实验六：典型合金钢显微组织观察1

（3）合金模具钢
是指用于制造冲压、热锻、压铸等成形模具的合金钢 根据工作条件不同分为冷作模具钢和热作模具钢 冷作模具钢 用于制造使金属在冷态下 变形的模具，如冷冲模、冷 挤压模等。应具有高的硬度、 耐磨性和一定的韧性以及热 处理变形小等特点。常用的 有Cr12、Cr12W、Cr12MoV、 9SiCr、9Mn2V和CrWMn等 热作模具钢 用于制造使金属在高温 下成形的模具，如热锻模、 压铸模等，其含碳量在 0.3%～0.6%。应在高温下能 保持足够的强度、韧性和耐 磨性以及较高的抗热疲劳性 和导热性。常用的有 5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8
二、实验内容
•
•
1、观察表１中所列试样的显微组织，搞 清各组织组成物的形态特征及形成。 2、画出部分组织示意图。
• 表１ 编号 样品名称
处理状态
淬火 淬火+高温回火 渗碳淬火
腐蚀剂
4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精
金相组织
M+A，
回火索氏体 S
1 2 3
合金结构钢 40Cr 合金调质钢 40Cr 合金渗碳钢 20CrMnTi
材料名称：W18Cr4V 处理过程:铸态 金相组织 ：一次碳化物+鱼骨状莱氏体共晶+δ 共析体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称： W18Cr4V 处理过程:铸态 金相组织 ：一次碳化物+鱼骨状莱氏体共晶＋δ 共析体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称：W18Cr4V 处理过程:退火 金相组织 ：碳化物＋索氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
表层M+A，
4
5Βιβλιοθήκη Baidu
合金弹簧钢60Si2Mn
滚动轴承钢 GCr15 滚动轴承钢 GCr15 滚动轴承钢 GCr15 低合金工具钢 9SiCr
淬火+低温回火
球化退火 淬火 淬火+低温回火 淬火+低温回火
4%硝酸酒精
4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精
回火马氏 体 M
粒状珠光体 P
6
7
M+A，
材料名称：20Cr 钢 处理过程: 淬火 金相组织 :板条马氏体+残余奥氏体 M+A, 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
放大倍数：500×
材料名称：40Cr 钢 处理过程: 淬火 金相组织 ：片状马氏体+残余奥氏体 M+A 大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
放
材料名称：40Cr 钢 处理过程: 调质处理 金相组织 ：索氏体 放大倍数：800× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
4%硝酸酒精
4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 王水
金相组织
粒状珠光体 P
10
11 12 13 14
白色组织+罴色组 织+莱氏体
碳化物+索氏体 马氏体+初生碳化 物+残余奥氏体 回火马氏体+碳化 物 奥氏体（内有孪 晶）
• （三）合金钢 • 在合金钢中，由于合金元素对相图及相变过程的影响其 显微组织比碳钢复杂得多，组成相除了合金铁素体、合金奥 氏体、合金渗碳体外，还可能出现金属间化合物，其组织形 态随钢种的不同而呈现出不同的特征。 • 低合金钢： • 1、合金结构钢：40Cr 退火态 • 组织为：F+P（与40钢比较P数量比40钢多，因共析点 左移） • 2、合金工具钢：GCr15淬火态 • 组织为：M+碳化物（与T10钢比较） • 40Cr比40钢性能好、GCr15比T10钢性能好，因为：合 金元素的加入1）强化了基体。2）使共析点（S点）左移， 相当于提高了含C量。3）细化了组织。4）使C曲线右移， 提高了淬透性，提高了M数量，从而提高了强度
处理过程:等温淬火 放大倍数：500×
材料名称：1Cr18Ni9Ti钢 处理过程: 固溶处理 金相组织 ：奥氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：王水腐蚀
