热处理控制碳钢的组织性能及其表征
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。
实验一碳钢热处理后的基本组织观察
图1 45钢的完全退火组织（F+P） 200X 图2 T12钢的球化退火组织 500X
Ac3（或Acm）+30～50℃ 保温 空冷
1.正火
P片层较细 F晶粒较细小 强度和硬度较高
2.与退火相比
正火组织 图3 45钢正火组织 400X 图4 45钢正常淬火组织 500X
01
低温回火：回火马氏体
02
中温回火：回火屈氏体
03
高温回火：回火索氏体
04
回火
回火组织 图7 45钢水淬后200回火组织 500X 图8 45钢水淬后400回火组织500X
将各种材料的试样进行钢印编号，记录下不同材料的编号；
查阅热处理手册确定不同材料的临界转变点从而设定四种试样奥氏体化的加热温度;
六、实验报告要求
进行热处理试验时应注意高温，避免烫伤，做好防护。
金相试样制备应注意试样的清洁、光滑无划痕，以免影响组织观察的真实性。
01
02
七、实验注意事项
八、思考题
简述碳钢经过四种不同的热处理（退火、正火、淬火、回火）后组织和性能产生了哪些影响？
实验一 碳钢热处理后的基本组织观察
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观察和分析碳钢经不同热处理后钢的组织特征，掌握其变化规律；
1
熟悉和理解不同热处理工艺对碳钢组织和性能的影响。
2
一、实验目的
STEP 01
STEP 02
分别对20钢、45钢、T8钢和T10钢进行不同工艺的热处理；
Ac3或Ac1以上； 保温使其奥氏体化 快速冷却
淬火：
主要是马氏体或下贝氏体 少量残余奥氏体及未溶的第二相 目的：增加硬度和耐磨性
碳钢的热处理工艺对组织和性能的影响
碳钢不同热处理后组织形态观察
序号 钢种
处理状态
1 45
760℃、水冷
2 45
860℃、空冷
3 45 860℃、水冷200℃回火
6 45
860℃、水冷400℃回火
7 45
860℃、水冷600℃回火
8 T10 900℃、空冷
浸蚀剂
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
1. 45钢 760℃加热-水冷
M+F
2. 45钢 860℃加热-空冷 S+F
碳钢的热处理工艺对组织和性能的 影响
一、实验目的 1、了解碳钢热处理操作。 2、研究淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T10钢 的和性能（硬度）的影响。 3、观察热处理后钢的组织。 4、学会洛氏硬度计的使用。
二、实验内容及概述 1、45和T10钢试样正火、淬火、回火操作，用洛氏硬度计测定 试样热处理后的硬度。 2、观察不同热处理后的显微组织。
由原来M组织形态变成多边形F与颗粒状渗碳体组成的组织称为回火S
8. T10钢 900℃加热-空冷 S+Fe3C Ⅱ网状
9. T10钢 900℃加热-水冷 M+A´
10. T10钢 780℃水淬 M+A΄ + Fe3C粒状
11. T10钢 780℃水淬+200℃回火 回火M +较少A΄ + Fe3C粒
9 T10 900℃、水冷
10 T10 780℃、水冷
材料科学实验-碳钢的组织和性能分析
一.碳钢的组织和性能分析实验目的：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。
实验原理：1. 热处理工艺退火：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A1线以下某一温度后冷却。
2.淬火温度3.回火温度低温回火：（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。
高温回火：（500~650℃）所得组织为回火索氏体，硬度约为HRC30，目的是获得既有一定强度、硬度，又有良好冲击韧性的综合机械性能，主要用于中碳结构钢的热处理。
4.冷却方法实验设备：箱式电阻炉及控温仪表、洛氏硬度试验机、砂轮机、铁钳子实验内容：任选一种钢样品，结合铁碳相图、C曲线等，自己设计热处理工艺，预测热处理后的组织及硬度，画组织示意图，并说明在工业上的用途。
