铁碳合金平衡组织的显微分析实验
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。
．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。
实验一铁碳合金平衡组织分析
实验一铁碳合金平衡组织分析一、实验目的⒈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；⒉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；⒊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、实验设备XD—2视频金相显微镜、4X型金相显微镜三、实验步骤与内容⒈实验内容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徽组织可以根据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。
表1 各种铁碳合金在室温下的平衡组织①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）；②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)；③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)；④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)；⑤亚共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为P+Fe3CⅡ+ Le＇。
Fe3CⅡ网状分布在粗大块状的P的周围，Le＇则由条状或粒状P和Fe3C基体组成(如图7所示)；⑥共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为Le＇，由黑色条状或粒状P和白色Fe3C基体组成(如图8所示)；⑦过共晶白口铸铁——室温时的平衡组织为Fe3CⅠ+ Le＇，Fe3CⅠ呈长条状，Le＇则由条状或粒状P 和Fe3C基体组成(如图9所示)。
铁碳合金平衡组织显微分析
铁碳合金平衡组织显微分析金相试样的制备一、实验目的1.熟悉金相显微试样的制备过程2.了解掌握金相显微试样的制备方法二、概述在利用金相显微镜作金相显微分析时，必须首先制备金相试样，我们在显微镜中所观察到的显微组织，是靠光线从试样观察面上的反射来实现的。
若试样观察面上的反射光能进入物镜。
我们就可以从目镜中观察到反射的象，否则就观察不到。
图2-1 光线在不同表面上的反射情况由图2-1所示可见，未经制备的试样的表面相当于无数多个与镜筒不垂直的平滑表面，这是不能成象的。
因此，我们要先把试样观察面制备成光滑平面。
但是光滑平面在显微镜下只看到光亮一片，而不能看到显微组织结构特征，故还须用一定的浸蚀剂浸蚀试样观察面，使某些耐浸蚀弱的区域不同程度地受到浸蚀而呈现微观察的凸凹不平。
这些区域的反射光线被散射而呈暗色。
由于明暗相衬，在显微观察中就能表示试试样磨面组织结构的特征了。
金相试样的制备包括试样的切取、镶嵌、磨制抛光、锓蚀等五个步骤。
1. 取样试样应根据分析目的和要求在有代表的位置上截取。
一般地说，取横截面主要观察：1、试样边缘到中心部位显微组织的变化。
2、表层缺陷的检验、氧化、过滤、折叠等。
3、表面处理结果的研究，如表面淬火、硬化层、化学热处理层、镀层等。
4、晶粒度测定等。
通过纵截面可观察：1、非金属夹杂；2、测定晶粒变形程度；3、鉴定带状组织及通过热处理消除带状组织的效果等。
试样一般可用手工切割、机床切割、切片机切割等方法截取(试样大小为φ12×12mm圆柱体或12×12×12mm的立方体)。
不论采用哪种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。
2. 镶嵌当试样的尺寸太小(如金属丝、薄片等)时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料(如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等)中，如图2-2所示。
图2-2 试样的镶嵌（见实验室挂图）3. 磨制试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。
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“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）。
实验一 铁碳合金平衡组织的显微分析
实验一、铁碳合金平衡组织的显微分析（金相试样的制备）一实验目的：1. 掌握一般金相显微样品的制备过程和基本方法。
