二 铁碳合金的金相显微组织观察

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1、二：铁碳合金的金相显微组织观察一、实验目的1.熟悉碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织；2.熟悉各种工业用铸铁的显微组织特征和石墨存在的不同形态；3.运用Fe-C和Fe-Fe3C双重相图分析各种铸铁的石墨化及显微组织形成过程；4.观察碳钢经不同热处理后的基本组织；5.了解热处理工艺对钢组织和性能的影响；6.熟悉碳钢几种典型热处理组织—马氏体M、屈氏体T、索氏体S、回火马氏体M回火、回火屈氏体T回火、回火索氏体S回火等组织的形态及特征。二、预习要求复习有关铁碳相图和热处理原理的有关内容。三、实验所需仪器设备金相显微镜、标准

2、试样四、实验原理2.1铁碳合金的平衡组织Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些合金在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。虽然这些合金在室温下的组成相都是铁素体和渗碳体，但由于各相的形态、数量和分布不同，它们的显微组织有很大差异。图2-1给出了按组织分区的Fe-Fe3C相图。图2-1按组织分区的Fe-Fe3C相图2.1.1工业纯铁在退火状态下的显微组织含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁

3、。工业纯铁在含碳量小于0.008%时，其显微组织为单相铁素体，如图2-2所示。在含碳量大于0.008%时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。图2-2工业纯铁的显微组织400×2.1.2碳钢在退火状态下的显微组织碳钢按含碳量不同可分为共析钢，亚共析钢和过共析钢，其显微组织特点如下：(1)共析钢含碳量为0.77%的铁碳合金称为共析钢，其组织为共析转变得到的珠光体，即片状铁素体及渗碳体的机械混合物。由杠杆原理可以求得铁素体与渗碳体的重量比约为7.9:1，因此铁素体片厚

4、，渗碳体片薄。在硝酸酒精溶液腐蚀下，铁素体溶解的速率比渗碳体大，因而渗碳体凸起。铁素体和渗碳体对光的反射能力相近，因此在明视场照明条件下二者都是明亮的，只是相界呈暗灰色。上述情况只有在放大倍数较高时才能看清楚，如图4-3所示。当放大倍数较低时，渗碳体片两侧相界已无法分辨，而呈黑色条状，如图2-4所示。如果放大倍数更低，则渗碳体和铁素体片都无法分辨，整个珠光体组织呈暗黑色。图2-3经高倍放大后的珠光体组织3200×图2-4经中倍放大后的珠光体组织400×(2)亚共析钢含碳量在0.0218%至0.77%之间的铁碳合金称为亚共

5、析钢，显微组织为先共析铁素体和珠光体。随着含碳量的增加，珠光体所占的比例不断增加，接近共析成分时，铁素体在珠光体周围呈网状分布。在显微镜下，当放大倍数不高时(400×以下)，先共析铁素体呈白亮色，珠光体呈暗黑色，如图2-5所示。由于铁素体和珠光体的比重相近，若忽略铁素体中所含的微量碳，根据杠杆定理和亚共析钢显微组织中先共析铁素体与珠光体所占的相对面积，就可以估算出该钢的含碳量。例如，当珠光体和铁素体的面积各占一半时，钢的含碳量为0.77%×0.5=0.4%。但须注意，如果亚共析钢从奥氏体相区以较快的速率冷却下来，则其显微

6、组织中珠光体的含量就要比缓冷时增多，这时若仍用上述方法估算其含碳量，所得结果会偏高。图2-5含碳量0.4%的亚共析钢的显微组织400×(3)过共析钢含碳量在0.77%与2.11%之间的铁碳合金，称为过共析钢，其组织为先共析渗碳体和珠光体。先共析渗碳体呈网状分布在珠光体周围，随着含碳量增加，先共析渗碳体的量增加，网状略有加宽。图2-6为T12钢(含碳量约1.2%)退火后的显微组织。这样的组织有时不易与接近共析成分的亚共析钢区别。但是如果用煮沸的碱性苦味酸钠溶液腐蚀，则渗碳体被染成暗黑色，而铁素体仍为白亮色，如图2-7所示。

7、因此用这种腐蚀剂可以将接近共析成分的过共析钢与亚共析钢区分开。图2-6为T12钢的显微组织图2-7为T12钢的显微组织(4%硝酸酒精溶液腐蚀)400×(碱性苦味酸钠溶液腐蚀)400×2.1.3白口铸铁的显微组织白口铸铁只含有渗碳体而不含有石墨，断口呈白亮色，因此而得名。白口铸铁按其含碳量不同可分为共晶、亚共晶、过共晶三类，其中只有亚共晶白口铸铁有使用价值。(1)共晶白口铸铁含碳量为4.3%的白口铸铁称为共晶白口铸铁；这种铸铁的显微组织为共晶转变的产物，通常称为莱氏体，这是为了纪念德国金相学家莱德堡(Ledebur)而命名

8、的。莱氏体在钢形成时由细小的奥氏体与渗碳体两相混合物组成；继续冷却时，奥氏体将不断析出二次渗碳体，即先共析渗碳体，这部分渗碳体与原莱氏体中的渗碳体连在一起。无法分辨。冷到727℃时，奥氏体的含碳量改变到0.77％，通过共析转变而形成珠光体。因此，室温下看到的莱氏体组织由珠光体和渗碳体组成，如图2-8所示。图中黑色的细