铁碳合金平衡组织的金相分析
实验一铁碳合金金相组织观察
实验⼀铁碳合⾦⾦相组织观察实验⼀铁碳合⾦⾦相组织观察⼀、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。
铁碳合金相图及平衡组织分析
实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、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4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。
按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。
它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。
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的多边形晶粒。
亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。
（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。
用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以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，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。
（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。
由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。
因此，铁素体后，渗碳体薄。
硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。
1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。
铁碳合金相图及平衡组织分析
实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、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4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。
按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。
它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。
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的多边形晶粒。
亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。
（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。
用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以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，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。
（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。
由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。
因此，铁素体后，渗碳体薄。
硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。
1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。
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)。
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析
实验一平衡态铁碳合金成分、组织、性能之间关系的分析1.1典型铁碳合金的平衡组织观察与分析一、实验目的1．通过实验能识别铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2．掌握碳含量对铁碳合金平衡组织形貌及相组成比例的影响。
二、实验原理简介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）。
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。
铁碳合金平衡组织的观察与分析，要依据Fe-Fe3C相图来进行。
1．室温下铁碳合金基本组织特征（1）铁素体（F）铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现白亮色多边形晶粒。
在亚共析钢中，铁素体呈块状分布，当合金的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晶界上。
（2）渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的一种化合物。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下为白亮色；若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈暗黑色，而铁素体仍为白亮色，由此可以区别铁素体和渗碳体。
由于铁碳合金的成分和形成条件不同，渗碳体可以呈现不同的形状,一次渗碳体是由液相中直接结晶出来，呈板条状游离分布；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，呈网状分布在珠光体晶界上；三次渗碳体是从铁素体中析出，呈窄条状分布在铁素体晶界上。
（3）珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体的两相复合物。
在平衡状态下，它是由铁素体和渗碳体相间排列的层片状组织。
经3%～5%的硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆为白亮色，而两相交界呈暗黑色线条。
在不同的放大倍数下观察时，组织特征有所区别。
如在高倍（600倍以上）下观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而两相交界为暗黑色；在中倍（400倍左右）下观察时，白亮色的渗碳体被暗黑色交界所“吞食”，而呈现为细黑条，这时看到的珠光体是宽白条铁素体和暗黑细条渗碳体的相间复合物；在低倍（200倍以下）下观察时，无论是宽白条的铁素体还是暗黑细条的渗碳体都很难分辨，这时珠光体呈现暗黑色块状组织。
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。
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。
