最全碳鋼金相微觀組織彙總

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材料的金相檢驗主要目的是檢查微觀缺陷，如脫碳層的深度、夾雜物和金相組織形態等。材料的表面缺陷如折迭、凹坑等則可以透過金相檢驗進一步定量地確定缺陷的深度。原材料金相檢驗的試樣一般取縱橫兩個截面。

橫截面的檢查專案主要有

1）試樣自外層邊緣到中心部位金相組織的變化，有否偏析石墨碳及其他異常組織；

2）表面缺陷的檢查如脫碳、折迭、凹坑的深度及在截面上的分佈情況；

3）晶粒度大小的測定、非金屬夾雜物在整個截面的分佈。

縱截面的檢查專案主要有

1）材料的帶狀組織；

2）非金屬夾雜物在縱向的分佈情況；

3）觀察晶粒度的拉長程度。

金相檢驗的取樣部位一般取材料的兩個端頭，因為這一部位往往是缺陷比較集中的地方，對於熱軋材料可透過砂輪切割或其他方法擷取試樣，線徑較細的材料試樣擷取後要經過鑲嵌後才能觀察。

碳鋼熱處理後的顯微組織

碳鋼經退火、正火可得到平衡或接近平衡組織，經淬火得到的是不平衡組織。因此，研究熱處理後的組織時，不僅要參考鐵碳相圖，而且更主要的是參考鋼的等溫轉變曲線（C曲線）。

為了簡便起見，用C曲線來分析共析鋼過冷奧氏體在不同溫度等溫轉變的組織及效能（見表3-1）。在緩慢冷時（相當於爐冷）應得到100%的珠光體；當冷卻速度增大到V2時（相當於空冷），得到的是較細的珠光體，即索氏體或屈氏體；當冷卻速度增大到V3時（相當於油冷），得到的為屈氏體和馬氏體；當冷卻速度增大至V4、V5，（相當於水冷），很大的過冷度使奧氏體驟冷到馬氏體轉變開始點（Ms）後，瞬時轉變成馬氏體。其中與C曲線相切的冷卻速度（V4）稱為淬火的臨界冷卻速度。

表3。1 共析鋼過冷奧氏體在不同溫度等溫轉變的組織及效能

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，當奧氏體緩慢冷卻時（相當於爐冷），轉變產物接近平衡組織，即珠光體和鐵素體。隨著冷卻速度的增大，即V3>V2>V1時，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，此時析出的少量鐵素體多分佈在晶粒的邊界上。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。當冷卻速度為V4時，析出很少量的網狀鐵素體和屈氏體（有時可見到少量貝氏體），奧氏體則主要轉變為馬氏體和屈氏體（如圖3-3）；當冷卻速度V5，超過臨界冷卻速度時，鋼全部轉變為馬氏體組織（如圖3-6，3-7）。

過共析鋼的轉變與亞共析鋼相似，不同之處是後者先析出的是鐵素體，而前者先析出的是滲碳體。

①珠光體（P）

珠光體的組織形態主要有兩種：片狀珠光體和顆粒狀珠光體。片狀珠光體由一片片相互交錯排列的鐵素體和滲碳體所組成形成珠光體的先行條件是事先形成均勻的奧氏體，而後緩慢冷卻在A1以下附近溫度形成。片狀珠光體似手指紋的層狀結構，它是一層鐵素體和一層滲碳體的機械混合物（見圖3-1）。顆粒狀珠光體是在鐵素體的基體上分佈著細小顆粒狀的滲碳體的球化組織（見圖3-2）。

圖3-1 片狀珠光體500× 4%硝酸酒精

圖3-2 顆粒狀珠光體500× 4%硝酸酒精

②索氏體(s)

是鐵素體與滲碳體的機械混合物。其片層比珠光體更細密，在高倍（700倍以上）顯微放大時才能分辨（見圖3-3）。索氏是國際公認的金相學建立人，他的姓氏被用來命名鋼中的一種淬火或回火組織——Sorbite，即索氏體。

圖3-3 索氏體500× 4%硝酸酒精

③屈氏體(T)

