铁碳合金平衡组织观察

1、五 铁碳合金平衡组织观察一、实验目的：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显微组织。图5-1 FeFe3C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

2、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0.77珠光体4%硝酸酒精溶液过共析钢 0.772.11珠光体+二次渗碳体苦味酸钠溶液，渗碳体变黑或呈棕红色白口铸铁亚共晶白口铁2.114.3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%硝酸酒精溶液过共晶白口铁4.36.69莱氏体+一次渗碳体4%硝酸酒精溶液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

3、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。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

4、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

5、，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 亚共析钢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

6、量P×0.77%，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，二次渗碳

7、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。图5-4 T8钢的显微组织（400X） 图5-5T12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

8、量4.3%的白口铸铁。在室温下的组织由一次渗碳体和莱氏体所组成。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形态特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。2. 观察表5-2中所列试样的显微组织，并确定其所属类型。表5-2 几种碳钢和白口铸铁的显微样品编号材 料热处理组织名称及特征浸蚀剂放大倍数

9、1工业纯铁退火铁素体（呈等轴晶粒）和微量三次渗碳体（薄片状）4% 硝酸酒精溶液100500220钢退火铁素体（呈块状）和少量的珠光体4% 硝酸酒精溶液100500345钢退火铁素体（呈块状）和相当数量的珠光体4% 硝酸酒精溶液1005004T8钢退火铁素体（宽条状）和渗碳体（细条状）相间交替排列4% 硝酸酒精溶液1005005T12钢退火珠光体（暗色基底）和细网络状二次渗碳体4% 硝酸酒精溶液1005006T12钢退火珠光体（呈浅色晶粒）和二次渗碳体（黑色网状）4% 硝酸酒精溶液1005007亚共晶白口铁铸态珠光体（呈黑色枝晶状）、莱氏体（斑点状）和二次渗碳体（在枝晶周围）4% 硝酸酒精溶液1005008共晶白口铁铸态莱氏体，即珠光体（黑色细条及斑点状）和渗碳体（亮白色）4% 硝酸酒精溶液1005009过共晶白口铁铸态莱氏体（暗色斑点）和一次渗碳体（粗大条片状）4% 硝酸酒精溶液100500铁碳合金的平衡组织观察实验报告一、实验目的：二、画出所观察的金相试样的显微组织示意图，并用箭头标明组织组成物的名称。材料名称 材料名称 材料名称化学成分 化学成分 化学成分显微组织 显微组织 显微组织材料名称 材料名称 材料名称化学成分 化学成分