珠光体及马氏体组织形态观察
材料制备与加工实验-金属部分-实验报告(样例)
成绩：批阅人：批阅日期：材料制备与加工实验金属部分实验报告学号:姓名:班级:2021实验一 奥氏体晶粒度的测定 一、实验目的 1、熟悉奥氏体晶粒的显示和晶粒度的测定方法。
2、测定钢的实际晶粒度。
3、验证加热温度、保温时间对奥氏体晶粒长大的影响规律。
二、实验结果与分析1、测定奥氏体晶粒度的目的：（1）由于奥氏体晶粒的大小直接影响钢冷却后所得到的组织和性能。
因此通过对奥氏体 晶粒度的测定，可以对钢的有关性能做出评估。
（2）本质晶粒的测定。
其实质是测定钢加热及保温时晶粒长大的 ，为确定热处理的加热温度和保温时间提供依据。
以保证获得细小的奥氏体晶粒。
2、奥氏体晶粒大小对组织和性能有什么影响？列举显示奥氏体晶粒的方法。
3、写出奥氏体晶粒显示方法、显微组织并评级 (100×)。
（1）45钢860℃空冷，正火法 晶粒度级别 ；黑块为 ；白网为（2）40Cr 淬火+高温回火 热蚀法 晶粒度级别 ；黑网为 ；基体组织为（3）45钢850℃油淬，一端淬火法 晶粒度级别 ；黑网为 ；基体组织为4、将相关照片放在本部分，并依据国标判定晶粒度级别。
（题目4提交电子版报告）100× 100× 100×实验二碳钢及合金钢热处理组织的观察与分析一、实验目的1、观察分析片状、球状珠光体的形态，了解不同含碳量及不同温度处理时珠光体的形态特征。
2、观察并分析钢的贝氏体组织形态。
3、观察各类型马氏体的组织形态。
了解钢化学成分对马氏体形态与性能的影响。
熟悉回火对淬火钢组织及性能的影响。
二、实验结果与分析1、判断下列照片中的材料标识是否正确（括号中填是或否），如不正确，请填写正确的钢号（备注：均为退火态，4%硝酸酒精溶液浸蚀）。
08钢（）若否，为钢20钢（）若否，为钢45钢（）若否，为钢65钢（）若否，为钢2、依据下图碳钢退火态组织形貌，确定此碳钢的碳含量。
3、贝氏体是钢经奥氏体化后，过冷到中温区转变的产物，就其组织组成而言，仍然是与的混合物，但其金相形态与珠光体不同。
相变原理指导书
河北工业大学材料学院《相变原理》课程实验指导书200 6年05月实验一：奥氏体晶粒度的显示和测定一、实验目的1. 熟悉奥氏体晶粒的显示和晶粒度的测定方法2. 测定本质晶粒度和实际晶粒度3.验证加热温度、保温时间对奥氏体晶粒长达的影响二、实验说明奥氏体的晶粒度可分为：起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度三种。
起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体晶粒时的晶粒度。
实际晶粒度是指钢在具体加热条件下，实际获得的奥氏体晶粒度。
本质晶粒度则是表示在规定的加热条件下奥氏体晶粒长大倾向性的高低，而不是晶粒大小的实际度量。
钢件加热时形成的奥氏体晶粒及其大小对以后冷却时所形成的组织的机械性能和工艺性能都有很大的影响，所以生产中常需要测定奥氏体晶粒的大小。
冶金部规定，对许多结构钢出厂前需检查奥氏体的本质晶粒度，据YB27—64部颁标准规定，测定奥氏体本质晶粒度是在930℃保温3小时后进行。
奥氏体晶粒大小的测定包括两个步骤：即奥氏体晶粒的显示和奥氏体晶粒尺寸的测定和评级。
1. 显示奥氏体晶粒的方法①渗入外来元素的方法钢在奥氏体状态时，用氧、碳或其它元素渗入钢中，利用晶界比晶内有较大的化学活波性的特性，在晶界上优先形成渗碳体或氧化亚铁等组成物，利用这些组成物的网格显示出高温奥氏体晶粒轮廓，这类方法常用的有渗碳法，氧化法等。
这类方法虽广泛应用，但由于外来元素的渗入，改变了钢的成分，或由于氧化物的形成，影响了奥氏体晶粒的长大速度，因而影响了测定的准确性。
同时实验方法也较为复杂。
②控制冷却速度法A．网状铁素体法：此法适用于含碳量0.25～0.6%Cde4 亚共析钢，它利用先共析铁素体优先在晶界析出且呈网状分布，所以可借显示铁素体网格来测定奥氏体晶粒大小，但不同钢材的冷却速度要经多次实验，方可获得网格铁素体的理想冷却速度，并且一旦冷速有变化，则将改变铁素体网格的分布，这就影响了测量精确度。
B．网状渗碳体法：适用于过共析钢，利用在退火时沿晶界析出网状渗碳体来显示奥氏体晶粒。
马氏体的形态及成因
马氏体的形态及成因马氏体的形态及成因：一、三维形貌及结构：1.板条位错型。
一般呈束（排）分布，内部存在高密度位错。
2.片状孪晶型。
一般呈交叉针状分布，其中含碳量≥1.4%即惯态面为{259}r者有中脊，呈“之”字状，即有爆发性发展的特征。
3.钢中含碳量对马氏体三维形貌及亚结构的影响：马氏体含碳量≤0.6%为板条位错型，马氏体含碳量≥1.4%为片状孪晶型，两者之间为混合型。
这是理论上的马氏体形态，与实际的情况有区别。
