实验十 铁碳合金显微组织的观察及分析
铁碳合金的显微组织及分析
铁碳合金的显微组织及分析材科095 陈国滔 40930366引言：铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。
铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成。
由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。
通过此次实验，分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。
一、铁碳合金在金相显微镜下具有的四种基本组织1、铁素体（F ）铁素体是碳溶解于α-Fe 中的间隙固溶体。
工业纯铁用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。
2、渗碳体（）渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体仍呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。
渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界；三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。
3、珠光体（P ）珠光体是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。
经4%硝酸酒精浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特征的珠光体组织。
当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线，甚至珠光体片层因不能分辨而呈黑色。
4、莱氏体（Ld'）莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。
其组织特征是在亮白色渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。
二、铸铁与石墨化1.石墨化的三阶段：● 第一阶段：液相中析出石墨（先共晶） ● 中间阶段：奥氏体中直接析出石墨 ● 第二阶段：共析转变中析出石墨3Fe C2.相图三、各种铁碳合金在室温下的显微组织四、不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表五、实验数据六、实验数据分析1.工业纯铁在室温下具有单相铁素体的组织，显微组织中的褐色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的片状三次渗碳体。
铁碳合金相显微组织观察
实验一、铁碳合金相显微组织观察一、实验目的1）观察碳钢和铸铁试样在平衡状态下的显微组织。
2）熟悉工业纯铁、灰口铸铁等材料的组织特征，了解各种工业用铸铁的显微组织特征。
并熟悉随含碳量的增加，组织的变化特征。
二、实验原理通常将含碳量<2.11%的Fe-C合金称为钢，含碳量>2.11%的合金称为铸铁。
根据铁碳二元相图，它们在室温下的组成相都是铁素体和渗碳体，但它们在显微组织上有很大的差异。
三、实验器材显微镜，供观察样品每组8块四、实验内容（1）画出铁碳合金状态图，并写出所观察组织成分构成；（2）画出所观察样品的显微组织示意图（4个图），注明合金成分、放大倍数及各组织组成物的名称，说明其特征；（3）用箭头标明相组成物和组织组成物的名称于组织图外；（参考资料）1、铁碳合金在室温下的显微组织特征工业纯铁：含碳量<0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁，它为两相组织，即由铁素体和三次渗碳体组成。
显微组织中黑色线条是铁素体的晶界、而亮白色基体是铁素体的多边形状等轴晶粒。
碳钢共析钢：含碳量为0.77%的铁碳合金。
其显微组织由单一的共析珠光体组成。
亚共析钢：含碳量在0.0218%—0.77%范围内的铁碳合金。
其组织由先共析铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多，显微组织中亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。
过共析钢：含碳量在0.77%与2.11%之间的铁碳合金。
其组织由珠光体和先共析渗碳体（即二次渗碳体）组成。
钢中含碳量越多，二次渗碳体数量越多。
显微组织中存在片状珠光体和网络状二次渗碳体，经4%硝酸酒精浸蚀后珠光体呈暗黑色，而二次渗碳体则成白色网状。
白口铸铁：含碳量大于 2.11%的铁碳合金叫白口铸铁。
其中的碳以渗碳体的形式存在，断口呈白亮色而得此名。
亚共晶白口铸铁：含碳量<4.3%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁。
在室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体。
铁碳合金显微组织实验报告
铁碳合金显微组织实验报告铁碳合金显微组织实验报告引言：铁碳合金是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产中。
其性能与显微组织密切相关，因此对铁碳合金的显微组织进行研究至关重要。
本实验旨在通过光学显微镜观察和分析铁碳合金的显微组织，探究不同碳含量对其组织结构的影响。
实验方法：1. 样品制备：选取不同碳含量的铁碳合金样品，将其切割成适当大小的试样。
2. 粗磨：使用砂纸将试样表面的氧化物和污垢去除，使其表面平整。
3. 精磨：将试样放置在研磨机上，使用细砂纸进行研磨，直至试样表面光洁。
4. 腐蚀：将试样浸泡在盐酸溶液中，以去除试样表面的氧化膜。
5. 试样装备：将处理后的试样放置在显微镜载玻片上，用胶水固定。
