碳钢及铸铁平衡组织观察

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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。

钢铁合金平衡组织的观察与分析

钢铁合金平衡组织的观察与分析实验目的实验说明实验内容实验方法指导实验报告要求思考题一：实验目的(1)观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

(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)进一步熟悉金相显微镜的使用。

二：实验说明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，熟悉并掌握它们的组织是对钢铁材料使用者最基本的要求。

1．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(C)组成。

但是，由于碳质量分数的不同、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显微组织见表1。

表1各种铁碳合金在室温下的显微组织2．各种相组分或组织组分的特征碳钢和白口铸铁的金相试样经浸蚀后，其组织中各相组分和组织组分的形状和性能如下：铁素体：铁素体经w(HNO3)=3％~5％酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白亮色多边形晶粒，如图1所示。

随着钢中碳质量分数的增加，铁素体质量分数减少，当其质量分数较多时呈块状分布(图2)，碳质量分数接近共析成分时往往呈断续的网状分布在珠光体的周围。

铁素体具有良好的塑性和韧性，但硬度较低，一般为80~120 HBS，强度也较低。

图1 工业纯铁的显微组织图2 w(C)=0.45%碳钢的显微组织渗碳体：渗碳体经w(HNO3)=3~5%酒精溶液浸蚀后，也呈白亮色。

一次渗碳体呈长条状分布在莱氏体之间，如图3所示；二次渗碳体呈网状分布在珠光体的边界上，如图4所示；三次渗碳体分布在铁素体晶界处；珠光体中的渗碳体一般呈片状，如图5、图6所示。

图3 过共晶白口铸铁组织中的一次渗碳体图4 过共析钢(w(C)=1.2%)组织中的二次渗碳体图5 中倍下的珠光体图6 高倍下的珠光体铁素体和渗碳体经w(HN03)=3％~5％酒精溶液浸蚀后都呈白亮色，若用苦味酸钠溶液热浸蚀，则渗碳体被染成黑褐色，而铁素体仍为白色。

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。

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？。

中国石油大学铁碳合金金相观察实验

铁碳合金平衡组织观察实验报告一．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，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二．铁碳合金平衡组织照片（1）工业纯铁*100倍C%<0.02%工业纯铁*400倍 4%硝酸酒精溶液（2）20钢*100倍C%=0.2% 20钢*400倍 4%硝酸酒精溶液铁素体铁素体珠光体45钢*100倍C%=0.45% 45钢*400倍 4%硝酸酒精溶液（4）60钢*100倍C%=0.6% 60钢*400倍 4%硝酸酒精溶液（5）T8钢*100倍C%=0.8% T8钢*400倍 4%硝酸酒精溶液铁素体珠光体铁素体珠光体珠光体T12钢*100倍C%=1.2% T12钢*400倍 4%硝酸酒精溶液（7）亚共晶白口铁*100倍C%=2.06%~4.3% 亚共晶白口铁*400倍 4%硝酸酒精溶液（8）共晶白口铁*100倍C%=4.3% 共晶白口铁*400倍 4%硝酸酒精溶液珠光体 Fe 3C Ⅱ珠光体 Fe 3C Ⅱ 低温莱氏体低温莱氏体过共晶白口铁*100倍C%=4.3%~6.67% 过共晶白口铁*400倍 4%硝酸酒精溶液三．根据所观察的显微组织近似确定一种亚共析钢的含碳量根据图（4）观察的显微组织确定亚共析钢的含碳量：四．分析与讨论含碳量对铁碳合金的组织和性能的影响？答：对组织的影响：1.引起相组成物中F 、Fe 3C 相对量的变化：C%↑——F%↓、Fe 3C ↑2.引起组织组成物的变化：C%↑——室温组织由F →F+P →P →P+Fe 3C Ⅱ→P+Fe 3C Ⅱ+Le ’→Le ’→Fe 3C Ⅰ+Le ’→ Fe 3C Ⅰ3.引起组织形态的变化：Fe 3C Ⅱ：C%↑→不连续→连续网状对性能的影响：对钢的影响：C%↑→硬度↑塑性、韧性↓强度先升后降（当C%>1.0%时，Fe 3C Ⅱ呈连续网状）对白口铁的影响：脆性很大，强度很低，硬度、耐磨性很高。

实验二铁碳合金平衡组织观察

实验二铁碳合金平衡组织观察（2学时）一、实验目的1. 观察和分析铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织，2. 结合课堂内容了解含碳量对铁碳合金中的相及组织组成物的本质、状态和相对量的影响。