二、二维形貌及结构：1.板条马氏体在光学显微镜下成一排，具有黑白差。
所以在光学显微镜有时呈现黑白交替排列的现象。
⑴成束分布的现象十分明显，长度几乎可惯穿母相晶粒，且排的宽度宽（包含的板条多）。
⑵板条一小束平行相连，形成以束为单位的平行相连的黑白差（3%的硝酸酒精溶液正确浸蚀下）。
⑶黑白差相对较大。
深色的马氏体是先形成的马氏体，是受到严重的自回火的马氏体，所以呈深色。
在金相上评定淬火马氏体的级别以最深的马氏体为准。
由于含碳量低，切变造成惯态面破坏情况轻微，所以马氏体连在一起成为平行相连。
2.中碳马氏体的特征：⑴成束分布的现象在正常淬火后不十分明显，高温淬火后才几乎可贯穿母相晶粒，且排的宽度窄（即包含的板条少）。
⑵板条一小束平行相间，形成以束为单位的平行相间的黑白差。
⑶黑白差相对较小。
3.高碳马氏体的特征（高碳钢中的马氏体不等于高碳马氏体）：⑴马氏体呈明显的针叶状。
⑵次生马氏体从先生成马氏体针叶间开始生长，并与之呈60°的夹角。
⑶后生成的马氏体小于先生成的马氏体，且不能穿越奥氏体晶界。
⑷马氏体针叶上有微观裂纹，若金相磨面正好剖过马氏体针叶，精细观察可见裂纹。
四、马氏体黑白差的原因：1.由于成份来不及扩散均匀所形成的区域性黑白差。
原铁素体区域碳浓度低，得到较多的板条马氏体（黑色）；原珠光体区域碳浓度高，得到片状马氏体（白色）。
2.由于在Ms以下等温分级淬火所致。
3.由于高碳合金钢中球、粒状碳化物分布不均匀所致。
马氏体奥氏体珠光体铁素体
马氏体奥氏体珠光体铁素体马氏体马氏体(M)是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。
其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。
马氏体最初是在钢(中、高碳钢)中发现的:将钢加热到一定温度(形成奥氏体)后经迅速冷却(淬火)，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
奥氏体英文名称:austenite晶体结构:面心立方(fcc)字母代号:A、γ定义:碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体性能特点:奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。
不具有铁磁性。
因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18-8型不锈钢)的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。
古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。
另外，奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。
珠光体pearlite珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。
得名自其珍珠般(pearl-like)的光泽。
其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。
用符号P表示，含碳量为ωc=0.77%。
在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好.其抗拉强度为750~900MPa,180~280HBS,伸长率为20~25%,冲击功为24~32J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好σb=770MPa,180HBS,δ=20%~35%,AKU=24~32J)。
经2-4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光体组织.当放大倍数较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体;当放大倍数较低时,珠光体中的渗碳体只能看到一条黑线;而当放大倍数继续降低或珠光体变细时,珠光体的层片状结构就不能分辨了,此时珠光体呈黑色的一团。
珠光体、贝氏体、马氏体转变对比
一、组织形态1、珠光体的组织形态共析碳钢加热到均匀的的奥氏体化状态后缓慢冷却，稍低于温度将形成珠光体组织，为铁素体和渗碳体的机械混合物，其典型形态呈片状或层状。
片状珠光体是由一层铁素体与一层渗碳体交替堆叠而成。
片状珠光体组织中，一对铁素体和渗碳体片的总厚度，称为“珠光体片层间距”。
工业上所谓的片状珠光体，是指在光学显微镜下能够明显看出铁素体与渗碳体呈层状分布的组织形态，其片层间距约在0.150.45之间。