6. 显微观察：使用光学显微镜对试样进行观察，并拍摄显微照片。
实验结果与分析：通过对不同碳含量的铁碳合金样品进行显微观察，我们观察到了不同的显微组织结构。
在低碳含量的合金中，我们可以看到大量的珠光体晶粒，这是由于碳在铁基体中的溶解度较低，无法形成大量的渗碳体。
而在高碳含量的合金中，我们可以观察到较多的渗碳体，这是由于高碳含量使得铁基体中的碳溶解度增大，渗碳体的形成得以促进。
另外，我们还观察到了铁碳合金中的珠光体和渗碳体的分布情况。
在低碳含量的合金中，珠光体晶粒较大且分布均匀，渗碳体相对较少。
而在高碳含量的合金中，渗碳体的数量明显增多，且分布不均匀，常出现团聚现象。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 铁碳合金的显微组织受碳含量的影响较大，低碳含量下以珠光体为主，高碳含量下以渗碳体为主。
2. 碳含量的增加会导致渗碳体的数量增多，且分布不均匀。
3. 铁碳合金的显微组织结构对其性能具有重要影响，珠光体晶粒的大小和分布均匀性与合金的强度和韧性密切相关。
结论：本实验通过光学显微镜观察和分析了不同碳含量的铁碳合金的显微组织结构。
实验结果表明，碳含量的增加会导致渗碳体的数量增多，且分布不均匀。
铁碳合金的显微组织结构对其性能具有重要影响，珠光体晶粒的大小和分布均匀性与合金的强度和韧性密切相关。
铁碳合金的平衡组织观察
实验2 铁碳合金的平衡组织观察【实验目的】1．研究和了解典型成分的铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．分析化学成分(碳的质量分数)对铁碳合金在平衡状态下的显微组织的影响，从而进一步加深了对铁碳合金的化学成分、组织与性能之间的相互关系的理解。
【实验原理概述】用浸蚀剂显现的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织形态：1．铁素体(F)用4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮白色的多边形等轴晶粒。
当钢中的碳的质量分数较多时，铁素体呈块状分布。
当钢中的碳的质量分数接近于共析成分时，铁素体则成为断续的网状分布于珠光体的晶界周围。
2．渗碳体(F3C)用4％的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，由此可区别铁素体和渗碳体。
渗碳体的形态可能呈片状，也可能呈条状、颗粒状、带状或网状等形态。
3．珠光体(P)在一般退火状态下，它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。
用4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到铁素体和渗碳体均呈白色，但在不同放大倍数的显微镜下看到的珠光体组织特征也不相同。
在高倍放大时，能清楚地看到珠光体是由平行相间的宽条铁素体和窄条渗碳体组成，都呈白亮色，而其相界呈黑色。
当显微镜放大倍数较低时，显微镜的鉴别能力小于渗碳体的片层的厚度，这时看到的珠光体中的渗碳体是一条黑线。
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′)用4％的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到亮白色的渗碳体的基体上分布着许多暗黑色的点状及细条状的珠光体，二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上无法区分。
【金相显微镜的外部构造与使用】金相显微镜的种类和型式很多，常见的有台式，立式和卧式金相显微镜三大类。
金相显微镜的构造通常由照明系统、光学系统、机械调节系统等主要部分组成。
教学用的金相显微镜的结构如图3所示。
图3 XJB—l型金相显微镜外形结构图1-载物台；2-物镜；3-转换器；4-传动箱；5-微动调节手轮；6-粗动调节手轮；7-光源；8-偏心圈；9-试样；10-目镜；11-目镜筒；l2-固定螺钉；13-调节螺钉；14-视场光阑；15-孔径光阑1．显微调焦装置在金相显微镜的两侧有粗动调节手轮6和微动调节手轮5，两者在同一轴上，随着粗调手轮的转动，通过内部的齿轮传动，使支撑载物台1的架臂，做上下运动。
铁碳合金平衡组织的显微分析实验
“铁碳合金平衡组织的显微分析实验”实验报告一、实验目的（1）熟悉室温下碳钢与白口铸铁平衡状态下的显微组织，明确成分-组织之间的关系。
（2）进一步熟悉金相显微镜的操作。
二、实验原理碳钢与白口铸铁在室温下，其平衡状态下的组织中的基本组成相均为铁素体与渗碳体。
但是由于碳含量及处理不同，它们的数量、分布及形态有很大不同，因此在金相显微镜下观察不同铁碳合金，其显微组织也就有很大差异。
碳含量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁。
碳含量小于0.006%的工业纯铁显微组织为单相铁素体；碳含量大于0.006%的工业纯铁的显微组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。
根据碳含量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三类。
碳含量为0.77%的铁碳合金为共析钢。
其显微组织为片状渗碳体分布于铁素体基体上的机械混合物——珠光体；碳含量小于0.77%的铁碳合金称为亚共析钢。
其显微组织为铁素体和珠光图。
碳含量大于0.77%的铁碳合金称为过共析钢。
其显微组织为珠光体和二次渗碳体。
碳含量大于2.11%的铁碳合金为铸铁，不含石墨只含渗碳体相的铸铁称为白口铸铁。
碳含量为4.3%铁碳合金称为共晶白口铸铁。
室温下其组织为珠光体和渗碳体的机械混合物——莱氏体。
碳含量小于4.3%铁碳合金称为亚共晶白口铸铁。
其显微组织为莱氏体、珠光体和二次渗碳体。
碳含量大于4.3%铁碳合金称为过共晶白口铸铁。