实验五++铁碳合金平衡组织的观察与分析
实验五铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。
2．了解由平衡组织估算亚共析钢含碳量的方法。
二、实验说明研究铁碳合金的平衡组织是分析钢铁材料性能的基础。
所谓平衡组织，是指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均由铁素体、渗碳体[由分从液体中直接析出的一次渗碳体（Fe3CⅠ）；从奥氏体中析出的二次渗碳体（Fe3CⅡ）；从铁素体中析出的三次渗碳体（Fe3CⅢ）]两个基本相所组成，但对不同含碳量的铁碳合金，由于铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件、形态与分布不同，从而使各类铁碳合金在显微镜表现出不同的组织形貌。
1．工业纯铁工业纯铁是指含碳量低于0.02％的铁碳合金，其显微组织由铁素体和三次渗碳体所组成。
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体晶粒呈亮白色块状，晶粒和晶粒之间显出黑线状的晶界。
三次渗碳体呈不连续的小白片位于铁素体的晶界处。
2．共析钢共析钢是指含碳量0.77％的铁碳合金。
共析钢的显微组织全部由珠光体组成。
在平衡条件下，珠光体是铁素体和渗碳体的片状机械混合物，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其铁素体和渗碳体均为亮白色；在较高放大倍数时（600×以上），能看到珠光体中片层相同的宽条铁素体细条渗碳体，且两者相邻的边界呈黑色弯曲的细条。
由于珠光体中铁素体与渗碳体的相对量相差较大，按照杠杆定律可计算出两者相对量的比约为8∶1，从而形成了铁素体片比渗碳体片宽的多的特征。
在中等放大倍数下（400×左右），因显微镜的分辨能力不够，珠光体中的渗碳体两侧边界合成一条黑线。
在放大倍数更低的情况下（200×左右），铁素体与渗碳体的片层都不能分辨，此时珠光体呈暗黑色模糊状。
3．亚共析钢亚共析钢是指含碳量为0.02~0.77％之间的铁碳合金。
亚共析钢的显微组织是由先共析铁素体（呈亮白色块状）与珠光体（呈暗黑色）组成。
铁碳合金平衡组织的金相分析
六、实验报告要求 本实验有两份报告，即电子报告和纸质报告。 1. 电子实验报告 电子实验报告模块有六项实验报告内容。其中的铁碳合金平衡 组织观察分为A、B、C卷，由同组的三位同学独立完成其中 任意一份卷子。实验报告内容见金相互动系统软件中的电子 实验报告（略）。 2. 纸质实验报告 1）简述金相显微镜的基本原理和主要结构。 2）叙述金相显微镜的使用方法要点及其注意事项。 3）简述金相样品的制备步骤。 4）认真观察表中所列的各种材料的显微组织，识别各显微组 织的特征（各相成组织成物的数量，形态与分布）。 5）在显微镜下选择各种材料的显微组织的典型区域，并根据 组织特征，绘出其显微组织示意图。要求应画在40mm直径 的圆内，在图下方注明：材料名称、处理状态、腐蚀剂和放 大倍数等。并将组织组成物用细线引出标明
机械基础实验
铁碳合金平衡组织观察
武汉理工大学机电工程实验实训中心
铁碳平衡组织观察及金相显微镜的使用
一、实验目的
1.了解金相试样的制备过程及金相显微镜的构造和使用方法。 2.进一步熟悉Fe－Fe3C相图，了解不同成分的合金在平 衡状态下的显微组织特征。 3.了解碳的质量分数对铁碳合金显微组织的影响，从而 加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。 4.通过“互动”，提高学生对金相分析研究的兴 趣，提高学生创新能力的培养。 5.将金相显微镜与计算机及相关的分析系统（视 频金相模块、金相分析模块、图形处理模块等） 相连，使学生初步掌握金相显微镜、铁碳合金显 微组织分析及多媒体网络、图像分析等多项知识 与技能。
二、实验设备
1、铁碳合金的平衡状态金相试样
试样材料
工业纯铁
浸
蚀
剂
室温下的显微组织
铁素体
4％硝酸酒精溶液
20钢
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%。
金相图谱内容说明
图谱文字说明第一部分金相图谱一.铁碳合金平衡组织图1 名称铁素体（工业纯铁退火）组织铁素体说明等轴多边形晶粒为铁素体，黑色线条为晶界图2 名称奥氏体（T8 钢950 ℃加热）组织奥氏体说明白色多边形晶粒为奥氏体，黑色线条为晶界。
高温下部分晶粒已合并长大，形成了混合晶粒图3 名称渗碳体（从珠光体中电化学分离出来的滲碳体片）组织渗碳体片说明从珠光体中分离出来的渗碳体片，其形状是不规则的，一侧鸡冠似的形状，某些部位有孔图4 名称亚共析钢组织（ 20 钢退火）组织铁素体+ 珠光体说明白色块状为铁素体，因放大倍数低，层状结构未能显示出来，珠光体呈黑色块图5 名称亚共析钢组织（ 45 钢退火）组织铁素体+ 珠光体说明白色块状为铁素体，黑色块状为珠光体图6 名称亚共析钢组织（ 60 钢退火）组织铁素体+ 珠光体说明白色网状分布的为铁素体，珠光体呈黑色块状图7 名称共析钢组织（T8 钢退火）组织层状珠光体说明层状珠光体是铁素体和滲碳体的层状组织,因放大倍数较低,且分辨率小于滲碳体层片厚度,故只能看到白色基体的铁素体和黑色线条的滲碳体图8 名称共析钢电镜组织（T8 钢退火）组织层状珠光体说明深灰色基体为铁素体，白色条状为滲碳体图9 名称过共析钢组织（T12 钢完全退火）组织层状珠光体+ 二次滲碳体说明基体为层状珠光体，晶界上的白色网络为二次滲碳体图10 名称亚共晶白口铸铁铸态组织组织珠光体+ 变态莱氏体+ 二次滲碳体说明变态莱氏体呈黑白相间的基体，大黑块为珠光体，大黑块珠光体外围的白色滲碳体为二次滲碳体图11 名称共晶白口铸铁铸态组织组织变态莱氏体说明变态莱氏体中白色基体为滲碳体（共晶滲碳体和二次滲碳体），黑色圆状及条状为珠光体图12 名称过共晶口铸铁铸态组织组织一次滲碳体+ 变态莱氏体说明基体为黑白相间分布的变态莱氏体，白色条状为一次滲碳体.钢经热处理后组织图13 名称索氏体（T8 钢正火）组织索氏体说明索氏体是细珠光体，其层状结构只有在高倍金相显微镜下才可分辩图14 名称索氏体电镜形貌（T8 钢正火）组织索氏体组织 回火托氏体 马氏体图 16图 17图 18图 19名称 托氏体电镜形貌 组织 托氏体 说明 灰色基体为铁素体，白色条状为滲碳体 名称 回火索氏体 （45 钢 860 ℃水淬 ;600 ℃回火 ） 组织 回火索氏体 说明 回火索氏体是细粒状滲碳体和铁素体基体的混合物 名称 回火索氏体电镜形貌 组织 回火索氏体 说明 基体为铁素体 ,白色颗粒为滲碳体 说明 回火托氏体是铁素体基体和极细小颗粒状滲碳体的混合物 说明 浅灰色基体为铁素体，白色条状为滲碳体名称 托氏体 （45 钢 860 ℃油淬 ,试样心部）组织 托氏体 + 马氏体 说明 托氏体是极细珠光体， 在光学金相显微镜下呈黑色团絮状。
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（％）。
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)。
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实验四铁碳合金平衡组织观察
一实验目的
1、了解金相显微镜的基本原理、金相试样的制备原理，掌握常用显微镜的使用方法。
2、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。
3、分析成分（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。