透射电镜观察表明，在退火状态下，珠光体中的铁素体位错密度小，渗碳体中的位错密度更小，片状珠光体中铁素体与渗碳体两相交界处的为错密度高，在每一片铁素体中还有亚晶界，构成许多亚晶粒。
工业用钢中，也可以见到铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，称为“粒状珠光体”或“球状珠光体”，一般是经球化退火处理后获得的。
2、马氏体的组织形态a、板条状马氏体板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。
因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条状马氏体。
又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称它为位错型马氏体。
板条状马氏体的显微组织（如图所示），其中A为板条束，成不规则形状，尺寸约为20—35μm，是由若干单个马氏体板条所组成。
一个板条束又可分成几个平行的像图中B那样的区域，呈块状。
块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行，块间成大角晶界。
每个块由若干板条组成，每一个板条为一个单晶体。
板条具有平直的界面，并接近于奥氏体的，为其惯习面，相同惯习面的变体平行排列构成板条束。
现已确定这些稠密的板条被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（）所隔开。
相邻板条一般以小角晶界相间，也可成孪晶关系，成孪晶关系时条间无残余奥氏体。
透射电镜观察证明，板条马氏体有高密度位错。
有时也会有部分相变孪晶存在，但为局部的，数量不多。
板条状马氏体的显微组织构成随钢和合金的成分变化而改变。
在碳钢中，当碳含量小于0.3%时，原始奥氏体晶粒板条束及束中块均很清楚；碳含量在0.30.5%，板条束清楚，块不清楚；碳含量升高到0.60.8时，板条混杂生成的倾向性很强，无法辨识束和块。
铁素体奥氏体渗碳体珠光体马氏体
深入探讨金属学中的重要概念一、介绍在金属学中，铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体是极为重要的概念，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
本文将深入探讨这些概念，并对其进行全面评估，以便读者能够更好地理解它们。
二、铁素体铁素体是指铁和碳组成的固溶体，是一种具有面心立方结构的金属组织。
在铁碳合金中，当温度高于A3点时，铁的组织结构为铁素体。
铁素体的性质稳定，具有较好的塑性和韧性，是一些重要金属材料的基本组织形式。
三、奥氏体奥氏体是另一种铁碳合金的组织形式，其结构为面心立方。
当温度低于A1点时，铁的组织结构为奥氏体。
奥氏体具有较高的硬度和强度，但塑性和韧性较差。
在一些要求高强度的金属材料中，奥氏体是重要的组织形式。
四、渗碳体渗碳体是指在铁素体或奥氏体内部溶解了一定量的碳，形成固溶体的金相。
渗碳体的形成可以显著提高金属材料的硬度和强度，但会降低其塑性和韧性。
在热处理过程中，渗碳体的形成可以有效改善金属材料的性能。
五、珠光体珠光体是一种由铁素体和渗碳体相互交替排列形成的组织形式，具有条纹状的外观。
珠光体在金属材料中起着重要的强化作用，可以显著提高材料的硬度和强度。
在一些对耐磨性要求较高的金属制品中，珠光体是重要的组织形式。
六、马氏体马氏体是一种在金属材料中由奥氏体或铁素体经过相变而形成的组织形式，具有高硬度和弹性，是一些高强度金属材料的重要组织形式。
马氏体的形成可以显著提高金属材料的强度和耐磨性。
七、总结与回顾通过对铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和马氏体的全面评估，我们可以更好地理解这些重要的金属学概念。
铁素体和奥氏体是金属材料的两种基本组织形式，渗碳体、珠光体和马氏体则是在热处理过程中形成的重要组织形式，它们对于金属材料的性能和应用有着重要的影响。
八、个人观点与理解在我看来，对于金属学中的这些重要概念，我们需要深入学习和理解其形成的原理、性质和应用，这对于提高金属材料的设计、加工和应用水平具有重要意义。
7-第七讲-过冷奥氏体等温转变过程及转变产物
薛小怀 副教授
2
珠光体转变
（1）珠光体转变过程 过冷奥氏体在A1~“鼻尖”
（约550C）温度范围内等温将 转变为珠光体组织。因转变温度 较高、铁、碳原子的扩散都能够 比较充分地进行，使奥氏体能分 解为成分、结构都与之相差很大 的渗碳体和铁素体。可见奥氏体 向珠光体的转变属于扩散型相变。
