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1、.wd实验十铁碳合金显微组织的观察及分析总结报告班级：冶金E111姓名：杨泽荣学号：411020xx摘要：依据铁碳相图分析了不同成分铁碳合金及其形貌特征,解释了如何鉴别细网状铁素体和网状渗碳体，冷却速度对组织形貌和相对量有无影响，各类铸铁的组织对性能有何影响等问题。关键词：铁碳合金组织形貌铁碳相图1 实验设备与材料光学显微镜，标准试验样品假设干2 实验原理2.1 铁碳相图2.2铁碳组织组成物铁素体:碳在体心立方铁中的固溶体 FeC和 -FeC，通常也成铁素体和 铁素体。奥氏体:碳在面心立方铁的固溶体-FeC珠光体:奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括
2、渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物。广义那么包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。莱氏体:莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为c4.3。当温度高于727时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。在低于727时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示，称为变态莱氏体。渗碳体: Fe 和C 形成的化合物2.3含碳量不同情况下的析出相及其组织形貌。根据组织特点及
3、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。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那么等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。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
4、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积的百分数，可近似地计算出钢的含碳量，即，碳含量P0.77%，其中P为珠光体所占面积百分数。共析钢含碳量为0.77%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体组成。过共析钢过共析钢的含碳量在0.77%2.11%，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。经硝酸酒精浸蚀后，二次渗碳体呈亮白色网分布在珠光体的周围。亚共晶白口铸铁含碳量是2.11%4.3%，在室温下的组织由珠
5、光体、二次渗碳体和变态莱氏体所组成。经硝酸酒精浸蚀后，组织呈现：暗黑色的树枝状的珠光体枝晶态和斑点状变态莱氏体，二次渗碳体的空间位置是在珠光体的周围，但形态上与共晶渗碳体无法区分。共晶白口铸铁含碳量为4.3%，室温下的组织由单一的变态莱氏体组成。经浸蚀后，显微组织为暗黑色粒状或条状珠光体分布在亮白色的渗碳体的基底上。有时通俗地称为“斑点组织。过共晶白口铁含碳量为4.3%6.69%，在室温下的组织是一次渗碳体和变态莱氏体。经浸蚀后，一次渗碳体呈亮白色的粗大条片状分布于斑点状的变态莱氏体的基底上。2.4铸铁的分类及分类标准根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：1.白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，
6、其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。2.灰口铸铁碳全部或大局部以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。3.麻口铸铁碳一局部以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一局部以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：1.灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在。2.可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在。它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的。其机械性能特别是韧性和塑性较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。3.球
7、墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在。它是在铁水浇注前经球化处理后获得的。这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织名称石墨化程度显微组织第一阶段第二阶段第三阶段灰口铸铁充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展局部进展不进展FGFPGPG麻口铸铁局部进展局部进展不进展LePG白口铸铁不进展不进展不进展LePFe3C2.5金相侵蚀原理及常用侵蚀剂纯金属及单相合金的腐蚀是一个化学溶解的过程。由于晶界上原子排列不规那么，具有较高自由能，所以晶界易受腐蚀而呈凹沟，使组
