实验一金相显微试样的制备
一．实验目的
1．了解金相试样的制备过程
2．掌握钢铁金相试样的制备过程及方法
二．概述
金相显微试样的制备可分为以下五个过程：
(一) 取样
1.试样制备：
1.1试样选择
1.1.1试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法、检验目的、技术条
件、相关标准的规定或双方达成协议的规定进行。
1.1.2需研究金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化
物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度时，应垂直于锻轧
方向取横截面截取试样。
1.1.3 需研究非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后
的各种组织形貌、热处理的全面情况时，应平行于锻轧方向取纵截面截取试样。
1.1.4 需研究焊接接头从表层到中心及各焊层的组织、显微组织状态、晶粒度级
别等情况时，应垂直于焊缝的纵截面截取试样，并应符合相关标准、规程的规定。
注：显微试样的选取应根据研究的目的,取其具有代表性的部位。例如○1在检验和分析失效零件的损坏原因时，除了在损坏部位取样外，还需要在距破坏处
较远的部位截取试样以便比较。○2在研究金属铸件组织时，由于存在偏析现象，必须从表面层到中心同时取样进行观察；○3对于轧制和锻造材料则应同时截取横向（垂直于轧制方向）及纵向（平行于轧制方向）的金相试样，以便于分析比较
表层缺陷及非金属夹杂物的分布情况；○4对于一般热处理后的零件，由于金相组织比较均匀，试样的截取可在任一截面进行。
1.2试样截取
1.2.1试样可用手锯、砂轮切割机、锯、刨、铣等截取，必要时也可用气割法、等离子切割等方法截取。
1.2.2 不论用哪种方法取样，均应避免截取方法对组织的影响，如变形、过热等。根据不同方法应在切割边去除这些影响，对过热的影响，可在截取时采取水冷等措施避免。
1.2.3确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形试样。
注：试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料（如淬火钢）则可用砂轮片切割或电脉冲加工。不论采用那种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。
(二) 镶嵌
当试样的尺寸太小（如金属丝、薄片等）时，直接用手来磨制抓持很困难，需要使用试样夹或利用试样镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、电木粉，牙托粉等）中。
如果试样过于细薄、过软、易碎、须检验试样边缘组织、或者为了便于研磨，可对试样进行镶嵌。但镶嵌后不得改变试样的原始组织。
试样的镶嵌方法根据试样特点及镶嵌的目的选择和执行。
(三) 磨制
试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了在试样上获得一个平整的表面。
1. 磨平
截取或者选择好的试样，先经砂轮或角向磨光机磨平，为下一道砂纸的磨制做好准备。磨平过程中,须用水冷却试样，使金属组织不因受热而发生变化。
2.磨光
试样的磨光可采用手工或机械磨样机进行，一般磨到500#水砂纸或01#金相砂纸即可进行宏观检验，对于微观金相试样则还需要进行抛光。
2.1 手工磨光
经过磨平的试样，洗净、吹干后，砂纸平铺于平滑的玻璃、金属或其他板上，或者卷在平滑的长条型物体上，使试样与砂纸面完全接触，用手工依次由粗到细
在各号砂纸上磨制。每更换一次砂纸，试样或磨制方向须转90°角与旧磨痕成垂直方向。手工磨制时还须注意：
a. 以均匀的压力向前推进，回程时将试样提起，切忌将试样在砂纸上来回研磨。
b. 每更换一次砂纸，均须磨至旧磨痕完全消失，新磨痕均匀一致为止。