二、实验设备、材料、仪器、装置XJP-6A双目金相显微镜（配数字图像采集系统）、XJP-3C双目金相显微镜、45钢20钢。

三、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（如实际生产中的退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

根据课堂讲授相图中可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（α）和渗碳体（Fe3C）的这两个基本相组成。

但由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。

铁碳合金的基本组织及特征：（1）铁素体（α）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，如图1所示。

图1 铁素体图2 二次渗碳体图3 三次渗碳体（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是Fe与C的化合物，含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀。

经3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，Fe3C呈亮白色；若用苦味酸钠浸蚀，则Fe3C被染成暗黑色或综红色。

按成分和形成条件的不同，Fe3C可呈现不同的形态。

Fe3CⅠ是直接从液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条件片状，如图2所示； Fe3CⅡ是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布，如图3所示；Fe3CⅢ是由铁素体中析出，通常呈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）珠光体是α与Fe3C的机械混合物，在一般退火处理情况下（近于平衡状态）是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，如图4所示。

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有不同特征的珠光体组织。

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，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时珠光体中的渗碳体就吸能看到是一条黑线，当组织较细或放大倍数再低时，珠光体的片层就不能分辩，而呈黑色。

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%。

实验：钢铁平衡与铸铁组织的观察与分析

图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。
指导教师意见
签名：年月日
③过共晶白口铸铁含碳量﹥4.3％，在室温时的组织由一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到在暗色斑点状的莱氏体基本上分布着亮白色的粗大条片状的一次渗碳体。
实验设备和材料
金相显微镜、金相图册、各种铁碳合金的显微样品（见下表）。
编号
材料
显微组织
浸蚀剂
1
工业纯铁
铁素体（F）
3％～4％硝酸酒精溶液
（二）金相显微镜11台。
（三）布氏硬度计1台。
（四）测定组织组成物相对含量用的亚共析钢金相照片及透明方格纸各15张
实验步骤
（一）讨论Fe-Fe3C相图
1、分析各相及组织组成物的本质．
2、分析不同古碳量的铁碳合金的凝固过程，室温组织及其形貌特征。
3、总结铁碳合金的组织，性能与含碳量的关系。
（二）观察，分析并画山工业纯铁，不同碳钢及白口铸铁的组织示意图。
①亚共晶白口铸铁含碳量﹤4.3％，在室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体、二次渗碳体和莱氏体，如图6所示。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现黑色枝晶状的珠光体和斑点状莱氏体，其中二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，不易分辨。
②共晶白口铸铁含碳量为4.3％，其室温下的组织由单一的共晶莱氏体组成。经浸蚀后，在显微镜下，珠光体呈暗黑色细条或斑点状，共晶渗碳体呈亮白色。

06 金属材料热处理实验六碳钢及铸铁的平衡组织观察

实验碳钢及铸铁的平衡组织观察一、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5-1所示。

图5-1 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。

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。

金相显微镜的使用和铁碳合金平衡组织观察

材料科学基础实验报告金相显微镜的使用和铁碳合金平衡组织观察【实验目的】1、了解金相显微镜的光学原理和构造，并初步掌握金相显微镜的使用方法及利用显微镜进行显微组织分析；2、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；3、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；4、利用所学知识和实验仪器自己打磨45#钢，进行观察其显微组织。