2. 熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特征及识别方法。
二实验原理：金相试样加工工艺和对各种金相试样的检测，对了解金属的质量、性质是非常重要的。
金相试样的表面加工的手段方法也是各有不同。
但就我们国内金属试样的加工水平来讲，还是停留在比较原始的阶段，就工艺而言，大多数还是手工操作。
工艺流程大致是这样：砂轮片研磨（找平），降幂颗粒的砂纸研磨（3-4次），抛光腐蚀后上镜检测。
金相试样制备步骤：1、取样：从具有代表性的部位处截取直径12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长为12～15mm的方形试样。
例如，检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。
截取时应保证试样表面的显微组织不发生变化。
用手锯、机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化，破坏了其组织的真实性。
为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。
金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：Φ12×10或12×12×10，如果不是观察表面组织，可以倒角便于磨制。
根据需要，例如观察表面渗碳层的厚度，为防止在磨制过程中发生倒角，应采用镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。
2、镶嵌：比较小或形状不规则的试样，可以镶嵌在低熔点合金或塑料中，以便于磨制和抛光。
3、磨制：截取好或镶好的试样首先在砂轮机上进行粗磨，尽量磨平，同时试样的棱角要倒圆；然后用2#、11/2#、1#等粗砂布和w28、w20、w14、w10、w7、w5金相砂纸按顺序逐级进行磨制，这样砂布或砂纸上的磨粒与试样表面产生的磨痕随着磨粒的减小而变小，直至磨平。
磨制时，当试样表面只有与磨制方向一致的磨痕时，才能更换较细粒度的砂纸（见图2、图3），每次更换砂纸磨制时，试样磨制方向应转90°，这样才能看出上次较粗的磨痕是否磨去。
铁碳合金平衡组织观察实验
铁碳合金的平衡组织变化：实验观察与分析铁碳合金是一种普遍用于制造机械零件的金属材料。
在不同的加工和热处理条件下，铁碳合金的组织会发生不同的变化。
本实验通过观察不同温度和时间下铁碳合金的组织变化，探究其平衡组织的形成条件和特征。
实验装置：
本实验采用常见的金相显微镜观察技术。
所用样品为铁碳合金薄片，加工后表面打磨光洁，试验中分别在600°C、700°C和800°C 温区下加热处理，时间分别为1、3、5小时。
加热结束后，将样品拿出冷却，制作成金相样品，并用光学显微镜观察样品的组织。
实验结果：
经观察，不同加工条件下铁碳合金的组织形成和变化过程如下：
①在600°C温度条件下，热处理1小时后，铁碳合金的组织为珠光体；
②在700°C温度条件下，分别热处理1、3、5小时后，铁碳合金的组织为珠光体和铁素体共存；
③在800°C温度条件下，热处理1小时后，铁碳合金的组织为铁素体；
经过3小时、5小时的加热处理，铁碳合金的组织均为铁素体。
实验分析：
铁碳合金的平衡组织受到加工温度、时间和碳含量的影响。
本实验中，随着加工温度的升高和时间的延长，铁碳合金的珠光体逐渐转变为铁素体。
这是由于铁素体比珠光体更具稳定性，因此在高温下更容易形成。
同时，铁素体的塑性、韧性和硬度也与珠光体不同，不同的铁碳合金组织结构也影响着其性能和用途。
结论：
本实验通过观察不同加工条件下铁碳合金的组织变化，得出了铁碳合金在不同温度和时间下形成平衡组织的条件和特征。
这对于了解铁碳合金的性能与应用、指导加工工艺和热处理工艺具有重要意义。
铁碳合金显微分析
铁碳合金平衡组织的显微分析一实验目的1.识别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2.加深理解铁碳合金成分、组织与性能之间的相互关系;3.掌握金相显微镜的使用方法。
二实验设备及材料1.金相显微镜；2.金相挂图；3.各种铁碳合金的标准试样。
三实验原理1.铁碳合金的分类及其平衡组织铁碳合金平衡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，分析铁碳合金的平衡组织以铁碳合金相图为依据。
根据组织特征及含碳量的不同，铁碳合金分为工业纯铁、碳钢和白口铸铁三大类。
图1 铁碳合金相图类型含碳量（%）显微组织工业纯铁＜0.0218铁素体碳钢亚共析钢0.0218～0.77铁素体+ 珠光体共析钢0.77珠光体过共析钢0.77～2.11珠光体+ 二次渗碳体白口铸铁亚共晶白口铁 2.11～4.3珠光体+二次渗碳体+莱氏体共晶白口铁 4.3莱氏体过共晶白口铁 4.3～6.69莱氏体+ 一次渗碳体表1 铁碳合金的分类及组织类型1）工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金通常称为工业纯铁。