c. 每次更换砂纸时，须用水将试样清洗干净，以免将粗砂粒带到细砂纸上。
d. 试样磨制时用力不可太大，每次磨制时间不可太长以避免试样过热。
2.2 机械磨样机磨光
将不同号数的砂纸由粗到细分别置于机械磨样机上依次磨制。钢铁材料试样的粗磨通常在砂轮机上进行，但在磨制时应注意：试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样的表面形成很深的磨痕，增加精磨和抛光的困难；要随时用水冷却试样，以免受热引起组织变化；试样的边缘的棱角若无特殊要求，可磨圆以免在细磨和抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。将粗磨后的试样用水冲洗并擦干后就开始进行细磨。细磨的目的是为了将粗磨后试样表面的磨痕消除，以得到平整而光滑的磨面。细磨是在一套粗细不同的专用金相砂纸上，由粗到细依次顺序进行的。将金相砂纸放在厚玻璃板上，手指紧握试样，磨面紧帖砂纸向前推进，回程时提起试样，直到试样磨面出现方向一致的均匀条纹，然后用水清洗并擦干，更换下一号砂纸，并将试样旋转90°，使磨制方向与上一次的磨痕垂直，直到把上一号砂纸所产生的磨痕全部消除为止。
(四) 抛光
细磨后的试样还需要进一步抛光，抛光的目的是为了去除细磨时留下的细微磨痕而获得光亮的镜面。金相试样的抛光方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。
机械抛光是在专门的机械抛光机上进行的。抛光机是由电动机带动一抛光圆盘以300～500转/分的速度旋转，抛光盘上覆有抛光布（以细帆布、呢绒等材料制成），抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等粉末（粒度约为0.3～1μm）在水中的悬浮液。操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为3～5分钟。抛光结束后，试样表面应看不出任何磨痕而呈现光亮的镜面。
电解抛光是利用阳极腐蚀法使试样表面变得平滑光亮的一种方法。将试样浸入电解液中作为阳极，用铝片或不锈钢片作为阴极，使试样与阴极之间保持一定
的距离（20～30mm），接通直流电源。当电流密度足够时，试样表面由于电化学作用而发生选择性溶解，从而获得光滑平整的表面。这种方法速度快，只产生纯化学的溶解作用而无机械力的影响，因此可避免在机械抛光时可能引起的表面金属层的塑性变形，从而能更确切地显示真实的金相组织。但电解抛光工艺规程不易控制。
化学抛光的实质与电解抛光类似，只是没有外加电流。化学抛光是将专门配制的化学溶液涂在试样表面，依靠化学腐蚀作用发生选择性溶解，从而得到光滑平整的表面。
1.机械抛光
1.1 粗抛光
将经过磨光后的试样，将利用装有尼纶、尼绒或者细帆布的抛光机或其他抛光设备，配合使用氧化铝、氧化镁、氧化铬、氧化铁、金刚砂等磨料进行抛光。抛光时间2min～5min,抛光后用水洗净并吹干。
1.2细抛光
经过粗抛光后的试样利用装有尼龙绸、天鹅绒或其他纤维细匀的丝绒的抛光机或其他抛光设备，配合使用不同粒度的细抛光粉或细金刚砂软膏进行精抛光。此过程中应注意：
a. 用力要轻，须从盘的中心至边缘来回抛光，并不时滴加少许磨粉悬浮。
b. 绒布的湿度以将试样从盘上取下观察时，表面水膜能在2～3s内完全蒸发消失为宜。
c. 试样抛光到磨痕完全除去，表面象镜面为止。
d. 抛光后的试样用水洗净吹干，使表面不致有水迹或污物残留。
e. 试样抛光时，若发现较粗磨痕不易去除，或试样抛光后在显微镜下观察，发现有凹坑等影响试验结果的缺陷时，试样应重新磨制。
2. 电解抛光
利用电化学反应时的阳极溶解原理，以试样作为阳极，碳棒或其他材料为阴极，根据样品材料选用相应的抛光液、电压、电流、温度和时间，通过电化学反应而得到光亮表面。常用电解抛光液及使用条件见表1。
表1 常用金相电解抛光液
3. 化学抛光
利用化学试剂对试样表面进行不均匀溶解，从而得到光亮表面。该方法只能使试样表面光滑，不能达到表面平整的要求。常用金相化学抛光液见表2。