实验结果：选取45钢（亚共析钢），860°C气冷(v2) ，得到索氏体+铁素体工业用途：制造机械运动零件，还可代替渗碳钢制造齿轮、轴、活塞销等硬度约为HRC30组织示意图：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二.凝固条件对金属铸锭组织的影响实验目的：1.观察和分析金属铸锭的正常组织2.讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响实验原理：1.铸锭分区金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域∶最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。
最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大;铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义。
碳钢的热处理及性能分析【最新资料】
碳钢的热处理及性能分析时的具体加热温度主要取决于钢的含碳量，可根据相图确定（如图所示）。
对亚共析钢，其加热温度为℃，若加热温度不足（低于），则＋淬火后可得到细小的它直接影响到钢淬火后的组织以保证以减使淬火工作在过冷奥氏体最不稳定鼻不同的冷却介质在不同的温度范围内的实验二金相试样的制备与观察一、实验目的1.学习金相试样的制备方法。
二、实验设备、仪器及材料用品抛光机、各型号砂纸、抛光磨料、试样、浸蚀剂、吹风等。
三、实验步骤金相试样的制备包括取样、磨制、抛光、浸蚀四个步骤。
制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、水迹。
1.取样取样的部位和磨面应根据检验目的选取具有代表性的部位。
例如，检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。
试样的截取方法很多，例如用手锯、机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化，破坏了其组织的真实性。
为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。
金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：Φ12×10或12×12×10，如果不是观察表面组织，可以倒角便于磨制。
根据需要，例如观察表面渗碳层的厚度，为防止在磨制过程中发生倒角，应采用镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。
我们所用试样为车削好的Φ10×20的45钢试样。
2.磨制这是最关键的步骤，磨制质量的好坏直接决定了试样的好坏。
①粗磨将试样在砂轮上或用粗砂纸之成平面。
磨制时使试样受力均匀，压力不要太大。
②精磨粗磨好的试样用清水冲干后，依次用01、02、03、04号金相砂纸把磨面磨光。
磨制时应把砂纸放在玻璃板或平整的桌面上，左手按住砂纸，右手握住试样，用力均匀、平稳，沿一个方向反复进行，直到旧的磨痕被去掉，不要来回磨制。
注意：在调换更细一号砂纸时，应将试样上的磨屑和砂粒清除干净，并转动90º角，使新、旧磨痕垂直。
3.抛光抛光的目的是去除磨面上细的磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。
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。
5.热处理控制碳钢的组织
实验讲义热处理控制碳钢的组织、性能及其表征一、实验目的1)熟练掌握并灵活运用碳钢的热处理原理，通过不同的热处理方式来得到不同的组织和性能；2)掌握热处理炉的使用，熟悉各类热处理工艺的操作；3)掌握金相样品的制备方法与详细步骤；4)掌握碳钢金相样品的腐蚀方法；5)掌握利用金相显微镜观察和识别碳钢的典型组织，利用硬度计表征各类组织之间硬度的差异。
二、实验要求1)每个学生能独立查阅资料，小组讨论，确定实验计划，并将实验计划提前一天给任课老师审阅；2)实验计划中对每一个热处理工艺必须给出具体的工艺参数，如升温时间、保温时间、降温方式等等（样品尺寸由学生自己切割）。
3)认真撰写实验报告，分析实验结果。
三、实验所需仪器设备1)箱式（管式）热处理炉；磨光机；抛光机；金相显微镜；硬度计；2)20#、45#、T8、T10、T13钢四、实验内容1)热处理工艺设计部分：a）通过热处理工艺，分别得到亚共析钢、共析钢和过共析钢的平衡组织；b）通过不同的热处理工艺获得上述某一种碳钢的（三种或三种以上）非平衡组织；2)金相样品制备部分：对热处理过的样品进行磨光、抛光，得到符合标准的金相样品，为后续观察做准备；3)组织性能表征部分：通过适当的腐蚀处理，显示碳钢的组织形貌；分辨三种平衡组织的形貌特征；分析某一种碳钢的不同组织结构的特征，通过硬度计表征其硬度，并与相关文献值比较，分析其差异和原因。
