实验一铁碳合金金相组织观察

实验⼀铁碳合⾦⾦相组织观察
实验⼀铁碳合⾦⾦相组织观察
⼀、实验⽬的
1．认识铁碳合⾦的平衡组织。

2．了解含碳量对铁碳合⾦平衡组织的影响规律。

．
⼆、概述
1．⼯业纯铁(C<0．02％)，显微组织是单相铁素体，如图11.1。

2．碳钢随含碳量不同可分为：亚共析钢(含C<0．8％)；共析钢(含C：0．8％)，过共析钢(0．8％<含C<2．06％)。

共析钢的显微组织是⽚状铁素体和渗碳体的机械混合物，由于试⽚浸蚀后表⾯具有珍珠的光泽，故称为珠光体，其显微组织如图11.2
图11.1 图11. 2
材料：⼯业纯铁材料：T8(0．8％C)
处理⽅法：退⽕热处理⽅法；退⽕
腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液
显微组织：铁素体(⽩亮块是晶显微组织：珠光体，(⽩亮基体
粒，⿊线是晶粒边界) 是铁素体，细夹条是渗碳体)
放⼤倍数：100×放⼤倍数；400×
图中的⽩亮基体是铁素体，细夹条是渗碳体，⿊线是铁素体和渗碳体的相界⾯。

如放⼤倍数低或⽚层过薄时，则看不到⽚层结构，⽽呈暗⿊⾊块状物。

亚共析钢的显微组织是由铁素体与珠光体组成。

铁素体是碳在⼀Fe中的固溶体，其组织是⽩亮⾊。

在亚共析钢中，随含碳量的增加铁素体量逐渐减少，如图11.3⾄共析成分时铁素体量接近于零，⽽形状亦由颗粒状逐渐变成⽹状分布于珠光体周围。

珠光体的量则随含碳量的增加逐渐增多，⾄共析成分时全部为珠光体组织。

过共析钢的显微组织由珠光体和⽹状渗碳体(⼆次渗碳体)组成。

渗碳体是碳和铁的化合物(Fe3C含碳量为6．67％)。

在过共析钢中，随含碳量的增加渗碳体的量增多，如图11.4。

图11. 3 图11. 4
材料：20钢(0．2％C) 材料：T12钢(1．2％C)
热处理⽅法：退⽕热处理⽅法：退⽕
腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液腐蚀剂：4％HNO3酒精溶液
显微组织：珠光体(暗⿊⾊块状) 显微组织：珠光体(暗⿊⾊基体) +铁素体(⽩有块，细+渗碳体(⽩亮细⽹)
⿊线是铁素体晶界) 放⼤倍数：200×
放⼤倍数：100×
从T 12钢的显微组织中看出，⽤硝酸酒精溶液浸蚀后渗碳体是⽩亮的，⽽且是⽹状分布。

3．⽩⼝铁亦随其含碳量不同⽽分为亚共晶⽩⼝铁(2．06％C～4．3％C)，共晶⽩⼝铁(43％C)；过共晶⽩⼝铁(4．3％C～6．67％C)三种。

共晶⽩⼝铁的显微组织全部是莱⽒体。

含碳4．3％C的铁⽔冷到1147℃时产⽣共晶转变，形成奥⽒体和渗碳体的机械混合物称莱⽒体。

随温度的继续下降，莱⽒体中的渗碳体不发⽣变化，⽽奥⽒体则和过共析钢⼀样沿奥⽒体晶粒边界析出⼆次渗碳体(与莱⽒体中的渗碳体连在⼀起，在显微镜下分辨不出来)。

⽽奥⽒体的含碳量将沿ES线逐渐减少，冷到727℃时，剩余的奥⽒体转变成珠光体，因此其室温组织是珠光体和渗碳体组成的莱⽒体称为变态莱⽒体。

其显微组织如图11.5。

亚共晶⽩⼝铁在1147℃产⽣共晶转变后，由初⽣奥⽒体和莱⽒体组成。

初⽣奥⽒体和莱⽒体中的奥⽒体，在随后冷却过程中，将因析出⼆次渗碳体⽽含碳量逐渐降低，⾄727℃时奥⽒体含碳量降到0．8％⽽转变成珠光体。

因此亚共晶⽩⼝铁室温的显微组织是变态莱⽒体与珠光体组成如图11. 6 ，在亚共晶⽩⼝铁中莱⽒体的相对量将随含碳量的增加⽽增多。

过共晶⽩⼝铁在⾼温时由初⽣（⼀次）渗碳体与莱⽒体组成。

⼀次渗碳体在随后冷却过程中不再发⽣相变，故其显微组织（在室温时）由⽩亮的条状⼀次渗碳体与莱⽒体组成如图11.7，⼀次渗碳体的相对量将随过共晶⽩⼝铁的含碳量的增加⽽逐渐增多。

图11.5 图11.6
材料：共晶⽩⼝铁(4．3％C)材料：亚共晶⽩⼝铁
热处理⽅法：铸造状态热处理⽅法：铸造状态
腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液腐蚀剂：4％HNO3酒精溶液
显微组织：渗碳体(⽩亮基体)+ 显微组织：珠光体+变态莱⽒体（⼤⿊珠光体(灰⿊⾊粒长条块是珠光体，⽩⾊的渗碳体
状)即变态莱⽒体。