表2 常用金相化学抛光液
(五) 侵蚀
经抛光后的试样若直接在金相显微镜下观察，只能看到一片亮光，除非某些非金属夹杂物（MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用侵蚀剂对试样表面进行侵蚀，才能清楚地显示出显微组织的真实情况。钢铁材料最常用的侵蚀剂为3～4%的硝酸酒精溶液或4%苦味酸酒精溶液。其它材料可查有关［侵蚀剂手册］。
最常用的金相组织显示方法是化学侵蚀法。其主要原理是利用侵蚀剂对试样表面的化学溶解作用或电化学作用来显示组织。
○1对于纯金属或单相合金来说，侵蚀是一个纯化学溶解过程。由于晶界上原子排列混乱切具有较高能量，故晶界侵蚀速度较快容易被侵蚀出现凹沟，同时由于每个晶粒的原子排列位向不同，表面溶解的速度也不一样，因此被侵蚀后会出现轻微的凹凸不平，在垂直光线的照射下将显示出明暗不同的晶粒。
○2对于两相以上的合金而言，侵蚀是一个电化学腐蚀过程。由于各种组成相具有不同的电极电位，因而在侵蚀剂中会形成微电池，电极电位较低的相作为阴极被侵蚀而形成凹坑，电极电位较高的相作为阳极未被侵蚀而保持原表面。当光线照射到凸凹不平的试样表面时，由于各处对光线的反射程度不同，在显微镜下就能看到各种不同的组织和组成相。
［侵蚀方法］是将试样的磨面浸入侵蚀剂中，或用棉签沾上侵蚀剂擦洗试样表面。侵蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止。如果侵蚀不足可重复侵蚀。侵蚀完毕立即用清水冲洗，接着用无水酒精冲洗，最后用吹风机吹干。对于一些组织细微复杂的材料，必要时还可利用一些有机化合物将不同组织着上不同的色彩以便于区分，具体可查看相关彩色金相侵蚀剂手册。
1.宏观检验浸蚀
宏观检验用肉眼或10倍以下的放大镜观察被检件，宏观金相检验常用酸浸试验。
1.1 酸浸试验可用热酸浸蚀或冷酸浸蚀。
1.2 根据被检件的化学成分及检验目的，确定浸蚀液的成分，浸蚀温度和浸蚀时间，以能准确显示缺陷为准。
1.3 酸浸液应盛于耐酸器皿（如烧杯）中，酸浸试验宜在通风处进行。
1.4 试样放入酸浸液时，被建面应不与器皿或其它试样接触，并应完全浸入酸浸液中，以保证浸蚀均匀。浸蚀夜可连续使用，但其成分必须能保证试验结果可靠。
1.7 浸蚀完毕后，即可用耐酸钳,戴耐酸手套将试样从浸蚀液中取出，并立即在流动水中冲洗，同时用毛刷将试样表面上的腐蚀产物洗刷掉。但要注意不可粘污、划伤或用手摸被检面。刷洗后还可采用2%NaOH或3-5%Na2CO3溶液冲洗，然后吹干。
1.8 试样酸浸后，如发现浸蚀不够时，可继续浸蚀至达到要求为止；如发现浸蚀过深时，须将试样被检面重新进行磨平磨光后再按上述方法重新浸蚀。
1.9 酸浸后的试样应及时检查或拍照，并作好记录。若需暂时放置，则应置于干燥器中保存。
1.10 检查时如发现折叠、裂纹、气孔和未焊透等缺陷，可绘制简图对其进行记录，拍照时应注明放大倍数并测定缺陷的尺寸与位置，以便评定被检件质量。
2. 微观检验浸蚀
2.1 试样按照要求进行研磨并经显微镜检查合格后，即可进行浸蚀，浸蚀时间视金属材料的性质、浸蚀液的浓度、温度，检验目的及显微检验的放大倍数而定，以能在显微镜下清晰显示金属组织为宜。
2.2 试样浸蚀完毕后，迅速用水冲洗，然后再用无水酒精清洗，热风吹干。若浸蚀程度不足时，视具体情况可继续进行浸蚀，或重新抛光后再进行浸蚀；若浸蚀过度时，一般可重新抛光后再进行浸蚀；当浸蚀过度严重时，则须重新磨制，并经抛光后再进行浸蚀。
2.3 浸蚀好的试样，应立即观察拍照。
三．实验设备及材料
1．准备φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形低碳钢试样若干，预先用砂轮将表面磨平。
2．粗砂纸和金相砂纸每人一套，毛巾、吹风机和水盆共用。
3．机械抛光机，金相显微镜。
4．预先配置好侵蚀剂，并准备好若干棉签用于侵蚀。
四．实验内容及要求
