金相分析組織：碳鋼熱處理后的顯微組織！

碳鋼經(jīng)退火、正火可得到平衡或接近平衡組織，經(jīng)淬火得到的是非平衡組織。因此，研究熱處理后的組織時(shí)，不僅要參考鐵碳相圖，而且更主要的是參考鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線(C曲線)。

鐵碳相圖能說明慢冷時(shí)合金的結(jié)晶過程和室溫下的組織以及相的相對(duì)量，C曲線則能說明一定成分的鋼在不同冷卻條件下所得到的組織。C曲線適用于等溫冷卻條件;而CCT曲線(奧氏體連續(xù)冷卻曲線)適用于連續(xù)冷卻條件。在一定的程度上可用C曲線，也能夠估計(jì)連續(xù)冷卻時(shí)的組織變化。

1、共析鋼等溫冷卻時(shí)的顯微組織

共析鋼過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變的組織及性能列于表1中。

2、共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的顯微組織

為了簡(jiǎn)便起見，不用CCT曲線，而用C曲線(圖1)來分析。例如共析鋼奧氏體，在慢冷時(shí)(相當(dāng)于爐冷，見圖1中的V1)應(yīng)得到100%的珠光體;當(dāng)冷卻速度增大到V2時(shí)(相當(dāng)于空冷)，得到的是較細(xì)的珠光體，即索氏體或屈氏體;當(dāng)冷卻速度增大到V3時(shí)(相當(dāng)于油冷)，得到的為屈氏體和馬氏體;當(dāng)冷卻速度增大至V4、V5(相當(dāng)于水冷)，很大的過冷度使奧氏體驟冷到馬氏體轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)(Ms)后，瞬時(shí)轉(zhuǎn)變成馬氏體，其中與C曲線鼻尖相切的冷卻速度(V4)稱為淬火的臨界冷卻速度。

圖1

3、亞共析鋼和過共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的顯微組織

亞共析鋼的C曲線與共析鋼相比，只是在其上部多了一條鐵素體先析出線，如圖2所示。

圖2

當(dāng)奧氏體緩慢冷卻時(shí)(相當(dāng)于爐冷，如圖2中V1)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物接近平衡組織，即珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，即V3>V2>V1時(shí)，奧氏體的過冷度逐漸增大，析出的鐵素體越來越少，而珠光體的量逐漸增加，組織變得更細(xì)，此時(shí)析出的少量鐵素體多分布在晶粒的邊界上。

因此，v1的組織為鐵素體+珠光體;v2的組織為鐵素體+索氏體;v3的組織為鐵素體+屈氏體。

當(dāng)冷卻速度為v4時(shí)，析出很少量的網(wǎng)狀鐵素體和屈氏體(有時(shí)可見到少量貝氏體)，奧氏體則主要轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體和屈氏體(如圖3);當(dāng)冷卻速度v5超過臨界冷卻速度時(shí)，鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織(如圖6，圖7)。

過共析鋼的轉(zhuǎn)變與亞共析鋼相似，不同之處是后者先析出的是鐵素體，而前者先析出的是滲碳體。

4、各組織的顯微特征

(1)索氏體(s)：是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。其片層比珠光體更細(xì)密，在高倍(700倍以上)顯微放大時(shí)才能分辨。

(2)托氏體(T) 也是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，片層比索氏體還細(xì)密，在一般光學(xué)顯微鏡下也無法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色形態(tài)。當(dāng)其少量析出時(shí)，沿晶界分布，呈黑色網(wǎng)狀，包圍著馬氏體;當(dāng)析出量較多時(shí)，呈大塊黑色團(tuán)狀，只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層(見圖3);

圖3 托氏體+馬氏體

(3)貝氏體(B) 為奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，它也是鐵素體與滲碳體的兩相混合物。在顯微形態(tài)上，主要有三種形態(tài)：

A、上貝氏體是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續(xù)分布的滲碳體所組成的非層狀組織。當(dāng)轉(zhuǎn)變量不多時(shí)，在光學(xué)顯微鏡下為與束的鐵素體條向奧氏體晶內(nèi)伸展，具有羽毛狀特征。在電鏡下，鐵素體以幾度到十幾度的小位向差相互平行，滲碳體則沿條的長(zhǎng)軸方向排列成行，如圖4。