基体上分布着细⼩的⿊点为
放⼤倍数：100×变态莱⽒体）
放⼤倍数：100×
材料：过共晶⽩⼝铁
热处理⽅法：铸造状态
腐蚀剂：4％HNO3酒精溶液
显微组织：⼀次渗碳体（⽩亮的
⼤条状）+变态莱⽒体
（基体）
放⼤倍数：100×
图11. 7
三、实验步骤和⽅法
1．观察以下个中种成分的铁碳合⾦显微组织⼯业纯铁、20号钢、45号钢、T8钢、
T12钢、亚共晶⽩⼝铁、共晶⽩⼝铁、过共晶⽩⼝铁⼋种⾦相组织；
2．观察组织时注意观察各种组织的特点；含碳量对组织相对量的影响；⽤不同腐蚀剂浸蚀过共析钢，其组织有何变化？3．实验报告内容：
1）分别在直径为50mm圆内画出所观察各种试⽚的显微组织图，并注明纲号、热处理⽅法、腐蚀剂、显微组织、放⼤倍数。

2）说明含碳量对铁碳合⾦平衡组织影响规律。

四、实验报告要求
1、写出实验⽬的、实验设备
2、画出观察到的试样的组织图，标明各组织组成物名称、材料名称、处理条件、浸蚀剂、放⼤倍数等(不要将划痕、夹杂物、锈蚀坑等画到图上)。

五、注意事项
⾦相显微镜的成像原理可参阅有关书籍。

实验课上所⽤的显微镜已经调整好了，观察时只要转动微调螺旋，看清楚即可。

显微镜是精密的光学仪器，使⽤时⼀定要当⼼。

制备试样很费时间，所以我们要爱护制好的试样表⾯，不要⽤⼿直接触摸试样表⾯，更要避免被硬物划伤，在实验过程中不要⽤⼿去动试样。

附录显微分析
⼀、显微样品制备与⾦相显微镜的使⽤⽅法
1．了解正确制备显微样品的过程。

2．熟悉⾦相显微镜的构造原理及正确的使⽤⽅法。

⼆、概述
利⽤显微镜将⾦属组织⾼倍放⼤后进⾏观察分析的⽅法称为显微分析。

在⾦属显微镜下所观察到的⾦属组织称为显微组织或⾦相组织。

这种分析⽅法的特点是在特制的试⽚上⽤能放⼤数⼗倍⾄两三⼲倍的⾦相显微镜来观察⾦属中细⼩的组织及缺陷，从⽽了解⾦屑组织及缺陷与性能之间的关系。

这在检查⾦属材料的质量和分析产⽣缺陷的原因等⽅⾯起着重要的作⽤。

显微试⽚的制备
1．取样：取样应根据检查⽬的取有代表性的部位。

试样不宜过⼤，⼀般直径和⾼各为10—15mm为宜。

如过⼤可⽤锯或切割机切⼩(切时应注意不能使⾦属的组织发⽣变化)。

样品太⼩(如⾦属薄⽚或细丝等)⽆法磨制，可将试样镶在电⽊、硫磺或其它易熔⾦属中或⽤夹具夹住进⾏磨制。

2．研磨：试样取好后⽤砂轮磨平，再⽤⼀套粗细不同的砂纸逐次磨光。

我国⽣产的⾦相砂纸有I／0、2／0、3／0、4／0、5／0、6／0、7／0七种。

其中7／0最细，磨光时通常是将砂纸放在⼀块玻璃上，⼀⼿按住砂纸，⼀⼿拿住试⽚并⽤⼀定的压⼒，使试⽚表⾯和砂纸均匀接触后⽤⼒向前推磨。

每换⼀道砂纸需使前道砂纸所留下的磨痕全部消失，为了确切地掌握这⼀点，在换砂纸时应将试样的研磨⽅向调转90度。

前道砂纸上的粗纱粒带到下道砂纸上去时将在试样上造成新的深痕，因此最好在换砂纸时洗⼿和洗试样或⽤布擦净。

实际上⼀块试样不需要磨七种砂纸，只要选三种就⾜够。

3．抛光：磨光后的试样还需要经过抛光是磨痕全部消失⽽获得光亮如镜的磨⾯。

抛光常在抛光机上进⾏。

抛光机的主部分是⽤电动机带动的⽔平旋转圆盘。

盘上⾯铺有帆布或绒布，抛光时要不断地滴上抛光液（Al2O3、Cr2O3、MgO等极细的磨料加⽔形成的悬浮液）。

在抛光时注意⽤⼒均匀，不可过轻或过重以免试样刮破抛光布或飞出，抛光布湿度要合适（以抛光好的试样离开抛光盘4—5秒钟后，⽔分挥发完为好）过湿则降低抛光速度并使钢铁中的夹杂物或⽯墨拖出，过⼲则使磨⾯发暗出现斑点。

抛光时试样左右旋转，快抛好时可由盘边向中⼼移动，以提⾼抛光⾯的质量。

当抛到试样光亮如镜时将试样在流⽔中洗涤⼲净后⽤酒精冲去残留⽔滴，再⽤吹风机吹⼲、电炉烤⼲或⽤滤纸吸⼲以防出现锈斑。

如只观察⾦属中的夹杂物或⽯墨，可将经过上述⽅法制备好的试样直接放在显微镜下进⾏研究。

4．腐蚀，为了显⽰⾦属的组织，应将抛光后洗净的试样进⾏腐蚀。

不同的⾦属试样采⽤不同的腐蚀剂。

钢和铁最常⽤的腐蚀
剂是4%的硝酸酒精溶液，或4%的苦味酸酒精溶液。

腐蚀的⽅法：⼀般是先在试样抛光⾯上滴上酒精（使腐蚀均匀）后浸于腐蚀剂中（也有⽤棉花沾腐蚀剂在试样表⾯上拭擦或⽤滴管把腐蚀剂均匀地滴在磨⾯上），腐蚀到发光的表⾯失去光泽⽽呈银灰⾊后⽴即将试样移于清⽔中冲洗，以免腐蚀剂继续作⽤⽽致腐蚀过度，然后再滴上洒精冲掉试样表⾯的⽔分，并⽴即⽤吸⽔纸，吹风机或电炉将。