实验3--铁碳合金平衡组织观察

实验3 铁碳合金平衡组织观察
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。

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二、概述
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．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。