学生按照金相试样的制备流程每人制作一碳钢试样，要求在显微镜下能清楚分辨显微组织，且没有明显可见的磨痕。
实验二铁碳合金平衡组织分析
一、实验目的
1. 熟练运用铁碳合金相图，提高分析铁碳合金平衡凝固过程及组织变化的能力。
2. 掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。
二、原理概述
铁碳合金相图是研究碳钢组织、确定其热加工工艺的重要依据。按组织标注的铁碳相图见图。铁碳合金在室温的平衡组织均由铁素体F和渗碳体Fe3C两相按不同数量、大小、形态和分布所组成。高温下还有奥氏体A和δ固溶体相。
利用铁碳合金相图分析铁碳合金的组织时，需了解相图中各相的本质及其形成过程，明确图中各线的意义，三条水平线上的反应及反应产物的本质和形态，并能做出不同合金的冷却曲线，从而得知其凝固过程中组织的变化及最后的室温组织。根据含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、碳钢及白口铸铁三大类，现分别说明其组织形成过程及特征。
1. 工业纯铁
碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。见图1-1。当其冷到碳在α-Fe中的固溶度线PQ以下时，将沿铁素体晶界析出少量三次渗碳体，铁素体的硬度在80HB左右，而渗碳的硬度高达800HB，因工业纯铁中的渗碳体量很少，故硬度、强度不高而塑性、韧性较好。
图1-1 工业纯铁组织
2. 碳钢
碳的质量分数Wc 在（0.0218%～2.11%）之间的铁碳合金称为碳钢，根据合金在相图中的位置可分为亚共析、共析和过共析钢。
（1）共析钢 成分为%77.0 C w ，在727℃以上的组织为奥氏体，冷至727℃时发生共析反应：A 0.77→α0.0218% + Fe 3C 6.69%,将铁素体与渗碳体的机械混合物称珠光体（P ）。室温下珠光体中渗碳体的质量分数约为12%，慢冷所得的珠光体呈层片状。
图1-2 珠光体电镜组织
采用电子显微镜高倍放大能看出Fe 3C 薄层的厚度，图1-2中窄条为Fe 3C ，宽
条为F 基体，两者有明显的分界线。在普通光学显微镜下观察时，只能看到Fe 3C 成条条细黑线分布在铁素体上。位向相同的一组铁素体加渗碳体片层，称一个共析领域。当放大倍数低，珠光体组织细密或浸蚀过深时，珠光体中的片层难以分辨，呈一片暗色区域。
（2）亚共析钢 成分为0.0218% < Wc < 0.77%，组织为先共析铁素体加珠光体，在显微镜下铁素体呈亮色，珠光体为暗色，铁素体的形态随合金含碳量即铁素体量的多少而变，如Wc=0.2%时，其组织的基体为等轴的铁素体晶粒，少量暗色珠光体分布在铁素体晶粒边界或三叉晶界上呈不规则岛状。当含碳量增加，组织中珠光体的量增多，至Wc=0.4%，珠光体与铁素体的量各占一成；Wc>0.5%，珠光体成为钢的基体，铁素体呈连续或断续的网络状围绕着珠光体分布，这是由于先共析铁素体是沿原奥氏体边界优先析出，至一定量后，剩余奥氏体才转变为珠光体，不同含碳量的亚共析钢的显微组织见下图1-4。
（a） 20钢（b）40钢
图1-4 亚共析钢显微组织
< 2.11%，但实用钢的最大含碳量只到1.3%，（3）过共析钢成分为0.77% < W
C
因碳量再高，二次渗碳体量增多，使钢变脆。过共析钢的组织由珠光体及二次渗碳体所组成，二次渗碳体呈网状，碳量愈高，渗碳体网愈多、愈完整。与先共析铁素体网很容易区别○1若经硝酸酒精溶液浸蚀后，两者虽均为亮色，但二次渗碳体网要细得多；○2若用碱性苦味酸钠溶液热浸蚀后，渗碳体变成暗色，铁素体仍为亮色。经不同方法浸蚀后的T12钢组织见图1-5a.b。
图1-5 过共析钢显微组织
（a）共晶白口铁（b）亚共晶白口铁（C）过共晶白口铁
图1-6 白口铸铁组织
3. 白口铸铁