其显微组织为莱氏体和一次渗碳体。
三、实验装置及试件金相显微镜、碳钢和白口铸铁平衡组织金相试样一套、金相图谱、材料检索表。
四、实验步骤（1）领取金相试样一套和金相图谱一本（注意不可用手触摸材料面及显微镜镜头）；（2）打开金相显微镜电源（若有变压器须先接变压器后接电源）；（3）用金相显微镜调整光圈并调焦后逐个观察金相试样的显微组织（观察T8钢时需用400x目镜，其它用100x目镜），并仔细观察其特征。
（4）选取5个符合要求的适宜的不同材料画出其显微组织（所画的组织要有代表性；组织中组成物的大小与放大倍数一致，其数量与合金成为相符合；对每个图应按要求标注，记录其序号、材料、状态、浸蚀剂与金相组织，用指引线指明组织组成物的名称）。
机械制造 实验报告 铁碳合金平衡组织观察与分析
实验项目名称：铁碳合金平衡组织观察与分析一、实验目的和要求（必填）1.通过观察和分析，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织，熟悉金相显微镜的使用；2.了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征；3.分析并掌握平衡状态下铁碳合金的组织和性能之间的关系。
二、实验内容和原理（必填）2.1 概述碳钢和铸铁是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与组织有密切的联系，因此熟悉掌握它们的组织，对于合理使用钢铁材料具有十分重要的实际指导意义。
⑴碳钢和白口铸铁的平衡组织平衡组织一般是指合金在极为缓慢冷却的条件下(如退火状态)所得到的组织。
铁碳合金在平衡状态下的显微组织可以根据Fe—Fe3C相图来分析。
从相图可知，所有碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)所组成。
但是，由于碳含量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态，分布和混合情况均不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。
碳钢和白口铸铁在室温下的平衡组织见表1。
a)工业纯铁——室温时的平衡组织为铁素体(F)，F为白色块状（如图1所示）；b)亚共析钢——室温时的平衡组织为铁素体(F)+珠光体(P)，F呈白色块状，P呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块状(如图2所示)。
碳质量分数大于0.6％的亚共析钢，室温平衡组织中的F呈白色网状包围在P周围(如图3所示)；c)共析钢——室温时的平衡组织是珠光体(P)，其组成相是F和Fe3C(如图4、5所示)；d)过共析钢——室温时的平衡组织为Fe3CⅡ+P。
在显微镜下，Fe3CⅡ呈网状分布在层片状P周围(如图6所示)；e)亚共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为P+Fe3CⅡ+ Ld＇。
Fe3CⅡ网状分布在粗大块状的P的周围，Ld＇则由条状或粒状P和Fe3C基体组成(如图7所示)；f)共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为Ld＇，由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成(如图8所示)；g)过共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为Fe3CⅠ+ Ld＇，Fe3CⅠ呈长条状，Ld＇则由条状或粒状P 和Fe3C基体组成(如图9所示)。
实验十铁碳合金显微组织的观察与分析
实验十铁碳合金显微组织的观察与分析前言铁碳合金是以铁为主，加入少量碳而形成的合金，具有多种相结构和组织。
其价格低，易加工，在实际生产中得到了广泛的应用。
而铁碳合金的显微组织是研究和分析贴碳材料性能的基础。
本次试验在进一步熟悉铁碳相图的基础上，达到掌握珠光体、铁素体、莱氏体、渗碳体等相和组织的成分、形貌特征的目的，同时学分分析各组织的形成过程，了解碳含量对各相及组成物的形貌和相对量的影响。
摘要在充分理解Fe-Fe3C相图的基础上，对不同成分铁碳合金的显微组织进行观察，并全面的分析了碳钢、白口铸铁不同显微组织的形成过程及铁碳合金的进本组织的形貌特征，对铁碳合金和Fe-Fe3C进行了概括性的分析与总结。
关键词铁碳合金Fe-Fe 3C相图钢白口铸铁一、实验设备与材料实验设备：光学显微镜实验材料汇总于下表中：序号合金类型及状态含碳量（%）侵蚀剂1 纯铁、退火<0.02 4%硝酸酒精2 20钢，退火4%硝酸酒精3 35钢，退火0.02~0.77 4%硝酸酒精亚共析钢4 45钢，退火4%硝酸酒精碳5 60钢，退火4%硝酸酒精钢6 共析钢T8钢，退火0.77 4%硝酸酒精7 T12 钢，退火4%硝酸酒精8 T12 钢，退火0.77~2.14 碱性苦味酸染色9 T12 钢，退火4%硝酸酒精10 亚共晶白口铁 2.14~4.3 4%硝酸酒精白口11 共晶白口铁 4.3 4%硝酸酒精铸铁12 过共晶白口铁 4.3~6.67 4%硝酸酒精二、Fe-Fe 3C 相图及典型铁碳合概述铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，由于碳含量高于 6.69%的铁碳合金脆性大，因而只研究Fe-Fe3C部分。
如下图所示的Fe-FeC体系相图中，存在液相、固溶体相δ(Fe), α(Fe), γ(Fe) 及θ~Fe3C相。
根据组织特征则有奥氏体(A), 铁素体(F), δ铁素体、渗碳体或夜析渗碳体(Fe3CⅠ) 、二次渗碳体(Fe3CⅡ) 、三次渗碳体(Fe3CⅢ) 、珠光体(P) 、莱氏(Ld) 、变态莱氏体(Ld’) 和液体(L) 。
铁碳合金平衡组织分析实验报告
实验报告铁碳合金平衡组织观察和分析一、实验目的1．了解并熟悉金相显微镜的使用方法2．通过观察和分析，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