五、实验安全及注意事项1)实验的三个部分相辅相成，所有样品贯穿实验的始终，所以样品不能遗失、不能混淆，必须妥善保管；2)热处理过程（特别是淬火的时候）设计高温，操作的时候必须带防护手套，严格按照步骤进行操作，以免发生危险；3)所有设备都涉及到电源，注意用电安全，使用完毕后必须切断电源；4)金相样品制备的时候，硬度差别很大的样品不能镶嵌在一起，也不能在同张砂纸上打磨；5)金相磨光机需要使用水，注意用水的安全，使用完毕后必须切断水源；6)金相腐蚀液具有强的腐蚀作用，注意不能泼撒到身体上，特别是眼睛上，使用腐蚀液时，必须带上防护手套；7)在使用仪器设备时，必须认真阅读相关仪器的安全使用规程，严格按照操作规程使用，否则造成的损坏将追究赔偿责任；8)镶嵌金相样品的时候，镶嵌粉必须捣实，以免造成样品边缘的孔洞；9)磨制金相样品的时候，必须磨平，不能出现两个或更多平面。
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。
碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响
实验三碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响一、实验目的1.了解碳钢热处理工艺操作。
2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值。
3.掌握热处理后钢的金相组织分析。
4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响。
5.巩固课堂教学所学相关知识，体会材料的成分-工艺-组织-性能之间关系。
二、实验内容1.45和T12钢试样淬火、回火操作，用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度。
工艺规范见表6—1。
2.制备并观察标6—2所列样品的显微组织。
3.观察幻灯片或金相图册，熟悉钢热处理后的典型组织：上贝氏体、下贝氏体、片状马氏体、条状马氏体、回火马氏体等的金相特征。
三、概述1．淬火、回火工艺参数的确定。
Fe—Fe3C状态图和C—曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
热处理工艺参数主要包括加热温度，保温时间和冷却速度。
（1）加热温度的确定淬火加热温度决定钢的临界点，亚共析钢，适宜的淬火温度为A c3以上30~50℃，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。
如果加热温度不足（<A c3），淬火组织中仍保留一部分原始组织的铁素体，造成淬火硬度不足。
过共析钢，适宜的淬火温度为A c1以上30~50℃，淬火后的组织为马氏体十二次渗碳体（分布在马氏体基体内成颗粒状）。
二次渗碳体的颗粒存在，会明显增高钢的耐磨性。
而且加热温度较A cm低，这样可以保证马氏体针叶较细，从而减低脆性。
回火温度，均在A c1以下，其具体温度根据最终要求的性能（通常根据硬度要求）而定。
（2）加热，保温时间的确定加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度，完成应有的组织转变。
加热、保温时间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态、加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。
本试验用圆形薄片试样，在马福电炉中加热，加热温度在800~900℃之间，按直径每毫米保温一分钟计算。
回火加热保温时间，应与回火温度结合起来考虑，一般来说，低温回火时，由于所得组织并不是稳定的，内应力消除也不充分，为了使组织和内应力稳定，从而使零件在使用过程中性能与尺寸稳定，所以回火时间要长一些，不少于1.5~2小时。
碳钢热处理后的组织与性能
实验一、碳钢热处理后的组织与性能（3学时）一、实验目的：1、了解热处理设备结构组成，掌握热处理的基本操作方法。
2、建立热处理工艺与钢的成分、组织及性能之间的关系。
二、实验内容：（一）、热处理设备在实验室中由教师针对设备进行介绍及讲解。
（二）、热处理工艺参数的选择：热处理工艺参数包括：加热温度、加热时间和冷却方式等。
各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点A C1、A C3、A CCm、来确定的。