（1）共晶白口铁（Wc=4.3%）此合金由液态冷却到1148℃时，全部发生共晶反应：L4.3% →r2.11% + Fe3C ，所得产物称莱氏体（Ld），呈豹皮状，其中奥氏体呈短棒或小条状分布在渗碳体基体上，在以后继续冷却的过程中，只有奥氏体原地发生转变，先析出二次渗碳体，后在727℃形成珠光体。沿奥氏体边界析出的二次渗碳体，常与共晶渗碳体连成一片，不易分辨。室温组织是由奥氏体转变来的二次渗碳体、珠光体及原共晶渗碳体组成，称变态莱氏体（Ld’）。所谓变态的实质是指共晶内部组成物改变，并非形貌改观，在显微镜下观察变态莱氏体仍呈豹皮状，见图1-6a。
（2）亚共晶白口铁（Wc =2.11%～4.3%）这类合金凝固时先析出初生奥氏体，呈树枝状，剩余液体在1148℃发生共晶反应得到莱氏体，继续冷却时初生奥氏体及共晶体中的奥氏体各在原地发生相同的转变，即先析出二次渗碳体，后形成珠
+ P）及光体，室温组织是由初生奥氏体转变所得的二次渗碳体加珠光体（Fe3C
II
变态莱氏体Ld’所组成，见图1-6b。
（3）过共晶白口铁（Wc =4.3%～6.69%）过共晶白口铸铁的组织由粗大片状的一次渗碳体加变态莱氏体组成，见图1-6c。
三、实验内容及步骤
1. 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。
3. 测定不同含碳量的碳钢的硬度（硬度试验方法见附录3）。
四、材料及设备
1. 表1-1所列的金相试样2套，并附金相照片。
2. 金相显微镜2台。
3. 布氏硬度计1台。
4. 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。
表1-1 本实验所观察的合金
五、实验报告要求
1. 列表说明铁碳相图中各个相的本质，晶体结构，溶碳量，形成条件，形态等不同点。
2. 画出所观察合金的显微组织示意图并加以注解。
3. 分析20钢及亚共晶白口铁的凝固过程。
4. 总结含碳量增加时钢的组织和性能的变化规律。
5. 总结碳钢和铸铁中各种组织组成物的本质和形态特征。
实验三 钢的热处理组织观察
一． 实验目的
1． 分析和了解碳钢的退火、正火、淬火及回火显微组织形态。
2． 分析含碳量不同的碳钢的组织的变化情况。
二． 概述
碳钢的退火组织接近其平衡组织：工业纯铁的组织为铁素体，有时会出现极少量珠光体；亚共析钢为珠光体+铁素体；共析钢为珠光体；过共析钢为珠光体+二次渗碳体。在金相显微镜下，铁素体为亮白色，珠光体是由铁素体和渗碳体所构成的片层状组织，在高倍显微镜下可清楚分辨其片层，但片层太细小或放大倍数较小则无法区分，时只能看到灰色或黑色一片。珠光体内的渗碳体很细小，在显微镜看到的往往是其边界呈黑色，在过共析钢中呈粗大网状时则为白色。如图2-1。碳钢的正火组织与其退火组织类似，只不过其先析出相的含量较少。亚共析钢的铁素体量正火比退火组织少，过共析钢因二次渗碳体量本来就少，经正火后二次渗碳体就会完全消失，只能看到片层状的珠光体组织。
图2-1. 碳钢的退火组织（a.20钢；b.T8钢；c.T12钢）
碳钢的淬火组织主要为马氏体，高碳钢则还有残余渗碳体与残余奥氏体出现。低碳钢的淬火组织为低碳马氏体，在显微镜呈现板条状形态。高碳钢的淬火组织为马氏体和少量残余奥氏体及未溶渗碳体。在显微镜下，高碳马氏体呈竹叶状或针状，未溶渗碳体呈细小颗粒状，残余奥氏体则呈白色与马氏体混在一起难以分辨（经染色处理后可分辨）。中碳钢的淬火组织则是板条马氏体与针状马氏体的混合形态。如图2-2。
图2-2. 碳钢的淬火组织（a.板条马氏体；b混合马氏体.c. 针状马氏体）碳钢的回火组织随其含碳量和回火温度不同而不同。高碳钢通常淬火后进行低温回火，其马氏体也变成回火马氏体。在显微镜下，回火马氏体呈黑色。中碳钢淬火后一般要进行中温或高温回火。经中温回火后，析出大量细小渗碳体颗粒，但基体组织因碳原子的析出而变成铁素体但仍保持原淬火马氏体的形态；经高温回火后，渗碳体长大成颗粒状，基体组织也因进一步发生再结晶而变成等轴状的铁素体。
三．实验设备及材料
1．准备金相显微镜（放大倍数100×和450×）。
2．准备金相试样：20钢的退火组织、正火组织、淬火组织；45钢的退火组织、淬火组织、淬火+中温回火组织、淬火+高温回火组织；T8钢的退火组织、淬火组织；T12钢的退火组织、正火组织、淬火组织、淬火+低温回火组织。
