模块一 常用金属材料及热处理

1、模块一 常用金属材料及热处理 项目三 常用金属材料的认识任务一：合金的热处理组织观察合金钢的牌号认识、热处理实验一、实验目的1认识碳钢的室温平衡组织；2了解金相显微镜的构造基本原理及其使用方法；3加深理解铁碳合金中成份、组织和性能之间的关系。二、实验材料及设备材料：碳钢和白口铁的典型金相样品一套。设备：台式金相显微镜。三、实验内容1金相显微镜的构造及其使用方法介绍(1)金相显微镜的构造金相显微镜是用来观察金属材料显微组织的基本仪器，金相显微镜和生物显微镜的外观形貌有些相似。其不同点在于生物显微镜是利用透射光来观察透明物体。而金相显微镜则是利用反射光将不透明物体放大后进行观察的，不同类型的金相显

2、微镜(卧式、立式、台式等)在构造上是不一样的。现主要介绍一下本实验所用的台式金相显微镜的构造基本原理。在光学系统里，金相显微镜主要包括物镜、目镜及一些辅助光学元件，其成像原理如图21 所示。物镜和目镜分别由两组透镜所组成，对着物体的一组透镜组成物镜，对着眼睛的一组透镜组成目镜。物镜、目镜都各由复杂的透镜系统组成。物镜使物体AB 形成放大的倒立的实像AB，目镜再把AB放大成仍然倒立的虚像A"B"，其位置正好在人眼的明视距离处，即距人眼睛 250mm 处。我们在显微镜中看到的就是这个虚像 A"B"。图 2-1 显微镜中得到放大物像的光学简图物镜的作用是把物体

3、放大，它是显微镜中最主要的部件。物镜质量的高低是决定显微镜成像时清晰与否的主要因素。目镜的作用是将物体己放大的实像再进一步放大，物镜和目镜都是由特制的光学玻璃制成的。在金相显微镜下观察到的金属金相显微组织是金属表面组织,是通过物镜和目镜两次放大都的像,故金相显微镜总的放大倍数应是物镜的单独放大倍数乘以目镜的单独放大倍数.即 M = M ×M = L f D 物目物目其中：M显微镜的放大倍数；M 物物镜的放大倍数；M 目目镜的砍大倍数；D明视距离250mm 处；f 目目镜的焦距；f 物物镜的焦距；L显敬镜的光学镜筒长度。附表 2-1 为台式金相显微镜的放大倍数物镜目镜10×

4、(8×)40× (45×)100×5×50× (40×)200× (225×)500×10×100× (80×)400× (450×)1000×15×150 (120×) 600× (675×)1500×台式金相显微镜的光学路线如图2-2 所示。在显微镜的底座后安装一个6V、15W 的白炽灯泡作为反射光源。光线通过聚光镜组先变成一束平行光，由反光镜反上来，经过放有滤光片(绿色、黄色、兰色

5、的特制玻璃)的孔径光栏，使光线变成单色光以减少透镜的色差。根据需要光的强弱不同，孔径光栏可放大也可缩小，它可以限制边缘光线，再进一步消除透镜的球面差，减少镜头的色差和球面差，有助于提高成像的质量和清晰度。可得到一小束平行单色光穿过视场光栏，射到与镜体轴线成45。角的半反射镜上，半反射镜把一部分光线反射上来，穿过物镜的孔径照到金相显微样品的表面上，使显微组织得到均匀的照明。光线自试样表面反射后再进入物镜，透过半反射镜到达棱镜，经过折后再进入物镜，透过半反射镜到达棱镜，经过折射后到达目镜。机械系统是金相显微镜的另一个组成部分，不同类型的金相显微镜的机械系统差别很大。台式金相显微镜的机械系统较简单，

6、 图22 台式金相显微镜的光学线路图主要有：镜架，镜筒、底座、载物台和装物 1-灯泡；2-聚光镜组(一)；3-聚光镜组(二)；4-半反射镜;镜用的物镜转换盘，以及凋解焦距用的粗动 5-补助透镜;6-物镜组;7-反光镜;8孔径光栏;9-视场光栏;和微动螺旋等基本部件，有的带有照相装置， 10-补助透镜;11-棱镜;12-棱镜;13-场镜;14-接目镜.需要时可将其装上进行拍摄。(2)金相显檄镜的使用方法将显微镜从木箱中轻轻取出后，把选择好倍数的目镜和物镜分别装到显微镜上，把制备好的金相显微样品放在载物台上。将变压器接在220V 的电源上，使光源插入变压器的6V 接头上，然后打开变压器开关使其亮灯

