1、铁碳平衡实验(杜)
铁碳平衡图
铁碳平衡图(iron—carbon equilibrium dia—gram)表示在接近平衡(铁一石墨)和亚稳条件(铁一碳化铁)下铁碳合金在不同碳含量、不同温度下所呈现的相和这些相之间平衡关系的图，又称铁碳相图。
它是研究和使用钢铁材料、制定其铸造、热加工和热处理工艺以及分析工艺废品时的重要依据。
简史1868年，俄国学者切尔诺夫(д．K．ЧepHOB)注意到只有把钢加热到某一温度以上再快冷，才能使钢淬硬，从而有了临界点的概念。
1887～1892年，法国人奥斯蒙(F．Osmond)等发现临界点A3和A2，他认为这表示铁有同素异构体，他称从室温至A2温度保持稳定的相为α-Fe；A2～A3间为β-Fe；A3以上为γ-Fe。
1895年，他进一步证明，如铁中含有少量碳，则在690℃或710℃左右出现临界点，即A1点，标志在此温度以上碳溶解在铁中，而低于此温度时，碳以渗碳体形式由固溶体中分解出来，随铁中碳含量提高，A3下降与A2相合，然后继续下降，当碳含量为0.8％～0．9％时与A1合为一点。
1904年，又发现A4至熔点间为δ-Fe。
以上述临界点工作的成果为基础，1899年，英国人罗伯茨(w．C．Roberts)和奥斯汀(Austen)制定了第一张铁碳平衡图。
荷兰人洛兹本(H．W．Bakhius Rooze-一boom)首先在合金系统中应用吉布斯相律，于1900年制定出较完整的铁碳平衡图。
随着科学技术的发展，铁碳平衡图不断得到修订，日臻完善。
释义目前采用的铁碳平衡图示于图1。
图1中的特性点含义列于表中。
图中实线绘出亚稳的Fe-Fe3C系；虚线和相应的一部分实线表示稳定的Fe—c(石墨)系；平衡图中绝大多数线是根据实验测得的数据绘制的，有些线，如Fe3C的液相线、石墨在奥氏体中溶解度等是由热力学计算得出的。
在铁碳平衡图中所出现的单相区，除液相(L)外，还有碳在铁中的固溶体α、δ、γ渗碳体和x碳化物。
α和δ分别称为铁素体和δ铁素体，它们是碳原子作为间隙式溶质溶于体心立方结构的“α-Fe和δ-Fe所形成的固溶体。
铁—碳平衡图的基本知识
铁一碳平衡图的基本知识提要：铸铁的合金与熔炼与铁一碳合金相图关系密切，它是铸铁合金与熔炼的理论基础。
将合金与熔炼中发生的现象与铁一碳合金相图联系分析，可知其然并知其所以然。
从基础的理论上去分析实际问题，避免在指导与解决生产中技术问题中犯基本的错误。
铸造看似简单，实则相当复杂，大量事实证明，铸造工程师即有丰富的生产经验又有厚实的理论基础，在解决像迷阵一样的铸造缺陷中，往往思路清晰，判断准确，措施有力。
一、看懂铁一碳合金相图1、铁一碳合金相图的4个概念（1）合金相图：表示合金状态与温度、成分之间关系的图形称为合金相图，是研究合金结晶过程中组织形成与变化规律的工具。
（2）铁—碳合金相图：在极缓慢冷却条件下，不同成分的铁碳合金在不同温度下形成各类组织的图形。
（3）铁—碳双重相图：铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁一碳合金相图存在两重性，即Fe-C （石墨）相图与c 相图。
Fe—Fe3c系相图（4）稳定系与亚稳定型铁碳相图：在一定的条件下，Fe—Fe3可以向Fe—C （石墨）转化，故称Fe—C （石墨）为稳定系相图（用虚线表示），Fe—Fec为亚稳定系相图（用实线表示），3如图1所示。
C%图1 Fe—C （石墨）、Fe—Fe3c双重相图1）铸铁的性能是由铸铁中的组织决定的要保证铸铁的性能，就必须控制组织，合金相图就是研究合金组织是如何形成的，在形成的过程中，它的变化规律是怎样的，铸造工程师必须了解这些规律，才能有效地控制组织，达到满足铸铁性能的目的。
这就是我们为什么要研究铁碳合金相图的目的，其中对（2）（3）（4）概念的理解尤为重要。
2）铁-碳合金相图概念阐明了三点：在极缓慢的冷却条件下、在不同的成分下、在不同的温度下形成的各类组织。
铁一碳相图是在极缓慢冷却下形成的，实际生产中冷却速度远大于合金相图中的冷却速度铸型材料不同，导致冷却速度各异，所形成的组织大相径庭。
因此我们必须研究冷却速度对铸铁组织的影响。
铁碳合金平衡组织实验报告
铁碳合金平衡组织实验报告一、实验目的1、识别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。
2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二、实验原理碳钢合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。
碳钢合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态）所得到的组织，其相变过程均按相图进行，因此可以根据该相图来分析碳钢合金的平衡组织。
如图1所示，含碳量小于2.11％的合金为碳钢，含碳量大于2.11％的合金为白口铸铁。
所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均有铁素体（Fe）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。
只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量及分布形态有所不同，因而呈不同的组织形态。
图1简化后的Fe-Fe3C状态图三、实验原理分析1、碳钢和白口的基本组织（1）铁素体(F) 是碳在铁中的固溶体。
铁素体为体心立方格。
具有磁性及良好的塑性，硬度较低。