3．学生自备铅笔和纸。
四．实验内容及步骤
1．学会使用金相显微镜。
2．观察碳钢的退火、正火、淬火、回火组织；
3．分析含碳量不同其退火组织的变化情况；20钢和T12钢的正火组织与退火组织的差别；20钢、T8钢和T12钢的淬火组织的差别；20钢和T12钢的回火组织与淬火组织的差别。
4．选择4～6个试样，仔细观察其组织形态特征，用铅笔在纸上画出其组织示意图作为实验报告。
实验四合金钢、铸铁及有色金属的组织观察一．实验目的
1．观察和了解常用合金钢的显微组织形态；
2．观察白口铸铁、灰口铸铁的显微组织形态及其区别；
3．观察常见有色金属的显微组织特征。
二．概述
1．合金钢合金钢的显微组织比碳钢复杂，其基本相有：合金铁素体、合金奥氏体、合金碳化物（包括合金渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。以高速钢为例，其铸态组织为鱼骨状碳化物+暗黑色的δ共析体+少量马氏体（亮白色）；经锻造后其粗大的鱼骨状碳化物被击碎成颗粒状，再经退火，形成索氏体基体上分布有大量碳化物的组织；经淬火后，基体组织为马氏体+残余奥氏体（白色），并有大量细小的未溶碳化物颗粒分布在基体组织上；再经回火后，残余奥氏体消失，同时析出了更多的合金碳化物，形成回火马氏体基体上分布有大量颗粒状合金碳化物的组织。
图3-1. 高速钢W18Cr4V的显微组织（左为铸态，中为退火态，右为淬火态）2．铸铁铸铁分白口铸铁和灰口铸铁两大类，白口铸铁分为亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。灰口铸铁包括普通灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。白口铸铁的基体组织都是共晶产物莱氏体，亚共晶白口铸铁除基体莱氏体组织外，还有树枝状的初晶奥氏体所转变来的珠光体。共晶白口铸铁的组织则全部是莱氏体。过共晶白口铸铁的组织是莱氏体基体上分布有白色条状一次渗碳体。灰口铸铁的基体组织与钢类似，分为铁素体基、铁素体+珠光体基、珠光体基等，上面分布有石墨（普通灰口铸铁为片状、球墨铸铁为球状、可锻铸铁为团絮状），
另外因球墨铸铁还可以进行强化热处理，经调质处理后基体组织为回火索氏体，经等温淬火后的基体组织为下贝氏体。
图3-2 白口铸铁的显微组织（左为亚共晶，中为共晶，右为过共晶）
3．有色金属其组织与钢铁完全不同。常用铸造铝合金为含10～13%硅的铝硅合金，也叫做“硅铝明”。该合金不进行变质处理，其组织为共晶体上分布有粗大的针状硅晶体，这造成合金的强度很和塑性降低。经变质处理后粗大的硅晶体消失而被树枝状的初晶α固溶体所取代，从而大大提高了合金的强度和塑性。
图3-3 灰口铸铁的显微组织（左为珠光体基普通灰口铸铁，右为铸态球墨铸铁）
图3-4 有色金属的显微组织（左为变质后的铝硅明，右为单相黄铜）三．实验设备及材料
1．金相显微镜
2．高速钢的铸态、退火、淬火、淬火+回火试样。
3．白口铸铁的退火组织（亚共晶、共晶、过共晶）试样。
4．灰口铸铁的组织试样（普通灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁）。
5．铝合金及铜合金的组织试样（变质前的铝硅合金、变质后的铝硅合金、单相黄铜、双相黄铜等）。
四．实验内容及步骤
1．观察高速钢的显微组织，分析其铸台组织、退火组织、淬火组织及淬火后回火组织的不同之处。
2．观察白口铸铁的显微组织，比较亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁的组织区别。
3．观察普通灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的显微组织，比较其石墨形态的差异。
4．观察铸造铝硅合金的显微组织，比较其变质前后组织形态的变化。
5．观察单相黄铜、双相黄铜、轴承合金的显微组织。