3. 了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征。
加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。
二、实验内容1．观察表中所列金相样品的显微组织，研究每一个样品的组织特征，并联系铁碳相图分析其组织形成过程。
编号材料工艺浸蚀剂1 工业纯铁退火4％硝酸酒精溶液2 亚共析钢（20钢）退火4％硝酸酒精溶液3 亚共析钢（45钢）退火4％硝酸酒精溶液4 共析钢（T8钢）退火4％硝酸酒精溶液5 亚共晶白口铸铁铸造4％硝酸酒精溶液6 过共晶白口铸铁铸造4％硝酸酒精溶液三、实验报告要求1.画出所观察样品的显微组织示意图。
用箭头和代表符号标明各组织组成物，并注明试样编号、材料名称、热处理状态、放大倍数和浸蚀剂。
2.根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳含金的组织和性能影响的大致规律。
四、思考题渗碳体有哪几种？它们的形态有什么差别？附录二金相试样的制备金相样品的制备一般包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。
现简述如下：一、取样和镶嵌取样部位及观察面的选择，必须根据被分析材料或零件的失效分析特点、加工工艺的性质，以及研究目的等等因素来确定。
进行失效分析研究时，应在失效部位完整地取样。
对于轧材，研究非金属夹杂物的分析和材料表面缺陷时，应垂直于轧制方向（即横向）取样；研究夹杂物的类型、形状、材料变形度、带状组织等时，应平行于轧制方面上（即纵向）取样。
对热处理后的零件，因为组织较均匀可任意选择取样部位和方向；对于表面处理过的零件，在表面部位取样，要能较全面地观察到整个表面层的变化。
取样时要注意方法，要避免因取样导致观察面的组织变化。
一般软材料可用锯、车等方法；硬材料可用水冷砂轮切片机场割或电火花线切割；硬而脆的材料则可用锤击；大件可用氧割。
等等。
试样大小一般以手拿操作方便即可（如直径10~15mm，高10mm的圆柱体）。
铁碳合金显微组织实验报告
铁碳合金显微组织实验报告实验目的本实验旨在通过显微组织分析的方法，研究铁碳合金的显微组织特征及其对材料力学性能的影响。
实验所需材料和设备•铁碳合金试样•金相显微镜•砂纸和抛光腊•金相试样制备设备（如研磨机、抛光机等）实验步骤步骤一：试样制备1.将铁碳合金试样切割成适当大小的样品块。
2.使用砂纸对试样进行粗磨，使其表面平整。
3.用抛光腊对试样进行抛光，直到获得光滑的试样表面。
步骤二：试样腐蚀1.将抛光后的铁碳合金试样放入适当的腐蚀剂中，如1%的酸溶液中。
2.控制腐蚀时间，通常为几分钟至几小时，以获得清晰的试样显微组织。
步骤三：试样显微组织观察1.从腐蚀液中取出试样，用去离子水冲洗干净，并用酒精吹干。
2.将试样放置在金相显微镜上，调整焦距和放大倍数。
3.观察试样的显微组织特征，如晶粒尺寸、晶界、相组成等。
步骤四：显微组织分析1.使用金相显微镜对试样进行拍照，记录试样显微组织的图像。
2.使用图像处理软件对显微组织图像进行分析，如测量晶粒尺寸、相含量等。
3.根据分析结果，进行显微组织特征的定量描述，并与材料力学性能进行关联。
实验结果与讨论通过显微组织分析，我们观察到铁碳合金试样的显微组织特征如下： 1. 晶粒尺寸较小且均匀分布。
2. 存在一定数量的晶界，晶界对应着晶格排列的断裂面。
3. 试样中出现了不同的相，如铁素体和珠光体，相的含量对试样的力学性能有一定影响。
根据显微组织特征的定量描述和分析结果，我们可以得出以下结论： 1. 较小而均匀的晶粒尺寸有利于提高材料的强度和硬度。
2. 晶界对于材料的韧性和断裂韧性有重要影响。
3. 不同相的含量和分布对材料的力学性能产生显著影响，进一步的研究可以帮助优化材料的性能。
结论本实验通过显微组织分析的方法，研究了铁碳合金的显微组织特征及其对材料力学性能的影响。
实验结果表明，铁碳合金试样具有较小而均匀的晶粒尺寸、晶界和不同相的存在。
这些显微组织特征对材料的强度、硬度、韧性和断裂韧性等力学性能产生重要影响。
铁碳合金平衡组织观察与分析实验报告
铁碳合金平衡组织观察与分析材料工程1601实验者：王XX 学号：1703XXXXX一实验目的1、区别和研究铁碳合金（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，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二概述铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。
铁碳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Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。
图3-1 Fe-Fe3C相图如图3—1所示，所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）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、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态，见表4—1。
碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织：表4—1 各种铁碳合金在室温下的显微组织及良好的塑性，硬度较低。
用3—4％硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。
（2）渗碳体（FeC）是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6．67％。
