鐵碳合金平衡組織觀察

1、五 鐵碳合金平衡組織觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解典型成份的鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織特征。2. 分析含碳量對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成份、組織和性能之間的相互關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理：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(lái)分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。圖5-1 FeFe3C相圖鐵碳合金主要包括碳鋼和白口鑄鐵，其室溫組織是由鐵素體和滲碳體這兩個(gè)基本相所組成，由于含碳量不同，鐵素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)量，析出條件及分布均有所不同，因而呈現(xiàn)各種不同的形態(tài)。2. 鐵碳合金在室溫下的組織不同成份的鐵碳合

2、金在室溫下的顯微組織見(jiàn)表5-1。5-1 各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織類 型含碳量（%）顯微組織浸蝕劑工業(yè)純鐵0.02鐵素體4%硝酸酒精溶液碳鋼亞共析鋼 0.020.77鐵素體+珠光體4%硝酸酒精溶液共 析 鋼0.77珠光體4%硝酸酒精溶液過(guò)共析鋼 0.772.11珠光體+二次滲碳體苦味酸鈉溶液，滲碳體變黑或呈棕紅色白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.114.3珠光體+二次滲碳體+萊氏體4%硝酸酒精溶液共晶白口鐵4.3萊氏體4%硝酸酒精溶液過(guò)共晶白口鐵4.36.69萊氏體+一次滲碳體4%硝酸酒精溶液鐵碳合金在金相顯微鏡下具有下面四種基本相和組織。鐵素體（F）鐵素體是碳溶解于-Fe中的間隙式固溶體。工業(yè)純鐵

3、用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，顯微鏡下呈現(xiàn)白亮色的多邊形等軸晶粒；亞共析鋼中的鐵素體呈塊狀分布；當(dāng)含碳量接近共析成分時(shí)，鐵素體則呈現(xiàn)斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。滲碳體（Fe3C）滲碳體是鐵與碳形成的金屬間化合物，其含碳量為6.69%，質(zhì)硬而脆，耐腐蝕性強(qiáng)，經(jīng)4%硝酸酒精浸蝕后，滲碳體呈亮白色，而鐵素體浸蝕后呈灰白色，由此可區(qū)別鐵素體和滲碳體。滲碳體可以呈現(xiàn)不同的形態(tài)：一次滲碳體直接由液態(tài)中結(jié)晶出，呈粗大的片狀；二次滲碳體由奧氏體中的出，常呈網(wǎng)狀分布于奧氏體的晶界；三次滲碳體由鐵素體中析出，呈不連續(xù)片狀分布于鐵素體晶界處，數(shù)量極微，可忽略不計(jì)。珠光體（P）珠光體是鐵素體和滲碳體呈片狀交替排列的機(jī)械混

4、合物。經(jīng)4%硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下，可以看到具有不同特征的珠光體組織。在高倍放大時(shí)能清楚地看到珠光體中平行相間的寬片鐵素體和細(xì)片滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí)，由于顯微鏡的鑒別率小，滲碳體片很薄，這時(shí)珠光體中的滲碳體就只能看到的是一條黑線；當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)較低時(shí)，珠光體的片層就不容易分辨出來(lái)，而呈黑色塊狀。萊氏體（Ld）萊氏體在室溫時(shí)是珠光體和滲碳體所組成的機(jī)械混合物。其組織特征是在亮白色的滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀珠光體。根據(jù)含碳量及組織特征的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵，鋼和鑄鐵三大類。工業(yè)純鐵含碳量0.0218%的鐵碳合金通常稱為工業(yè)純鐵。它為兩相組織

5、，即由鐵素體和少量三次滲碳體所組成。圖5-2所示為工業(yè)純鐵的顯微組織，其中黑色線條是鐵素體的晶界，而亮白色基底則是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒，在某些晶界處可以看到不連續(xù)的薄片狀三次滲碳體。3. 碳素鋼的組織 亞共析鋼亞共析鋼的含碳量在0.0218%0.77%范圍內(nèi)，其組織由鐵素體和珠光體所組成。隨著鋼中含碳量的增加鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多。圖5-3為亞共析鋼45鋼的顯微組織，其中亮白色為鐵素體，暗黑色為珠光體。圖5-2 工業(yè)純鐵的顯微組織 圖5-3 45鋼的顯微組織（400X）另外，也可通過(guò)直接在顯微鏡下觀察珠光體和鐵素體各自所占面積的百分?jǐn)?shù)，近似地計(jì)算鋼中的碳含量，即碳含