它为两相组织，即由铁素体和少量三次渗碳体组成。
如图2所示，工业纯铁经硝酸酒精溶液浸蚀后的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基体为铁素体。
三次渗碳体一般沿铁素体晶界分布，由于量很少，看不出来。
图2 工业纯铁的显微组织▪2）亚共析钢▪含碳量在0.0218-0.77%的钢为亚共析钢，其室温组织由铁素体和珠光体组成，随着含碳量的增加，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，当含碳量增至0.77%则全部为珠光体。
亚共析钢经硝酸酒精溶液浸蚀后，亮白色的为铁素体，暗黑色的为珠光体，如图3所示。
图3 亚共析钢的显微组织3）共析钢含碳量为0.77％的碳钢，称为共析钢，由单一的珠光体组成。
珠光体是由铁素体和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细条渗碳体；当放大倍数较低时，渗碳体片层就只能看到一条黑线，它实际上就是渗碳体。
实验四 铁碳合金的平衡组织观察
实验四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）铁素体是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。
由于在室温时其溶碳量几乎等于零，故其显微组织与纯铁相同，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晶粒，晶界呈黑色网络状。
在碳的质量分数较低的非合金钢中，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（Fe3C）渗碳体是具有复杂晶格形式的间隙化合物，其碳的质量分数w C＝6.69%，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。
渗碳体在碳钢和铸铁一与其它相共存时，可以呈片状，条状、颗粒状（球状）、带状或网状等形态。
3、珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密混合物，在平衡状态下，其w C＝0.77%。
珠光体有层状和球状两种。
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，而放大倍数更低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。
4、低温莱氏体（Ld′）低温莱氏体是珠光体和渗碳体组成的混合物，在平衡状态下，其碳的质量分数w C＝4.3%。
铁碳合金的平衡组织分析
铁碳合金的平衡组织分析一、实验目的1．了解常用台式金相显微镜的主要构造与使用方法，初步掌握利用金相显微镜进行显微组织分析的基本方法。
2．观察和识别铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织特征。
3．分析含碳量对铁碳金平衡组织的影响，加深理解铁碳合金的成分、组织与性能之间的相互关系。
二、实验概述研究金属组织的光学显微镜称为金相显微镜，它是由许多光学元件按一定要求组合而成的精密光学仪器。
在本实验中通过讲解和实际操作使学生了解常用台式金相显微镜的基本原理、结构、使用和维护方法等。
利用金相显微镜观察金属的内部组织和缺陷的方法称为显微分析(或金相分析)，在金相显微镜下所看到的组织称为显微组织，合金在极其缓慢的冷却条件(如退火状态)下所得到的组织称为平衡组织。
铁碳合金的平衡组织可以根据Fe-Fe3C相图来进行分析。
由Fe3C相图可知，所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体和渗碳体两相组成，但由于合金中的含碳量不同，铁素体和渗碳体的数量、形状、大小及分布状况也不相同，随着含碳量的增加，渗碳体量不断增加，铁素体量不断减少，而且渗碳体的形态和分布情况也发生变化，所以，不同成分的铁碳合金室温下具有不同的组织和性能。
钢的组织以铁素体为基体，渗碳体为强化相，而且主要以珠光体的形式出现，使钢的强度和硬度提高，故钢中珠光体量愈多，其强度、硬度愈高，而塑性、韧性相应降低。
但过共析钢中当渗碳体明显地以网状分布在晶界上，特别在白口铁中渗碳体成为基体或以板条状分布在莱氏体基体上，将使铁碳合金的塑性和韧性大大下降，以致合金的强度也随之降低。
这就是高碳钢和白口铁脆性高的主要原因。
钢的力学性能随含碳量变化的规律如右图所示。
当钢中碳含量小于0.9%时，随含碳量的增加，钢的强度、硬度直线上升，而塑性、韧性不断下降；当钢中碳含量大于0.9%时，因网状渗碳体的存在，不仅使钢的塑性、韧性进一步降低，而且强度也明显下降。