B、下貝氏體是在片狀鐵素體內(nèi)部沉淀有碳化物的兩相混合物組織。它比淬火馬氏體易受浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀(如圖5)。在電鏡下可以見到，在片狀鐵素體基體中分布有很細(xì)的碳化物片，它們大致與鐵素體片的長(zhǎng)軸成55～60°的角度。

C、粒狀貝氏體是最近十幾年才被確認(rèn)的組織。在低、中碳合金鋼中，特別是連續(xù)冷卻時(shí)(如正火、熱軋空冷或焊接熱影響區(qū))往往容易出現(xiàn)，在等溫冷卻時(shí)也可能形成。它的形成溫度范圍大致在上貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的上部，由鐵素體和它所包圍的小島狀組織所組成。

圖4 上貝氏體+馬氏體

圖5 下貝氏體

(4)馬氏體(M)：是碳在a-Fe中的過飽和固溶體。馬氏體的形態(tài)按含碳量主要分兩種，即板條狀和針狀(如圖6、圖7所示)

A、板條狀馬氏體一般為低碳鋼或低碳合金鋼的淬火組織。其組織形態(tài)是由尺寸大致相同的細(xì)馬氏體條定向平行排列組成馬氏體束或馬氏體領(lǐng)域。在馬氏體束之間位向差較大，一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個(gè)不同的馬氏體領(lǐng)域。板條馬氏體具有較低的硬度和較好的韌性。

B、針狀馬氏體是碳量較高的鋼淬火后得到的組織。在光學(xué)顯微鏡下，它呈竹葉狀或針狀，針與針之間成一定的角度。最先形成的馬氏體較粗大，往往橫穿整個(gè)奧氏體晶粒，將奧氏體晶粒加以分割，使以后形成的馬氏體的大小受到限制。因此，針狀馬氏體的大小不一。同時(shí)有些馬氏體有一條中脊線，并在馬氏體周圍有殘留奧氏體。針狀馬氏體的硬度高而韌性差。

圖6 回火板條馬氏體

圖7 針狀馬氏體+殘余奧氏體

(5)殘余奧氏體(A殘) 是含碳量大于0.5%的奧氏體淬火時(shí)被保留到室溫不轉(zhuǎn)變的那部分奧氏體。它不易受硝酸酒精溶液的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，分布在馬氏體之間，無固定形態(tài)。在圖8表示含碳1.2%的碳鋼正常淬火(780℃加熱)，其組織為馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘余奧氏體。

圖8 馬氏體+粒狀滲碳體

(6)鋼的回火組織與性能

A、回火馬氏體。是低溫回火(150～250℃)組織。它保留了原馬氏體形態(tài)特征。針狀馬氏體回火析出了極細(xì)的碳化物，容易受到浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀。體溫回火后馬氏體針變黑，而殘余奧氏體不變?nèi)猿拾琢辽?。低溫回火后可以部分消除淬火鋼的?nèi)應(yīng)力，增加韌性，同時(shí)仍能保持鋼的高硬度。

B、回火屈氏體。是中溫回火(350～500℃)組織?；鼗鹎象w是鐵素體與粒狀滲碳體組成的極細(xì)混合物。鐵素體基體基本上保持了原馬氏體的形態(tài)(條狀或針狀)，第二相對(duì)滲碳體則析出在其中，呈極細(xì)顆粒狀，用光學(xué)顯微鏡極難分辨(如圖9所示)。中溫回火后有很好的彈性和一定的韌性。

C、回火索氏體：是高溫回火(500～650℃)組織?；鼗鹚魇象w是鐵素體與較粗的粒狀滲碳體所組成的機(jī)械混合物。碳鋼回火索氏體中的鐵素體已經(jīng)通過再結(jié)晶，呈等軸細(xì)晶粒狀。經(jīng)充分回火的索氏體已沒有針的形態(tài)。在大于500倍的光鏡下，可以看到滲碳體微粒(如圖10所示)?；鼗鹚魇象w具有良好的綜合機(jī)械性能。

圖9 回火托氏體

圖10 回火索氏體

應(yīng)當(dāng)指出，回火屈氏體、回火索氏體是淬火馬氏體回火時(shí)的產(chǎn)物，它們的滲碳體是顆粒狀的，且均勻地分布在鐵素體基體上;而淬火索氏體和淬屈氏體是奧氏體過冷時(shí)直接形成的，其滲碳體是呈片狀?；鼗鸾M織較淬火組織在相同硬度下具有較高的塑性與韌性。

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