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1、1实验五 铁碳合金平衡组织观察问答题老师要求写在实验报告上 还有一张所 观 察 的 金 相 试 样 的 显 微 组 织 示 意 图 你跟敏莉要，要贴在实验报告上的并标上放大倍数，放大倍数也问敏莉。三 、 问 答 题1. 某 亚 共 析 钢 试 样 在 显 微 镜 下 观 察 ， 珠 光 体 面 积 占 59%， 试 确 定 此 钢 的牌 号 。 （ 要 求 计 算 ）2. 试 述 亚 共 析 钢 ， 共 析 钢 、 过 共 析 钢 的 显 微 组 织 有 何 不 同 ？ 含 碳 量 对 钢 的组 织 及 性 能 有 何 影 响 ？答 ： 1 碳 含 量 P0.77%=59%0.77% 0.45
2、%此 钢 相 当 于 45 钢2 答：亚共析钢：0.0218% w c 0.77%， 室温组织：铁素体和珠光体；共析钢：w c =0.77%，室温组织：珠光体；过共析钢：0.77% w c2.11%，室温组织：珠光体和二次渗碳体钢中碳的质量分数0.9%时，随着碳的质量分数的增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这是因为钢中的渗碳体量增多（或从组织角度说：钢中珠光体量增多）；当钢中碳的质量分数0.9%时，随着碳的质量分数的增加，钢的硬度继续升高，塑性、韧性继续下降，因钢中渗碳体量增多，且形成较完整的网状，分布在珠光体晶界上，所以，钢的强度随着下降。2实验五 铁碳合金平衡组织观察一 、 实 验
3、 目 的 ：1. 了 解 典 型 成 份 的 铁 碳 合 金 在 平 衡 状 态 下 的 显 微 组 织 特 征 。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 份 、 组 织 和 性能 之 间 的 相 互 关 系 。二 、 实 验 原 理 ：1. 铁 碳 合 金 平 衡 状 态 图铁 碳 合 金 的 平 衡 组 织 是 指 铁 碳 合 金 在 极 为 缓 慢 的 冷 却 条 件 下 所 得 到 的 组 织 。 可 以3根 据 铁 碳 相 图 （ 如 图 5-1 所 示 ） ， 来 分 析 铁 碳 合 金 在 平 衡 状 态 下 的
4、显 微 组 织 。图 5-1 Fe Fe3C 相 图铁 碳 合 金 主 要 包 括 碳 钢 和 白 口 铸 铁 ， 其 室 温 组 织 是 由 铁 素 体 和 渗 碳 体 这 两 个 基 本相 所 组 成 ， 由 于 含 碳 量 不 同 ， 铁 素 体 和 渗 碳 体 的 相 对 数 量 ， 析 出 条 件 及 分 布 均 有 所不 同 ， 因 而 呈 现 各 种 不 同 的 形 态 。2. 铁 碳 合 金 在 室 温 下 的 组 织不 同 成 份 的 铁 碳 合 金 在 室 温 下 的 显 微 组 织 见 表 5-1。5-1 各 种 铁 碳 合 金 在 室 温 下 的 显 微 组 织类 型
5、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 液亚 共 析 钢 0.02 0.77 铁 素 体 +珠 光 体 4%硝 酸 酒 精 溶 液共 析 钢 0.77 珠 光 体 4%硝 酸 酒 精 溶 液碳钢 过 共 析 钢 0.77 2.11 珠 光 体 +二 次 渗 碳 体苦 味 酸 钠 溶 液 ， 渗 碳体 变 黑 或 呈 棕 红 色亚 共 晶 白 口 铁 2.11 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 液白口铸铁过 共 晶
