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：

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,所以片要比渗碳体厚得多.在条件下,珠光体中的渗碳体也可

呈粒状,这样的珠光体称为。

莱氏体:莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的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Fe3C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。

⑵亚共析钢

亚共析钢的含碳量在0.02%～0.77%范围内，其显微组织是由铁素体和珠光体组成。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体为亮白色，珠光体为暗黑色。随着含碳量的增加，组织中的铁素体量逐渐减少，而珠光体的量不断增加；当含碳量大于0.60%时，铁素体由块状变成网状分布在珠光体的周围。根据含碳量，可以由杠杆定律求得铁素体和珠光体的相对量。另外，由显微镜中观察铁素体和珠光体各自所占面积的百分数，可近似地计算出钢的含碳量，即，碳含量≈P×0.77%，其中P为珠光体所占面积百分数。

⑶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。

⑷过共析钢

过共析钢的含碳量在0.77%～2.11%，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。经硝酸酒精浸蚀后，二次渗碳体呈亮白色网分布在珠光体的周围。

⑸亚共晶白口铸铁

含碳量是2.11%～4.3%，在室温下的组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体所组成。经硝酸酒精浸蚀后，组织呈现：暗黑色的树枝状的珠光体（枝晶态）和斑点状变态莱氏体，二次渗碳体的空间位置是在珠光体的周围，但形态上与共晶渗碳体无法区分。

⑹共晶白口铸铁

含碳量为4.3%，室温下的组织由单一的变态莱氏体组成。经浸蚀后，显微组织为暗黑色粒状或条状珠光体分布在亮白色的渗碳体的基底上。有时通俗地称为“斑点组织”。

⑺过共晶白口铁

含碳量为4.3%～6.69%，在室温下的组织是一次渗碳体和变态莱氏体。经浸蚀后，一次渗碳体呈亮白色的粗大条片状分布于斑点状的变态莱氏体的基底上。

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。

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。

3.球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在。它是在铁水浇注前经球化处理后获得的。这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛

铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织

2.5

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。

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

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

4实验结果及讨论

4.1 20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≈0.20%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75.9%。4.2 45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。