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1、实验三 铁碳合金平衡组织观察 一、实验目的 1、识别和研究铁碳合金(碳钢和白口铸铁)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，加深理解成分、组 织与性能之间的相互关系。 二、概 述 铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。铁碳合金平衡 状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的 组织，其相变过程均按FeFe3C相图进行，所以我们可以根据该相 图来分析铁碳合金的平衡组织。 图31 FeFe3C相图 如图31所示，所有碳钢和白口铸铁 在室温下的组织 均由铁 素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。只是因含碳量不 同，铁素体和渗碳体的相对数量
2、、析出条件以及分布情况各有所不 同，因而呈各种不同的组织 形态，见表41。 碳钢和白口铸铁 在金相显微镜下具有下面几种基本组织 ： 表41 各种铁碳合金在室温下的显微组织 类 型含碳量（C）显微组织浸蚀剂 纯铁0.02铁素体4硝酸酒精溶液 碳 钢 亚共析钢0.020.77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0.82.06珠光体十二次渗碳体4硝酸酒精溶液 白 口 铸 铁 亚共晶白口 铁 2.064.3珠光体十二次渗碳体莱氏体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 4.36.67莱氏体+一次渗碳体4硝酸酒精溶液 （1）铁素体（F）
3、是碳在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34硝酸酒精熔液浸蚀 后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块 状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于 珠光体周围。 （2）渗碳体（FeC） 是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6 67。当用34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，则渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。由此可区别铁 素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈观 不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中 呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出
4、，呈网络状沿 奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。 （3）珠光休（P） 是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸蚀后可观 察到两种不同的组织形态： 1）片状珠光体 它是由铁素休与渗碳体交替排列形成的层片状组 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 具存不同特征的层片状组织。在高倍放大时 （照片41），能清楚 地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。当放大倍数低 时（照片42），由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时就 只能看到一条黑线，它实际上就表示渗碳体。当组织较细而放大倍数 更低时，珠光体片层就不能分辨，而呈黑色。 2）球状珠光体 球状珠光休组织的特征是在
5、亮白色的铁素体基体 上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈暗黑色，如照片43。 上述各类组织组成物的机械性能见表42。 （4）莱氏体（L） 室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所 组成的机械混合物。它是由含碳量为4.3的液态共晶白口铸铁在 1147共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶渗碳体）其中奥氏 体在继续冷却时析出二次渗碳体，在723以下分解为珠光体。因此 ，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 暗黑色斑点及细条状的珠光体。 表42 各类组织组 成物的机械性能 性能 组成物 硬 度抗拉强度断面收缩率相对延伸率冲击韧 性 HB b（MN/） （%）（%）Ak（J） 铁
6、素体609012023060754050160 渗碳体75082030350 片状珠光体19023086090010159122432 球状珠光体160190650750182518253227 根据组织特点及碳含量的不同，铁碳合金可分：工业纯铁、钢和 铸铁三大类。 （一）工业纯铁 含碳量0.02的铁碳合金通常称称为业纯铁，它分为两相组织， 即由铁素体和三次渗碳体组成。照片44所示为工业纯铁的显微组织 。其中黑色线条是铁素体的晶界、而亮白色基体是铁素体的不规则等 轴晶粒。在晶界上存在少量三次渗碳，呈现出白色的不连续的网状， 由于量少，有时看不出。 （二）钢的部份 1、亚共析钢 亚共析钢的含碳量
7、在0.020.8范围内，其组织由铁素体和珠光 体所组成，随着含量的加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量 则相应地增多，照片45、46为亚共析钢的显微组织，其中亮白色 为铁素体，暗黑色为珠光体。两者的相对量可由杠杆定律求得，例如 ：含碳量为0.45的钢（45钢）其珠光体的相对含量为P （） 56，铁素体的相对含量为F（）10044。 另外，直接在显微镜下观察珠光体和铁素体各自所占面积的百分 数，可近似地计算出钢的含碳量。例如：在显微镜下观察到有50的 面积为珠光体，50的面积为铁素体，则此钢的含碳量C0.4 （室温下铁素体含碳量极微，约为0.0008，可忽略不计）即相当于 40钢。 2、共析
8、钢 含碳量力0.8碳钢，称为共析钢，由单一的珠光体组成，其显微组 织如图所示。 3、过共析钢 含碳量超过0.8碳钢称为过共析钢。它在室温下的组织由珠光体 和二次渗碳体组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。照片 的含碳量1.2的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和 网络状二次渗碳体。经侵蚀后珠光体呈暗黑色，而二次渗碳体则呈现 白色网状。 若要根据显微组织来区分过共析钢的网状二次渗碳体和亚共析钢 的网状铁素体，可采用苦味酸钠溶液来浸蚀，这样，是二次渗碳体就 被染色呈黑色网状，而铁素体和珠光体仍保留白色晶粒，照片47b 所示。 （三）铸铁 1、亚共晶白口铸铁 含碳量4.3的白口铸铁称为过
9、共晶白口铸铁， 在室温时的组织由 一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观 察到在暗色斑点状的莱氏体基体上分布着亮白色的粗大条片状的一次 渗碳体，其显微组织如照片410所示。 三、实验方法指导 1、实验设备和材料 （1）金相显微镜； （2）金相图册； （3）各种铁碳合金的显微样品（表43） 表43 编 号 材料处理过程浸 蚀 剂放大倍数 1工业纯铁退火状态34硝酸酒精溶液100400 220钢退火状态34硝酸酒精溶液100400 345钢退火状态34硝酸酒精溶液100400 4?钢退火状态34硝酸酒精溶液100400 5T8钢退火状态34硝酸酒精溶液100400 6T12钢
10、退火状态34硝酸酒精溶液100400 7亚共晶白口铁铸造状态34硝酸酒精溶液100400 8共晶白口铁铸造状态34硝酸酒精溶液100400 9过共晶白口铁铸造状态34硝酸酒精溶液100400 2、实验实验 内容及步骤骤 （1）实验 前学生应复习讲课 中的有关内容和阅读实验 指导书 ，为实验 做好理沦方面的准备； （2）在显微镜下观察和分析表43铁碳合金的平衡组织 ，识别钢 和铸铁组织 形态的特征，根据FeFe3C相图分析各合金的 形成过程；建立成分，组织 之间相互关系的概念。 （3）绘出所观察的显微组织 示意图，画时应 抓住组织 形态的典型特征，并在图中表示出来。 （4）根据显微组织 近似确定
11、亚共析钢的含碳量： C 式中：P和F分别为 珠光体和铁素体所占面积（）。 四、实验报告要求 （1）实验目的； （2）采集出所观察显微组织示照片， 并注明材料名称、含碳量、浸蚀剂和放大 倍数，并将组成物名称以箭头引出标明。 （3）根据所观察的显微组织近似确定 一种亚共析钢的含碳量。 （4）分析和讨论： 含碳量对铁碳合金的组织和性能的影 响。 （5）实验后的感想和体会。 1#铁素体 1#铁素体 1#铁素体 2#铁素体+珠光体 2#铁素体+珠光体 3#铁素体+珠光体 3#铁素体+珠光体 4#铁素体+珠光体 4#铁素体+珠光体 5#珠光体 5#珠光体 6#珠光体+网状渗碳体 6#珠光体+网状渗碳体 7#珠光体十二次渗碳体莱氏体 7#珠光体十二次渗碳体莱氏体 8#莱氏体 8#莱氏体 9#一次渗碳体莱氏体 9#一次渗碳体莱氏体