用3％～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒。
（2）渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的一种化合物，含碳量为6.69％。
用3％～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。
式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积的％。
四、实验报告要求（1）实验目的。
（2）在直径为50mm的圆内画出所观察样品的显微组织示意图（用箭头和代表符号表明各组织组成物，并注明样品成分、腐蚀剂，放大倍数）。
（3）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合金的组织和性能的影响规律。
（4）根据杠杆定律计算未知样品的碳含量。
实验三：碳钢和铸铁的平衡组织的观察
实验四：碳钢和铸铁地平衡组织地观察一、实验目地：．识别不同成分地碳钢和各种铸铁平衡组织地特征；．建立铁碳合金成分、组织和性能之间地变化规律；．应用杠杆定律估算钢中地含碳量.二、实验说明：根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量地不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢；白口铸铁可分为亚共晶、共晶和过共晶白口铸铁.．铁碳合金在平衡状态下地基本组织特征：铁碳合金在平衡状态下地基本组织为铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体.它们在金相显微镜下（使用～硝酸酒精溶液地浸蚀后）其组织地特征为：() 铁素体（）呈白点地，其分布呈块状（当钢中含碳量较少时）或呈网状（当钢中含碳量接近共析成分时），铁素体地硬度很低，一般为～.强度也较低，但塑性、韧性好.() 渗碳体（）呈亮白色（但苦味酸溶液浸蚀后呈暗色），其分布一般呈网状分布在珠光体地周围（过共析钢中为Ⅱ）.或呈长条状分布在莱氏体中（过共晶白口铸铁中地Ⅰ）.渗碳体地硬度很高.达，是一种硬而脆地相，所以强度、塑性却较差.() 珠光体（）是铁素体和渗碳体地混合物，它在低倍显微镜下观察无法分辨，呈暗色；而在高倍显微镜下观察呈黑白相间地片状分布.片状珠光体硬度为～，随着间距地变小硬度升高.() 莱氏体（）是一种共晶组织，它是在亮色渗碳体地基底上分布着暗黑色点状或条状地珠光体.莱氏体和珠光体不同，前者是在渗碳体地基体上分布着珠光体，后者是在铁素体地基体上分布着渗碳体.莱氏体地硬度很高，达，性脆.它一般在含碳量大于地白口铁中存在，在某些高碳合金钢地铸造组织中也会出现.．亚共析钢地含碳量地估算：了解了这些组织地特性后，就可以结合现实合金状态图，根据不同含碳量地碳钢和铸铁分析其在室温下地平衡组织（见表）.亚共析钢地平衡组织为铁素体珠光体.已知珠光体地平均含碳量为，由于铁素体中含碳量极少，可以忽略，因而根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量面积百分数乘上，即为碳钢地含碳量.例如显微组织中珠光体面积百分数约占，则该试样含碳量约为：×＝. 铸铁地显微组织铸铁是含碳量大于（一般为～）地铁碳合金.碳在铸铁中有两种存在状态：一种为化合状态（渗碳体），一种为游离状态（石墨）.当碳全部以化合物形式存在，则得到白口铸铁，当碳大部分或全部处于游离状态，以石墨形式存在，则得到灰口铸铁.灰口铸铁中地石墨以片状形式存在.当碳大部或全部以团絮状石墨存在时，则得到可锻铸铁，当碳大部分或全部以球状石墨存在时，则得到球墨铸铁.灰口铸铁按其基体组织不同可分为三种，即珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁、铁素体灰口铸铁. 由上可知，灰口铸铁地组织是钢地基体加上石墨.钢地基体决定其硬度.石墨性能极软，因此石墨存在对铸铁是起着不利地作用，特别是石墨地尖端，容易引起应力集中而形成裂纹，因此要求石墨形状细小、均匀分布，机械性能就可以得到改善.但石墨地存在可增加铸铁地切削性能、润滑性能和消震性.可锻铸铁是由白口铸铁在固态下经长时间地石墨化退火得到地具有团絮状石墨地一种铸铁.由于石墨呈团絮状，大大减轻了石墨对基体地割裂程度，故强度、塑性和韧性较灰口铸铁高，可锻铸铁按基体组织不同可分为为珠光体可锻铸铁和铁素体可锻铸铁.球墨铸铁地显微组织与灰口铸铁地显微组织中地基体是一样地，只是石墨呈球状.石墨呈球状，使割裂基体地作用减至最低，使铸铁地强度大大提高，获得了与铸铁相近地机械性能.灰口铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁地基体既然是铁素体和珠光体所组成，就可以和钢一样通过热处理来改变基体组织，从而改善机械性能，特别是球墨铸铁常常用正火、调质或等温淬火来提高机械性能.三、实验方法：．对表中所列举地一系列样品进行细致观察并与典型组织图片进行比较，研究每一个样品地组织特征.联系铁碳合金状态图了解其组织地形成过程.注意含碳量与金相组织之间地关系.．认识组织之后，抓住其特征，描绘每个样品地显微组织示意图.．仔细阅览各种铁碳合金地金相图谱.．选择一个亚共析钢样品进行含碳量地估算.表注：腐蚀剂除序号外，均为～硝酸酒精溶液.四、实验报告要求：实验目地、实验结果（绘、、、试样地组织图，并注明材料、状态、浸蚀剂、组织及放大倍数），并分析：①含碳量对铁碳合金地组织和性能地影响；②根据杠杆定律确定一个未知样品（亚共析钢）地含碳量；③珠光体在低倍和高倍观察时组织有何不同？为什么？④如何鉴别碳钢中地网状铁素体何碳钢中地网状渗碳体？。