碳钢及低合金钢的加热经验公式如表2—1。
其加热时间通常根据零件的有效厚度来计算，但应考虑装炉量及装炉方式加以修正，其经验公式及数据如表2—2。
（三）、热处理后的组织结构类型：1、珠光体：珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，因热处理工艺不同，珠光体中的渗碳体具有不同的形态。
（1）、若热处理工艺为普通的退火或正火时，其显微组织为片层状，称为片状珠光体。
由于普通的退火或正火的冷却速度不同，因而珠光体的片间距离也不同，正火的冷却速度大于退火的冷却速度，因此正火后得到的组织比普通退火的细小，这些组织可能是索氏体或屈氏体。
根据片间距不同，珠光体类型的组织的性能也不同：a、珠光体（P）：片间距离Δ0＞0.4μm,硬度为HB180左右它在光学显微镜下放大500倍下,可清晰地看出片层状情况.b、索氏体(S): 片间距离Δ0=0.2～0.4μm，硬度为HB250左右，放大1000～1500倍时才能分辨出其片层状的特征。
c、屈氏体（T）：片间距离Δ0＜0.2μm，硬度为HB350～400左右，它需在电子显微镜下放大5000倍以上才能分辨出片层状的特点。
T8钢退火获得的珠光体（HB206）20#钢淬火获得的板条马氏体（HRC48）（2）、马氏体：马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。
当钢的碳含量较低时，淬火后所得的是一束束尺寸大体相同的平行条状马氏体，称为板条马氏体，又叫低碳马氏体。
若含碳量较高时，淬火后得到的是针状马氏体，又叫高碳马氏体。
碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响
实验三碳钢的热处理工艺对组织与性能的影响一、实验目的1.了解碳钢热处理工艺操作。
2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值。
3.掌握热处理后钢的金相组织分析。
4.For personal use only in study and research; not for commercial use5.6.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响。
7.巩固课堂教学所学相关知识，体会材料的成分-工艺-组织-性能之间关系。
二、实验内容1.45和T12钢试样淬火、回火操作，用洛氏硬度计测定试样热处理前后的硬度。
工艺规范见表6—1。
2.制备并观察标6—2所列样品的显微组织。
3.观察幻灯片或金相图册，熟悉钢热处理后的典型组织：上贝氏体、下贝氏体、片状马氏体、条状马氏体、回火马氏体等的金相特征。
三、概述1．淬火、回火工艺参数的确定。
Fe—Fe3C状态图和C—曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
热处理工艺参数主要包括加热温度，保温时间和冷却速度。
（1）加热温度的确定淬火加热温度决定钢的临界点，亚共析钢，适宜的淬火温度为A c3以上30~50℃，淬火后的组织为均匀而细小的马氏体。
如果加热温度不足（<A c3），淬火组织中仍保留一部分原始组织的铁素体，造成淬火硬度不足。
过共析钢，适宜的淬火温度为A c1以上30~50℃，淬火后的组织为马氏体十二次渗碳体（分布在马氏体基体内成颗粒状）。
二次渗碳体的颗粒存在，会明显增高钢的耐磨性。
而且加热温度较A cm低，这样可以保证马氏体针叶较细，从而减低脆性。
回火温度，均在A c1以下，其具体温度根据最终要求的性能（通常根据硬度要求）而定。
（2）加热，保温时间的确定加热、保温的目的是为了使零件内外达到所要求的加热温度，完成应有的组织转变。
加热、保温时间主要决定于零件的尺寸、形状、钢的成分、原始组织状态、加热介质、零件的装炉方式和装炉量以及加热温度等。
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。
碳钢热处理后的组织
碳钢热处理后的组织碳钢是一种铁碳合金，其中含有较高的碳含量，通常在0.02%到2.0%之间。
碳钢的组织结构取决于其碳含量以及热处理过程中的冷却速率。
常见的碳钢热处理方法包括退火、正火、淬火和回火。
1.退火：退火是将钢材加热到800℃以上，然后缓慢冷却。
通过退火可以消除钢材中的内应力，并使其结构变得柔软。
在金相分析中，退火后的碳钢材料会呈现出一种颗粒状的铁素体组织。
铁素体是一种正交晶体结构，在金相显微镜下呈现出暗色。
2.正火：正火是通过将钢材加热到适当温度，然后以适宜速率冷却。
正火能够增加碳钢的硬度和强度。
