测试 4.正常组织与缺陷组织的比较
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实验仪器
OLYMPUS－311U金相显微镜 S－240扫描电镜 P－1抛光机 HRS—10显微硬度计
4
1.脱碳
脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象
2Fe3C+O2＝6Fe+2CO Fe3C+2H2＝3Fe+CH4 Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2 Fe3C+CO2＝3Fe+2CO
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45#金相显微照片
660×
Hale Waihona Puke Baidu
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45#钢边缘到心部的组织变化
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边缘半脱碳层较薄，白色的为铁素体， 黑色的为珠光体，铁素体的转变量明显大 于黑色珠光体组织，导致硬度强度降低， 失去了使用性能 。
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2.魏氏组织
45#钢过热以后缓慢冷却至常温，得到 的是粗晶粒的组织，铁素体沿晶界呈网络状 分布。若在Ar3～Ar1温度区间冷速过快，由于 过冷度较大铁素体不能充分沿奥氏体晶界析 出，而是在奥氏体内部自发形成晶核，并沿 一定的晶面取向分布。
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45# 魏氏组织
660Х
165Х
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混合型魏氏组织
8
正常组织与缺陷组织的组织比较
330×
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45#钢的正常组织扫描电镜图
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正常组织与缺陷组织的硬度比较
45#钢正常组织与缺陷组织的硬度比较 250 200 150
HV
100 50 0 0 2 4 距边缘的距离/mm 6 8
45#钢缺陷组织 45#钢正常组织
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脱碳的预防及补救
1.在热加工生产时尽可能降低钢的加热温 度及在高温下停留的时间 2.合理的安排工艺路线及留放加工余量. 3.调节空燃比，使炉气带还原性 4.制备气氛可控碳势，使碳势接近或等于 钢的碳含量
表3.2.1 不同情况下45#钢的力学性能指标
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魏氏组织的影响
魏氏组织对钢的性能影响更甚于过热粗 晶组织，具有魏氏组织的钢的塑性和冲击韧 性更低。 魏氏组织一般可采取细化晶粒退火予以 清除，但严重的魏氏组织则必须通过锻造的 方法来消除。
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3.过热
当超过热处理温度AC3以上时，就会形成 过热。 本实验以15#钢及945钢的两种典型过热 组织为例。
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力学性能比较
状态 机械性能 σb σs δ5 （Mpa） （Mpa） (%) 正常45#钢组织 过热后，具有粗大晶粒者 过热后，经细化晶粒处理者 45#钢魏氏组织 600 629 669 524 355 330 442 337 16 15.5 26.1 9.5 Φ (%) 40 24.5 51.5 17.5 αK 3.9 1.6 5.4 1.3
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3.过热：15#钢由于过热造成了晶粒粗大，并且 形成了一条沿晶界开裂的裂纹。945钢为典型 的船用钢，由于淬火温度过高，形成了粗大的 板条马氏体及残余奥氏体。 4.过烧：由于过烧，W18Cr4V晶界已经局部融化， 产生鱼骨状的莱氏体共晶组织。存在局部融化 的工件不能再用热处理的方法补救，应予报 废 。
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15#钢的晶粒粗大组织
图中组 织晶粒粗 大。同时 我们还可 以看到一 条明显的 裂纹，沿 晶界分布。
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945钢的过热组织
945钢为 本质细晶粒 钢，但是由 于加热温度 远远超过奥 氏体化温度 以上所以造 成了严重的 晶粒粗大。
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945钢的过热组织
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945钢的过热组织
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5.欠热
45#钢为亚共析钢，亚共析钢的加热温度 为AC3+(30～50)℃为正常加热温度。而欠 热温度低于奥氏体化温度,处于两相区， 没有完全奥氏体化，组织中的铁素体属 未溶铁素体，使材料的硬度强度降低。
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45#钢的欠热组织
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45#钢欠热组织
图中凹陷 组织为未 溶铁素体 组织，凸 出区域为 马氏体， 从图中我 们可以观 察到片状 和板条型 的马氏体。
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各种缺陷组织的硬度比较
各种缺陷组织的硬度 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 材料
45#钢1正常组织 945钢晶粒粗大 15#钢晶粒粗大 W18Cr4V过烧 45#钢2欠热组织 45#钢3魏氏组织 45#钢4脱碳组织
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结论
1.脱碳：通过45#钢的组织分析得出试样边缘的铁素 体转变量远远大于珠光体转变量 。通过显微硬度 测试，试样心部的硬度大于边缘的硬度。 2.魏氏组织：45#钢中铁素体沿晶界呈网络状分布， 在晶内形成羽毛状和垂直状的混合型魏氏组织。 通过显微硬度测试，其硬度大约为HV255.32,低于 正常硬度，因此魏氏组织影响了材料的性能，塑 性和冲击韧性较低。
由于加热温 度过高，以 至晶界局部 融化，产生 鱼骨状的莱 氏体共晶组 织。
1650×
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过烧的预防及矫正
金属的过烧是不允许的，所以要在 热处理过程中进行积极的预防。 在加热时尽可能采用较低的温度，一般 的金属热变形应在低于融化温度100℃以 下进行。 对于加热炉均匀加热，采用还原性气氛， 掌握透热时间，避免火焰直接喷射到金 属的表面。 提高测温仪表的灵敏度和按期矫正。
22
过热的预防及矫正
选择正确的加热温度，热压力加工时的 加热温度至少要低于钢的熔点100℃ 采用正确的加热方法 控制热加工时的变形量及终止温度 过热组织已经形成，如图中的晶粒粗大， 可采用细化晶粒的退火，正火或锻造等
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4.过烧
W18Cr4V正常热处理工艺
24
W18Cr4V的过烧组织
32
5.欠热：欠热温度低于奥氏体化温度，处于两相 区，材料没有完全奥氏体化，铁素体的转变量 多于马氏体的转变量，铁素体硬度低，所以使 材料的硬度降低。
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谢谢各位老师！
34
常见金属热处理缺陷组织研究
学生：张琳 学号：06105228 指导老师：王桂芳
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实验背景
在当今社会生产中，金属材料的 应用是十分广泛的，但是在热处理过 程中，受到加热时间，加热温度，保 温时间等多种因素的影响，会出现过 热，欠热，晶粒粗大，脱碳，魏氏组 织等多种热处理常见缺陷，为材料的 使用埋下隐患。