6、白 口 铁 4.3 6.69 莱 氏 体 +一 次 渗 碳 体 4%硝 酸 酒 精 溶 液4铁 碳 合 金 在 金 相 显 微 镜 下 具 有 下 面 四 种 基 本 相 和 组 织 。铁 素 体 （ F） 铁 素 体 是 碳 溶 解 于 -Fe 中 的 间 隙 式 固 溶 体 。 工 业 纯 铁 用 4%硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后 ， 显 微 镜 下 呈 现 白 亮 色 的 多 边 形 等 轴 晶 粒 ； 亚 共 析 钢 中 的 铁 素体 呈 块 状 分 布 ； 当 含 碳 量 接 近 共 析 成 分 时 ， 铁 素 体 则 呈 现 断 续 的 网 状 分 布 于 珠 光 体周 围
7、。渗 碳 体 （ Fe3C） 渗 碳 体 是 铁 与 碳 形 成 的 金 属 间 化 合 物 ， 其 含 碳 量 为6.69%， 质 硬 而 脆 ， 耐 腐 蚀 性 强 ， 经 4%硝 酸 酒 精 浸 蚀 后 ， 渗 碳 体 呈 亮 白 色 ， 而 铁 素体 浸 蚀 后 呈 灰 白 色 ， 由 此 可 区 别 铁 素 体 和 渗 碳 体 。 渗 碳 体 可 以 呈 现 不 同 的 形 态 ： 一次 渗 碳 体 直 接 由 液 态 中 结 晶 出 ， 呈 粗 大 的 片 状 ； 二 次 渗 碳 体 由 奥 氏 体 中 的 出 ， 常 呈网 状 分 布 于 奥 氏 体 的 晶 界 ； 三 次 渗
8、碳 体 由 铁 素 体 中 析 出 ， 呈 不 连 续 片 状 分 布 于 铁 素体 晶 界 处 ， 数 量 极 微 ， 可 忽 略 不 计 。珠 光 体 （ P） 珠 光 体 是 铁 素 体 和 渗 碳 体 呈 片 状 交 替 排 列 的 机 械 混 合 物 。 经4%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 。 在 高 倍 放 大 时 能 清 楚 地 看 到 珠 光 体 中 平 行 相 间 的 宽 片 铁 素 体 和 细 片 渗 碳体 ； 当 放 大 倍 数 较 低 时 ， 由
9、于 显 微 镜 的 鉴 别 率 小 ， 渗 碳 体 片 很 薄 ， 这 时 珠 光 体 中 的渗 碳 体 就 只 能 看 到 的 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 容 易 分 辨 出 来 ， 而 呈 黑 色 块 状 。莱 氏 体 （ Ld ） 莱 氏 体 在 室 温 时 是 珠 光 体 和 渗 碳 体 所 组 成 的 机 械 混 合 物 。其 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 珠 光 体 。根 据 含 碳 量 及 组 织 特 征
10、的 不 同 ， 铁 碳 合 金 可 分 为 工 业 纯 铁 ， 钢 和 铸 铁 三 大 类 。工 业 纯 铁 含 碳 量 0.0218%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 少 量 三 次 渗 碳 体 所 组 成 。 图 5-2 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 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 。3. 碳 素 钢 的 组 织
11、 亚 共 析 钢5亚 共 析 钢 的 含 碳 量 在 0.0218% 0.77%范 围 内 ， 其 组 织 由 铁 素 体 和 珠 光 体 所 组成 。 随 着 钢 中 含 碳 量 的 增 加 铁 素 体 的 数 量 逐 渐 减 少 ， 而 珠 光 体 的 数 量 则 相 应 地 增 多 。图 5-3 为 亚 共 析 钢 45 钢 的 显 微 组 织 ， 其 中 亮 白 色 为 铁 素 体 ， 暗 黑 色 为 珠 光 体 。图 5-2 工 业 纯 铁 的 显 微 组 织 图 5-3 45 钢 的 显 微 组 织 （ 400X）另 外 ， 也 可 通 过 直 接 在 显 微 镜 下 观 察 珠