薛小怀 副教授
薛小怀 副教授
33
34
152马氏体组织形态特点板条和针状板条马氏体的立体形态呈细长的扁棒状显微组织表现为一束束的细条状组织每束内的条与条之间尺寸大致相同并平行排列一个奥氏体晶粒内可以形成几个取向不同的马氏体束
工程材料与焊接基础
第七讲
过冷奥氏体等温转变过程及转变产物
过冷奥氏体等温转变过程及转变产物
随过冷度的不同，过冷奥氏体将发生三种 基本类型的转变，即珠光体转变、贝氏体转 变和马氏体转变。以共析钢为例进行说明。
薛小怀 副教授
31
CCT曲线的应用
如果要了解奥氏体在各种连续冷却速度下 获得的组织与性能，就应该使用CCT曲线。
利用CCT曲线，可以获得真实的临界淬火 冷却速度，制定正确的冷却规范和估计冷却后 的组织性能。
薛小怀 副教授
32
举例：45钢CCT曲线的应用
图中冷却速度曲线与CCT曲 线各转变终了线相交的数字表 示已转变组织组成物所占体积 百分数，冷却速度曲线下端的 数字为室温组织的平均硬度值。 如右上角的冷却速度表示有45 ％的奥氏体转变成了铁素体， 有55％转变成了珠光体，室温 组织平均硬度为HV179。
薛小怀 副教授
26
残余奥氏体量主要与MS(或MF)点有关，MS 点越低，残余奥氏体量越多。而MS、MF点的温 度主要取决于奥氏体的碳碳含量及合金元素含 量。因此，淬火后残余奥氏体量随碳含量的增 加而增加。
奥氏体马氏体贝氏体珠光体相互转变
奥氏体马氏体贝氏体珠光体相互转变哎呀，这可是个有意思的话题啊！咱们今天就来聊聊奥氏体马氏体贝氏体珠光体相互转变，看看这些家伙是怎么在钢铁世界里搞怪的吧！咱们得了解一下这些家伙都是啥玩意儿。
奥氏体、马氏体、贝氏体和珠光体都是钢铁材料中的相变现象。
简单来说，它们就像是钢铁的“心情”，时而高兴，时而郁闷，时而阳光灿烂，时而阴霾密布。
它们之间又是怎么相互转变的呢？说到这儿，我得先给大家普及一下基础知识。
钢铁是一种合金，主要成分是铁和碳。
在炼钢的过程中，铁和碳以及其他元素(如铬、锰、硅等)按照一定的比例混合在一起，经过高温熔炼、冷却凝固等一系列复杂的过程，形成了各种不同的相变现象。
现在让我们开始探索奥氏体马氏体贝氏体珠光体的奇妙世界吧！咱们来到了奥氏体的世界。
奥氏体是钢铁中最常见的一种相变现象，它是由铁和碳组成的。
在奥氏体中，铁原子和碳原子的比例适中，使得奥氏体的硬度、韧性和延展性都非常理想。
不过，奥氏体的稳定性较差，容易发生氧化反应，导致钢铁生锈。
为了提高钢铁的耐腐蚀性，人们通常会对奥氏体进行热处理，比如淬火、回火等，以改变其内部结构和性能。
我们来到了马氏体的世界。
马氏体是奥氏体经过回火处理后形成的相变现象。
在回火过程中，奥氏体会逐渐降低温度并保持一定的应力状态，使得其中的碳原子有足够的时间扩散到铁原子之间的间隙中，从而形成马氏体。
马氏体的硬度比奥氏体要高很多，但是韧性却相对较差。
因此，在实际应用中，人们通常会将马氏体与其他相变现象结合使用，以达到理想的性能。
再来说说贝氏体吧。
贝氏体是由马氏体经过回火处理后形成的另一种相变现象。
在贝氏体中，马氏体的碳原子已经扩散到了铁原子之间的间隙中，形成了一种类似于蜂窝状的结构。
贝氏体的硬度和韧性都介于奥氏体和马氏体之间，但是具有较好的耐磨性和抗疲劳性。
因此，贝氏体广泛应用于制造一些需要高强度和高耐磨性的零部件，比如齿轮、轴承等。
我们来到了珠光体的世界。
珠光体是由贝氏体经过回火处理后形成的相变现象。
钢材微观组织图
马氏体
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度 （形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种 淬火组织。 最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一 种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状 (lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped）， 这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体 心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的 强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体 相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有 马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、 Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广 泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。