为了保证工业上使用的钢具有足够的强度，并具有一定的塑性和韧性，钢中碳的质量分数一般都不超过1.4%。
实验一 铁碳合金平衡组织显微分析(指导书及实验报告2)
实验指导书实验一铁碳合金平衡组织显微分析一、实验目的1．了解碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。
2．分析成分（含碳量）对碳钢和白口铸铁显微组织的影响，理解成分、组织与性能之间的相互关系。
二实验内容及步骤1．实验前复习教材中有关内容和预习实验指导书。
2．在显微镜下对各种试样进行观察和分析，确定其组织组成物。
3．画出所观察的显微组织示意图。
4．根据显微组织中珠光体所占面积的百分数近似地确定一种亚共析钢的平均含碳量。
三、实验设备及材料1．金相显微镜2．金相图谱3．各种铁碳合金显微试样Ⅰ-1 工业纯铁；Ⅰ-2 20 钢；Ⅱ-1 亚共晶白口铸铁;Ⅰ-3 T8 钢；Ⅱ-2 共晶白口铸铁；Ⅰ-4 T12 钢; Ⅱ-3 过共晶白口铸铁四、实验注意事项1．在观察显微组织时，可先用低倍全面进行观察，然后用高倍对部分区域进行详细观察。
2．要正确使金相显微镜，特别要注意：将显微镜的灯泡（6~8V）插头，插在变压器上，切勿直接插在200V的电源插座上，否则灯泡立即烧坏。
3．对试样，不得用手触摸试样表面或将试样重叠起来，以免损伤试样表面。
4．画显微组织图时，应抓住其形态特点，注意不要将磨痕或杂质画在图上。
五、实验报告要求1．实验目的。
2．画出所观察过的显微组织示意图（在直径为30mm的圆内画，并将组织组成物名称以箭头引出标明，在图的下面注明材料名称、含碳量、侵蚀剂、放大倍数，以及简单的描述。
）。
3．根据所观察的组织，近似地估算一种亚共析钢的含碳量。
实验报告实验一铁碳合金平衡组织显微分析学生姓名班级学号实验日期指导教师。
实验5.铁碳合金平衡组织的显微分析
实验5. 铁碳合金显微组织的观察与分析Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。
根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。
在室温下铁碳合金的基本组成相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异是这两个基本的相对量、形态及分布不同。
在铁碳合金中渗碳体的相对量，存在形态以及分布状况，对合金的性能影响很大，在碳钢中渗碳体一般可以认为是一个强化相。
见图9-1。
图9-1 按组织分区的Fe-Fe3C相图一、工业纯铁在退火状况下的显微组织含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。
工业纯铁在含碳量小于0.008%时，其显微组织为单相铁素体。
如图9-2所示。
图中有的晶粒呈暗色，这是由于不同晶粒受腐蚀的程度不同造成的。
在含碳量大于0.008%时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。
三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。
二、碳钢在退火状态下的显微组织含碳量在0.0218~2.11%范围的铁碳合金称为碳钢。
碳钢按含碳量与平衡组织的不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种。
1．亚共析钢含碳量在0.0218~0.77%之间的铁碳合金称为亚共析钢，所亚共析钢冷却到室温后显微组织均为先共析铁素体和珠光体组成。
随着含碳量的增加珠光体所占的比例也不断增加，当增加到0.77时(铁素体在珠光体周围呈网状分布)，整个组织为珠光体。
用显微镜观察放大倍数低于400×时，先析出铁素体呈亮白色，珠光体呈暗黑色如图9-3所示。
由于铁素体和珠光体比重相近，若忽略铁素体中所含的微量碳，根据杠杆定理和亚共析钢显微组织中先共析铁素体与珠光体所占的相对面积，就可以估算出该钢的含碳量。
例如：当不珠光体和铁素体的面积各占一半时，钢的含碳量为0.77%0.50.4%⨯≅，由此可定此钢为40#碳素钢。
但须注意，如果亚共析钢从奥氏体相区以较快的速率冷却下来，而因共析转变时过冷度增大，共析体含碳量偏低，故其显微组织中珠光体的含量就要比缓冷时增加，此时若仍用上述方法来估算出的结果其含碳量将会偏高。
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。
实验一：铁碳合金平衡组织的显微观察
金相实验室
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一、 实验简介