• 高合金钢： • 1.高速钢（W18Cr4V）：含C约在0。8左右，但铸态出现Ld 共晶，当成分偏析时可能出现过共晶组织（有一次碳物）。 • 1).铸态：白色块状为一次碳化物，从液态中析出，鱼骨状为 共晶碳化物，鱼骨状旁边白色为（M+A），两者总体称共晶 莱氏体，黑色为δ共析组织（屈氏体）。 • 2).锻打后退火：共晶碳化物大块（由铸态时的鱼骨状打碎） 分布在细小的粒状珠光体基体上。 • 3).淬火（油淬）：未溶碳化物+M（白色隐晶）+Aˊ • 4).回火：经560℃三次回火，更好的消除Aˊ，使Aˊ分解， 使M变为M回组织为：回火马氏体（罴色）+白色碳化物 • 2.不锈钢（1Cr18Ni9Ti）：淬火后室温下得A新相，A相延伸 到室温（临界温度向下移动） • 组织为：单相A组织（有大量孪晶线） •
• 合金钢按照用途分为:： • 1。合金结构钢--------制造重要机器零件和 工程结构件的钢。（低合金高强度钢、渗 碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢） • 2。合金工具钢--------制造各种刃具、模具、 量具的钢。（高速钢、冷、热模具钢、合 金量具钢） • 3。特殊钢 --------特殊用途和特殊性能 的钢。（如不锈 钢、耐热钢、耐磨钢等）
2.合金工具钢
如9SiCr钢，表示碳的含量为0.90%、硅的含量和铬的 含量均小于1.5%的合金工具钢 用于合金工具钢不能满足性能要求的各种工具 （1）合金量具钢 指用于制造测量工具（即量具）的合金钢，这类钢具有高 硬度、高耐磨性、高尺寸稳定性 用于制造高精度的量规和量块。有Cr12、9Mn2V、CrWMn等 （2）合金刃具钢 指主要用于制造金属切削刀具的合金钢，其含碳量一般在 0.8%～1.4%。常用的合金刃具钢有9SiCr、9Mn2V、Cr2、CrMn、 CrWMn和CrW5等 主要用于制造铰刀、丝锥、板牙等
材料名称：20Cr 钢 处理过程: 退火 金相组织 ：F+P 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称：40Cr 钢 处理过程: 退火 金相组织 ：F+P 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称：40Cr 钢 处理过程: 正火 金相组织 ：F+P 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
回火马氏体+粒 状碳化物
8
回火M
• 表1（续）
编号
9
样品名称 低合金工具钢 9SiCr
高速钢W18Cr4V
高速钢W18Cr4V 高速钢W18Cr4V 高速钢W18Cr4V 不锈钢1Cr18Ni9Ti
处理状态 球化退火
铸态
退火 1280℃油淬 1280℃油淬 +560℃回火 1100℃固溶处理
腐蚀剂 4%硝酸酒精
（4）高速钢 是一种含钨、铬、钒等多种 元素的高合金刃具钢，加入的主 要合金元素为钨、钼、钒等，其 合金总含量达到10%～15% 用高速钢制成的刃具，在切 削时显得比一般低合金刃具钢刃 具更加锋利，因此俗称为“锋钢” 用于制造要求耐磨性和韧性配 合很好的高速切削刀具，如丝锥、 钻头等，特别适宜于采用轧制、 扭制热变形加工成型工艺制造的 钻头等
• 材料名称：GCr 15钢 处理过程: 淬火+ 回火 金相组织 ：M+A+Cm 放大倍数 500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
• 材料名称：20CrMnTi钢 处理过程: 渗碳淬火 金相组织 ：M+A 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
• 材料名称：60Si2Mn钢 处理过程: 淬火 金相组织 ：M+A 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
3.滚动轴承钢
如GCr15钢，则表示 平均铬的质量分数为 1.5%的滚动轴承钢
4.特殊性能钢
指在空气、水不锈 钢属于具有特殊物理、 化学性能的特殊性能钢， 它是指在空气、水、弱 酸、碱和盐溶液或其他 腐蚀介质中具有高度化 学稳定性的合金钢的总 称
一、实验目的
• 1.观察和分析常用合金钢的显微组织。 • 2.熟悉常用的合金结构钢。及滚动轴承钢、 弹簧钢、渗碳钢的显微组织。 • 3.熟悉常用的合金工具钢。及刃具钢、量具 钢、和模具钢的显微组织。 • 4.进一步加深理解不同材料的成分（合金元 素），组织和性能与工艺（不同状态）之 间的关系。
