鐵碳合金平衡組織觀察精講實(shí)驗報告

1、實(shí)驗四鐵碳合金平衡組織觀察一、實(shí)驗?zāi)康模? 了解鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。2分析成分對鐵碳合金顯微組織的影響，從而理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系。二、實(shí)驗原理及內(nèi)容：鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)，平衡組織指合金在極其緩慢的冷卻速度下得到的組織。在實(shí)驗條件下，退火態(tài)的鐵碳合金組織可以看成平衡組織。鐵碳合金平衡組織是指碳鋼和白口鑄鐵組織，其中碳鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料，它們性能與其顯微組織密切相關(guān)。1. 鐵碳合金平衡狀態(tài)圖鐵碳合金的平衡組織是指鐵碳合金在極為緩慢的冷卻條件下所得到的組織?？梢愿鶕?jù)鐵碳相圖（如圖5-1 所示），來分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。圖

2、 5-1 Fe Fe3C 相圖從相圖上可以看到所有的碳鋼和白口鑄鐵在室溫時的組織均由鐵素體（F）和滲碳體（）這兩個基本相組成，但是由于含碳量的不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件以及分布情況均有所不同。因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)，其性能也各不相同。2. 幾種基本組織組成物用侵蝕劑顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾種基本組織組成物。表 1 各種鐵碳合金在室溫下的平衡組織合金類型碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，(C)顯微組織工業(yè)純鐵0.0218%鐵素體 (F)亞共析鋼0.0218%-0.77%鐵素體 (F)+珠光體 (P)碳0.77%珠光體 (P)共析鋼鋼0.77%-2.11%珠光體 (P)+二次滲碳

3、體 (Fe3C )過共析鋼3白珠光體 (P)+二次滲碳體 (Fe3C)+亞共晶白口鑄鐵2.11%-4.3%、口萊氏體 (Ld )共晶白口鑄鐵4.3%各鑄萊氏體 (Ld )過共晶白口鑄鐵4.3%一 6.69%鐵一次滲碳體 (Fe3C) +萊氏體 (Ld)種組成相或組織組成物的特征a) 鐵素體 (F)是碳溶于 -Fe 的固溶體。鐵素體為體心立方晶格。具有磁性及良好的塑性， 硬度較低，一般為 80HB120HB，經(jīng) 3 5硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀察呈白色晶粒，見工業(yè)純鐵的組織(如圖 1 所示 )。亞共析鋼中，隨著鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，珠光體量增加而鐵素體量減少。鐵素體量較多時，呈塊狀分布 (

4、如圖 2 所示 )。當(dāng)鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近共析成份時，鐵素體往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布于珠光體的周圍 (如圖 3 所示 )。b) 滲碳體 (Fe3C)是鐵與碳形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物， 它的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69，抗浸蝕能力較強(qiáng)。經(jīng)3 5硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色。一次滲碳體 (Fe3C)是直接從液體中析出的，呈長白條狀，分布在萊氏體中；二次滲碳體 (Fe3C)是由奧氏體 (A) 中析出的，數(shù)量較少，皆沿奧氏體晶界析出，在奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體后，它呈網(wǎng)狀分布在珠光體的邊界上。另外，經(jīng)不同的熱處理后，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。滲碳體的硬度很高，可達(dá) 800HB 以上，它是一種硬而脆的相，強(qiáng)度和塑

5、性都很差。c) 珠光體 (P)是鐵素體和滲碳體的共析機(jī)械混合物，它是由鐵素體片和滲碳體片相互交替排列形成的層片狀組織。經(jīng) 3 5硝酸酒精溶液浸蝕后，試樣磨面上的條狀鐵素體和滲碳體因邊界被浸蝕呈黑色線條，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下觀察時，具有不太一樣的特征。在 600 倍以上的高倍顯微鏡下觀察時，每個珠光體團(tuán)中是平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體，它們都呈白亮色，而其邊界呈黑色(如圖 5 所示 )。在 400 倍左右的中倍顯微鏡下觀察時，白亮的滲碳體細(xì)條被兩邊黑色的邊界線所 “吞食 ”，而變成為黑條， 這時所看到的珠光體是寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體相間的混合物 (如圖 4 所示 )。在 200

6、倍以下的低倍顯微鏡下觀察時，由于顯微鏡的鑒別率較低，寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體也很難分辨，這時的珠光體是一片暗黑，成為黑塊的組織。d) 萊氏體 (Ld )是一個兩相組織。 在 727以上是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。在 727時， 萊氏體中奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)而變成珠光體， 所以在室溫時萊氏體組織是珠光體和滲碳體的機(jī)械混合物。滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體，兩種滲碳體相連在一起，沒有邊界線，無法分辨開。經(jīng) 3 5硝酸酒精浸蝕后，萊氏體的組織特征是，在白亮色的滲碳體基本上分布著許多黑色點(diǎn)(塊)狀或條狀的珠光體 (如圖 8 所示)。萊氏體硬度很高，達(dá) 700HB，性脆。它一般存在于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)