6、量P×0.77%，其中P為珠光體所占面積百分?jǐn)?shù)。例如：某亞共析鋼在顯微鏡下觀察到52%的面積為珠光體，則此鋼的含碳量C%0.4%（室溫下鐵素體含碳量極微，約為0.0008%，可忽略不計(jì)），此鋼相當(dāng)于40鋼。 共析鋼的組織含碳量0.77%的碳鋼稱為共析鋼，它由單一的珠光體所組成。即由鐵素體和滲碳體呈層片狀交替排列的機(jī)械混合物。如圖5-4所示即是T8鋼的珠光體顯微組織。通過(guò)金相顯微觀察可知，珠光體晶粒之間沒(méi)有明顯的晶界，片層排列方向大致相同的部分就是一個(gè)珠光體晶粒。 過(guò)共析鋼的組織含碳量超過(guò)0.77%的碳鋼稱為過(guò)共析鋼，它在室溫下的組織由珠光體和二次滲碳體所組成。鋼中含碳量越多，二次滲碳

7、體數(shù)量就愈多。圖5-5所示為T12鋼的顯微組織。組織形態(tài)為層片相間的珠光體和細(xì)小的亮白色的網(wǎng)絡(luò)狀滲碳體。圖5-4 T8鋼的顯微組織（400X） 圖5-5T12鋼的顯微組織（400X）4. 鑄鐵的組織 亞共晶白口鑄鐵含碳量4.3%的白口鑄鐵稱為亞共晶白口鑄鐵。在室溫下亞共晶白口鑄鐵的組織由珠光體、二次滲碳體和萊氏體組成，如圖5-6所示。用硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下，斑點(diǎn)狀萊氏體為基體，黑色枝晶組織為珠光體。 共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%，經(jīng)在室溫下的組織由單一的共晶萊氏體所組成。在顯微鏡下，白亮色的基體是滲碳體，暗黑色的斑點(diǎn)狀與細(xì)條狀是珠光體。如圖5-7所示。 過(guò)共晶白口鑄鐵含碳

8、量4.3%的白口鑄鐵。在室溫下的組織由一次滲碳體和萊氏體所組成。在顯微下可觀察到在暗色斑點(diǎn)狀的萊氏體的基底上分布著亮白色粗大條片狀的一次滲碳體，如圖5-8所示。圖5-6 亞共晶白口鑄鐵顯微組織圖 圖5-7共晶白口鑄鐵顯微組織圖5-8 過(guò)共晶白口鑄鐵顯微組織圖三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)鐵碳合金相圖分析各類成分鐵碳合金的組織形成過(guò)程，并通過(guò)對(duì)鐵碳合金平衡組織的觀察和分析，熟悉鋼和鑄鐵的金相組織和形態(tài)特征，以進(jìn)一步建立成分與組織之間相互關(guān)系的概念。2. 觀察表5-2中所列試樣的顯微組織，并確定其所屬類型。表5-2 幾種碳鋼和白口鑄鐵的顯微樣品編號(hào)材 料熱處理組織名稱及特征浸蝕劑放大倍數(shù)

9、1工業(yè)純鐵退火鐵素體（呈等軸晶粒）和微量三次滲碳體（薄片狀）4% 硝酸酒精溶液100500220鋼退火鐵素體（呈塊狀）和少量的珠光體4% 硝酸酒精溶液100500345鋼退火鐵素體（呈塊狀）和相當(dāng)數(shù)量的珠光體4% 硝酸酒精溶液1005004T8鋼退火鐵素體（寬條狀）和滲碳體（細(xì)條狀）相間交替排列4% 硝酸酒精溶液1005005T12鋼退火珠光體（暗色基底）和細(xì)網(wǎng)絡(luò)狀二次滲碳體4% 硝酸酒精溶液1005006T12鋼退火珠光體（呈淺色晶粒）和二次滲碳體（黑色網(wǎng)狀）4% 硝酸酒精溶液1005007亞共晶白口鐵鑄態(tài)珠光體（呈黑色枝晶狀）、萊氏體（斑點(diǎn)狀）和二次滲碳體（在枝晶周圍）4% 硝酸酒精溶液1005008共晶白口鐵鑄態(tài)萊氏體，即珠光體（黑色細(xì)條及斑點(diǎn)狀）和滲碳體（亮白色）4% 硝酸酒精溶液1005009過(guò)共晶白口鐵鑄態(tài)萊氏體（暗色斑點(diǎn)）和一次滲碳體（粗大條片狀）4% 硝酸酒精溶液100500鐵碳合金的平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模憾?、畫出所觀察的金相試樣的顯微組織示意圖，并用箭頭標(biāo)明組織組成物的名稱。材料名稱 材料名稱 材料名稱化學(xué)成分 化學(xué)成分 化學(xué)成分顯微組織 顯微組織 顯微組織材料名稱 材料名稱 材料名稱化學(xué)成分 化學(xué)成分