在金相分析中，正火后的碳钢组织中会出现针状的马氏体结构。
马氏体是一种变形的体心立方结构，在金相显微镜下呈现出白色。
3.淬火：淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却至室温。
淬火能够使钢材的组织结构变得坚硬和脆性。
在金相分析中，淬火后的碳钢组织出现了大量的马氏体。
此外，淬火还会导致碳钢中出现残余奥氏体。
奥氏体是一种面心立方结构，在金相显微镜下呈现出亮色。
4.回火：回火是在淬火后，将钢材加热到较低的温度，然后以不同速率冷却。
回火能够改善淬火后钢材的脆性和强度。
回火后的碳钢组织中，马氏体会部分或完全转变为韧性较好的回火体。
回火体是一种针状组织，在金相显微镜下呈现出黄色。
此外，金相分析中还可以通过染色等方法对碳钢的组织进行更详细的观察。
常用的染色方法包括酸蚀法染色和显微组织染色。
酸蚀法染色通过将钢材浸泡在酸性溶液中，使不同的组织组分呈现出不同的颜色。
显微组织染色是通过将显微镜观察的钢材切片进行染色处理，以增强对组织结构的观察。
总的来说，碳钢热处理后的组织结构会有明显的改变，通过金相分析可以详细观察和评估这些组织结构变化。
不同的热处理方法会产生不同的组织结构，从而影响碳钢的物理和机械性能。
金相分析是一种重要的方法，用于研究和控制钢材的性能和质量。
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。
碳钢的热处理及性能分析资料
5. 调质处理
淬火后再经高温回火的热处理工艺，称为调质处理。一 般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件，都要经过调 质处理。
受力复杂的 形状简单件
焊 接
在空气或保护气氛中 高能量加热，使构件 连接区域快速熔化， 形成熔池
基本没保温过程
在熔渣或保护气 氛保护下快速冷 却凝固，形成焊 缝，焊缝以及附 近母材冷却速度 很不均匀
不可 拆卸 的连 接成 形
接头区域一 般为性能薄 弱区
热 处 理
在加热设备中使工件 达到规定温定，使工 件可能发生内部组织 的变化
纯铁
亚共析钢
共析钢
过共析钢
碳钢的成分、组织、性能之间的关系示意图
2. 铸铁的室温平衡组织
铸铁由于含碳量高，碳的存在形态发生了变化。 在钢中碳是以化合态的Fe3C（渗碳体）存在，而在 铸铁中碳不仅以化合态的Fe3C存在，同时出现了游 离态的石墨。铸铁的组织可以认为是在铁素体或珠 光体，或铁素体＋珠光体的基体上分布着不同形态 的石墨。根据石墨形态的不同，常用铸铁可分为： 灰 铸 铁 — 石墨以片状存在 可锻铸铁 — 石墨以团絮状存在 球墨铸铁 — 石墨以球状或近似球状存在
热处理是将金属在固态下通过加热、保温 和冷却过程，改变其内部组织，从而获得所需 性能的一种工艺方法。它的特点是：只改变金 属材料内部组织结构，获得所需性能，尽量避 免改变零件的形状。同样的材料经过不同的热 处理方法，可以得到不同的内部组织，因此， 热处理工艺可以最大限度地发挥材料的潜力。 钢的常用热处理方法有：退火、正火、淬 火和回火。
实验五 实验六
碳钢的热处理及性能分析 常用钢铁材料的组织观察
清华大学基础工业训练中心
一、金属的概念
二、金属材料的力学性能
实验五 热处理工艺对碳钢的显微组织和性能的影响
实验五热处理工艺对碳钢的显微组织和性能的影响一、实验目的1、了解热处理工艺对钢的显微组织和性能的影响；2、熟悉热处理的基本操作规程。
二、基本原理热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。
热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。
研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。
热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。
采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。
钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。
（一）碳钢热处理工艺1、加热温度亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。
淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、高温回火（500-650℃）。
实际生产中可根据钢种及要求作适当调整。