7、大于 2.11的白口鑄鐵中，在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也有出現(xiàn)。在亞共晶白口鑄鐵中，萊氏體被黑色粗樹枝狀的珠光體所分割，而且可看到在珠光體周圍有一圈白亮的二次滲碳體(如圖 7 所示 )。在過共晶白口鑄鐵中，萊氏體被粗大的白色長條狀的一次滲碳體所分割(如圖 9 所示 )。鐵素體與滲碳體的區(qū)別鐵碳合金平衡組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。F 和Fe3C經(jīng) 3 5硝酸酒精溶液浸蝕后均呈白亮色，有時為了區(qū)別晶界網(wǎng)狀是鐵素體還是滲碳體，可用堿性苦味酸鈉水溶液 (2g 苦味酸、 25g 氫氧化納、 l00ml 水 )煮沸 15min，滲碳體被染成黑色，鐵素體仍為白色 (圖 10)，這樣就可區(qū)別 F 和

8、Fe3C。亞共析鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的估算亞共析鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 0.0218 0.77范圍內(nèi)，平衡狀態(tài)下組織為鐵素體和珠光體，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多，兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可由杠桿定律求得。 例如，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.45的鋼 (45 鋼 )，其珠光體、鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：三、主要儀器設(shè)備金相顯微鏡四、操作方法與實(shí)驗步驟1、討論 Fe-Fe3C 相圖1）分析各相及組織組成物的本質(zhì)。2）分析不同含碳量的鐵碳合金的凝固過程、室溫組織及其形貌特征。3）總結(jié)鐵碳合金的組織、性能與含碳量的關(guān)系。2、觀察、分析并畫出工業(yè)純鐵、不同碳鋼及白口鑄鐵（下表所示）的三種組織

9、示意圖。 1）熟悉金相顯微鏡的構(gòu)造和使用方法；2）按觀察試樣所需的總的放大倍數(shù)，選好物鏡和目鏡；3）移動載物臺，使物鏡位于載物臺孔的中央，將試樣的觀察面正對物鏡倒置在載物臺上；4）按照明燈泡的使用電壓，接通低壓變壓器電源，使燈泡發(fā)亮；5）檢查微動指使刻線，將其調(diào)到上下極限刻線的中間，以便微調(diào)操作； 6）旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手論調(diào)焦，當(dāng)視場中出現(xiàn)模糊影像時， 再轉(zhuǎn)動微調(diào)手論，直到影像清晰為止；7）觀察完畢，應(yīng)立即關(guān)燈，延長燈泡壽命。Fe-C 合金平衡組織觀察樣五、實(shí)驗觀測結(jié)果分析根據(jù)所觀察組織說明含碳量對鐵碳合金的組織和性能的影響的大致規(guī)律即：含碳量很低（ 0.0218%）時，鐵碳合金顯微組織為單相鐵素體，

10、硬度、強(qiáng)度低，塑性、韌性好。隨著含碳量的升高，強(qiáng)度先增大后減小，硬度增加，塑性、韌性減小。鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為珠光體。其顯微結(jié)構(gòu)為鐵素體與滲碳體層片相間。它經(jīng)溶液浸蝕后，其組織中的鐵素體和滲碳體都呈白亮色，而鐵素體和滲碳體的相界被浸蝕后呈黑色線條。當(dāng)放大倍數(shù)較高時， 可以清晰地看到珠光體中平行排列分布的寬條鐵素體和窄條滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時， 珠光體的層片狀結(jié)構(gòu)就不能分辨了，此時珠光體呈黑色的一團(tuán)。1）工業(yè)純鐵，由鐵素體和三次滲碳體組成，其中黑色線條是鐵素體的晶界、而亮白色基體是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒。在晶界上存在少量三次滲碳，呈現(xiàn)出白色的不連續(xù)的網(wǎng)狀，由于量少，有時看不出圖

11、1）工業(yè)純鐵 400 倍2 ）45 鋼，其組織由鐵素體和珠光體所組成，其中亮白色為鐵素體，暗黑色為珠光體。圖 2）45 鋼400 倍3） T8 鋼，由單一的珠光體組成，黑色的層狀珠光體圖 3）T8 鋼 400倍4 ）T12 鋼，組織由珠光體和二次滲碳體組成。顯微組織中存在片狀珠光體和網(wǎng)絡(luò)狀二次滲碳體。經(jīng)侵蝕后珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體則呈現(xiàn)白色網(wǎng)狀。圖 4）T12鋼 400 倍5）亞共晶白口鑄鐵，組織為珠光體、二次滲碳體和萊氏體，如圖所示。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀的珠光體和斑，點(diǎn)狀萊氏體，其中二次滲碳體與共晶滲碳圖 5）亞共晶白口鑄鐵， 400 倍體混在一起，不易分辨。6）共晶白口鐵，共組織由單一的共晶萊氏體組成經(jīng)浸蝕后，在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細(xì)條及斑點(diǎn)狀，共晶滲碳體呈亮白色圖 6）共晶白口鐵，400 倍7）過共晶白口鑄鐵，組織由一次滲碳體和萊氏體組成。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下可觀察到在暗色斑點(diǎn)狀的萊氏體基體上分布著亮白色的粗大條片狀的一次滲碳體。圖 7）過共晶白口鑄鐵， 400六、實(shí)驗體會通過本次實(shí)驗，我更直觀地觀察了不同鐵碳合金的組