实验 铁碳合金平衡组织观察
实验 Fe－Fe3C相图观察一、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。
3．加深对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能间关系的认识。
二、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。
因此我们可以根据Fe－Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（图1-1所示）。
图1-1 Fe－Fe3C相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。
此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe－Fe3C相图的理解。
从Fe－Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相组成。
但是由于含碳量不同，因而呈现各种不同的组织形态。
用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织。
1．铁素体（F）——碳在α-Fe中形成的固溶体。
铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，硬度较低。
用3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒，黑色网是晶界，这是因为晶粒晶界耐腐蚀性不同，而且各晶粒的位向不同呈现不同的颜色；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。
2．渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色。
按照成分和形成条件的不同，渗碳体可呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常是不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。
3．珠光体（P）一是铁素体和渗碳体的机械混合物。
成都纺织高等专科学校学报第23卷(2006年)总目
中美纺织服装现行标准 的 比较 …… ……………………… 李升 平 ， 雷 励， 姚凌燕 （ ．１ １２ ） 现代纺织浆料 的应用与发展 … …… …… …………………………… 罗建红 ， 宁英 （・７ 蒋 ２２） 检测数据 的 自动误差分析 …… …………………………………… … 杨 彦 ， 晓芳 （ ・ ） 徐 ３３ ３ 种正项级数敛散性 的判别法 …… …………………………………… …… 边亚 明（ ・ ） ３３ ５
渤圆圈 针布齿条的低 温渗硼实验研究 ………………………………………………… 林吉曙 （・） ２１
基 于网络 的 Ｃ Ｄ系统的探讨 ………………………………………… 姚玲峰 ， Ａ 李 希 （ ・） ２５
Ｖ带传动设计 的探讨 …………………………………………………………… 张长福 （ ・） ２７ ＳｌＷｏ ｓ ｏｄ ｒ 环境下 冲模标 准件库 的开发 ｉ ｋ ……………………………………… 龙 玲 （ ・） ２９ Ｃ Ｐ 系统中工序 图的生成 …………… …………………………… 李 英 ， ＡＰ 曹选平 （・２ ２ １） 数控 机床机械结构和安装工艺 新技术 ……………………………………… 杜碧 华 （・４ ２ １）
微波萃取技术在提取黄酮类化合物上的应用 ……………………… 张丽平 ， 晓琴 （・３ 余 ３ １） 啤酒中高级醇形成 的八要素 ………………………………………………… 蒋 旎 （・ ） ３１ ７
囡■图
由共 产党员先进性学 习想到 的 ……………………………………………… 邹克敌 （ ・７ １２ ） 稳定 房价是政府 的重要职责 ………………………………………………… 李后强 （ ・８ ２ １） 将先进性教育落实 到“ 办人 民满意 的教育” 的行动上 推动学校持续 、 健康发展——浅 高 发 的 好 势 我 努 的 谈 校 展 大 形 及 校 力 方向 ………………………… 贺庆玉 （ ・ ） ２２ ０
铁碳合金平衡组织观察
实验二铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、熟悉碳钢及铸铁在平衡状态下的显微特征；2、分析铁碳合金的平衡组织与含碳量的关系。
二、实验说明铁碳平衡相图示分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡组织，是合金在极其缓慢冷却条件下得到的组织。
如图1所示。
图1 Fe- Fe3C平衡组织相图由Fe- Fe3C相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织是有两个基本相组成，即铁素体与渗碳体。
但对不同含碳量的合金，由于这两个基本相的相对数量、析出条件、形态、分布不同，因而呈现不同的显微组织特征。
其中渗碳体对合金性能影响很大。
在碳钢中，渗碳体一般可认为是一个强化相。
（一）碳合金室温下基本组织特征1、铁素体（F）碳在α-Fe中的间隙固溶体，体心立方晶格，平衡态下含碳量低于0.02％。