当用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。
由此可区别铁素体与渗碳体。
此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈观不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。
（3）珠光休（P）是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸蚀后可观察到两种不同的组织形态：1）片状珠光体它是由铁素休与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具存不同特征的层片状组织。
在高倍放大时（照片4—1），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。
铁碳合金显微组织的观察及分析 实验指导书
实验六铁碳合金显微组织的观察及分析实验项目名称：碳钢非平衡组织观察实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。
（2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
（3）熟悉碳钢几种曲型热处理组织——M、T、S、M回火、S回火等组织的形态及特征。
二、实验内容和要求碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织；经淬火得到的是不平衡组织。
铁碳合金缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合，但在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）来确定。
图1-1为共析碳钢的C曲线图。
图1-1 共析钢的C曲线铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C 曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。
按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。
通过金相显微镜观察，可看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。
1．共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1-1中。
2．共析钢连续冷却时的显微组织共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1-1的v1）应得到100%珠光体；当冷却速度增大到v2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到v3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大到v4、v5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变马马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（v4）称为淬火的临界冷却速度。
3．亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，见图1-2所示。
当奥氏体缓冷时（相当于炉冷，如图1-2的v1）转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
铁碳合金平衡组织观察实验报告
铁碳合金平衡组织观察
实验报告
一.实验目的
二、使用的设备仪器
三、实验方法、步骤
四、画出下列样品的组织示意图，并用箭头标明示意图中所示的组织
材料名称：工业纯铁材料名称：0.20%C 钢
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：0.45%C碳钢材料名称：1.2%C碳钢
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：共晶白口铸铁材料名称：过共晶白口铸铁
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
五、分析
1.根据所观察的铁碳合金组织，说明含碳量对铁碳合金的组织和性能有什么影响。
2.根据杠杆定律如何确定未知样品的含碳量？试计算0.45%C的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量是多少？
3.何谓一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体？在显微镜下观察它们的形态有何特点？
兰州理工大学学生实验报告
学院机电工程学院
实验室实验中心
课程名称工程材料
实验类型验证性
实验名称铁碳合金平衡组织观察学生姓名
学生学号
实验日期
指导教师。
铁碳合金的显微组织分析与鉴别实验报告
铁碳合金的显微组织分析与鉴别一、实验目的1．了解金相试样的制备原理和制备过程，了解目前制备金相试样的先进技术。
2. 熟悉各种常用制样设备的基本原理和使用方法。
3．利用金相显微镜认真观察所制备金相试样的显微组织特征，根据以学过的知识分析组织组成和基本类型，初步判别材料类型和材料编号。
二、实验内容概述金相试样的制备过程包括取样、镶嵌、标号、磨制、抛光、浸蚀等几个步骤，但并不是每个金相试样都需要经过上述各个步骤。
若选取的试样大小、形状合适，便于握持磨制，则不必进行镶嵌；若需检验铸铁中的石墨，就不必进行浸蚀。
制备好的试样应能观察到材料的真实组织，做到金相面无磨痕、无麻点、无水迹，并使金属组织中的夹杂物、石墨等不脱落，以免影响显微分析的正确性。
1．取样金相试样的选取应根据检验的目的，选取有代表性的部位和磨面。
