铁碳合金平衡组织观测及金相显微镜使用

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1、铁碳合金平衡组织观测及金相显微镜使用(金相互动实验)一、实验目的1.初步识别各种铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。2.分析成分(含碳量)对铁碳合金显微组织的影响,从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。二、实验概述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,如图1-1。图1-1Fe-Fe3C相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的室温组织。从Fe-Fe

2、3C相图上可见，碳钢和白口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数量，析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现出各种不同的组织形态。（一）铁碳合金室温下基本组织组成物的显微组织特征各种不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表1-1。表1-1各种铁碳合金在室温下的显微组织类型含碳量(％)显微组织浸蚀剂工业纯铁≤0.02铁素体4%硝酸酒精溶液碳钢亚共析钢0.02～0.8铁素体＋珠光体4%硝酸酒精溶液共析钢0.8珠光体4%硝酸酒精溶液过共析钢0.8～2.06珠光

3、体＋二次渗碳体苦味酸钠溶液，渗碳体变黑或呈棕红色白口铸铁亚共晶白口铁2.06～4.3珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体4%硝酸酒精溶液共晶白口铁4.3莱氏体4%硝酸酒精溶液过共晶白口铁4.3～6.67莱氏体＋一次渗碳体4%硝酸酒精溶液用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。1、铁素体(F)铁素体是碳在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%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明显的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈现快状分布；当含碳量接近于共析成份时，铁素体则呈断

4、续的网状分布于珠光体周围。2、渗碳体(Fe3C)铁素体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%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照成份和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次为渗碳体（初生相）是直接由液体中结晶出来的，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；三次渗碳体是有铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界

5、处，数量极微，可忽略不计。3、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。在一般退火处理的情况下，是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层状组织。经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织，如图1-2所示。在高倍放大时如图1-2（a）能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体；当放大倍数较低时如图1-2(b),由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，故此时珠光体中的渗碳体就只是能看到是一条黑线；当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨而呈黑色如图1-2（c）图1-2不

6、同放大倍数下的珠光体显微组织表1-2各类组织组成物的机械性能性能组成物硬度HB抗拉强度(MN/m2)断面收缩率Φ(%)相对延伸率δ(%)冲击韧性Ak(J)铁素体60～90120～13060～7540～50160渗碳体750～82030～35－－≈0片状珠光体190～230860～90010～159～1224～32球状珠光体160～190650～75018～2518～2532～27高碳工具钢(过共析钢)经球化退火处理后还可从中获得球状珠光体。上述各类组织组成物的机械性能见表1-2。4、莱氏体(Ld)是在室温时珠光体及二次渗碳体和

7、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，其中凹氏体冷却时析出二次渗碳体，并在723℃以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着亮黑色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。莱氏体的金相特征可参见图1-7。（二）铁碳合金平衡组织的显微分析Fe-Fe3C相图上的各种合金，按其含碳量与平衡组织的不同，可分为工业纯铁、碳钢及白口铸铁3类。1、工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量小于0.0218％的铁

8、碳合金通常称为工业纯铁。它是两相组织，即由铁素体和少量三次渗碳体组成。图1-3为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基底则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。图1-3工业纯铁显微组织（100×）浸蚀剂为4％硝酸酒精溶液2