铁碳平衡组织观察

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。

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

C）这两个基本相所和白口铸铁在室温下的组织均有铁素体（F）和渗碳体（Fe

3

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铁碳平衡组织图

1）铁素体碳溶于α-Fe晶格问隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低。

C。

2）渗碳体渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式Fe

3

硬度高（HBW=800)，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大。

3）珠光体由铁菜体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P表示。其力学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。

4）莱氏体是铁碳合金中的共晶混合物，即碳的质量分数（含碳量）为4.3%的液态铁碳合金，在1480摄氏度时，同时从液体中结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。由于奥氏体在727℃时转变为珠光体，故在室温时莱氏体由珠光体和渗碳体组成。为区別起见将727℃以上的莱氏体称为高温莱氏体（Ld)，727℃以下的莱氏体称为低温莱氏体(L'd)。莱氏体的性能与渗碳体相似，硬度很高塑性差。

三、实验材料

材料名称成分处理过程浸蚀剂

工业纯铁<0.02％ C 退火4％ HNO 3 酒精溶液亚共析钢0.2％ C 退火4％ HNO 3 酒精溶液

亚共析0.4％ C 退火4％ HNO 3 酒精溶液

共析钢0.8％ C 退火4％ HNO 3 酒精溶液过共析钢 1.0％ C 退火4％ HNO 3 酒精溶液

1.2％ C

过共析钢 1.2％ C 退火碱性苦味酸钠

亚共晶白口铁C<4.3％铸态4％ HNO 3 酒精溶液共晶白口铁C=4.3％铸态4％ HNO 3 酒精溶液过共晶白口铁C>4.3％铸态4％ HNO 3 酒精溶液

四、组织观察

1）工业纯铁（C<0.02％) ，显微组织是单相铁素体（F），如图1。

2）碳钢随含碳量不同可分为：亚共析钢 (含 C<0.77％ )；共析钢 (含 C：

0.77％ )，过共析钢 (0.77％<含 C<2.11％ )。

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 2

图1 图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％HNO

3酒精溶液腐蚀剂： 4％HNO

3

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α-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 (Fe

3

C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4。

图3 图4

材料：20钢（0.2％C）材料： T12(1.2％ C)

处理方法：退火热处理方法；退火

腐蚀剂： 4％HNO

3酒精溶液腐蚀剂： 4％HNO

3

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（白亮色）渗碳体（白亮色细网）放大倍数： 100×放大倍数； 200×

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(4.3 ％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