具有磁性及良好塑性，硬度低，经3－4％硝酸酒精侵蚀后，呈白色等轴晶粒，晶界呈黑色，亚共析钢时呈块状，当含碳量接近于共析成分时，则呈连续网状分布于珠光体周围。
2、渗碳体（Fe3C）具有复杂晶格结构的间隙化合物，平衡态下含碳量为6.69％，用3－4％硝酸酒精侵蚀后，呈亮白色，若用苦味酸钠溶液热侵后，呈黑褐色，由此可区分铁素体与渗碳体。
由于形成条件不同，渗碳体又可分为Fe3CⅠ(从液体中析出)、Fe3CⅡ（从奥氏体中析出）、Fe3CⅢ（从铁素体中析出）。
3、珠光体（P）铁素体与渗碳体组成的细密机械混合物，平衡态下其含碳量为0.77％。
在高倍（600×）显微镜下，可看到珠光体中片层相间的渗碳体和铁素体互相平行交替排列。
在中等(400×左右)放大倍数下,由于物镜的分辨率低于渗碳体层片厚度,渗碳体两侧边缘线无法分辨而合成一条黑线。
在放大倍数更低时（200×左右），铁素体与渗碳体的片层间距都不能分辨，珠光体呈暗黑一片。
4、低温莱氏体（Ld′）珠光体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，含碳量为4.3％，。
其显微组织特征为渗碳体（包括共晶渗碳体和二次渗碳体）白色基体上分布着暗黑色的珠光体。
铁碳球实验报告
一、实验目的1. 了解铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。
2. 掌握铁碳球实验的基本操作方法。
3. 分析不同碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。
二、实验原理铁碳合金是由铁和碳组成的合金，其性能和成分密切相关。
随着碳含量的增加，铁碳合金的硬度、强度和耐磨性逐渐提高，但韧性和塑性逐渐降低。
本实验通过铁碳球实验，观察不同碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。
三、实验材料及设备1. 实验材料：生铁、纯铁、碳粉、石蜡、砂纸等。
2. 实验设备：高温炉、天平、铁碳球模具、冷却水槽、砂纸、放大镜等。
四、实验步骤1. 准备铁碳球模具，将生铁、纯铁和碳粉按一定比例混合均匀。
2. 将混合好的铁碳球材料放入铁碳球模具中，压实。
3. 将铁碳球模具放入高温炉中，加热至一定温度（如1200℃），保温一段时间。
4. 取出铁碳球模具，将铁碳球放入冷却水槽中快速冷却，使其凝固。
5. 使用砂纸对铁碳球表面进行打磨，使其光滑。
6. 观察不同碳含量铁碳球的宏观组织和性能。
五、实验结果与分析1. 宏观组织观察（1）低碳铁碳球：表面光滑，颜色呈银白色，硬度较低，韧性较好。
（2）中碳铁碳球：表面光滑，颜色呈灰黑色，硬度较高，韧性较差。
（3）高碳铁碳球：表面粗糙，颜色呈黑色，硬度最高，韧性最差。
2. 性能分析（1）低碳铁碳球：具有良好的韧性和塑性，但硬度较低，耐磨性较差。
（2）中碳铁碳球：具有良好的强度和硬度，但韧性较差，耐磨性一般。
（3）高碳铁碳球：具有很高的硬度和耐磨性，但韧性和塑性较差。
通过实验结果分析可知，随着碳含量的增加，铁碳球的硬度、强度和耐磨性逐渐提高，但韧性和塑性逐渐降低。
这是因为碳在铁碳合金中形成碳化物，增加了合金的硬度和耐磨性，但降低了韧性和塑性。
六、实验结论1. 铁碳球实验可以直观地观察到不同碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。
2. 随着碳含量的增加，铁碳合金的硬度、强度和耐磨性逐渐提高，但韧性和塑性逐渐降低。
3. 在实际应用中，应根据需要选择合适的碳含量，以获得最佳的性能。
实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。
建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。
二、概述平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。
在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。
图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。
在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。
但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。
表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。
表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织合金分类含碳量/% 显微组织工业纯铁<0.0218 铁素体（F）碳钢亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P)共析钢0.77 P过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ)白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e）共晶白口铸铁 4.3 L e过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I)铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。