莱氏体
莱氏体（ledeburite） 莱氏体是液态铁碳合金发生共 晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量 为ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗 碳体组成，用符号Ld表示。在低于727℃时，莱氏体是由珠 光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。因 莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差 分为高温莱氏体和低温莱氏体两种。奥氏体和渗碳体组成 的机械混合物称高温莱氏体，用符号Ld或（A+Fe3C）表示。 由于其中的奥氏体属高温组织，因此高温莱氏体仅存于 727℃以上。高温莱氏体冷却到727℃以下时，将转变为珠 光体和渗碳体机械混合物（P+Fe3C）,称低温莱氏体，用 Ld'表示。莱氏体含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳 体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。
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
珠光体、马氏体和贝氏体的比较
之南宫帮珍创作珠光体组织形态：主要为片状珠光体，即是由一片铁素体和一片渗碳体交替堆叠而成。
片层方向大致相同的区域构成“珠光体团”。
一个原奥氏体晶粒内部往往有多个“珠光体团”，同一“珠光体团”内片层取向基底细同。
在珠光体形成的温度区间内，过冷度越大，则珠光体片层间距越小。
位相关系：。
马氏体组织形态：主要分为板条状马氏体和片状马氏体。
（1）板条状马氏体显微组织可用图4-13描述从大到小分为原奥氏体晶粒、马氏体板条束、马氏体板条块、马氏体板条、亚结构（高密度位错）。
（2）片状马氏体显微组织如图4-17其空间形态呈双凸透镜片状，显微组织特征为片间不相互平行，其亚结构主要为孪晶。
片状马氏体片的大小完全取决于奥氏体晶粒大小，片间不相互平行，且片中有明显的中脊。
贝氏体组织形态：主要分为上贝氏体和下贝氏体。
（1）上贝氏体为成簇分布的条状铁素体和夹于条间的断续条状或杆状渗碳体的混合物。
（2）下贝氏体呈暗黑色针状或片状，而且各个针状物之间都有一定的交角，在铁素体片内部有规律的分布着不连续的细片状或粒状碳化物，而在铁素体片鸿沟上也可能有少量的渗碳体形成。
珠光体晶体结构：其是由体心立方结构的铁素体和复杂单斜结构的渗碳体组成。
马氏体晶体结构：马氏体中铁原子原本以体心立方结构排列，加入碳原子后其转变成体心四方结构，且晶体常数随碳原子含量的改变而改变。
贝氏体晶体结构：由体心立方的铁素体和复杂晶体结构的渗碳体组成。
珠光体的相组成：由铁素体和渗碳体两相组成。
铁素体和渗碳体都是片状的，一般铁素体层较渗碳体层厚。
铁素体和渗碳体层交替分布，均匀分布在珠光体中。
同一“珠光体团”内片层取向基本平行了。
铁素体位错密度较小，渗碳体中密度更小，但两相交界处的位错密度较高。
马氏体的相组成：由铁素体组成，但铁素体中的碳含量较高（高于0.0218%）铁素体呈板条状或片状。
板条状马氏体多个板条（小角度晶界）形成板条块，板条块之间形成大角度晶界。
C原子在体心立方的八面体间隙处分布，且优先占据第三类亚点阵。
组织观察方法
一、观察方法：1. 观察组织组成物和种类钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。
如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。
金相观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。
在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。
不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。
通过这些就可以判别被观察物的组成种类。
大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。
2.观察形态组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。