也是鐵素體與滲碳體的機械混合物，片層比索氏體還細密，在一般光學顯微鏡下也無法分辨，只能看到如墨菊狀的黑色形態。當其少量析出時，沿晶界分佈，呈黑色網狀，包圍著馬氏體；當析出量較多時，呈大塊黑色團狀，只有在電子顯微鏡下才能分辨其中的片層（見圖3-4）。

圖3-4 屈氏體4%硝酸酒精

④貝氏體(B)

為奧氏體的中溫轉變產物，它也是鐵素體與滲碳體的兩相混合物。在顯微形態上，主要有三種形態；

a. 上貝氏體

是由成束平行排列的條狀鐵素體和條間斷續分佈的滲碳體所組成的非層狀組織。當轉變數不多時，在光學顯微鏡下為成束的鐵素體條向奧氏體晶內伸展，具有羽毛狀特徵。在電鏡下，鐵素體以幾度到十幾度的小位向差相互平行，滲碳體則沿條的長軸方向排列成行，（如圖3-5）。

圖3-5 上貝氏體+馬氏體500×

b. 下貝氏體

是在片狀鐵素體內部沉澱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（見圖3-6）。在電鏡下可以見到，在片狀鐵素體基體中分佈有很細的碳化物片，它們大致與鐵素體片的長軸成55-60°的角度。

圖3-6 下貝氏體500× 4%硝酸酒精

c. 粒狀貝氏體

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

⑤馬氏體(M)

是碳在αFe中的過飽和固溶體。馬氏體的形態按含碳量主要分兩種，即板條狀和針狀（見圖3-7、3-8所示）；

圖3-7 板條狀馬氏體 500×

圖3-8 針狀馬氏體1600×

a. 板條狀馬氏體

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

b. 針狀馬氏體

是含碳量較高的鋼淬火後得到的組織。在光學顯微鏡下，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，往往橫穿整個奧氏體晶粒，將奧氏體晶粒加以分割，使以後形成的馬氏體片的大小受到限制。因此，針狀馬氏體的大小不一。同時有些馬氏體有一條中脊線，並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。

⑥殘餘奧氏體(A殘)

是含碳量大於0。5％的奧氏體淬火時被保留到室溫不轉變的那部分奧氏體。它不易受硝酸酒精溶液的浸蝕，在顯微鏡下呈白亮色，分佈在馬氏體之間，無固定形態。

那麼回火組織與效能又是怎樣？

①回火馬氏體。

是低溫回火（150-250℃）組織。它仍保留了原馬氏體形態特徵。針狀馬氏體回火析出了極細的碳化物，容易受到浸蝕，在顯微鏡下呈黑色針狀。低溫回火後馬氏體針變黑，而殘餘奧氏體不變仍呈白亮色（如圖3-10所示）。低溫回火後可以部分消除淬火鋼的內應力，增加韌性，同時仍能保持鋼的高硬度。

圖3-10 回火馬氏體（黑色針狀）+殘餘奧氏體

②回火屈氏體。

是中溫回火（350-500℃）組織。回火屈氏體是鐵素體與粒狀滲碳體組成的極細混合物。鐵素體基體基本上保持了原馬氏體的形態（條狀或針狀），第二相滲碳體則析出在其中，呈極細顆粒狀，用光學顯微鏡極難分辨（如圖3-11所示）。中溫回火後有很好的彈性和一定的韌性。

圖3-11 回火屈氏體1000×

③回火索氏體。

是高溫回火（500-650℃）組織。回火索氏體是鐵素體與較粗的粒狀滲碳體所組成的機械混合物。碳鋼回火索氏體中的鐵素體已經透過再結晶，呈等軸細晶粒狀。經充分回火的索氏體已沒有針的形態。在大於500倍的光鏡下，可以看到滲碳體微粒（如圖3-12所示）。回火索氏體具有良好的綜合機械效能。

圖3-12 回火索氏體500×

應當指出，回火屈氏體、回火索氏體是淬火馬氏體回火時的產物，它們的滲碳體是顆粒狀的，且均勻地分佈在鐵素體基體上；而淬火索氏體和淬火屈氏體是奧氏體過冷時直接形成的，其滲碳體是呈片狀。回火組織較淬火組織在相同的硬度下具有較高的塑性與韌性。