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1、实验四 钢中带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的组织观察与检验(验证性)一、实验目的及要求1掌握钢中带状组织组织的观察与检验。2掌握钢中魏氏组织的观察与检验。3掌握钢中游离渗碳体的观察与检验。二、实验原理1、带状组织的形成原因、危害及消除经过完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体和珠光体组成。通常，铁素体与珠光体按钢的含碳 C量不同，按一定的比例以无规律的混合状态存在。然而，在实际的轧材中，与轧制方向平行的截面上往往会出现带状的铁素体和珠光体。这种组织在合金钢中最常见。铁素体和珠光体成带状出现的组织叫带状组织，也叫纤维组织。钢的带状组织由枝晶偏析引起的一次带状即原始带状,而固态相变产生的显微组织
2、带状即二次带状，只有在一次带状的基础上才能形成二次带状。实际上，我们一般所观察到的带状组织系热加工后的冷却过程中高温奥氏体沿加工方向延伸的原始枝晶偏析基础上相变形成的二次带状。带状组织的成因各不相同,但主要有以下2 种原因。a）由成分偏析引起。由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成的化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等有害杂质时,由于硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向伸长。钢中除C 以外的合金元素和杂质元素的带状偏析，是形成带状组织的原因。理论研究认为，P 等元素提
3、高铁素体的开始析出温度，Mn、Cr、Ni 等元素降低铁素体的开始析出温度。由于P、Mn、Cr、Ni 等元素在冶炼后沿轧制方向上的带状偏析，铁素体和珠光体在后序相变时形成带状，产生带状组织。当钢材冷至 Ar3(冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度)以下时,这些杂质就成为铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布。当温度继续降低时,珠光体在余下的奥氏体区域中形成,也相应地成条状分布,形成了带状组织。成分偏析越严重,形成的带状组织也越严重。碳素钢带状组织的存在多数是由成分偏析引起。例如，若P 元素成带状偏析，则在偏析区内铁素体的开始析出温度升高，铁素体首先在高P区成核长大。与此同时，C 元素被排挤到大部
4、分尚处于奥氏体状态的偏析区外侧的低P 区，在此区富聚而转变成珠光体组织。结果，高P 区转变成带状铁素体，低P 区转变为带状珠光体。同理，Mn、Cr、Ni 等元素降低铁素体的开始析出温度，其偏析区外侧的铁素体首先形核长大。C 元素被排挤到铁素体析出温度比较低的、大部分尚处于奥氏体状态的偏析区内，在该区内富聚并转变为带状珠光体。b）由热加工温度不当引起。热加工停锻温度(在停锻时锻件的瞬时温度)于二相区时(Ar1(冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度)和 Ar3 之间)，铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1 时带状奥氏体转化为带状珠光体。一般来说：带状
5、组织使钢有明显的各向异性，在垂直于轧制方向（即垂直于带状组织方向）的伸长率、断面收缩率及冲击韧度 k 降低。带状组织对钢的屈服点s 和抗拉强度 b 影响不大。带状组织的消除方法：铸造过程中控制钢水过热度、电磁搅拌等方式从坯料源头减轻或避免带状组织；锻造过程中控制始锻和终锻温度、扎后冷却速度和方式来减少免带状组织；锻后的带状组织可以用高温扩散退火后正火+回火的方法消除或减轻。但是，锻件氧化严重，氧化皮较厚，热处理成本较高。2、魏氏组织的形成原因、危害及消除当亚共析钢或者过共析钢在高温以较快的速度冷却时，先共析的铁素体或者渗碳体从奥氏体晶界上沿一定的晶面向晶内生长，呈针状析出。在光学显微镜下，先共
6、析的铁素体或者渗碳体近似平行，呈羽毛或三角状，其间存在着珠光体组织，称为魏氏组织。生产中的魏氏组织大多为铁素体魏氏组织。魏氏组织常在焊接件、锻造后淬火及热处理中出现。WF的基本形态特征有三种：a）沿原奥氏体晶界上形核并优先长大的晶界析出相，即沿晶界析出的网状铁素体。b）由奥氏体晶界向晶内生长的针状铁素体魏氏组织，可分为一次魏氏铁素体针片和二次铁素体针片。c）等轴的块状铁素体。针状铁素体魏氏内往往有两种精细结构：一种是针内含有若干小块状亚晶，其取向有几度之差。另一种是针内有几条平行的亚针，亚针间的取向近乎平行。魏氏组织形成一般有两个原因:一是热处理温度较高，导致奥氏体晶粒粗大；二是冷却速度较快。
7、如果奥氏体晶粒异常粗大，即使不大的冷速也可能形成魏氏组织，这种组织的塑性和韧性比较差，并且大部分魏氏组织的产生是由于此；如果奥氏体晶粒不是特别粗大，冷速比较快的时候也可能形成魏氏组织，但这种魏氏组织不会有什么害处，有文献记载低级别魏氏组织能够增强材料的冲击韧性。魏氏体的危害：在正火中不允许出现，由于其铁素体的形态有异于正常的等轴状，在最终热处理会有增大变形的倾向。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。3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除低碳钢（如冷变形钢，是指可以在常温下用冲压或拉拔等冷变形的方法，以支撑某种机械零件或毛坯的钢材；分为冷冲压用钢和冷拉结构钢。）在
8、退火温度较高或者坯料热轧后缓慢冷却后在晶粒内或者晶界上出现的颗粒状碳化物。游离渗碳体有A、B、C 三种类别。A系列均匀分布，严重时趋于网状；B 系列呈点状或者细小粒状，严重时趋于链状；C 系列系列呈点状或者细小粒状，有变形方向取向。一般认为：碳含量0.15 低碳退火钢板中的游离渗碳体主要是珠光体转变产物，其中也会有三次渗碳体的存在；而极低碳钢中的游离渗碳体就是三次渗碳体。游离渗碳体的消除一般可以通过扩散退火消除。4、参考标准：GB/T 13299-1991 钢的显微组织评定方法三、实验仪器及材料1实验仪器 XJG-05 型卧式金相显微镜，4XC型金相显微镜2试验材料低碳钢带状组织试样、低碳钢游离渗碳体试样、碳钢魏氏组织试样四、实验内容及步骤1、分析低碳钢带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的形态、成因、危害及消除办法；2、画出钢的带状组织、魏氏组织和游离渗碳体的组织形态；3、根据标准判断试样的带状组织、魏氏组织、游离渗碳体级别。五、思考题1、低碳钢中带状组织的形态与危害。2、碳钢魏氏组织的形态与危害。3、低碳钢游离渗碳体的形态与危害。