一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。
白色的块状物不是铁素体就是奥氏体或碳化物，黑色针状物不是马氏体就是下贝氏体，沿晶分布的白色块状或针状肯定是铁素体或碳化物（渗碳体）两者之一等等。
要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。
有时，还要精细观察是单一相还是复合相。
在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。
由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。
在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。
对于白色的可能是奥氏体或铁素体，更有可能是碳化物；对于黑色物，可能由于其极其细密，在常规倍数下观察根本无法分开。
比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同
试比较贝氏体转变与珠光体转变和马氏体转变的异同一．组织形态：1.珠光体：珠光体的组织形态特征：珠光体的典型组织特征是由一层铁素体和一层渗碳体交替平行堆叠而形成的双相组织。
根据片层间距的不同，可将珠光体分为三种：珠光体：S0=450-150nm，形成温度为A1－650℃，普通光学显微镜可以分辨。
索氏体：S0=150-80nm，形成温度为650－600℃，高倍光学显微镜可以分辨。
屈氏体：S0=80-30nm，形成温度为600－550℃，电子显微镜可以分辨。
铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织为粒状珠光体。
这种组织一般是通过球化退火或淬火后高温回火得到的。
在珠光体转变过程中，所形成的珠光体中的铁素体与母相奥氏体具有一定的晶体学位向关系。
珠光体中，铁素体与渗碳体之间存在一定的晶体学位向关系。
2.马氏体：马氏体的组织形态：○1.板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束内有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块内是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。
马氏体板条内存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。
板条状马氏体也称为位错型马氏体。
○2.片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，其形貌特征可描述如下：在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。
马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。
在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。
片状马氏体的形成温度较低，在马氏体片的周围往往存在着残余奥氏体。
片状马氏体的内部亚结构主要是孪晶。
当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。
马氏体片形成时的相互撞击，马氏体片中存在大量的纤维裂纹。
组织观察方法
一、观察方法：1. 观察组织组成物和种类钢热处理后，根据热处理种类和材料的不一样，组织组成物可能是一种或多种。
如马氏体，马氏体+残余奥氏体，单一珠光体，单一奥氏体，铁素体+珠光体，铁素体+马氏体+碳化物等等。
金相观察时，首先要判断被观察组织中有几种组织组成物，是单一组成物，还是两种或多种组成物。
在组织组成物中，某一组成物可以是单一相，如铁素体或奥氏体等单相；也可以是两相或多相混合组成或化合物，如珠光体是铁素体与渗碳体的机械混合物，各种碳化物等。
不同的组成物有不同的形态特征，利用这些特征可以快速的识别：不同的组成物受溶液浸蚀的程度不同，使得其在金相显微镜下具有不同的明暗程度或不同的色彩差；不同组成物形成的先后顺序不一样，其形态也不一样，最先形成的总是从奥氏体晶界开始形核；各组成物形成的原理不一样，形态也有差异。
通过这些就可以判别被观察物的组成种类。
大多数情况下，能够观察到几种不同明暗程度或几种形态不同的部份，就可以判定有几种组成物。
2.观察形态组织组成物的形态是我们判别组成物的极其重要的依据之一。
一些特定组织具有极显著的特征，如典型的珠光体具有层片状（或称指纹状）特征，一看就知道是珠光体；羽毛状物是上贝氏体。