6．选择4～6个试样，仔细观察其组织形态特征，用铅笔在纸上画出其组织示意图作为实验报告。
实验五焊接接头的微观检验
一．实验目的
1.了解和掌握金属材料在焊接过程中组织变化的规律。
2.鉴别焊接接头各区域的组织特征及焊接缺陷等。
二．概述
1. 焊缝组织的分析：
a.焊缝组织具有联生结晶和长大的特点，常见的焊缝组织有柱状晶、树枝状晶、等轴晶等，同样成份的焊缝，由于结晶组织形态不同，性能差别很大。
b.多层焊时，由于后面的焊层对前面的焊层进行了再加热而发生相变结晶，导致焊缝区各部位组织形态的差异。
c.焊接过程是连续快速冷却的过程，超过一定的冷却速度后，会得到非平衡组织??贝氏体和马氏体。
2. 热影响区组织的分析
a.焊接接头热影响区主要分为：局部熔化区、过热区(粗晶区)、正火或重结晶区(细晶区)、不完全正火区或不完全重结晶区。部分熔化区和过热区是组织和性能变化最大的区域，为焊接接头金相检验的分析重点。
b.部分熔化区：此区较窄，邻接熔合线，由于严重过热，晶粒大，化学成分不均匀严重，导致性能恶化，是焊接接头中最薄弱的区域。
c.过热区：此区域明显特点是晶粒最粗大，其组织形貌与部分熔化区基本相同，是再热裂纹的敏感区。
d.重结晶区：此区域晶粒细小而均匀，是焊接接头中组织和常温机械性能最好的区域。
e.不完全重结晶区：此区位于A1～A3温度区间，具有部分铁素体溶解到奥氏体中去的特点，冷却时奥氏体发生分解，而原来未转变的铁素体仍保留下来，对某些低合金钢，由于这部分奥氏体中碳和合金元素含量较高，快速冷却后可能转变为高碳马氏体，得到马氏体和铁素体的混合组织，这种组织性能较差。
3. 基体组织的分析
a.鉴别材料中非金属夹杂物，显微裂纹的类型，观察其形态和分布，测量其数量和大小。
b.鉴别被检件显微组织的组成，各种组织的形貌、分布和数量，对晶粒度、带状组织、非金属夹杂物、魏氏组织等。
c.对异种钢焊接接头，焊缝两侧的母材及热影响区均须检验。
三. 实验设备及材料
1．金相显微镜
2．焊接焊缝组织试样。
3．焊接热影响区组织试样。
4．焊接基体组织试样。
四. 实验内容及步骤
1．焊接焊缝组织试样的制备，并观察其显微组织，分析焊缝区联生结晶和长大的特点；多层焊时，焊缝区各部位组织形态的差异；连续快速冷却获得的贝氏体和马氏体。
2．焊接热影响区组织试样的制备，并观察其显微组织，分析与比较局部熔化区、过热区(粗晶区)、正火或重结晶区(细晶区)、不完全正火区或不完全重结晶区的组织区别。
3. 焊接基体组织试样的制备，并观察其显微组织，分析各种组织的形貌、分布、数量、晶粒度、非金属夹杂物、裂纹等。
实验一金相显微试样的制备 一、实验目的： 学习金相试样的制备过程 二、金相样品制备的基本方法： 金相样品的制备过程一般包括取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀步骤。虽然随着科学的不断发展，样品制备的设备越来越先进，自动化的程度越来越高，有预磨机、自动抛光机等，但目前在我国手工制备金相样品的方法，由于有许多优点仍在广泛使用。 （1）常用金相样品制备的要点如下： 1）取样时，按检验目的确定其截取部位和检验面，尺寸要适合手拿磨制，若无法做到， 可进行镶嵌。并要严防过热与变形，引起组织改变。 2）对尺寸太小，或形状不规则和要检验边缘的样品，可进行镶嵌或机械夹持。根据材料的特点选择热镶嵌或冷镶嵌与机械夹持。 3）粗磨时，主要要磨平检验面，去掉切割时的变形及过热部分。同时，要防止又产生过热。并注意安全。 4）细磨时，要用力大小合适均匀，且使样品整个磨面全部与砂纸接触，单方向磨制距离要尽量的长，更换砂纸时，不要将砂粒带入下道工序。 5）抛光时，要将手与整个样品清洗干净，在抛光盘边缘和中心之间进行抛光。用力要均匀适中，少量多次地加入抛光液。并要注意安全。 6）腐蚀前，样品抛光面要干净干燥，腐蚀操作过程衔接要迅速。 7）腐蚀后，要将整个样品与手完全冲洗干净，并充分干燥后，才能在显微镜下进行观察 与分析工作。 表1-1 金相样品的制备方法