采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。
图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图铁碳合金的各种基本组织特征如下：1.工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。
为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。
当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。
（a）250X （b）700X图2 工业纯铁的显微组织2.碳钢碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。
铁碳平衡相图详解【高等教育】
附：铁碳平衡图中所有的特性点
高等课件
12
2.5 特性线
1）ACD线 液相线，由各成分合金开始结晶温度点所组成的线，
铁碳合金在此线以上处于液相。
2）AECF线 固相线，由各成分合金结晶结束温度点所组成的线。
在此线以下，合金完成结晶，全部变为固体状态。
3）ECF水平线 共晶线， W(c) ＞2.11%的铁碳合金，缓冷至该线
高等课件
2
1.2 以特性点标注的铁碳相图
高等课件
注：虚线、点划 线的意义——— 尚未准确确定的 数据、磁学转变 线、有序－无序 转变线。
3
2. 铁碳相图的分析方法
2.1 分析步骤
① 以稳定的化合物分割相图（Fe3C）； ② 以特殊的成分分割相图（钢*与铁的区分）； ③ 确定各点、线、区的意义； ④ 分析特征合金的结晶过程及其组织演化； ⑤ 说明相图的实际应用
高等课件
38
过共ห้องสมุดไป่ตู้钢
0.77%<W(c)<2.11%
共晶白口铁 W(c)=4.3%
亚共晶白口铁 2.11%<W(c)<4.3%
过共晶白口铁 4.3%<W(c)<6.69%
*—— 按含碳量和室温组织分类
高等课件
23
4. 典型铁碳合金的结晶过程分析——以钢为例
① 共析钢 ② 亚共析钢 ③ 过共析钢
高等课件
④ 共晶白口铸铁 ⑤ 亚共晶白口铸铁 ⑥ 过共晶白口铸铁
珠光体是由铁素体和 渗碳体组成的处于热力学 平衡状态的机械混合物。 系奥氏体冷却时，在727 ℃恒温下发生共析转变的 产物。显微组织为铁素体 与渗碳体片层状交替排列。 性能介于铁素体和渗碳体 之间，强度较高，硬度适 中，有一定的塑性。
铁碳平衡图讲解
F
4%硝酸酒精溶液
F+PΒιβλιοθήκη 4%硝酸酒精溶液F+P
4%硝酸酒精溶液
F+P
4%硝酸酒精溶液
P
4%硝酸酒精溶液
P+Fe3CⅡ （白网） 4%硝酸酒精溶液
P+Fe3C Ⅱ （黑网）
碱性苦味酸钠水溶液
P+Fe3CⅡ+L´d 4%硝酸酒精溶液
L´d
4%硝酸酒精溶液
L´d+ Fe3CⅠ 4%硝酸酒精溶液
工业纯铁（4%硝酸酒精溶液）
完成电子实验报告fefec合金平衡相图亚共析钢过共析钢过共晶白口铁亚共晶白口铁4硝酸酒精溶液退火过共晶白口铁104硝酸酒精溶液退火共晶白口铁4硝酸酒精溶液退火亚共晶白口铁黑网碱性苦味酸钠水溶液退火t12钢4硝酸酒精溶液退火t12钢4硝酸酒精溶液退火t8钢4硝酸酒精溶液退火65钢4硝酸酒精溶液退火45钢4硝酸酒精溶液退火15钢4硝酸酒精溶液退火工业纯铁显微组织浸蚀剂处理状态试样名称序号工业纯铁4硝酸酒精溶液15钢4硝酸酒精溶液45钢4硝酸酒精溶液65钢4硝酸酒精溶液t8钢4硝酸酒精溶液t12钢4硝酸酒精溶液t12钢碱性苦味酸钠水溶液共晶白口铁4硝酸酒精溶液亚共晶白口铁4硝酸酒精溶液过共晶白口铁4硝酸酒精溶液不同含碳量的铁碳合金平衡组织形貌特征该试样共两套20块人有了知识就会具备各种分析能力明辨是非的能力
15钢（4%硝酸酒精溶液）
45钢（4%硝酸酒精溶液）
65钢（4%硝酸酒精溶液）
T8钢（4%硝酸酒精溶液）
T12钢（4%硝酸酒精溶液）
T12钢（碱性苦味酸钠水溶液）
共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
亚共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
过共晶白口铁（4%硝酸酒精溶液）
碳钢及铸铁平衡组织观察标准试验报告
南昌大学实验报告
学生姓名：学号：专业班级：
实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：
一、实验项目名称碳钢及铸铁平衡组织观察
二、实验目的
1.观察识别碳钢及白口平衡状态下的显微组织。
2.了解含碳量对钢组织的影响。
3.了解金相显微镜的构造及使用方法。
三、实验基本原理
从铁碳合金状态图可知，含碳量小于0.01%的铁碳合金称为工业纯铁，含碳量小于2.11%（大于0.01%）的铁碳合金称为钢；含碳量大于2.11%（小于6.69%）的铁碳合金称为铸铁。
碳钢的显微镜组织因其成份，热处理工艺不同而有很大的差别。
本次实验只研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织，即在极缓慢冷却条件下得到的组织，不同的组织对酸的耐蚀性不,将热处理后的各试样制成金相试样,再将金相用4%的硝酸酒精进行腐蚀,使不同相得到不同腐蚀深度,并用金相显微镜对试样表面进行观察,判定各试样的组织。
四、主要仪器设备及耗材
金相显微镜、各种金相试样。
五、实验步骤
1.插上金相显微镜电源；