【实验原理】一、金相显微镜金相显微镜结构包括：底座组、粗微动调焦机构、物镜转换器、载物台、目镜管组、物镜与目镜这六个主要部分。

工作原理：由灯泡发出—束光线，经过聚光镜组及反光镜，被会聚在孔径光栏上，然后经过聚光镜组，再度将光线聚集在物镜的后焦面上。

最后光线通过物镜，用平行光照明标本，使其表面得到充分均匀的照明。

从物体表面散射的成象光线，复经物镜、辅助物镜片、半透反光镜、辅助物镜片、棱镜与半五角棱镜，造成一个物体的放大实象。

该象被目镜再次放大。

二、铁碳合金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。

各铁碳合金类型以及显微组织如下表所示：【实验内容】一、对已给样品的显微组织观察铁素体，含碳量：＜%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液1号工业纯铁（100×）1号工业纯铁（400×）铁素体+珠光体，含碳量：%%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液2号 20钢（100×） 2号 20钢（400×）铁素体+珠光体（F+P),含碳量：%%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液3号 45钢（100×） 3号 45钢（400×）铁素体+珠光体（F+P),浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液4号？？钢（100×） 4号？？钢（400×）铁素体铁素体铁素体铁素体珠光体珠光体铁素体铁素体珠光体珠光体铁素体+珠光体(网状F+P) ,含碳量：%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液 5号 T8钢（100×） 5号 T8钢（400×）珠光体+网状渗碳体(P+Fe3C) ，含碳量%~% ，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液 6号 T12钢（100×） 6号 T12钢（400×）亚共晶白口铸铁，含碳量：%~% ，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液7号亚共晶白口铁（100×） 7号亚共晶白口铁（400×）铁素体铁素体珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体珠光体共晶白口铸铁，含碳量：%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液8号共晶白口铁（100×）8号共晶白口铁（400×）过共晶白口铸铁，含碳量%~%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液9号过共晶白口铁（100×）9号过共晶白口铁（400×）根据所观察的显微组织，近似确定一种亚共析钢（4号）的含碳量：Fe3CIIFe3CII珠光体珠光体低温莱氏体低温莱氏体低温莱氏体低温莱氏体式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积（％）。

铁碳合金平衡组织观察精讲实验报告

实验四铁碳合金平衡组织观察一、实验目的：1．了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

2．分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二、实验原理及内容：铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，平衡组织指合金在极其缓慢的冷却速度下得到的组织。

在实验条件下，退火态的铁碳合金组织可以看成平衡组织。

铁碳合金平衡组织是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们性能与其显微组织密切相关。

1. 铁碳合金平衡状态图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。

可以根据铁碳相图（如图5-1所示），来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

C相图图5-1 Fe－Fe3从—相图上可以看到所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体（F）和渗碳体（）这两个基本相组成，但是由于含碳量的不同，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。

因而呈现各种不同的组织形态，其性能也各不相同。

2.几种基本组织组成物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组成物。

表1 各种铁碳合金在室温下的平衡组织3、各种组成相或组织组成物的特征a)铁素体(F)是碳溶于α-Fe的固溶体。

铁素体为体心立方晶格。

具有磁性及良好的塑性，硬度较低，一般为80HB～120HB，经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织(如图1所示)。

亚共析钢中，随着钢中碳质量分数的增加，珠光体量增加而铁素体量减少。

铁素体量较多时，呈块状分布(如图2所示)。

当钢中碳质量分数接近共析成份时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围(如图3所示)。

b)渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物，它的碳质量分数为6.69％，抗浸蚀能力较强。

经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。

一次渗碳体(Fe3CⅠ)是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在莱氏体中；二次渗碳体(Fe3CⅡ)是由奥氏体(A)中析出的，数量较少，皆沿奥氏体晶界析出，在奥氏体转变成珠光体后，它呈网状分布在珠光体的边界上。

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。

实验一、金相显微镜使用及铁碳合金平衡组织观察

金相显微镜使用及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)。

钢铁材料显微组织的观察与分析

实验二钢铁材料显微组织的观察与分析一、实验目的1、观察铁碳合金显微组织随碳含量的变化，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

2、了解铸铁的显微组织。

二、实验内容：1、根据铁碳合金相图分析各类成分合金的组织形成过程，并通过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉钢和铸铁的金相组织和形态特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。

2、在金相显微镜下对各种试样进行观察和分析，并确定其所属类型。

3、对碳钢（纯铁、20#钢、45#钢、T8钢、T10钢、T12钢）平衡状态下的组织进行观察，分析含碳量不同时的组织变化、并初步绘制出其显微组织图像。

4、观察铸铁（灰口铁、可锻铸铁、球墨铸铁）显微组织中石墨的典型形状。

三、实验要求：1、观察碳钢（纯铁、20#钢、45#钢、T8钢、T10钢、T12钢）平衡状态下的组织。

（1）分析含碳量不同时的组织变化、并初步绘制出其显微组织图像。

要求学生绘制出所观察到的显微组织，并注明材料名称、含碳量、浸蚀剂和放大倍数，显微组织图画在直径为30mm的圆内，并将组织组成物名称以箭头引出标明。

（2）分析亚共析钢中含碳量对组织中珠光体、铁素体的影响；掌握珠光体、铁素体相对量与含碳量的计算式；通过显微组织结构能初步判别碳钢平衡状态下亚共析钢的含碳量。

（3）区分亚共析钢、共析钢、过共析钢。

（一）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，即由铁素体和少量三次渗碳体组成。

图1所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而白色基底则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。

图1 工业纯铁显微组织（100×）浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液（二）钢（1）亚共析钢亚共析钢的含碳量在0.02%~0.8%范围内，其组织由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，两者的相对量可由杠杆定律求得。