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实验五 碳钢、合金钢、铸铁、有色金属典型组织观察
一、实验目的
1、观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征；
2、了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。织
出现粗大的马氏体，并且还有一定数量的残余奥氏体（呈亮白色） 存在于马氏体
针之间，如图9所示。
图6 45钢1000℃过热淬火后的显微组织（ 500×） 图7 45钢840℃油常淬火后的显微组织（ 500×）
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图8 T12钢780℃正常淬火后的显微组织（ 500×） 图9 T12钢1000℃过热淬火后的显微组织（ 500×）
3、淬火后的回火组织
钢经淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定组织，它们具有向稳定的铁素体和渗碳体的两相混合物组织转变的倾向。通过回火即将钢加热，提高原子活动能力，可促进这个转变过程的进行。
淬火钢经不同温度回火后所得到的组织不同，通常按组织特征分为以下三
种：
(1)回火马氏体
淬火钢经低温回火(150—250℃)，马氏体内的过饱和碳原子脱溶沉淀，析出与母相保持着共格联系的ε碳化物，这种组织称为回火马氏体。回火马氏体仍保持针片状特征，但容易受浸蚀，故颜色要比淬火马氏体深些，是暗黑色的针状组织，如图10所示。
图10 45钢正常淬火 200℃回火后的显微组织（ 500×）
(2)回火屈氏体
淬火钢经中温回火(350—500℃)，得到在铁素体基体中弥散分布着微小粒状
渗碳体的组织，称为回火屈氏体。回火屈氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状
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马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状， 在光学显微镜下不易分辨清楚， 故呈
暗黑色，如图 11(a)所示。用电子显微镜可以看到这些渗碳体质点，并可以看出
回火屈氏体仍保持有针状马氏体的位向，如图 11(b)所示。
图11 45钢860℃淬火400℃回火后的显微组织（ 500×）
(3)回火索氏体
淬火钢高温回火(500—650℃)得到的组织称为回火索氏体，其特征是已经聚
集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上，如图 12(a)所示。用电子显微
镜可以看出回火索氏体中的铁素体己不呈针状形态而成等轴状， 如图12(b)所示。
图12 45钢860℃淬火400℃回火后的显微组织（ 500×）
（二）合金钢的显微组织
合金钢依合金元素含量的不同， 可分为三种：合金元素总量<5%的称为低合
金钢；合金元素为 5%～10%的称为中合金钢；合金元素 >10%的称为高合金钢。
一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于合金元素的加入，使铁碳
相图发生一些变化，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有本质的区别。 低合金钢
热处理后的显微组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素加入后，使 C
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曲线右移（除Co以外），即使以较低的冷却速度也可以获得马氏体组织。例如，
40Cr钢经调质处理后的显微组织和 40钢调质后的显微组织基本相同， 都为回火
索氏体。 GCr15钢840℃油淬、低温回火后的显微组织，与 T12钢780℃水淬、
低温回火后的显微组织也一样，皆为回火马氏体和碳化物。
合金钢种类繁多，本实验只选择高速钢进行观察和分析。
高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如 W18Cr4V。因为它含有大量合金
元素，使铁碳相图中的 E点大大左移，虽然只含有 %～%的碳，仍可获得
莱氏体组织，所以又称为莱氏体钢。
1、高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。在一般铸造条件下
存在以具有由鱼骨状合金碳化物为特征的共晶莱氏体组织。如图 13所示为
W18Cr4V钢的铸态组织。在金相显微镜下观察时，除共晶莱氏体外还有部分呈
暗黑色的δ共析体组织和少量马氏体（呈亮白色部分） 。虽然高速钢在铸态下的
组织存在严重的成分和组织不均匀性， 从而影响其性能，为此随后必须经过锻造
和轧制，破碎莱氏体网络，促使其碳化物均匀分布。
2、高速钢锻造退火组织：高速钢铸态组织极不均匀，特别是共晶组织中粗
大碳化物的存在，使钢的性能显著降低，因此，高速钢铸造后必须经过锻造，退
火，以改善碳化物的分布状况。在金相显微镜下观察其组织为索氏体 +碳化物。