如在检验和分析零件的失效原因时，除了在失效的具体部位取样外，还需要在零件的完好处取样，以便进行对比研究；在检测脱碳层、化学热处理的渗层、淬火层等，应选择横向截面或横向表层取样；在研究带状组织及冷塑性变形工件的组织和夹杂物的变形情况时，则应截取纵向截面试样；对于一般热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样的截取可以在任一截面进行。
金相试样的截取方法应根据金属材料的具体性质而定，如软的金属材料可用手锯或锯床切割；硬而脆的材料（如白口铸铁）可用锤击打碎；对于极硬的材料（如淬火钢）可用砂轮片切割或用电脉冲加工。
但不论用何种方法取样，都应避免试样的受热或产生变形，以免引起金属的组织变化，为防止零件受热，必要时应随时用水冷却。
2.镶嵌选取的试样尺寸应便于握持，一般不要过大。
常用的试样尺寸为直径12～15mm的圆柱a)、b) 机械夹持法c) 低熔点合金镶嵌法 d) 塑料镶嵌法图2-1 金相试样的镶嵌方法体或边长为12～15mm的正方柱体试样。
对于形状特殊或尺寸细小不易握持的试样或为了不发生倒角的试样，可采用镶嵌的方法进行处理，金相试样的镶嵌方法如图2-1所示。
铁碳合金的显微组织及分析
实验十铁碳合金的显微组织及分析1 实验目的1．进一步熟悉Fe-Fe3C相图。
2．掌握各相和组织组成以及它们的金相形貌特征（珠光体、铁素体、渗碳体、莱氏体等）。
3．掌握共晶、亚共晶、过共晶白口铸铁的显微组织特征（莱氏体、变态莱氏体，一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体的形成与形貌特点；高温奥氏体转变所得室温产物等)。
4．了解碳含量对各相及组织组成物的形貌和相对量的影响。
2 实验设备及材料1.光学显微镜2.标准实验样品：45钢，60钢，T8钢，T12钢，亚共晶、共晶、过共晶白口铁。
3 实验原理3.1铁碳相图及其组织组成物如图3.1铁碳相图所示，不同的碳含量，平衡组织也不相同，具体如下表3.1所示3.2随碳含量增加的组织形貌改变碳含量低于0.0218%时，组织在光镜下为白色铁素体晶粒；随碳含量增加，出现第二相组织为珠光体，光镜中为暗黑色组织；当含碳量达到0.77%时，变为单相珠光体组织，光镜下为黑白相间的细条形貌；含碳量继续增大，原晶粒晶界处出现网状白色第二相为一次渗碳体；含碳量继续增大，光镜中能看到呈树枝状分布的黑色区域是由先共晶奥氏体转变成的珠光体，周围一圈白色为二次渗碳体，其余为变态莱氏体；当碳含量达到4.3%时，变为莱氏体组织；碳含量继续增大，出现粗大的片状一次渗碳体，其余为变态莱氏体。
4实验内容及步骤1．白口铁凝固组织的观察与分析。
注意：（1）三次渗碳体的形成及辨认；（2）网状铁素体与渗碳体的区分；（3）含碳量对铁素体形态及分布的影响；（4）二次渗碳体的分布特点，最大析出量。
2．钢的平衡组织及含碳量的影响（固态转变组织）。
注意：（1）三次渗碳体的形成及辨认；（2）网状铁素体与渗碳体的区分；（3）含碳量对铁素体形态及分布的影响；（4）二次渗碳体的分布特点，最大析出量5实验结果实验结果如附图所示。
6 结论图a：60钢，亚共析钢，白色块状为铁素体，黑色块状为珠光体。
因放大倍数较低，珠光体中的层状结构未能清晰显示出来，故呈黑色块状。
最新实验十 铁碳合金显微组织的观察及分析
实验十铁碳合金显微组织的观察及分析总结报告班级：冶金E111姓名：杨泽荣学号：41102010摘要：依据铁碳相图分析了不同成分铁碳合金及其形貌特征,解释了如何鉴别细网状铁素体和网状渗碳体，冷却速度对组织形貌和相对量有无影响，各类铸铁的组织对性能有何影响等问题。
关键词：铁碳合金组织形貌铁碳相图1 实验设备与材料光学显微镜，标准试验样品若干2 实验原理2.1 铁碳相图2.2铁碳组织组成物铁素体:碳在体心立方铁中的固溶体δ–Fe（C）和α-Fe（C），通常也成δ铁素体和α铁素体。
奥氏体:碳在面心立方铁的固溶体γ-Fe（C）珠光体:奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物。
广义则包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物。
在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
莱氏体:莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。
当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。
在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。
渗碳体: Fe 和C 形成的化合物2.3含碳量不同情况下的析出相及其组织形貌。
根据组织特点及含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。
钢又可根据含碳量分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；铸铁根据含碳量也可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。
⑴工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织。
含碳量＜0. 02 %的铁碳合金通常称为工业纯铁，它为两相组织，即由铁素体和极少量的三次渗碳体组成。
显微组织中的黑色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。
铁碳合金平衡组织的显微分析及观察
铁碳合金平衡组织的显微分析及观察铁碳合金是钢铁制造中的重要原料，其组织与性能的研究对于钢铁生产及应用的改进具有重要意义。
本文将就铁碳合金的微观组织进行分析及观察，探究不同的组织类型对铁碳合金的性能影响。
铁碳合金的显微组织包括珠光体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体等不同类型。