• 合金结构钢的编号采用“二位数字+化学符号+数字”的方 法标注。 • 如：40 Cr--------------40表示钢中碳的平均质量分数为 0.40%。Cr其后无 数字，表 示铬的平均 质量分数〈1.5%. • 60Si2MnA-----------60表示钢中碳的平均质量分数为 0.60%.Si2表示硅的质量分数为２％．Ｍn其后无数字，表 示锰的平均 质量分数〈1.5%.Ａ表示高级优质钢。 • 合金工具钢的编号原则为当含碳量大于或等于１.0%时钢 号中不标出含碳量;平均小于１.０时,钢号前以千分之几表 示,合金元素表注方法与合金结构钢相同. • Cr12MOV----------铬前面无数字，表示碳的平均质量分数 ≥1.0%铬的平均质量分数为12%.钼钒的平均质量分数＜ 1.5%. • 9Mn2V---------碳的平均质量分数为0.9%,锰的平均质量分 数为2%.钒的平均质量分数＜1.5%。
常用金属材料间的关系
2.合金钢的分类
特意加入一种或数种合金元素的钢称为合金 钢。它比碳钢具有较高的强度、韧性或具有特殊 性能
（1）根据合金元素总质量分数分类
低合金钢:合金元素总质量分数小于5%； 中合金钢:合金元素总质量分数为5%～10%； 高合金钢:合金元素的总质量分数大于10%。 (2) 根据用途分类 合金结构钢 用于制造机械零件和工程结构的钢。 合金工具钢:用于制造各种工具的钢。 特殊性能钢:指具有某种特殊的物理和化学性能的钢种
• 材料名称：40Cr 钢 处理过程: 调质处理 金相组织 ：索氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
– 材料名称：GCr15钢 处理过程: 球化退火 金相组织 ：粒状珠光体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
• 材料名称：GCr15钢 处理过程: 淬火过热 金相组织 ：粗大马氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称：W18Cr4V 处理过程:淬火 金相组织 ：隐晶马氏体＋未溶碳化物＋残余奥氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称： W18Cr4V 处理过程:560℃三次回火 金相组织 ：回火马氏体＋碳化物 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
四、实验步骤
1、对已准备好的试样进行观察，并分析其组织和性 能的关系。 2、观察常用合金结构钢的几种组织的形态。 3、观察常用合金工具钢的几种组织的形态。 4、观察常用高速钢的几种组织的形态。 5、描绘出几种典型组织的组织示意图。 6、简述合金元素加入对于钢的组织和性能的影响。 7、简述合金钢按照用途分为几种。
60Si2Mn钢：淬火+中温回火（350~500℃）回火屈氏体。 回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。中 温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
• 材料名称：60Si2Mn钢 处理过程:等温淬火 金相组织 ：羽毛状上贝氏体 放大倍数：500× 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
材料名称：60Si2Mn钢 金相组织 ：针状下贝氏体 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精
1.3.3 常用合金钢的牌号、性能及用途 1.合金结构钢
如60Si2Mn钢，表示碳的含量为0.60%，含硅量为 2%，含锰量小于1.5%的合金结构钢 （1）普通低合金结构钢 普通低合金结构钢是在碳钢的基础上加入少量合 金元素的工程结构用钢 如Q345A，表示屈服极限为345 MPa，质量等级为 A级的低合金结构钢。普通低合金结构钢主要用于制 造各种工程结构，如桥梁、建筑、船舶、车辆、锅炉、 化工容器等，机械制造用钢主要用于制造各种机械零 件
（2）合金渗碳钢 渗碳钢具有优良的耐磨性、耐疲劳性，又具有 足够的韧性和强度 通常用来制造各种机械零件，如汽车、拖拉机 中的变速齿轮、内燃机上凸轮轴和活塞销等 (3)合金调质钢 调质钢具有良好的综合力学性能，既具有很高 的强度又具有良好的塑性和韧性 常用于制造一些受力比较复杂的重要零件，如 机床的主轴、电动机轴、汽车齿轮轴等各种轴类 零件
典型合金钢显微组织观察
所谓合金钢是在碳素钢的基础上，为了改善 钢的性能，在冶炼时有目的的加入一些合金元 素如：硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铝 等。合金元素加入对于钢的组织和性能产生很 大影响。主要有以下几个方面。 1.强化铁素体或奥氏体。2.形成合金碳化物。 3.改变钢的室温组织。4.细化晶粒。5.提高钢 的淬透性。6.提高耐回火性。因此，合金元素 加入会影响到钢的临界温度和共析点的位置。