金相组织观察是现代材料科学技术中的主要和基本试 验方法，也是研究材料各种行为的重要手段之一。金相组 织观察是通过金相显微镜来研究金属和合金显微组织大小 、形态、分布、数量和性质的一种方法。利用金相组织观 察方法可以考查如合金元素、成分变化及其与显微组织变 化的关系、冷热加工过程对组织影响的变化规律；利用金 相组织观察方法还可对产品进行质量控制和产品检验以及 失效分析等。因此金相组织观察方法广泛应用于机械制造 、冶金、航空、航天及电子等工业部门的生产及科研工作 中。 本实验学时为2学时，安排在金属学及热处理或金属材料 及热处理课程第4章铁碳合金讲授之后。
图5 亚共晶白口铸铁显微组织
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五、 实验内容与步骤
2) 共晶白口铸铁 碳的质量分数为4.3%。室温组织为单一的 莱氏体，见图 6。图中黑色的粒状短杆状为珠光体，白色基 体为渗碳体。 3) 过共晶白口铸铁 碳的质量分数为4.3～6.6%之间。室温 组织为一次渗碳体和莱氏体，见图 7。一次渗碳体呈白色长 条状，贯穿在莱氏体基体上，其余为共晶莱氏体。
图 6共晶白口铸铁组织
图 7过共晶白口铸铁组织
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六、 实验数据和处理
序号 样品名称 状态 浸蚀剂 显微组织
1
2
工业纯铁
20钢
退火 4%硝酸酒精
退火 4%硝酸酒精
F
F+P
3
4
45钢
65钢
退火 4%硝酸酒
5
6 7 8
T8钢
T12钢 T12钢 亚共晶白口铸铁
退火 4%硝酸酒精
铁碳合金平衡组织的显微分析及观察
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。
铁碳合金平衡组织观察_2
铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1.观察和识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、了解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、性能之间的相互关系；3.熟悉金相显微镜的使用。
二、实验原理铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础。
所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态即接近平衡状态）所得到的组织。
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。
铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的室温组织。
铁碳合金其组织组成物为铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）、珠光体（P）及莱氏体（Ld）, 它们的形貌因含碳量不同而改变。
按其含碳量与平衡组织的不同, 可分为工业纯铁, 碳钢及白口铸铁3类。
1.工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织。
含碳量小于0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁。
它是两相组织, 即由F和少量Fe3C组成。
从显微组织可见, F为亮白色的不规则等轴晶粒, 黑色线条是F的晶界。
2.碳钢碳钢含碳量在0.0218%~2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢。
按其含碳量与平衡组织的不同, 可分为亚共析碳钢, 共析碳钢和过共析碳钢3种。
(1)亚共析钢: 含碳量在0.0218%~0.8%范围, 其组织有F和P所组成。
随着含碳量的增加, P的数量增多, F的数量减少, P为F片和Fe3C片相间组成, 显片层状。
经浸蚀（本实验所用浸蚀剂均为3%硝酸酒精溶液）后在显微镜下观察P呈黑色, F为白色。
(2)共析钢：含碳量为0.8%的碳钢称为共析钢, 它由单一的P组成。
在显微镜下观察组织全部为层状P, 它是F和Fe3C的共析组织。
(3)过共析钢：含碳量在0.8%~2.11%范围, 其组织由P和Fe3CⅡ组成。
钢中的含碳量越多, Fe3CⅡ的数量越多。
在显微镜下观察基体为层状P呈黑色, 晶界上的白色细网络状为Fe3CⅡ。
3.白口铸铁白口铸铁是含碳量为2.11%~6.69%范围内的铁碳合金, 按其含碳量及平衡组织的不同, 又可分为亚共晶白口铸铁, 共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁3种。
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铁碳合金是一种重要的工程材料，其性能受到其平衡组织的影响。
为了研究铁碳合金的平衡组织形成过程，我们进行了一系列观察实验。
实验方法：1. 准备铁碳合金试样：按照不同的碳含量配制出一系列铁碳合金试样。
2. 热处理：将试样加热至适当温度，保温一段时间后以适当速率冷却。