其中珠光体和贝氏体较为常见，马氏体则在钢铁淬火处理过程中生成，残余奥氏体则是有机会在高温下形成的。
不同类型的组织在铁碳合金的性能中起着不同的作用。
首先，珠光体是由同形晶体铁素体和渗碳钢化物交替排列组成的均质混合物。
它的显微结构呈层状结构，类似于细小的珍珠，因此得名。
珠光体在钢铁制造中应用广泛，在造船、汽车等领域具有重要作用。
由于珠光体的塑性较好，它对铁碳合金的韧性和强度的提升也有一定的促进作用。
贝氏体则是由铁素体和渗碳钢化物交替排列组成的组织。
与珠光体不同的是，贝氏体的结晶形态在加热过程中会发生不同程度的变化。
贝氏体的硬度较高，因此在一些具有高强度要求的领域（如制造高强度钢材）有着重要应用。
然而，贝氏体在成型过程中会采用形变硬化技术，从而影响了钢铁的切削加工性。
因此，在改善铁碳合金的加工性能方面，珠光体的作用更优。
马氏体是在淬火加热后生成的一种组织，硬度非常高，且不易变形。
在制造高强度钢材、弹簧钢等领域具有重要应用。
然而，由于马氏体的脆性较大，钢铁的韧性会减弱，这对一些机械零件来说是不利的。
残余奥氏体则是在铁碳合金高温处理过程中形成的一种组织。
相比于其它类型的组织结构，残余奥氏体的韧性较高，因此在制造大型机械顶轴等领域有着广泛的应用。
综上所述，铁碳合金的显微组织类型不同，对铁碳合金的性能表现具有显著的影响。
例如珠光体塑性好，因此在钢铁深度加工中更有优势；马氏体则硬度高、强度大，因此适用于一些高要求领域，如制造高强度钢材和弹簧钢。
铁碳合金微观组织及性质的研究，有助于优化材料的结构，提高材料的性能表现。
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根据组织特点及含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。钢又可根据含碳量分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；铸铁根据含碳量也可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁。
⑴工业纯铁
纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量＜0. 02 %的铁碳合金通常称为工业纯铁，它为两相组织，即由铁素体和极少量的三次渗碳体组成。显微组织中的黑色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。
孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。
5.4石墨的形态不同对力学性能的影响。
石墨数量越多，尺寸越大，石墨对基体的削弱作用也愈大。
如果组织中的石墨呈现无规则的片状，会使铸铁的力学性能下降，这种铸铁叫做灰口铸铁，灰口铸铁的石墨越均匀，越细越好。
如果组织中的石墨呈现团絮状，对基体的割裂作用要比灰口铸铁小的多，韧性和强度都高于灰口铸铁，这样的铸铁叫做展性铸铁。
实验十铁碳合金显微组织的观察及分析
总结报告
班级：冶金E111
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学号：********
摘要：依据铁碳相图分析了不同成分铁碳合金及其形貌特征,解释了如何鉴别细网状铁素体和网状渗碳体，冷却速度对组织形貌和相对量有无影响，各类铸铁的组织对性能有何影响等问题。
关键词：铁碳合金组织形貌铁碳相图
1实验设备与材料
4.360钢显微组织图
说明：黑色部分为珠光体，白色部分为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层结构不明显。
凝固过程：Wc≈0.45%的奥氏体,缓冷至GS线对应的温度时,开始从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化,冷至PS K线对应的温度(727℃)时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.当冷至PS K线对应温度时,发生共析转变,生成珠光体.。由杠杆原理知，铁素体含量约为25.7%。
两相合金的腐蚀主要是一个电化学腐蚀过程。两个组成相具有不同的电极电位，在腐蚀剂中，形成极多微小的局部电池。具有较高负电位的一相成为阳极，被溶入电解液中而逐渐凹下去；具有较高正电位的另一相为阴极，保持原来的平面高度。因而在显微镜下可清楚地显示出合金的两相。
常用侵蚀剂：
硝酸酒精溶液适用范围:碳钢及低合金钢，能清晰的显示铁素体晶界
光学显微镜，标准试验样品若干
2实验原理
2.1铁碳相图
2.2铁碳组织组成物
铁素体:碳在体心立方铁中的固溶体δ–Fe（C）和α-Fe（C），通常也成δ铁素体和α铁素体。
奥氏体:碳在面心立方铁的固溶体γ-Fe（C）
珠光体:奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物。广义则包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物。在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体。
莱氏体:莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体。
渗碳体:Fe和C形成的 化合物
2.3含碳量不同情况下的析出相及其组织形貌。
3.麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一部分以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。
根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为：