12、光 体 和 铁 素 体 各 自 所 占 面 积 的 百 分 数 ， 近似 地 计 算 钢 中 的 碳 含 量 ， 即 碳 含 量 P0.77%， 其 中 P 为 珠 光 体 所 占 面 积 百 分 数 。例 如 ： 某 亚 共 析 钢 在 显 微 镜 下 观 察 到 52%的 面 积 为 珠 光 体 ， 则 此 钢 的 含 碳 量 C%0.4%（ 室 温 下 铁 素 体 含 碳 量 极 微 ， 约 为 0.0008%， 可 忽 略 不 计 ） ， 此1527.钢 相 当 于 40 钢 。 共 析 钢 的 组 织含 碳 量 0.77%的 碳 钢 称 为 共 析 钢 ， 它 由 单 一 的 珠 光
13、 体 所 组 成 。 即 由 铁 素 体 和 渗 碳体 呈 层 片 状 交 替 排 列 的 机 械 混 合 物 。 如 图 5-4 所 示 即 是 T8 钢 的 珠 光 体 显 微 组 织 。通 过 金 相 显 微 观 察 可 知 ， 珠 光 体 晶 粒 之 间 没 有 明 显 的 晶 界 ， 片 层 排 列 方 向 大 致 相 同的 部 分 就 是 一 个 珠 光 体 晶 粒 。 过 共 析 钢 的 组 织含 碳 量 超 过 0.77%的 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 所 组 成 。 钢 中 含 碳 量 越 多 ，
14、二 次 渗 碳 体 数 量 就 愈 多 。 图 5-5 所 示 为 T12 钢 的显 微 组 织 。 组 织 形 态 为 层 片 相 间 的 珠 光 体 和 细 小 的 亮 白 色 的 网 络 状 渗 碳 体 。6图 5-4 T8 钢 的 显 微 组 织 （ 400X） 图 5-5 T12 钢 的 显 微 组 织 （ 400X）4. 铸 铁 的 组 织 亚 共 晶 白 口 铸 铁含 碳 量 4.3%的 白 口 铸 铁 称 为 亚 共 晶 白 口 铸 铁 。 在 室 温 下 亚 共 晶 白 口 铸 铁 的 组 织由 珠 光 体 、 二 次 渗 碳 体 和 莱 氏 体 组 成 ， 如 图 5-6
15、所 示 。 用 硝 酸 酒 精 溶 液 浸 蚀 后 在 显微 镜 下 ， 斑 点 状 莱 氏 体 为 基 体 ， 黑 色 枝 晶 组 织 为 珠 光 体 。 共 晶 白 口 铸 铁共 晶 白 口 铸 铁 的 含 碳 量 为 4.3%， 经 在 室 温 下 的 组 织 由 单 一 的 共 晶 莱 氏 体 所 组 成 。在 显 微 镜 下 ， 白 亮 色 的 基 体 是 渗 碳 体 ， 暗 黑 色 的 斑 点 状 与 细 条 状 是 珠 光 体 。 如 图5-7 所 示 。 过 共 晶 白 口 铸 铁含 碳 量 4.3%的 白 口 铸 铁 。 在 室 温 下 的 组 织 由 一 次 渗 碳 体 和
16、 莱 氏 体 所 组 成 。 在显 微 下 可 观 察 到 在 暗 色 斑 点 状 的 莱 氏 体 的 基 底 上 分 布 着 亮 白 色 粗 大 条 片 状 的 一 次 渗碳 体 ， 如 图 5-8 所 示 。图 5-6 亚 共 晶 白 口 铸 铁 显 微 组 织 图 图 5-7 共 晶 白 口 铸 铁 显 微 组 织7图 5-8 过共晶白口铸铁显微组织图三 、 实 验 内 容1. 在 本 实 验 中 ， 学 生 应 根 据 铁 碳 合 金 相 图 分 析 各 类 成 分 铁 碳 合 金 的 组 织 形 成 过程 ， 并 通 过 对 铁 碳 合 金 平 衡 组 织 的 观 察 和 分 析 ， 熟 悉 钢 和 铸 铁 的 金 相 组 织 和