2、保温时间在实验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：t=a•D式中t----加热时间（min）a----加热系数（min/mm）D---工件有效厚度（mm）淬火后回火保温时间，要保证工件热透，使组织充分转变，一般为1~3小时，实验时，可酌情减少。
3、冷却方式钢退火采用随炉冷却到600-550℃以下再出炉空冷。
正火采用空中冷却。
淬火时常用水或盐水冷却，合金钢常用油冷却。
（二）碳钢热处理后的组织1、珠光体型组织过冷奥氏体在高温区（Ar1至C曲线鼻尖）转变的产物。
随着奥氏体在冷却时过冷度的增加，依次得到珠光体、索氏体、屈氏体。
他们都是铁素体与渗碳体的细密机械混合物，但铁素体与渗碳体的片层间距依次减小，组织的强度、硬度递增。
2、贝氏体型组织过冷奥氏体在中温区（C曲线鼻尖与马氏体转变点M s）进行等温淬火转变的产物。
碳钢热处理后的组织(金相分析)
碳钢热处理后的组织(金相分析)碳钢热处理后的组织（金相分析）发布时间：2009-5-30 13:46:34 关闭该页一、概述碳钢经退火、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（如图3）；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（如图6，图7）。
过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。
4、各组织的显微特征（1）索氏体（s）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。
（2）托氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）；图3 托氏体＋马氏体图4 上贝氏体＋马氏体（3）贝氏体（B）为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。
在显微形态上，主要有三种形态：A、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。
碳钢的热处理工艺对组织和性能的影响
碳钢的热处理工艺对组织和性能的影响碳钢是由铁和碳组成的合金材料，在热处理过程中，通过控制温度、时间和冷却方式等参数，可以改变其组织，从而调节其性能。
碳钢的热处理工艺可以影响其组织和性能，具体包括退火、正火、淬火和回火等工艺。
首先来讨论退火工艺对碳钢组织和性能的影响。
退火是将经过变形或经过其他工艺处理后的钢材加热至一定温度，然后控制冷却速度使其逐渐冷却。
在退火过程中，碳钢的组织会发生改变，产生较粗大的铁素体晶粒。
这种粗大的晶粒可以提高钢材的延展性和韧性，同时降低硬度和强度。
因此退火工艺适用于需要提高钢材塑性和韧性的场合。
接下来是正火工艺。
正火是将加热至一定温度的钢材冷却到室温的过程。
通过正火，钢材的组织会发生一系列相变，以产生合适的相和组织。
正火后的碳钢具有较高的硬度和强度，但同时其塑性和韧性相对降低。
这使得正火适用于需要高硬度和高强度的场合，但不太适用于对塑性和韧性要求较高的场合。
淬火是将加热至一定温度的钢材急冷到室温的过程。
通过淬火，钢材中的奥氏体（一种硬而脆的相）可以稳定保留下来，从而形成硬而脆的组织。
淬火后的碳钢具有高硬度和高强度，但塑性和韧性却很差。
因此淬火适用于需要高硬度和高强度，但对塑性和韧性要求不高的场合。
最后是回火工艺。
回火是将淬火后的钢材加热至较低的温度（一般低于Ac1）并保温一段时间后冷却。
通过回火，碳钢的组织中的奥氏体会发生降解，同时生成一定数量的回火组织。
回火组织具有较高的塑性和韧性，但硬度和强度相对降低。
因此回火工艺适用于需要具备一定塑性和韧性，并且要求相对较低硬度和强度的场合。
总结来说，不同的热处理工艺对碳钢的组织和性能有着不同的影响。
退火工艺能够提高钢材的塑性和韧性，但降低其硬度和强度；正火工艺能够提高钢材的硬度和强度，但降低其塑性和韧性；淬火工艺能够获得高硬度和高强度的钢材，但其塑性和韧性较差；回火工艺则可以在一定程度上平衡硬度、强度和塑性、韧性。
需要注意的是，具体选择何种热处理工艺应根据碳钢的具体要求和使用环境来确定。
化学热处理后的组织与性能.
的C及含C量过高。
防止方法：降低碳势，降低
渗C温度和淬火温度，降低重
淬温度。
返修方法：
（1）深冷处理， 使A′→M
（2）高温回火后重淬
兰
州
理
工
表面大量残余奥氏体 400×
大
学
4.渗C层深度不均匀
形成成因： 炉温不均匀，炉气循环不好，碳黑沉积在工件表 面,固体渗C时，渗剂不均匀
