显微组织观察
王运玲实验目的
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了解不锈钢、耐热钢和工具钢的组织分类方法；了解不锈钢、耐热钢和工具钢的组织特征；了解常见的不锈钢、耐热钢和工具钢的主要合金元素在钢中的作用。实验概述
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1.不锈钢基本上可分为铬不锈和铬镍不锈两大类。按金相组织分类有马氏体型、铁素体型、奥氏体型和奥氏体-铁素体型四大类。常见的不锈钢有：（1）Cr13型：其中0Cr13为铁素体型的；2Cr13为马氏体型，Cr13型是应用较广泛的不锈钢；（2）Cr17型；它是铁素体型的不锈钢；（3）18-8型：它是奥氏体型的不锈钢，典型钢号有0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti，在室温下能得到单一的奥氏体组织，具有良好的耐蚀性，在炼厂中应用很广泛。奥氏体不锈钢的主要缺点是有晶间腐蚀倾向。所谓晶间腐蚀是指奥氏体不锈钢在400-800℃保温一段时间后，在标准腐蚀条件下沿晶界会出现严重的腐蚀现象。不锈钢的晶间腐蚀，主要是碳引起的。当钢中碳含量极低（≤0.03%）时，焊接后或在500-800℃范围内加热后，都不产生晶间腐蚀。奥氏体晶间腐蚀主要是由于在晶界上析出了富铬的碳化物Cr23C6，造成碳化物周围贫铬，满足不了抗腐蚀性对铬的基本要求。不锈钢通常是在热处理后使用。通常马氏体不锈钢在淬火+回火状态使用，铁素体型不锈钢在退火状态下使用，奥氏体型、铁素体+奥氏体不锈钢在固溶状态下使用。•
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实验概述
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2.耐热钢在高温下工作的钢叫耐热钢。耐热钢应有高温抗氧化性及高温强度。根据金相组织，耐热钢可分为珠光体型、马氏体型、奥氏体型的耐热钢。•（1）珠光体型耐热钢这类钢的工作范围一般为350-600℃，合金元素的含量一般不超过5%，它们一般在正火+高温回火后使用，组织为亚共析钢的组织。常用于锅炉、压力容器换热器等构件中。这类钢有12CrMo 、15CrMo, Cr、Mo能提高钢的热强性、热稳定性和高温抗氧化性。高温回火能增加组织的稳定性。•
(2)马氏体耐热钢这类钢主要用于制造汽轮机叶片和气阀等。1Cr13、2Cr13是最早用于制造汽轮机叶片的耐热钢。为进一步提高耐热性，在保持高的抗氧化性能的同时，加入钨、钼等元素使基体强化，使碳化物稳定，提干钢的耐热性能。1Cr11MoV、1Cr12WmoV，经淬火＋高温回火后，可是工作温度提高到550-580℃。4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo是汽车阀门用钢,经调质处理后,钢具有较高的耐热性和耐磨性，0.4%的含碳量是为了获得足够的硬度和耐磨性，加入铬、硅为了提高钢的抗氧化性，加入钼是为了提高高温强度和避免回火脆性。实验概述
•（3）奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢的耐热性能优于珠光体耐热钢和马氏体耐热钢，这类钢的冷塑性变形和焊接性能都很好，一般工作温度在600-700℃，广泛用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片、发动机气阀等。最典型的牌号是1Cr18Ni9Ti,Cr的主要作用提高抗氧化性和高温强度，镍主要实使钢形成稳定的奥氏体，并与铬相配合提高高温强度，钛是通过形成弥散的碳化物提高钢的高温强度。实验概述
•3.工具钢•工具钢按化学成分可分为：碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。•（1）碳素工具钢和合金工具钢•T8T10是典型的碳素工具钢，合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入一定数量的合金元素Cr、W、Mo、Mn、Si等。退火状态的正常组织为球状珠光体。淬火组织是针状马氏体、残余奥氏体和粒状碳化物。合金工具钢中马氏体针和碳化物更为细小。•碳素工具钢和合金工具钢的使用状态淬火加低温回火。实验概述
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(2）高速工具钢高速工具钢(简称高速钢)是高合金工具钢，以具有良好的热硬性（或红硬性）著称。这里以典型的W18Cr4V(简称18-4-1)钢为例如加以分析研究。W18Cr4V的化学成分分为：0.7-0.8%C,17.5-19%W,3.8-4.4%Cr,1.0-4.4V,≤0.3%Mo。由于钢中存在大量的合金元素（大于20%），因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe4W2C、VC等），这些组织特点决定了高速工具钢具有优良的切削性能。高速钢的铸态组织：按组织特点分类，高速钢属莱氏体钢，在一般铸造条件下存在以具有鱼骨状碳化物为特征的共晶莱氏体组织。在显微镜下观察时，除共晶莱氏体外还有部分呈暗黑色的δ共析组织和少量马氏体（呈亮白色部分）。高速钢的退火组织：高速钢的铸态组织极不均匀，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。W18Cr4V钢经锻造和退火的显微组织中呈亮白色较大块状为一次碳化物，较细小块状为二次碳化物，基体组织是索氏体。高速钢淬火加回火后的组织：高速钢优良的热硬性及高的耐磨性；只有经淬火加回火后才能获得。W18Cr4V钢通常采用较高的淬火温度（1270-1280℃），以保证奥氏体充分合金化，淬火时可在油中或空气中冷却，淬火后的显微组织为在马氏体残余奥氏体的基体上分布有一次碳化物颗粒。在金相显微镜下观察时，马氏体不容易显示。高速钢经淬火后的组织中存在约30-40%的残余奥氏体，以需经560℃回火（一般2-3次）加以消除。回火时从马氏体和部分残余奥氏体中析出高度分散的碳化物，降低奥氏体中碳和合金元素的含量，使其稳定性降低，在冷却过程中这些奥氏体就会转变为马氏体。W18Cr4V钢经淬火加回火后的显微组织中呈白亮块状的为合金碳化物（W2C、V4C3）,暗黑色基底是回火马氏体和少量残余奥氏体。•
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实验内容及步骤
•对照试样和图片，观察分析几种常见不锈钢、耐热钢和工具钢的组织特征、形成条件及与性能的关系；•画出这些钢种的组织示意图。实验报告要求
•实验目的、内容；•画出所要求的不锈钢、耐热钢和工具钢组织示意图，用箭头标明组织组成物，注明材料、处理状态、放大倍数、组织、腐蚀剂。•实验结果分析•（1）不锈钢的组织与其耐蚀性能的关系，合金元素在不锈钢中的作用；•（2）耐热钢的组织与其高温性能之间的关系，合金元素在耐热钢中的作用；•晶间腐蚀的原因及解决办法。•
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