我们可根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如下图所示）。
按组织分区的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）这两个基本相所组成。
但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。
用浸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。
（1）铁素体（F）——是碳在α-Fe中的固溶体。
铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，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的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分，铁素体呈断的网状分布于珠光体周围。
(2) 渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3~4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体乃为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。
按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续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）——铁素体和渗碳体的机械混合物，是一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体互混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只能看到是一条黑线，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。
高碳工具钢（过共析钢）经球化退火处理后还可获得球状珠光体。
（4）莱氏体（Ld/）——是在室温时珠光体及二次渗碳体所组成的机械混合物。
含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148°C时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727°C以下分解为珠光体。
莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相同地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。
二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。
根据组织特点及碳含量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、碳素钢和铸铁三大类。
三、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。
下图所示工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基底则是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界体可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。
四、碳素钢
（一）亚共析钢
亚共析钢的含碳量在0.0218%~0.77%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。
例如：含碳量为0.45%的钢（45钢）珠光体的相对量为P（%）=0.45/0.77×100%=56%，铁素体的相对量为F（%）=(0.77-0.45)/0.77×100%=44%。
另外，也可通过直接在显微镜观察下珠光体和铁素体各自所占面积的百分数，近似地计算出钢的碳含量，即碳含量≈P×0.77%，其中P为珠光体所占面积百分数。
例如：在显微镜下观察到有50%的面积为珠光体，50%的面积为铁素体，则此钢的含碳量C%=50×0.77/100=0.4%
（室温下铁素体含碳量极微，
约为0.008%，可忽略不计），
即相当于40钢。
图所示为亚共析钢（45钢）的显微组织，其中亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。
（二）共析钢
含碳量为0.77%的碳钢称为共析钢,它由单一的珠光体组成，组织如图所示。
（三）过共析钢
含碳量超过0.77%的碳钢称为过共析钢,它在室温下的组织由珠光体和二次渗碳体组成.钢中含碳量越多,二次渗碳体数量就越多。
下图表示含碳量为1.2%的过共析钢的显微组织。
组织形态为层片相间的珠光体和细小的网络状渗碳体，经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，而二次渗碳体呈白色细网状，如图所示；若采用苦味酸钠溶液浸蚀，渗碳体就被染成黑色，而铁素体仍保留白色。
（a）侵蚀剂：4%硝酸酒精溶液 (b) 侵蚀剂：碱性苦味酸钠溶液
五、铸铁
（一）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、二次渗碳体和莱氏体。
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。
（二）白口铸铁
共晶白口铸铁的含碳量为4.3%，它在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及斑点状，渗碳体呈亮白色。
（三）过共晶白口铸铁
含碳量大于4.3的白口铸铁称为过共晶白口铸铁,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底上分布着亮白色粗大条片状的一次渗碳体。
图5-6 亚共晶白口铸铁显微组织图5-7 共晶白口铸铁显微组织
图5-8 过共晶白口铸铁显微组织
六、实验方法
（一）实验内容及步聚
1．本实验中，学生应根据铁碳合金相图分析各类成分合金的组织形成过程中，并通过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉碳钢和铸铁在金相显微镜下的组织特征，以进一步建立成分与组织之间相互关系的概念。
2. 实验前学生应复习讲课中的有关部分并阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备
3. 在显微镜下对各种试样进行对比观察和分析，在观察显微组织时，可先用低
的放大倍数较全面地进行观察，找出典型组织，然后再用高倍数放大，对
典型组织部分区域进行详细的观察。
并确定其所属类型。
4．绘出所观察到的显微组织特征图。
画图时应抓组织形态的特征，并在图中表示出来。
5．根据显微组织近似地确定亚共析钢（20钢或45钢）中的平均含碳量。
（二）实验设备及材料
1．金相显微镜；
2．金相图谱；
3．各种铁碳合金的显微样品。
七．实验报告要求
1）写出实验目的
2）画出所观察样品的显微组织示意图，注明合金成分、状态、放大倍数及各组织组成物的名称，说明其特征及形成过程。
3）用箭头标明相组成物和组织组成物的名称于组织图外。
4）根据显微组织测定结果，计算亚共析钢样品之含碳量。