金属材料相关知识(金相组织+热处理)

来源:金属热处理工艺学作者:马伯龙

导读:魏氏组织铁素体在形成时也能引起浮凸,因此多数人认为魏氏组织铁素体即无碳化物贝氏体,2、组织形态,上贝氏体是一种两相组织,碳钢回火后的组织,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一下三种,这种组织成为回火马氏体,是暗黑色的针状组织,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状渗碳体的组,淬火钢高温回火(500~650℃)得到的组织称为回火索氏体,硬度

无碳化物贝氏体中的铁素体形成时也能在抛光试样表面形成浮凸。惯习面为{111}A,铁素体与母相奥氏体的位向关系为K-S关系。魏氏组织铁素体在形成时也能引起浮凸,惯习面{111}A,也是位向关系也是K-S关系,形态也与无碳化物贝氏体铁素体极其相似,因此多数人认为魏氏组织铁素体即无碳化物贝氏体。

在铁素体内存在着一定数量的位错,位错密度较低。

二、上贝氏体(B上) 1、 形成的温度范围

在贝氏体转变区的较高温度区域内形成,对于中、高碳钢,上贝氏体大约在350~550℃之间形成。因其形成在转变区的高温区,所以称为上贝氏体。

2、 组织形态

上贝氏体是一种两相组织,由铁素体和渗碳体组成。成束大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界向一侧或两侧奥氏体晶内长入。渗碳体(有时还有残余奥氏体)分布于铁素体板之间,整体在光学显微镜下呈羽毛状,故可称上贝氏体为羽毛状

贝氏体(图4-2)。

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什么是下贝氏体:当过冷奥氏体的温度下降到230-350℃范围时,所形成的产物叫下贝氏体, 但渗碳体在铁素体针内。由于易受浸蚀,所以在显微镜下呈黑色针状特征

下贝氏体

下贝氏体的特征

典型的下贝氏体是由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。

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其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体,并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片;在晶内呈针状,针叶不交叉,但可交接。与回火马氏体不同,马氏体有层次之分,下贝氏体则颜色一致,下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗,易受侵蚀变黑,回火马氏体颜色较浅,不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高,针叶比低碳低合金钢细。

下贝氏体的空间形态呈双凸透镜状,与试样磨面相交呈片状或针状;在光学显微镜下当转变量不多时,下贝氏体呈黑色针状或竹叶状,针与针之间呈一定角度。在电子显微镜下可以观察到下贝氏体中碳化物的形态,它们细小、弥散,呈粒状或短条状,没着与铁素体长轴成55-65度角取向平行排列。

碳钢回火后的组织

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一下三种。

(1)回火马氏体。淬火钢经低温回火(150~250℃),马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点,这种组织成为回火马氏体。回火马氏体仍保持针状特征,但容易浸蚀,故颜色比淬火马氏体深些,是暗黑色的针状组织,如图11所示。回火马氏体具有高的强度和硬度,而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。

(2)回火托氏体。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状渗碳体的组织,称为回火托氏体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态,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12所示。回火托氏体有较好的强度、硬度、韧性和很好的弹性。 (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。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状,如图13所示。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。

硬度 是衡量材料软硬程度的一个性能指标。硬度试验的方法较多,原理也不相同,测得的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA,HRB,HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而里氏硬度(HL)、肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表金属弹性变形功的大小。因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。

1、钢材的硬度 :金属硬度(Hardness)的代号为H。按硬度试验方法的不同, ●常规表示有布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)硬度等,其中以HB及HRC较为常用。 ●HB应用范围较广,HRC适用于表面高硬度材料,如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同,布氏硬度计之测头为钢球,而洛氏硬度计之测头为金刚石。

●HV-适用于显微镜分析。维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)。

●HL手提式硬度计,测量方便,利用冲击球头冲击硬度表面后,产生弹跳;利用冲头在距试样表面1mm处的

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回弹速度与冲击速度的比值计算硬度,公式:里氏硬度HL=1000×VB(回弹速度)/ VA(冲击速度)。 便携式里氏硬度计用里氏(HL)测量后可以转化为:布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、肖氏(HS)硬度。或用里氏原理直接用布氏(HB)、洛氏(HRC)、维氏(HV)、里氏(HL)、肖氏(HS)测量硬度值。 2、HB - 布氏硬度;

布氏硬度(HB)一般用于材料较软的时候,如有色金属、热处理之前或退火后的钢铁。洛氏硬度(HRC)一般用于硬度较高的材料,如热处理后的硬度等等。

布式硬度(HB)是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布式硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。一般为:以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

3、洛式硬度是以压痕塑性变形深度来确定硬度值指标。以0.002毫米作为一个硬度单位。当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的标度来表示:

HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。

HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 另外:

1.HRC含意是洛式硬度C标尺,

2.HRC和HB在生产中的应用都很广泛

3.HRC适用范围HRC 20--67,相当于HB225--650 若硬度高于此范围则用洛式硬度A标尺HRA。 若硬度低于此范围则用洛式硬度B标尺HRB。 布式硬度上限值HB650,不能高于此值。

4.洛氏硬度计C标尺之压头为顶角120度的金刚石圆锥,试验载荷为一确定值,中国标准是150公斤力。 布氏硬度计之压头为淬硬钢球(HBS)或硬质合金球(HBW),试验载荷随球直径不同而不同,从3000到31.25公斤力。

5.洛式硬度压痕很小,测量值有局部性,须测数点求平均值,适用成品和薄片,归于无损检测一类。 布式硬度压痕较大,测量值准,不适用成品和薄片,一般不归于无损检测一类。 6.洛式硬度的硬度值是一无名数,没有单位。(因此习惯称洛式硬度为多少度是不正确的。) 布式硬度的硬度值有单位,且和抗拉强度有一定的近似关系。

7.洛式硬度直接在表盘上显示、也可以数字显示,操作方便,快捷直观,适用于大量生产中。 布式硬度需要用显微镜测量压痕直径,然后查表或计算,操作较繁琐。

8.在一定条件下,HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为:1HRC≈1/10HB。

硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试验方法。为了能用硬度试验代替某些机械性能试验,生产上需要一个比较准确的硬度和强度的换算关系。

实践证明,金属材料的各种硬度值之间,硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。

水的硬度是水质的重要指标,通常分为五类: 很软水 软水 中硬水 硬水 很硬水 0°~4° 4°~8°8°~16° 16°~30° >30° 1.肖氏硬度(HS)=布氏硬度(BHN)/10+12

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2.肖氏硬度(HS)=洛氏硬度(HRC)+15 3.洛氏硬度(HRC)= 布氏硬度(BHN)/10-3 硬度测定范围: HS