8、织显示出来，在显微镜下可以看到多边形的晶粒。假设腐蚀较深，那么由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蚀后的显微平面与原磨面的角度不同，在垂直光线照射下，反射进入物镜的光线不同，可看到明暗不同的晶粒。两相合金的腐蚀主要是一个电化学腐蚀过程。两个组成相具有不同的电极电位，在腐蚀剂中，形成极多微小的局部电池。具有较高负电位的一相成为阳极，被溶入电解液中而逐渐凹下去；具有较高正电位的另一相为阴极，保持原来的平面高度。因而在显微镜下可清楚地显示出合金的两相。常用侵蚀剂：硝酸酒精溶液适用范围:碳钢及低合金钢，能清晰的显示铁素体晶界苦味酸酒精溶液适用范围：碳钢及低合金钢，能清晰的显示珠光体和碳化3实
9、验过程观察如下合金的显微组织图并画出示意图序号类别合金牌号1亚共析钢202453604过共析钢T125过共晶白口铸铁6灰口铁7球墨铸铁8灰口铸铁9麻口铁10展性铸铁11变质灰口铁4实验结果及讨论4.1 20钢显微组织图说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显。凝固过程：Wc0.20%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 )时 ,奥氏体发生共析转变 ,生成珠光体.当冷至 PS
10、 K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.。由杠杆原理知，铁素体含量约为75.9%。4.2 45钢显微组织图说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显。凝固过程：Wc0.45%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 )时 ,奥氏体发生共析转变 ,生成珠光体.当冷至 PS K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.。由杠杆原理知，铁素体含量约为42.0%。4.3 6
11、0钢显微组织图说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显。凝固过程：Wc0.45%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 )时 ,奥氏体发生共析转变 ,生成珠光体.当冷至 PS K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.。由杠杆原理知，铁素体含量约为25.7%。4.4 T12钢说明：图中片层状构造为珠光体，白色线为晶界凝固过程：Wc1.2%的奥氏体 ,缓冷至 ES线对应的
12、温度时 ,奥氏体中的含碳量到达饱和而开场析出二次渗碳体.随着温度的下降 ,二次渗碳体不断析出 ,致使奥氏体的含碳量逐渐减少 ,奥氏体的含碳量沿 ES 线变化.当冷却到 PS K线对应的温度时奥氏体碳质量分数减至 0. 77 % ,发生共析转变 ,生成珠光体。由于硝酸酒精溶液侵蚀，显示出白色晶界。4.5 亚共晶白口铁说明：基体为黑白相间分布的变态莱氏体，黑色树枝状为初晶奥氏体转变成的珠光体，白色为二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，不易分辨。凝固过程：11 % Wc 4. 3 %的铁碳合金 ,由液体缓冷到 CD线对应的温度时 ,从液相中开场结晶出一次渗碳体.冷至 ECF线对应的温度(1 148 )时
13、 ,剩余液相成分到达共晶点成分( Wc = 4. 3 %) ,发生共晶转变 ,生成高温莱氏体 ,再冷至 PS K线对应的温度(727 )时 ,高温莱氏体转变为低温莱氏体.4.7 其他组织样品显微组织图在后附图中有分析5 思考题5.1为什么石墨会有不同的形态化学成分、冷却速度和凝固条件的不同使得石墨在铸铁组织中呈现不同的形态。5.2 如何得到不同形态的石墨控制不同的冷却速度就可以得到不同形态的石墨。5.3 什么是球化处理、孕育处理球化处理是铸铁在铸造时处理合金液体的一种工艺，用来获得球状石墨，从而提高铸铁的机械性能，形成的铸铁中碳主要以球状石墨形式存在，称为球墨铸铁。球化处理工艺有多种，冲入法，
14、钟罩法，喂丝法等等孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，到达细化晶粒的目的。5.4 石墨的形态不同对力学性能的影响。石墨数量越多，尺寸越大，石墨对基体的削弱作用也愈大。如果组织中的石墨呈现无规那么的片状，会使铸铁的力学性能下降，这种铸铁叫做灰口铸铁，灰口铸铁的石墨越均匀，越细越好。如果组织中的石墨呈现团絮状，对基体的割裂作用要比灰口铸铁小的多，韧性和强度都高于灰口铸铁，这样的铸铁叫做展性铸铁。如果组织中石墨成球状，可减少应力的集中，其强度，韧性更高，叫做球墨铸铁。5.5 石墨化的三阶段按照铁碳相图可将铸铁的石墨化分为三个温度阶段。第一阶段：铸铁的液相中结晶出一次石墨过共晶合金和通过共晶反响结晶出共晶石墨。中间阶段：奥氏体中直接析出二次石墨，或通过渗碳体在共晶温度和共析温度之间发生分解而形成石墨。第二阶段：从铸铁的共析转变中析出石墨。或
