1、金属热处理原理、工艺及设备热处理组织与缺陷形态观察一、实验目的1、了解热处理过程中，过热、了解热处理过程中，过热和过烧和过烧、脱碳、魏氏组织、脱碳、魏氏组织、带状组织、网状碳化物等带状组织、网状碳化物等缺陷组织的缺陷组织的形貌；形貌；2、了解、了解这些缺陷组织产生的原因及危害，以及预防和这些缺陷组织产生的原因及危害，以及预防和消除这些缺陷组织的方法和消除这些缺陷组织的方法和措施。措施。1、过热现象（、过热现象（W18Cr4V）过热过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化。化。 粗大粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性的奥氏体
2、晶粒会导致钢的强韧性降低降低，脆性脆性转变温度升高转变温度升高，增加，增加淬火淬火时的变形开裂倾向时的变形开裂倾向。 过热组织可经退火、正火过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化晶粒细化。2、过烧现象（、过烧现象（W18Cr4V）过烧过烧：加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔：加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化。化，导致晶界弱化。 钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复
3、，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。因此在工作中要避免过烧的发生。二、实验内容3、粗大马氏体（T14） 在在低碳马氏体的表现为板条束群粗大（指同一方向上的板条低碳马氏体的表现为板条束群粗大（指同一方向上的板条束束）。）。 在在高碳马氏体的表现为马氏体针粗大，特别对于高合金钢，高碳马氏体的表现为马氏体针粗大，特别对于高合金钢，往往还伴随大量残余奥氏体往往还伴随大量残余奥氏体。 粗大马氏体降低钢件的冲击韧性及塑性，由于残余奥氏体较粗大马氏体降低钢件的冲击韧性及塑性，由于残余奥氏体较多，其硬度及耐磨性下降。多，其硬度及耐磨性下降。4、脱碳 钢钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧
4、化碳及在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生水蒸气等发生反应反应，降低降低了表层碳浓度称为了表层碳浓度称为脱碳。脱碳。 脱碳脱碳钢淬火后表面硬度钢淬火后表面硬度、疲劳强度、疲劳强度及耐磨性降低及耐磨性降低，而且，而且表面表面形成形成残残余拉应力易形成表面网状裂纹余拉应力易形成表面网状裂纹。脱碳工件还易形成淬火裂纹。脱碳工件还易形成淬火裂纹。45调质 4%硝酸酒精腐蚀 200表面脱碳现象 表面组织：铁素体（白）+珠光体（黑） 心部：回火索氏体防止脱碳的对策主要有以下几方面：防止脱碳的对策主要有以下几方面： 1）工件加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时）工件
5、加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间；间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间； 2）造成及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用保护性气）造成及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用保护性气体加热；体加热； 3）高温加热时，钢的表面利用覆盖物及涂料保护以防止氧化）高温加热时，钢的表面利用覆盖物及涂料保护以防止氧化和脱碳；和脱碳； 4）正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时）正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时能完全去掉。能完全去掉。 5、魏氏组织（30钢） 由于加热温度过高或保温时间过长，奥氏体晶粒粗大，在较快的冷由于加
6、热温度过高或保温时间过长，奥氏体晶粒粗大，在较快的冷却速度下形成的过热缺陷组织。其却速度下形成的过热缺陷组织。其组织特征为组织特征为在粗大在粗大的奥氏体晶粒内会形的奥氏体晶粒内会形成许多平行的铁素体成许多平行的铁素体(渗碳体渗碳体)针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后针片，在铁素体针片之间的剩余奥氏体最后转变为转变为珠光体。珠光体。 45钢 950正火 针状铁素体（白）+珠光体（黑） 4%硝酸酒精腐蚀 500魏氏组织 性能影响：魏氏性能影响：魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的冲击韧性与塑性急速下降，同时使脆性转形成的脆弱
7、面，使金属的冲击韧性与塑性急速下降，同时使脆性转折温度升高。折温度升高。 消除的措施要从产生的原因上着手，一是控制热处理加热温消除的措施要从产生的原因上着手，一是控制热处理加热温度，二是控制冷速。度，二是控制冷速。 魏氏组织一般可以通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方魏氏组织一般可以通过细化晶粒的正火、退火以及锻造等方法加以消除，程度严重的可采用二次正火方法加以消除。法加以消除，程度严重的可采用二次正火方法加以消除。6、带状组织（40钢） 带状组织一般出现带状组织一般出现在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行排列、成层状排列、成层状分布。分布。 这
8、这是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时，铁素体时，铁素体优先在由优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。分布。 带状组织危害带状组织危害：使使钢的组织不均匀，并影响钢材性能，形成钢的组织不均匀，并影响钢材性能，形成各向异性各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直沿带状组织的方向明显优于其垂直方向方向。降低降低钢的塑性、钢的塑性、冲击韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高、热处理时
9、冲击韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高、热处理时钢材容易变形等不良后果。钢材容易变形等不良后果。 带状组织一般通过带状组织一般通过正火正火或扩散退火得以消除和改善。或扩散退火得以消除和改善。 7、网状碳化物（T12） 过过共析碳素钢、共析碳素钢、合金钢等合金钢等钢材在轧后冷却过程中，在钢材在轧后冷却过程中，在AcmAr1温度范围温度范围内，浓度过高的碳以碳化物形式沿奥氏体晶粒边界析出，包围着奥氏体晶粒，内，浓度过高的碳以碳化物形式沿奥氏体晶粒边界析出，包围着奥氏体晶粒，在显微镜下呈现网状，叫网状碳化物在显微镜下呈现网状，叫网状碳化物。 网状网状碳化物将增大钢中化学成分的不均匀性碳化物
10、将增大钢中化学成分的不均匀性，在，在热处理淬火时容易造成热处理淬火时容易造成很很大的大的组织应力组织应力，导致，导致零件的变形及零件的变形及开裂。而且开裂。而且使钢材的机械性能降低使钢材的机械性能降低，尤其，尤其是是冲击性能的冲击性能的降低。降低。 网状网状碳化物出现后，一般采用退火后提高淬火温度重新碳化物出现后，一般采用退火后提高淬火温度重新处理。处理。三、实验方法（1 1）仔细观察所列试样，研究每个样品组织）仔细观察所列试样，研究每个样品组织特征；特征；（2 2）描绘试样显微组织的示意图；）描绘试样显微组织的示意图；四、实验报告 （1）描绘）描绘样品的热处理缺陷组织形貌；样品的热处理缺陷组织形貌； （2）试）试详细分析各个热处理缺陷组织的形成原因及消除的方详细分析各个热处理缺陷组织的形成原因及消除的方法。法。