2.对金相显微镜的光学系统进行调试；
3.将金相试放到显微镜的载物台上；
4.对金相显微镜进行粗调；
5.对金相显微镜进行细调；
6.记录试样的成分，观察试样的金相组织，并绘制示意图。
六、实验数据及处理结果
七、实验体会或对改进实验的建议。
实验三碳钢和铸铁的平衡组织的观察
实验四：碳钢和铸铁的平衡组织的观察一、实验目的：1.识别不同成分的碳钢和各种铸铁平衡组织的特征；2.建立铁碳合金成分、组织和性能之间的变化规律；3.应用杠杆定律估算钢中的含碳量。
二、实验说明：根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢；白I」铸铁可分为亚共晶、共晶和过共晶白II铸铁。
1.铁碳合金在平衡状态下的基本组织特征：铁碳合金在平衡状态卞的基本组织为铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
它们在金相显微镜下（使用3〜4%硝酸酒精溶液的浸蚀后）其组织的特征为：（1）铁素体（F）呈白点的，其分布呈块状（当钢中含碳量较少时）或呈网状（当钢中含碳量接近共析成分时），铁素体的硬度很低，一般为HB80〜120。
强度也较低，但塑性、韧性好。
⑵ 渗碳体（Fe3C）呈亮白色（但苦味酸溶液浸蚀后呈暗色），其分布一般呈网状分布在珠光体的周I韦1（过共析钢中为Fe3ClI ）。
或呈长条状分布在莱氏体中（过共晶白丨I铸铁中的Fe3C I）。
渗碳体的硬度很高。
HB达800,是一种硬而脆的相，所以强度、塑性却较差。
（3）珠光体（P）是铁素体和渗碳体的混合物，它在低倍显微镜下观察无法分辨，呈暗色；而在高倍显微镜下观察呈黑白相间的片状分布。
片状珠光体硬度为HB190〜230,随着间距的变小硬度升高。
（4）莱氏体（Ld）是一种共晶组织，它是在亮色渗碳体的基底上分布着暗黑色点状或条状的珠光体。
莱氏体和珠光体不同，前者是在渗碳体的基体上分布着珠光体，后者是在铁素体的基体上分布着渗碳体。
莱氏体的硬度很高，达HB700,性脆。
它一般在含碳量大于2.11%的白II铁中存在，在某些高碳合金钢的铸造组织中也会出现。
2.亚共析钢的含碳量的估算：了解了这些组织的特性后，就可以结合现实合金状态图，根据不同含碳量的碳钢和铸铁分析其在室温下的平衡组织（见表4-1）。
亚共析钢的平衡组织为铁素体+珠光体。
已知珠光体的平均含碳量为0.8%,由于铁素体中含碳量极少，可以忽略，因而根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量面积百分数乘上0.8%,即为碳钢的含碳量。
铁碳平衡图
第四章 铁碳合金相图碳钢与铸铁是使用最为广泛的金属材料，是铁和碳组成的合金，不同成分的碳钢和铸铁，组织和性能也不相同。
在研究和使用钢铁材料、制定其热加工和热处理工艺以及分析工艺废品的原因时，都需要应用铁碳相图。
在铁碳合金中，根据结晶条件不同，组元碳可具有碳化物Fe 3C （渗碳体）和石墨两种形式，渗碳体在热力学上是一个亚稳定相（meta-stable phase ），而石墨是稳定的相。
在通常情况下，铁碳合金是按Fe-Fe 3C 系进行转变，本章我们讨论的铁碳相图实际上就是Fe-Fe 3C 相图。
4-1 铁碳合金的组元一、纯铁纯铁的熔点为1538℃，其冷却曲线如图7.1所示。
纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394℃及912℃时，先后发生两次晶格类型的转变。
金属在固态下发生的晶格类型的转变称为同素异晶转变（allotropic transformation ）。
同素异构转变伴有热效应产生，因此在纯铁的冷却曲线上，在1394℃及912℃处出现平台。
铁的同素异晶转变如下：（体心立方）（面心立方）（体心立方）Fe Fe Fe CC O O −⇔−⇔−αγδ9121394 温度低于912℃的铁为体心立方晶格，称为α-Fe ；温度在912~1394℃间的铁为面心立方晶格，称为γ-Fe ；温度在1394~1538℃间的铁为体心立方晶格，称为δ-Fe 。
工业纯铁的机械性能特点是强度、硬度低，塑性好，其机械性能大致如下：时间温度（℃）图7.1 纯铁的冷却曲线及晶体结构的变化拉伸强度σb18×107~28×107N/m2屈服强度σ0.2 10×107~17×107N/m2延伸率δ 30~50%断面收缩率ψ70~80%冲击值160~200J/cm2布氏硬度HB 50~80二、碳在铁中的固溶体碳的原子半径较小，在α-Fe和γ-Fe中均可进入Fe原子间的空隙而形成间隙固溶体。
碳在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferrite），常用符号F或α表示，其最大溶解度为0.0218wt%C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。
实验三 铁碳合金平衡组织观察
实验三铁碳合金平衡组织观察铁碳合金是工业生产中最为重要的金属材料之一，其组织性质对材料的性能和用途具有关键影响。
针对铁碳合金的组织观察，在本次实验中，我们采用了光学显微镜观察、样品制备和热处理等方法，对铁碳合金的组织结构和相变形成机制进行深入分析和研究。
实验内容和步骤：1、制样：首先需要从大块铁碳合金中取出样品，然后在旋转切割机中将其切割成片状，之后在研磨机上用不同的研磨纸逐渐细磨样品，直到最终的镜面研磨。
2、腐蚀：将处理完的样品在腐蚀剂中浸泡1-5分钟，通过腐蚀可以清晰的观察到铁碳合金的组织结构和相变。