白色的块状物不是铁素体就是奥氏体或碳化物，黑色针状物不是马氏体就是下贝氏体，沿晶分布的白色块状或针状肯定是铁素体或碳化物（渗碳体）两者之一等等。
要观察组织物是片状、针状、块状、颗粒状、条状、网状或者是其它什么形状。
有时，还要精细观察是单一相还是复合相。
在观察中要注意试样的浸蚀程度，只有合理的浸蚀，各种组织才会正确的显现出来，同时，制样也很关键，错误的制样可能导致对组成物的错误判断。
由于制样和浸蚀问题，导致的判断错误在新手中屡见不鲜。
在观察中还要注意，对于观察到的白色或黑色物，不要轻易就认为是一种组成物。
对于白色的可能是奥氏体或铁素体，更有可能是碳化物；对于黑色物，可能由于其极其细密，在常规倍数下观察根本无法分开。
奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体等定义特征与区别
奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体等定义奥氏体定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
铁素体定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
渗碳体定义：碳与铁形成的一种化合物特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。
在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状珠光体定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
材料科学基础-材料的亚稳态(3)
马氏体转变
马氏体转变是一类无扩散型的固态相变，马氏体为亚稳相。 将钢加热至奥氏体后快速淬火，所形成的高硬度的针片状组织。
转变特点: (1)无扩散性 (2)切变共格与表面浮凸 (3)惯习面及位向关系 (4)转变是在一个温度范围内进行的 (5)转变不完全
马氏体转变
性能:高强度、高硬度 相变强化 固溶强化 细晶强化
钢的化学成分对马氏体点的影响 变温马氏体相变，与温度有关，瞬间（几分 之一秒内）剧烈地 形成大量马氏体，有的高达70%M。
高镍钢中马氏体等温转变曲线（Ni: 23wt％） 等温马氏体转变：FeNiMn, FeNiCr, CuAu, CoPt
马氏体转变动点测量
❖ 膨胀法：利用母相与马氏体之间比容的不同 ❖ 电阻法：利用两相间电容的不同 ❖ 磁性法：奥氏体不具有铁磁性，马氏体具有铁磁性。只可用于钢
高碳马氏体
球墨铸铁淬火 G球+M+Aˊ
低碳马氏体
15钢淬火组织 M低
应力（磁、电）驱动的马氏体相变
形状记忆效应和形状记忆合金
在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状， 这种现象叫做形状记忆效应（SME）。 具有形状记忆效应的金属，称为形状记忆合金（SMA）。
形状记忆合金可以分为三种 （1）单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这 种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
马氏体片形成时产生的浮凸示意图
不变平面应变
❖ 倾动面一直保持为平面
铁素体奥氏体贝氏体马氏体珠光体异同
铁素体奥氏体贝氏体马氏体珠光体是金属材料中常见的组织结构形态，在金属材料的热处理过程中会产生不同的组织结构形态，而这些组织结构对金属材料的性能有着重要的影响。
以下将对这些金属材料的组织结构形态进行介绍并对其特点进行比较。
1. 铁素体铁素体是一种由铁和少量的碳组成的金属结构，在室温下呈现面心立方的晶体结构。
铁素体在金属材料中是一种比较稳定的结构形态，具有良好的延展性和韧性，但其硬度和强度相对较低。
2. 奥氏体奥氏体是一种由铁和碳组成的金属结构，在高温下呈现面心立方的晶体结构。
奥氏体在金属材料中具有较高的硬度和强度，但其延展性和韧性相对较低。
3. 贝氏体贝氏体是一种由铁和碳组成的金属结构，在热处理过程中由奥氏体经过一定温度和时间的转变形成的一种组织结构。
贝氏体具有较高的硬度和强度，但其延展性和韧性相对较低。
4. 马氏体马氏体是一种由铁和少量的碳组成的金属结构，在金属材料中具有很高的硬度和强度，但其延展性和韧性相对较低。
马氏体在金属材料中是一种比较不稳定的结构形态，在变形和断裂中容易形成。
5. 珠光体珠光体是一种由铁和碳组成的金属结构，在金属材料中具有良好的韧性和延展性，但其硬度和强度相对较低。
珠光体在金属材料中是一种比较稳定的结构形态，常用于要求良好冲击韧性的零件中。
