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。

3．白口铁亦随其含碳量不同而分为亚共晶白口铁(2．06％C～4．3％C)，共晶白口铁(43％C)；过共晶白口铁(4．3％C～6．67％C)三种。

共晶白口铁的显微组织全部是莱氏体。含碳4．3％C的铁水冷到1147℃时产生共晶转变，形成奥氏体和渗碳体的机械混合物称莱氏体。随温度的继续下降，莱氏体中的渗碳体不发生变化，而奥氏体则和过共析钢一样沿奥氏体晶粒边界析出二次渗碳体(与莱氏体中的渗碳体连在一起，在显微镜下分辨不出来)。而奥氏体的含碳量将沿ES线逐渐减少，冷到727℃时，剩余的奥氏体转变成珠光体，因此其室温组织是珠光体和渗碳体组成的莱氏体称为变态莱氏体。其显微组织如图11.5。

亚共晶白口铁在1147℃产生共晶转变后，由初生奥氏体和莱氏体组成。初生奥氏体和莱氏体中的奥氏体，在随后冷却过程中，将因析出二次渗碳体而含碳量逐渐降低，至727℃时奥氏体含碳量降到0．8％而转变成珠光体。因此亚共晶白口铁室温的显微组织是变态莱氏体与珠光体组成如图11. 6 ，在亚共晶白口铁中莱氏体的相对量将随含碳量的增加而增多。

过共晶白口铁在高温时由初生（一次）渗碳体与莱氏体组成。一次渗碳体在随后冷却过程中不再发生相变，故其显微组织（在室温时）由白亮的条状一次渗碳体与莱氏体组成如图11.7，一次渗碳体的相对量将随过共晶白口铁的含碳量的增加而逐渐增多。

图11.5 图11.6

材料：共晶白口铁(4．3％C)材料：亚共晶白口铁

热处理方法：铸造状态热处理方法：铸造状态

腐蚀剂：4％HNO3，酒精溶液腐蚀剂：4％HNO3酒精溶液

显微组织：渗碳体(白亮基体)+ 显微组织：珠光体+变态莱氏体（大黑珠光体(灰黑色粒长条块是珠光体，白色的渗碳体

状)即变态莱氏体。基体上分布着细小的黑点为

放大倍数：100×变态莱氏体）

放大倍数：100×

材料：过共晶白口铁

热处理方法：铸造状态

腐蚀剂：4％HNO3酒精溶液

显微组织：一次渗碳体（白亮的

大条状）+变态莱氏体

（基体）

放大倍数：100×

图11. 7

三、实验步骤和方法

1．观察以下个中种成分的铁碳合金显微组织工业纯铁、20号钢、45号钢、T8钢、

T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁八种金相组织；

2．观察组织时注意观察各种组织的特点；含碳量对组织相对量的影响；用不同腐蚀剂浸蚀过共析钢，其组织有何变化？

3．实验报告内容：

1）分别在直径为50mm圆内画出所观察各种试片的显微组织图，并注明纲号、热处理方法、腐蚀剂、显微组织、放大倍数。

2）说明含碳量对铁碳合金平衡组织影响规律。

四、实验报告要求

1、写出实验目的、实验设备

2、画出观察到的试样的组织图，标明各组织组成物名称、材料名称、处理条件、浸蚀剂、放大倍数等(不要将划痕、夹杂物、锈蚀坑等画到图上)。

五、注意事项

金相显微镜的成像原理可参阅有关书籍。实验课上所用的显微镜已经调整好了，观察时只要转动微调螺旋，看清楚即可。显微镜是精密的光学仪器，使用时一定要当心。制备试样很费时间，所以我们要爱护制好的试样表面，不要用手直接触摸试样表面，更要避免被硬物划伤，在实验过程中不要用手去动试样。

附录显微分析

一、显微样品制备与金相显微镜的使用方法

1．了解正确制备显微样品的过程。

2．熟悉金相显微镜的构造原理及正确的使用方法。

二、概述

利用显微镜将金属组织高倍放大后进行观察分析的方法称为显微分析。在金属显微镜下所观察到的金属组织称为显微组织或金相组织。这种分析方法的特点是在特制的试片上用能放大数十倍至两三干倍的金相显微镜来观察金属中细小的组织及缺陷，从而了解金屑组织及缺陷与性能之间的关系。这在检查金属材料的质量和分析产生缺陷的原因等方面起着重要的作用。

显微试片的制备

1．取样：取样应根据检查目的取有代表性的部位。试样不宜过大，一般直径和高各为10—15mm为宜。如过大可用锯或切割机切小(切时应注意不能使金属的组织发生变化)。样品太小(如金属薄片或细丝等)无法磨制，可将试样镶在电木、硫磺或其它易熔金属中或用夹具夹住进行磨制。

2．研磨：试样取好后用砂轮磨平，再用一套粗细不同的砂纸逐次磨光。我国生产的金相砂纸有I／0、2／0、3／0、4／0、5／0、6／0、7／0七种。其中7／0最细，磨光时通常是将砂纸放在一块玻璃上，一手按住砂纸，一手拿住试片并用一定的压力，使试片表面和砂纸均匀接触后用力向前推磨。每换一道砂纸需使前道砂纸所留下的磨痕全部消失，为了确切地掌握这一点，在换砂纸时应将试样的研磨方向调转90度。前道砂纸上的粗纱粒带到下道砂纸上去时将在试样上造成新的深痕，因此最好在换砂纸时洗手和洗试样或用布擦净。实际上一块试样不需要磨七种砂纸，只要选三种就足够。

3．抛光：磨光后的试样还需要经过抛光是磨痕全部消失而获得光亮如镜的磨面。抛光常在抛光机上进行。抛光机的主部分是用电动机带动的水平旋转圆盘。盘上面铺有帆布或绒布，抛光时要不断地滴上抛光液（Al2O3、Cr2O3、MgO等极细的磨料加水形成的悬浮液）。在抛光时注意用力均匀，不可过轻或过重以免试样刮破抛光布或飞出，抛光布湿度要合适（以抛光好的试样离开抛光盘4—5秒钟后，水分挥发完为好）过湿则降低抛光速度并使钢铁中的夹杂物或石墨拖出，过干则使磨面发暗出现斑点。抛光时试样左右旋转，快抛好时可由盘边向中心移动，以提高抛光面的质量。当抛到试样光亮如镜时将试样在流水中洗涤干净后用酒精冲去残留水滴，再用吹风机吹干、电炉烤干或用滤纸吸干以防出现锈斑。

如只观察金属中的夹杂物或石墨，可将经过上述方法制备好的试样直接放在显微镜下进行研究。

4．腐蚀，为了显示金属的组织，应将抛光后洗净的试样进行腐蚀。不同的金属试样采用不同的腐蚀剂。钢和铁最常用的腐蚀剂是4%的硝酸酒精溶液，或4%的苦味酸酒精溶液。腐蚀的方法：一般是先在试样抛光面上滴上酒精（使腐蚀均匀）后浸于腐蚀剂中（也有用棉花沾腐蚀剂在试样表面上拭擦或用滴管把腐蚀剂均匀地滴在磨面上），腐蚀到发光的表面失去光泽而呈银灰色后立即将试样移于清水中冲洗，以免腐蚀剂继续作用而致腐蚀过度，然后再滴上洒精冲掉试样表面的水分，并立即用吸水纸，吹风机或电炉将