3、光学显微镜观察：将处理好的样品放入光学显微镜中进行观察。
在光学显微镜下，我们可以观察到铁碳合金的显微组织、颗粒和晶粒尺寸分布、相的出现及相的数量等信息。
4、热处理：在观察完原始铁碳合金的显微组织结构后，我们还可以通过热处理的方式来观察其相变形成机制。
在热处理过程中，我们需要先将样品放入坩埚中，随后加热到指定温度进行保温，最后冷却，通过热处理可以观察铁碳合金的组织结构的变化和相变产生的机制。
实验结果和分析：我们在光学显微镜下对铁碳合金的组织结构进行了观察，发现铁碳合金中的晶粒尺寸较大，而且会出现显微组织中的颗粒或者孪晶等。
同时，通过观察的结果，我们也可以清晰地看到铁碳合金的相变现象。
在低温下，铁碳合金中的组织为珠光体和渗碳体混合而成的珠光体渗碳体混合物，当温度升高时，铁碳合金中的珠光体会逐渐发生相变，形成具有丧失光泽的针状铁素体组织。
当温度进一步升高时，珠光体逐渐分解，形成极细的铁素体，最终产生完全的铁素体组织。
综上所述，通过本次实验，我们深入了解了铁碳合金的组织结构和相变形成机制，为今后对铁碳合金的性能和用途进行更加深入的研究奠定了坚实的基础。
2021年铁碳合金平衡组织观察实验报告
铁碳合金平衡组织观察试验汇报一、试验目（1）观察和识别铁碳和金（碳素钢和白口铸铁）在平衡状态下显微组织特征; （2）了解铁碳合金成份（含碳量）对铁碳合金显微组织影响, 从而加深了解成份、组织、性能之间关系;（3）熟悉金相显微镜使用。
二、试验原理状态图是研究铁碳合金组织与成份关系关键工具, 了解和掌握状态图, 对于制订钢铁材料多种加工工艺有着很关键指导意义。
所谓平衡状态显微组织是指合金在极缓慢条件下冷却到室温所得到组织。
铁碳合金平衡组织关键是指碳钢和白口铸铁缓慢冷却到室温得到组织, 它们是（尤其是碳钢）工业上应用最广泛金属材料, 它们性能与其显微组织有亲密关系。
三、使用仪器设备金相显微镜四、试验方法、步骤（1）试验前, 阅读试验指导书, 为试验做好理论方面准备;（2）在老师指导下调整好金相显微镜;（3）在金相显微镜下分别观察工业纯铁、20钢、45钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁等9种铁碳合金平衡组织, 识别钢和铁组织形态特征; 依据相图分析各合金形成过程; 建立成份, 组织之间相互关系概念;（4）画出所观察金相样品显微组织示意图。
五、试验结果分析（1）依据所观察并画出金相样品显微组织示意图, 在图中标出组织, 在图下标出: 含碳量、组织、放大倍数、侵蚀剂。
样品名称: 1.2%碳钢状态: 退火显微组织: 珠光体和网状渗碳体放大倍数: 500倍侵蚀剂: 3%硝酸酒精溶液样品名称: 共晶白口铁状态: 铸造含碳量: 4.3%显微组织: 莱氏体放大倍数: 400倍; 侵蚀剂: 3%酒精溶液样品名称: 工业纯铁含碳量: C%小于0.02%状态: 退火显微组织: 铁素体放大倍数: 500倍; 侵蚀剂: 3%硝酸酒精溶液（2）依据观察组织, 说明含碳量对铁碳合金组织和性能影响大致规律含碳量越高, 强度, 硬度越高, 而塑韧性变差, 反之, 强度, 硬度越低, 塑韧性越好。
伴随含碳量增加, 铁碳合金依次有工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁平衡组织形态。
中班科学教案神奇的碳铁
中班科学教案神奇的碳铁一、教学目标1. 掌握碳和铁是什么。
2. 了解碳和铁的特点和用途。
3. 培养幼儿的观察和实践能力。
4. 培养幼儿的团队合作和分享精神。
二、教学准备1. PPT或者图片材料：碳和铁的图片、包含碳和铁的物品图片。
2. 透明玻璃碗一只以及磁铁若干。
3. 碳和铁的小实验材料：铁钉、木炭、打火石、纸。
4. 白纸和彩色铅笔。
三、教学过程1. 导入（5分钟）教师将幼儿集中在一起，引入本堂课的主题。
教师展示碳和铁的图片，问幼儿是否知道这是什么。
引导幼儿发表自己的观点和猜测。
2. 探索（15分钟）教师将透明玻璃碗放在桌上，将一些铁磁铁放在玻璃碗里。
引导幼儿观察并发现玻璃碗里的东西是什么，并询问幼儿为什么能够发现。
接着，教师拿起磁铁，移动磁铁让磁铁靠近玻璃碗，观察磁铁和铁之间的变化。
引导幼儿讨论磁铁和铁之间的关系。
3. 讲解（10分钟）教师利用图片和简单语言对碳和铁进行讲解。
在介绍碳的时候，教师可以从黑色的微小颗粒开始说起，然后引出木炭这种包含碳的物质。
在介绍铁的时候，教师可以展示铁制品，如锅、勺、剪刀等。
通过图片和实物，让幼儿更加直观地理解碳和铁的特点和用途。
4. 实验（15分钟）教师带领幼儿进行简单的实验，让幼儿亲自动手操作，增加他们的实践经验。
教师将一个铁钉、一根木炭、一个打火石和一张纸放在桌上，然后向幼儿提问：你们能猜出这些材料和碳、铁有什么关系吗？幼儿可以自由猜测。
然后，教师将一个磁铁拿到纸的下方，离纸表面约1厘米的距离，让幼儿观察发现纸会动。
教师解释这是由于磁铁与铁钉之间的吸引作用导致的。
接下来，教师让幼儿试着用木炭替代铁钉，再次观察纸的变化。
幼儿会发现纸不再动，教师引导幼儿思考为什么。
最后，教师给予简短的解释：只有含有铁元素的物质才会被磁铁吸引，木炭中的碳则没有这种性质。
5. 制作画报（15分钟）教师分发白纸和彩色铅笔给每个幼儿，让他们自由绘制碳和铁的画报。
画报内容可以包括碳和铁的图片、特点、用途等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验一铁碳合金平衡组织的显微分析及观察
一．实验目的
1．认识不同成分的铁碳合金在平衡状态下的组织形态。
