【精品】金属材料实验指导书

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1、南溪职中数控专业部2011年8月实验一：铁碳相图平衡组织分析一、实习目的1、研究和了解铁谈合金在平衡状态下的显微组织。2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分，组织和性能之间的关系。二、概述——apeIJ)2.03.04Q5.06.0图i・i铁碳平衡相图Fe-Fe3C平衡相图是铁系二元相图中最重要的一个。根据相图，可以分析铁碳合金平衡组织的相和组织特点。所谓平衡组织，是指符合平衡相图的组织，即在一定温度，一定成分和一定压力下合金处于最稳定状态的组织，要获得这样的组织，必须使合金发生的相变在非常缓慢的

2、条件下进行，通常将缓冷（退火）后的铁碳合金组织看作为平衡组织。铁碳合金是1=1前应用最广泛的工程材料，铁碳合金的平衡组织是研究铁碳合金的性能及和变机理的基础。因此认识和分析铁碳合金的平衡组织有十分重要的意义。此外，观察和分析铁碳合金的平衡组织有助于帮助我们理解Fe-Fe3C平衡相图的建立和进一步借助相图来分析问题。1、铁碳合金的分类恢碳合金可分为碳钢和口口铸铁两大类，表1—1列出了铁碳合金的分类和组织情况。表1—1铁碳合金的分类和组织分类含碳量（%）平衡显微组织碳钢亚共析钢0.02—0.77铁素体+珠光体共析钢0.

3、77珠光体过共析钢0.77—2」1珠光体+二次渗碳体白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11—4.30珠光体+莱氏体+二次渗碳体共晶白口铸铁4.30莱氏体过共晶H口铸铁4.30—6.69莱氏体+—次渗碳体从表1—1中可以看出，铁碳合金是以其含碳量来分类的，其中含碳量小于2.11%的称碳钢，大于2」％的称白口铸铁。由于含碳量的不同，它们的平衡显微组织也有很大的不同。2铁碳合金的平衡组织表1—1中已经列出，铁碳合金的平衡组织共有四种：铁素体（a相），渗碳体（Fe3C）,珠光体和莱氏体，但是从Fe-FesC相图上可以看出，铁碳合金

4、在常温下只有两相，即铁素体和渗碳体，由于含碳量的不同，这两个基本相的相对量，形状和分布情况有很大的不同，因此呈现各种不同的组织形态。下而介绍一下各种显微组织的基本特征：（1）铁素体：是碳在a—Fe中的固溶体，碳的浓度是可变的，在727°C时达到最大溶解度，为0.0218%,在常温下，碳的浓度为0.008%左右，铁素体的硬度很低，塑性好，经4%硝酸酒精浸蚀后呈白亮色（如图1・2所示）。含碳量较低时，铁素体呈块状分布，随含碳量增加，铁素体量减少，在接近共析成分时，铁索体呈网状分布在珠光体周围。（2）渗碳体：是碳与铁的一

5、种化合物，化学式为Fe3C,含碳量很高，达6.69%,坚破而脆，抗浸蚀能力很强，经4%硝酸酒精浸蚀后成白亮色。在过共晶白口铸铁中的一次渗碳体是从液态中直接结晶成的，故呈条状分布（如图1・10所示）。在过共析钢和亚共晶口口铸恢屮的二次渗碳体（如图1-11所示）是从奥氏体屮沿晶界析出的，所以星网状分布在珠光体的周围。由于渗碳体硬度很高，所以在磨面上是突起的。铁素体和渗碳体经4%硝酸酒精浸蚀后都呈门亮色，为了加以区别，可改用苦味酸钠溶液浸蚀（苛性钠25克，苦味酸2克，加水100毫升，在100°C煮沸5—10分钟）。这时渗

6、碳体被染成暗褐色（接近黑色），铁素体仍呈白亮色。如图1・12所示。（3）珠光体：是铁素体和渗碳体的两相混合物，有片状珠光体和球状珠光体対类。如图1-7,l-llo片状珠光体是经一般退火后得到的铁素体和渗碳休的片层交叠组织，经4%硝酸酒精浸蚀后，这种组织在显微镜下由于放大倍数不同而有不同的特征，在600倍以上观察时，可见珠光体屮平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而边界呈黑色；在400倍左右观察时，曲于显微镜鉴别率降低，白亮的细条渗碳体被黑色的边界所“吞没”而呈黑色，这时看到的珠光体是宽条白亮色铁素体和细条渗

7、碳体相间；在200倍以下观察时，宽条白亮色的铁素体也难以区分了，这时的珠光体特征是暗黑色，低碳钢中的珠光体量很少，片间距细小，即使在较高倍观察时也是暗黑色的。球状珠光体是过共析钢球化退火后的组织，片状分布的渗碳体变成了球状，经4%硝酸酒精浸蚀后，球状珠光体的特征是在白亮色的铁素体基体上分布着白色的渗碳体颗粒，它们的边界是黑色的。（4）莱氏体：是奥氏体和渗碳体的共晶体，刚由液体屮结品出来的莱氏体是渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体。从共晶温度冷却时，从奥氏体中析出二次渗碳体，二次渗碳体和基体渗碳体连接起来，所以在组织

8、中很难区分。当冷却到共析温度时，奥氏体转变为珠光体。在常温屮观察到的组织已不是渗碳体和奥氏体，而是渗碳体和珠光体，但一般仍称为莱氏体或变态莱氏体（如图1・9所示）。经4%硝酸酒精浸蚀后，莱氏体的纽•织特征是在白色的渗碳体基体上分布着许多黑色颗粒状的小条状珠光体。在亚共晶白口铸铁屮，莱氏体被黑色树枝状珠光体所分割，在珠光体周围可看到一圈白亮色的二次渗碳体，在过