实验三钢的平衡组织观察.

铁碳合金的平衡组织观察试验

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。

二、实验试样材料

铁碳合金的平衡状态金相试样一套（表1）。

三、实验概述

1.组织特征

显微组织特征是指晶粒、相、组织的形状、大小、数量和分布。对于纯金属来说，指的是晶粒的形态、大小和分布，对于合金来说还要研究相和组织特征。

铁碳合金的平衡组织是研究和分析钢铁材料的基础，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。铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁组织。所有碳钢和白口铸铁的室

温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe s C）这两个基本相所组织。但由于含碳量不同，铁素体（F）和渗碳体（F Q C）相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因为呈现各种不同的组织形态。在金相显微镜下平衡组织一般有下面几种基本组成物。

（1）铁素体（F）是碳a —Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格、具有磁性及良好塑性，硬度低。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，亚共折钢中铁素体呈块状分布，当含碳量接近于共折成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。

（2）渗碳体（Fe s C）――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4%硝酸酒清溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钢深液浸蚀。则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色。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）是从奥氏体中析出物，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；共晶渗碳体是由液体在发生共晶反应时得到的，呈层片状结构，与铁素体

共同构成珠光体。三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状或粒状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

图2渗碳体

（3）珠光体（P）――是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片组织。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。在高倍放大进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而无法分辩，因此，当组织较

细而放大倍数低时，珠光体的片层不能分辩，而呈黑色。

图3珠光体

（4）莱氏体（Ld）――是在室温时珠光体及二次渗碳体和共晶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1148C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727C以下分解为

珠光体。菜氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基体上相间地分布着暗黑色班的点状或细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。

图4莱氏体

2.分类

1）工业纯铁（含碳量＜0.0218% 室温下为单相铁素体组织，呈白亮色多边

形晶粒，块状分布，有时在晶界处可观察到不连续的薄片状三次渗碳体。

图5工业纯铁

2）碳钢（含碳量0.0218〜2.11%）

a亚共析钢（含碳量0.0218〜0.77%）室温组织为铁素体和珠光体。当碳的质量分数较低时，白色的铁素体量多，随着碳质量分数的增加，组织中铁素体的量逐渐减小，珠光体的量逐渐增多。

图6亚共析钢

b、共析钢（含碳量为0.77%）室温组织全部为珠光体，在显微镜下看到铁素体和渗碳体呈片状交替排列，若显微镜放大倍数低，则分辨不出层状结构时，珠光体呈黑色块状组织。

图7共析钢

c、过共析钢（含碳量0.77〜2.11%）室温组织为珠光体和二次渗碳体，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，FmC为白色细网状，暗黑色的是珠光体。若采用苦味酸钠溶液浸蚀，渗碳体被染成黑色，铁素体仍保留白色。

图8过共析钢3）白口铸铁（含碳量2.11〜6.69%）

（1）亚共晶白口铁（含碳量2.11〜4.3%）室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温荣氏体。在显微镜下，珠光体呈黑色块状或树枝状，荣氏体则在呈白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在珠光体枝晶的边缘。

（2）共晶白口铁（含碳量为4.3%）室温组织为低温莱氏体，显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散布在白色渗碳体基体上

（3）过共晶白口铁（含碳量4.3〜6.69%）由先结晶的一次渗碳体与低温莱

氏体组成，显微镜下看到的是一次渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。

图11过共晶白口铁

四、实验内容及步骤

1. 讨论Fe-F&C 相图

1） 分析各相及组织组成物的本质。

2） 分析不同含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。

2. 观察、分析并画出工业纯铁、不同碳钢及白口铸铁的组织示意图＜： 五、实验报告要求

1. 简述金相显微镜试样的制备过程。

2. 以自己制备的试样为例说明其显微组织形态。

3. 写出在实验中所发现的问题和体会。

图9 亚共晶白口铁 图10共晶白口铁