2．加深理解铁碳合金的化学成分－组织－性能之间的关系。
3．分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响。
二．实验原理
在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。
铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁。
从铁碳合金状态图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温均由铁素体（F）和渗碳体(Fe3C)这两个基本相所组成。
但由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现出各种不同的组织状态。
在金相显微镜下铁碳合金的几种基本组织：
1．铁素体（F）它是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。
在金相显微镜观察为白色晶粒，亚共析钢中的铁素体呈块状分布，随着钢中含碳量的增加，铁素体数量减少，其形状也由多边形块状逐渐变成在珠光体边界呈断续网状分布。
2．渗碳体（Fe3C）它是铁和碳形成的化合物，其碳的质量分数为6.69%，抗浸蚀能力较强，经3-5%硝酸酒精溶液浸市蚀后呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成暗黑色。
由此可以区别铁素体和渗碳体。
3．珠光体（P）它是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理下，是由铁素体和渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和条状渗碳体；当放大倍数较低时，这时所观察到的珠光体中的渗碳体呈一条黑线。
当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。
4．莱氏体（L＇d）它是在室温时,由珠光体、共晶渗碳体及二次渗碳体所组成的机械混合物。
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，莱氏体的组织特征氏，在白亮色的渗碳体基体上分布着许多黑色点（块）状或条状的珠光体。
二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，没有边界线无法分辨开。
三．实验内容
观察给出试样的显微组织，画出所观察到组织的示意图。
１
四．实验设备及材料
1．金相显微镜。
2．金相试样：工业纯铁、45钢、T8钢、T12钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁等七块试样。
3．金相图谱。
五．实验要求
1．根据设备条件，1~2人为一组，每组备有显微镜一台、试样七块、金相图谱一本。
2．按观察要求，选择物镜和目镜，并装在显微镜上。
按照金相显微镜的操作程序，将其调节到所看见的组织最为清晰为止。
六．金相显微镜的结构和使用
金相显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。
现以XJB-1型台式金相显微镜为例说明。
XJB-1型金相显微镜的光学系统如图1所示，灯泡发出的光线经聚光透镜组及反光镜聚集到孔径光栏，再经过聚光竟聚集到物竟的后焦面，最后通过物镜平行照射到试样的表面。
从试样表面反射回来的光线经物镜组和辅助透镜，由半反射经转向，经过辅助透镜及棱镜形成一个倒立的放大实像，该像再经过目镜放大，就成为在目镜视场中能看到的放大映像。
XJB-1型金相显微镜的外形如图2所示。
现将分别介绍其各部件的功能及使用。
照明系统：在底座内装有一低压灯泡作为光源，聚光镜、孔径光栏及反光镜等均安置在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上，她们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。
显微镜调焦装置：在显微镜的两侧有粗调焦和微调焦手轮，粗调手轮的转动可使栽物台的弯臂作上下移动，微调手轮使显微镜沿滑轮缓慢移动，在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下移动0.002mm。
载物台：用于放置金相样品，观察面须向下。
载物台和下面托盘之间有导架，用手推动，可使载物台栽水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察部位。
孔径光栏和视场光栏：孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。
视场光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视场明亮而无阴影。
物镜转换器：转换器呈球面状，上面有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜，转
２
动转动器可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，以获得各种放大倍数。
目镜筒：目镜筒呈45°倾斜安装在附有棱镜的半球座上，还可将目镜转向45°呈水平状态以配合照相装置进行金相摄影。
七．实验格式
八、实验报告内容要求
（1）实验目的
（2）实验原理
（3）实验内容
（4）实验设备及材料
３。