7、。千万不可将其直接插入220V 电源，以免烧毁灯泡发生触电事故。调焦距时要避免物镜与样品接触。应先将载物台下降，使样品尽量靠近物镜，然后用眼睛从目镜中观察，先用双手旋转粗凋焦手轮，使载物台慢慢上升，待看到组织后，再调节细调焦手轮，直到图像清晰为止。为了扩大视野，可轻轻向前后左右移动载物盘，以达到全面观察显微组织的目的；显微镜上的一切光学玻璃均需保持清洁，若有灰尘，应用镜头纸或镜头纸蘸二甲苯溶液擦净，切勿用手纸或手帕等物擦。金相显微镜属于精密仪器，使用时应特别细心，若带照相装置，则应按其说明书认真操作。2观察、分析碳钢和白口铁的平衡组织，然后在实验报告中绘出五种组织示意图，所取典型样品如下表所列

8、。序号 试样名称 腐 蚀 剂 显 微 组 织1 工业纯铁 4硝酸酒精 F十 (Fe3CIII 少量)2 0.2碳钢 4硝酸酒精 F十P3 0.45碳钢 4硝酸酒精 F十P4 0.8碳钢 4硝酸酒精 P(片状)5 1.2 碳钢 4硝酸酒精 P十Fe3CII6 未知钢 4硝酸酒精 F十P根据铁碳合金状态图可知，组成铁碳合金的室温平衡组织均由两个基本相 F 和Fe3C 组成，但由于含碳量不同，铁素体与渗碳体的析出条件，相对数量及分布情况不同，因而呈献出各种不同的组织形态。碳钢的室温平衡组织情况(0.02<C<2.11)共析钢(0.8C)；组织为100的珠光体(P)由于它自高温奥氏体冷却到

9、723。C 时发生共析反应，所得到的F 和Fe3C 是交替形成层状组织，所以叫片珠光体。在倍数低的显微镜下观察到片状珠光体中铁素体呈白亮色，而渗碳体呈黑色条纹状，当倍数很高(电镜下观察)时，铁素体和渗碳体的片状形态都能真实地反映出来。渗碳体和铁素体都保持成平面，由于渗碳体不易被浸蚀故凸出于铁素体之上。而在两者交界处，由于浸蚀时电化学作用较剧烈产生凹陷，在直射光照射下光线被散射，呈黑色，片状珠光体硬度为HBl90230，随片层间距的变小硬度升高，如图27。亚共析钢(0.02<c<0.8)，组织均由F 和P 所组成。当含碳量增加时，珠光体的相对百分数便增大，而铁素体便随之减少，当铁素体

10、量增多时，它呈块状分布。而当钢的含碳量接近共析成份时，F 和P 的边界呈网状分布，如图24、25、26。含碳量小于0.02的碳钢为工业纯铁，其组织为100F，铁素体硬度低，一般为HB80102，强度也较低，但塑性和韧性都好，所以低碳钢是适合作冷冲压材料的，如图23。过共析钢(0.8<C<2.11)，组织为P+Fe3CII、Fe3CII，由奥氏体中析出，由于量小而沿奥氏体晶界析出，随后奥氏体转变成珠光体，故Fe3Cli 呈网状分布在P 的边界上。渗碳体的硬度很高，HB 达800。它是一种硬而脆的相，所以强度、塑性都很差，故单纯Fe3C 或以Fe3C 为基体的铁碳合金，没有实用价值，只

11、有在铁素体上配合适量的Fe3C 才可用，如图28。3估算亚共析钢的含碳量，确定钢号。亚共析钢的平衡组织为 F+P，已知P 的平均含碳量为0.8，如果忽略铁素体的含碳量(723'C 时o02C 到室温时o 006的变化)，根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量的面积百分数(大约)乘以0.8，即为碳钢含碳量，求出含碳量就可确定钢号。例如：显微组织中珠光体面积百分数约占50(其余50为F)，则该试样的含碳量约为：0.8×50=0.4，则确定为40 号钢。四、实验报告要求1认真观察，认识组织，并了解不同含碳量对其组织以及相的形态有什么影响。2认真绘出五个显微组织田，井用箭头标出各组织中的组织组成物。3估算出一种亚共析钢的含碳量。五、实验成绩评定按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习情况、实验过程中操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。 图 23 100× 图 24 100×材料：工业纯铁 材料：20 钢状态：退火 状态：退火组织：铁素体(F) 组织：铁素体(F)+珠光体(P)4%硝酸酒精溶液浸蚀 4%硝酸酒精溶液浸蚀 图25 100×