以上是对铁素体、奥氏体、贝氏体、马氏体和珠光体的简要介绍，下面分别对它们进行比较：1. 硬度和强度奥氏体、贝氏体和马氏体在金属材料中具有较高的硬度和强度，适用于一些对硬度和强度要求较高的零件中。
而铁素体和珠光体在金属材料中的硬度和强度相对较低，适用于一些对韧性和延展性要求较高的零件中。
2. 韧性和延展性铁素体和珠光体在金属材料中具有良好的韧性和延展性，适用于一些对韧性和延展性要求较高的零件中。
而奥氏体、贝氏体和马氏体在金属材料中的韧性和延展性相对较低，容易在变形和断裂过程中产生裂纹。
3. 稳定性铁素体和珠光体在金属材料中是比较稳定的结构形态，容易保持在一定的温度和压力条件下不发生明显的相变。
珠光体的形貌及定义
珠光体的新定义：
钢中的珠光体是共析铁素体和共析碳化物构成的 整合组织。 不是“机械混合物”。
强调铁素体和碳化物的来源是共析分解而来的。 是整合,是整体上的有机结合。
珠光体转变的定义为：
2）过冷度愈大，形核率愈高。 临界核胚浓度C*为：
这两个因素与温度的关系都是非线性的。 因此,珠光体的片间距与温度的关系也应当是非线性的。 自然界大量存在的相互作用是非线性的，线性作用只不 过是非线性作用在一定条件下的近似。
珠光体片间距与形成温度之间的关系
Marder等人把碳素钢中珠光体的片间距与过冷 度的关系处理为线性关系：
过冷奥氏体在Ar1温度同时析出铁素体和渗碳 体或合金碳化物两相构成珠光体组织的扩散型 一级相变，称为珠光体转变。
4珠光体表面浮凸
以往认为珠光体转变不存在表 面浮凸现象。2008年刘宗昌等 应用扫描电镜和扫描隧道显微 镜研究共析钢过冷奥氏体在试 样表面转变的情况时，发现表 面珠光体、铁素体等产物存在 表面浮凸现象[7,8]。珠光体 表面浮凸的发现具有重要理论 价值。
21世纪以来内科大刘宗昌等人修正了珠光体的 定义和转变机理。
3.1 珠光体的物理本质 和组织形貌
3.1.1 珠光体的组织形貌
在钢中,组成珠光体的相有两个,即铁素体、 渗碳体或特殊碳化物。
两相的形态不同,因而珠光体形貌各异。有 片状、细片状、极细片状的；点状、粒状、 球状的；以及碳化物形状不规则的类珠光 体；
片状珠光体、类珠光体和粒状珠光体的组织形貌。
a.片状 珠光体
b.类珠光体
c.粒状珠光体
珠光体组织的典型形貌
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
珠光体及马氏体组织形态观察
一、实验目的与要求
1．熟悉常见的各种珠光体组织，加深对珠光体转变的认识，观察马氏体基本组织形态。
2．讨论转变温度对珠光体形态及性能的影响
3. 研究钢的碳含量及奥氏体化温度对钢中马氏体形态的影响
二、实验设备
1. 金相显微镜
2. 观察用的样品一套
三、实验原理
一）珠光体组织
珠光体组织通常有两种：片状组织与球状组织
1．片状珠光体是由一层铁素体和一层渗碳体交替紧密堆积而成，因热处理工艺的不同其粗细(片间距)不同，转变温度越低，片间距越小，片间距在1500～4500Å的粗片状珠光体，简称珠光体；片间距在800～1500Å的细状珠光体，又叫索氏体（S）；片间距在300～800Å的极细珠光体，又叫曲氏体（T）。
2. 球状珠光体的金相形貌是在等轴状的铁素体基体上分布着颗粒状的渗碳体，通过专门的球化工艺得到，韧性比片状珠光体好。
3. 在珠光体转变前，可能会发生先共析铁素体或先共析渗碳体的析出，若出现呈针片状的先共析相，则形成魏氏体组织。
二）马氏体组织
钢淬火得到马氏体组织，马氏体组织有两种：板条状和片状
1. 板条状马氏体的立体形态为细长的板条，在显微镜下的组织是：一个原始奥氏体晶粒可以包含几个位向不同的板条束(群)（一般为3～5个），每个板条束由位向几乎相同的许多板条组成。
马氏体板条束内的条与条之间以高密度位错组成小角度晶界，而束与束之间为大角度晶界。
板条束的大小随奥氏体晶粒增大而增大，但板条单元的宽度几乎不变，并且一个奥氏体晶粒内的马氏体束的束数大体不变。
板条马氏体是低碳钢中马氏体的典型形态，亚结构为位错。
2. 片状马氏体是高碳钢(高碳合金钢)中马氏体的典型形态。
其立体形态上凸透镜状，
因与试样磨面相截在显微镜下呈现为针状或竹叶状，故又叫针状或竹叶状马氏体。
片间互不平行而呈一定交角。
在一个成分均匀的奥氏体晶粒内，先形成的第一片马氏体将贯穿整个奥氏体晶粒，从而将奥氏体晶粒分割为两半，后形成的片状马氏体大小受到限制，因此大小不一，片间组织为残余奥氏体。
由此可见马氏体针的大小取决于奥氏体晶粒的大小，与奥氏体化温度有关。
片状马氏体常有显微裂纹伴生，提高奥氏体化温度使产生显微裂纹的倾向增大。
片状马氏体的亚结构为孪晶，所以又叫孪晶马氏体。
四、实验内容及步骤
1．实验内容：珠光体及马氏体组织形态观察
2．实验步骤：
1）全班分成两组
2）按表1-1进行金相观察，并画出组织图。