3. 显微组织观察：使用金相显微镜对试样进行断面观察，观察铁碳合金的平衡组织形态。
实验结果：1. 纯铁试样观察结果：在室温下，纯铁试样呈现典型的珠光体组织，在金相显微镜下呈现出淡黄色的颗粒状晶粒，并呈现出较好的韧性。
2. 含碳量为0.02%的铁碳合金试样观察结果：在室温下，含碳量为0.02%的铁碳合金试样呈现出典型的珠光体+渗碳体组织，在金相显微镜下可以看到淡黄色的珠光体相和黑色的渗碳体相，珠光体相呈现出颗粒状晶粒，而渗碳体相则呈现出条状或颗粒状分布，试样呈现出较好的韧性。
3. 含碳量为0.4%的铁碳合金试样观察结果：在室温下，含碳量为0.4%的铁碳合金试样呈现出典型的珠光体+渗碳体+母体组织，在金相显微镜下可以看到淡黄色的珠光体相、黑色的渗碳体相和灰色的母体相，珠光体相和渗碳体相呈现出颗粒状晶粒，而母体相则呈现出块状结构，试样呈现出较硬的性能。
实验结论：随着碳含量的增加，铁碳合金试样的平衡组织形态发生变化。
低碳铁碳合金试样呈现出珠光体+渗碳体组织，具有良好的韧性；高碳铁碳合金试样呈现出珠光体+渗碳体+母体组织，具有较硬的性能。
该实验结果对于理解铁碳合金的平衡组织形成机制以及材料性能的影响具有重要意义。
1. 在进行防水操作之前，需要确保工作场所的安全，并采取相应的安全措施，例如穿戴防护服和保护眼睛等。
2. 在进行防水操作之前，需要先对工作区域进行必要的清理和准备。
移除可能影响防水效果的杂物和污垢，并确保表面干燥且平整。
3. 选择适当的防水材料和工具，并根据产品说明书或专业人士的建议操作。
4. 在施工过程中，按照指定的施工方法进行操作，确保防水材料充分涂覆到需要防水的区域。
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“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）。
五、实验结果
六、实验结果分析与讨论
（1）所观察的金相试样中，珠光体的形态为何有不同？
珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密机械混合物。
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光体组织.当放大倍数
较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体;当
放大倍数较低时,珠光体中的渗碳体只能看到一条黑线;而当放大倍数继续降低
或珠光体变细时,珠光体的层片状结构就不能分辨了,此时珠光体呈黑色的一团。
而在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可观察到呈粒状。
（2）在所观察的铁碳合金的组织中，渗碳体有几种形态？分别于材料的性能有什么影响？
渗碳体有5种形态。
1、一次渗碳体：直接由液态结晶出来的渗碳体，形态是白色长条状。
量越多，分布越均匀，材料强度越高。
2、二次渗碳体：由奥氏体超出碳溶解度而析出来的，形态是网状的形式分布
于珠光体周围。
对过共析钢来说，，当含碳量超过1.0%时，钢变得硬、脆、强度下降。
3、三次渗碳体：由铁素体超出碳溶解度而析出来的，形态是沿着铁素体晶界
分布，以条状或短杆状分布于铁素体晶界。
对亚共析钢来说，钢的硬度、强度上升，塑性相应降低。
4、共晶渗碳体：共晶反应生成的渗碳体，与奥氏体共同形成莱氏体，形态白
色条状，大小不一。
对共晶白口铸铁来说，使材料硬而脆，难以切削加工。
5、共析渗碳体：共析反应生成的渗碳体，与铁素体共同形成珠光体，形态一
般是白色片状。
对共析钢来说，硬度、强度上升，塑性、韧性降低。
（3）用什么方法可以区别亚共析钢中的铁素体和过共析钢中的渗碳体？
亚共析钢中渗碳体与铁素体共同组成片状珠光体。
渗碳体片分布于铁素体基体上，但渗碳体片较薄，相对而言，铁素体片较宽；
过共析钢中二次渗碳体以网状的形式分布于珠光体周围，珠光体呈暗黑色块状或片状，其外围的白色网状即为渗碳体。
（4）根据本人实验观察的试样的组织组成物，由铁碳合金平衡状态图的杠杆定律计
算材料的组织组成物百分比含量和含碳量。
1、T8钢
珠光体：100%
含碳量：0.77%
2、45号钢
∗100%=42.77%
铁素体：0.77−0.45
0.77−0.0218
∗100%=57.23%
珠光体：0.45−0.0218
0.77−0.0218
含碳量：0.45%
3、T12钢
∗100%=32.09%
二次渗碳体：1.2−0.77
2.11−0.77
∗100%=67.91%
珠光体：2.11−1.2
2.11−0.77
含碳量：1.2%
4、共晶白口铸铁
莱氏体：100%
含碳量：4.3%
5、亚共晶白口铸铁（由于含碳量未知，故通过观察图像得出组织组成物的百
分比）
莱氏体：10%
树枝状珠光体：40%
二次渗碳体：50%
含碳量：0.1*4.3%+0.4*0.77%+0.5*6.69%=4.08%。