5.渗层深度不够
形成原因：炉温低，碳势低， 漏气，装炉量过大等
珠光体
③过渡层：AC段
珠光体＋铁素体
心部原始组织：大量
铁素体＋少量珠光体
兰
州
理
工
大
学
过共析组织(P+Fe3CⅡ)
渗
碳
层
共析组织(P)
的
组
过渡区亚共析组织(P+F)
织
兰 州
原始亚共析组织(F+P) 理 工 大 学
兰 州 理 工 大 学
2、渗碳后淬火加低温回火后的组织： 表面：回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体； 心部组织依据钢种来确定。 若为低碳钢，淬透性差，为铁素体+珠光体； 若为低碳合金钢，淬透性好，为马氏体加少量铁素体。
化学热处理后的组织与性能
一、目的和要求
1、了解碳钢的基本渗碳工艺； 2、熟悉钢渗碳后热处理的组织特征；
兰 州 理 工 大 学
二、仪器、设备和材料
1、化学热处理实验所用的简单实验设备； 2、进行化学热处理的实验样品; 3、切割机（或者锯刀）、砂轮机、锉刀、预磨机、抛 光机、洛氏和布氏硬度试验机；
兰 州 理 工 大 学
②在金属工件表面，CO分解析出活性碳原子；
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实验讲义
热处理控制碳钢的组织、性能及其表征
一、实验目的
1)熟练掌握并灵活运用碳钢的热处理原理，通过不同的热处理方式来得到不同的组织
和性能；
2)掌握热处理炉的使用，熟悉各类热处理工艺的操作；
3)掌握金相样品的制备方法与详细步骤；
4)掌握碳钢金相样品的腐蚀方法；
5)掌握利用金相显微镜观察和识别碳钢的典型组织，利用硬度计表征各类组织之间硬
度的差异。
二、实验要求
1)每个学生能独立查阅资料，小组讨论，确定实验计划，并将实验计划提前一天给任
课老师审阅；
2)实验计划中对每一个热处理工艺必须给出具体的工艺参数，如升温时间、保温时间、
降温方式等等（样品尺寸由学生自己切割）。
3)认真撰写实验报告，分析实验结果。
三、实验所需仪器设备
1)箱式（管式）热处理炉；磨光机；抛光机；金相显微镜；硬度计；
2)20#、45#、T8、T10、T13钢
四、实验内容
1)热处理工艺设计部分：a）通过热处理工艺，分别得到亚共析钢、共析钢和过共析
钢的平衡组织；b）通过不同的热处理工艺获得上述某一种碳钢的（三种或三种以
上）非平衡组织；
2)金相样品制备部分：对热处理过的样品进行磨光、抛光，得到符合标准的金相样品，
为后续观察做准备；
3)组织性能表征部分：通过适当的腐蚀处理，显示碳钢的组织形貌；分辨三种平衡组
织的形貌特征；分析某一种碳钢的不同组织结构的特征，通过硬度计表征其硬度，
并与相关文献值比较，分析其差异和原因。
五、实验安全及注意事项
1)实验的三个部分相辅相成，所有样品贯穿实验的始终，所以样品不能遗失、不能混
淆，必须妥善保管；
2)热处理过程（特别是淬火的时候）设计高温，操作的时候必须带防护手套，严格按
照步骤进行操作，以免发生危险；
3)所有设备都涉及到电源，注意用电安全，使用完毕后必须切断电源；
4)金相样品制备的时候，硬度差别很大的样品不能镶嵌在一起，也不能在同张砂纸上
打磨；
5)金相磨光机需要使用水，注意用水的安全，使用完毕后必须切断水源；
6)金相腐蚀液具有强的腐蚀作用，注意不能泼撒到身体上，特别是眼睛上，使用腐蚀
液时，必须带上防护手套；
7)在使用仪器设备时，必须认真阅读相关仪器的安全使用规程，严格按照操作规程使
用，否则造成的损坏将追究赔偿责任；
8)镶嵌金相样品的时候，镶嵌粉必须捣实，以免造成样品边缘的孔洞；
9)磨制金相样品的时候，必须磨平，不能出现两个或更多平面。
六、实验结果及数据处理
1)对所制备的金相样品进行观察和组织识别，并分析这些显微组织与热处理工艺之间
的关系，将典型的显微组织描绘出来；
2)分析各个样品的硬度值，并与热处理工艺结合，分析硬度的分布规律。
七、实验报告要求
1)详细介绍热处理工艺的设计思路和依据的原理；
2)详细介绍热处理的具体工艺和操作过程；
3)详细介绍金相试样制备的具体流程和注意事项；
4)详细分析金相组织，并描绘出典型的组织特征；
5)分析这些典型的组织与热处理工艺之间的关系；
6)详细介绍硬度的测试步骤；
7)分析样品的硬度值与热处理工艺之间的关系。
八、思考题及问题讨论
讨论完全退火、不完全退火、正火、淬火、低温回火、中温回火、高温回火等热处理工艺的主要作用和具体应用场合。
九、参考资料
1)金属学与热处理，崔忠圻主编，机械工业出版社，北京
2)钢铁热处理实用技术，许天己编著，化学化工出版社，北京
3)金属热处理工，中国就业培训技术指导中心编，中国劳动社会保障出版社，北京。