铁碳合金平衡组织观察-材料科学基础-实验-

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1、实验四铁碳合金平衡组织观察（ObservationofEquilibriumMicrostructuresofFe-CarbonAlloys）实验学时：3实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》，《光学实验技术》适用专业：材料科学与工程一、实验目的⒈研究和了解铁碳合金(碳钢及白口铸铁)在平衡状态下的显微组织。⒉分析成分对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。二、概述⒈铁碳合金平衡组织中的基本组成相及组织组成物铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础。所谓平衡状态的显微组织，是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态，即接近平衡状态)所得

2、到的组织。我们可根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。Fe-Fe3C相图简示如下：铁碳合金的平衡组织主要是指：碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切相关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)这两个基本相所组成。但是，由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态和形貌。各种不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见下表：类　

3、　型含碳量(C%)显微组织工业纯铁工业纯铁＜0.02F碳钢亚共析钢0.02～0.77F+P共析钢0.77P过共析钢0.77～2.11P+Fe3CⅡ白口铸铁亚共晶白口铁2.11～4.3P+Fe3CⅡ+Ld’共晶白口铁4.3Ld’过共晶白口铁4.3～6.69Ld’+Fe3CⅠ样品浸蚀后，在金相显微镜里，碳钢和白口铸铁具有下面几种基本组织组成物：　⑴铁素体(F)──是碳在α-Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3～4%的硝酸酒精浸蚀后，工业纯铁样品在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续

4、的网状分布于珠光体周围。⑵渗碳体(Fe3C)──是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3～4%的硝酸酒精浸蚀后，渗碳体呈亮白色（若用苦味酸纳溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此，可区别铁素体与渗碳体）。按照合金成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现出不同的形态：一次渗碳体(初生相)是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是从铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。　⑶珠光体(P)──是铁素

5、体和渗碳体的机械混和物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。经硝酸酒精浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到不同特征的珠光体组织。在高倍放大时能清晰地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片的厚度，这时，珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线；当组织较细，且放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，珠光体呈现黑色模糊状或块状。⑷变态莱氏体(Ld’)──是在室温时珠光体及二次渗碳体和渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1147℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，称

6、为莱氏体(Ld)；其中奥氏体在冷却时析出二次渗碳体，并在723℃以下分解为珠光体，此时称为变态莱氏体(Ld’)；其显微组织特征是在亮白色的基底（渗碳体）上相间地分布着暗黑色的斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。　　⒉典型铁碳合金的显微组织根据组织特点及含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。钢又可根据含碳量分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；铸铁根据含碳量也可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。⑴　工业纯铁　　纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量＜0.02%的铁碳合金通常称为工业纯铁，它为两相组织，即由铁素体和极少量的

7、三次渗碳体组成。显微组织中的黑色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。⑵　亚共析钢　　亚共析钢的含碳量在0.02%～0.77%范围内，其显微组织是由铁素体和珠光体组成。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体为亮白色，珠光体为暗黑色。随着含碳量的增加，组织中的铁素体量逐渐减少，而珠光体的量不断增加；当含碳量大于0.60%时，铁素体由块状变成网状分布在珠光体的周围。根据含碳量，可以由杠杆定律求得铁素体和珠光体的相对量。另外，由显微镜中观察铁素体和珠光体各自所占面