1.灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在。
2.可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在。它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的。其机械性能（特别是韧性和塑性）较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。
4.4T12钢
说明：图中片层状结构为珠光体，白色线为晶界
凝固过程：Wc≈1.2%的奥氏体,缓冷至ES线对应的温度时,奥氏体中的含碳量达到饱和而开始析出二次渗碳体.随着温度的下降,二次渗碳体不断析出,致使奥氏体的含碳量逐渐减少,奥氏体的含碳量沿ES线变化.当冷却到PS K线对应的温度时奥氏体碳质量分数减至0. 77 % ,发生共析转变,生成珠光体。由于硝酸酒精溶液侵蚀，显示出白色晶界。
如果组织中石墨成球状，可减少应力的集中，其强度，韧性更高，叫做球墨铸铁。
5.5石墨化的三阶段
按照铁碳相图可将铸铁的石墨化分为三个温度阶段。
第一阶段：铸铁的液相中结晶出一次石墨（过共晶合金）和通过共晶反应结晶出共晶石墨。
中间阶段：奥氏体中直接析出二次石墨，或通过渗碳体在共晶温度和共析温度之间发生分解而形成石墨。
第二阶段：从铸铁的共析转变中析出石墨。或者通过渗碳体在共析温度附近及其以下温度发生分解形成石墨。
5.6如何得到不同的基体组织？这些组织对性能有何影响？
灰口铸铁内基本组织主要有三种，铁素体(F)、铁素体+珠光体(F+P)和珠光体(P)。铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到。珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。随冷却速度的减小，铸铁组织基体依次改变为珠光体、铁素体+珠光体、铁素体。
充分进行
充分进行充分进行充分来自行充分进行充分进行
部分进行
不进行
F＋G
F＋P＋G
P＋G
麻口铸铁
部分进行
部分进行
不进行
Le'＋P＋G
白口铸铁
不进行
不进行
不进行
Le'＋P＋Fe3C
2.5金相侵蚀原理及常用侵蚀剂
纯金属及单相合金的腐蚀是一个化学溶解的过程。由于晶界上原子排列不规则，具有较高自由能，所以晶界易受腐蚀而呈凹沟，使组织显示出来，在显微镜下可以看到多边形的晶粒。若腐蚀较深，则由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蚀后的显微平面与原磨面的角度不同，在垂直光线照射下，反射进入物镜的光线不同，可看到明暗不同的晶粒。
4.6过共晶白口铁
说明：基体为黑白相间的变态莱氏体，白色板条部分为一次渗碳体
凝固过程：Wc > 4. 3 %的铁碳合金,由液体缓冷到CD线对应的温度时,从液相中开始结晶出一次渗碳体.冷至ECF线对应的温度(1 148℃)时,剩余液相成分达到共晶点成分( Wc = 4. 3 %) ,发生共晶转变,生成高温莱氏体,再冷至PS K线对应的温度(727℃)时,高温莱氏体转变为低温莱氏体.
4.5亚共晶白口铁
说明：基体为黑白相间分布的变态莱氏体，黑色树枝状为初晶奥氏体转变成的珠光体，白色为二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，不易分辨。
凝固过程：11 % < Wc < 4. 3 %的液态合金,由液体缓冷到A C线对应的温度时,从液相中开始结晶出奥氏体.随温度的降低,不断结晶出奥氏体,其成分沿固相线A E线变化,液相的成分沿液相线A C线变化.冷至ECF线对应的温度(1 148℃)时,奥氏体中Wc = 2. 11 % ,在随后的冷却过程中奥氏体析出二次渗碳体,其成分沿ES线变化.冷至PS K线对应的温度(727℃)时,发生共析转变,生成珠光体.液相冷至ECF线对应的温度(1 148℃)时,达到共晶点( Wc = 4. 3 %) ,发生共晶转变,生成高温莱氏体,再冷至PS K线对应的温度(727℃)时,高温莱氏体转变为低温莱氏体.
苦味酸酒精溶液适用范围：碳钢及低合金钢，能清晰的显示珠光体和碳化
3实验过程
观察如下合金的显微组织图并画出示意图
序号
类别
合金牌号
1
亚共析钢
20
2
45
3
60
4
过共析钢
T12
5
过共晶白口铸铁
6
灰口铁
7
球墨铸铁
8
灰口铸铁
9
麻口铁
10
展性铸铁
11
变质灰口铁
4实验结果及讨论
4.120钢显微组织图
说明：黑色部分为珠光体，白色部分为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层结构不明显。
2.4铸铁的分类及分类标准
根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为：
1.白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。
2.灰口铸铁碳全部或大部分以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。
4.245钢显微组织图
说明：黑色部分为珠光体，白色部分为铁素体。由于放大倍数不够，珠光体片层结构不明显。
凝固过程：Wc≈0.45%的奥氏体,缓冷至GS线对应的温度时,开始从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化,冷至PS K线对应的温度(727℃)时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.当冷至PS K线对应温度时,发生共析转变,生成珠光体.。由杠杆原理知，铁素体含量约为42.0%。
4.7其他组织样品显微组织图在后附图中有分析
5思考题
5.1为什么石墨会有不同的形态？
化学成分、冷却速度和凝固条件的不同使得石墨在铸铁组织中呈现不同的形态。
5.2如何得到不同形态的石墨？
控制不同的冷却速度就可以得到不同形态的石墨。