三、实验设备 抛光机、吹风器、样品、不同号数的砂纸、玻璃板，抛光粉悬浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等。 四、实验内容 1．阅读实验指导书上的有关部分及认真听取教师对实验内容等的介绍。 2．每位同学领取一块样品，一套金相砂纸，一块玻璃板。按上述金相样品的制备方法进行操作。操作中必须注意每一步骤中的要点及注意事项。 五、实验报告要求 1．简述金相样品的制备步骤。 2．分析自己在实际制样中出现的问题。并提出改进措施。
定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格 特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体 特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
定义：碳与铁形成的一种化合物 特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。 ?在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状 ?过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状 ?铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状
定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物 特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。 ?在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。 ?在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。 ?在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体
金相试样得制备及金相组织观察 一、实验目得 1、了解金相显微镜得基本原理、构造,初步掌握显微镜得正确使用。? 2、掌握金相显微试样得制备过程与基本方法。 ３、了解浸蚀得基本原理,并熟悉其基本操作 ４、学习利用金相显微镜进行显微组织观察.通过在显微镜下观察到得金相显微组织初步分析材料类型以及材料可能具备得机械性能等。 二、实验设备与用品 1、金相显微镜 2、不同粗细得金相砂纸一套、玻璃板、侵蚀剂（4%硝酸酒精） 3、抛光机 4、待制备得金相试样 三、金相显微镜得基本原理、构造及使用 1、显微镜得放大倍数 利用透镜可将物体得象放大，但单个透镜或一组透镜得放大倍数就是有限得,为此，要考虑用另一组透镜将第一次放大得象再行放大,以得到更高放大倍数得象。金相显微镜就就是基于这一要求设计得。显微镜中装有两组放大透镜,靠近物体得一组透镜为物镜,靠近观 察得一组透镜为目镜. 金相显微镜得光学原理图1如图所示。 物体AB置于物镜得一倍焦距F1与二倍焦距 之间,它得一次象在物镜得另一侧二倍焦距 以外，形成一个倒立、放大得实象A′B′；当 实象Ａ′B′位于目镜得前一倍焦距Ｆ2以内时 则目镜复又使映象A′B′放大，而在目镜得前 二倍焦距 2 F２以外，得到A′B′得正立虚象 A″B″。因此最后得映象Ａ″B″就是经过物镜、 目镜两次放大后所得到得。其放大倍数应为 物镜放大倍数与目镜放大倍数得乘积。 物体AB经物镜第一次放大得倍数： M物＝A′B′/ AＢ=（Δ+ｆ1′）/ ｆ1 式中ｆ1、f１′—-物镜前焦距与后焦距 Δ—-显微镜得光学镜筒长 与Δ相比，物镜得焦距f1′很短,可略, 所以Ｍ物≈Δ/ f1 象A′B′经目镜第二次放大得倍数： M目= A″B″／A′B′≈D/ f2 式中f2——目镜得前焦距 Ｄ——人眼明视距离,D≈图1 显微镜光学原理图 250㎜。 所以显微镜得放大倍数应为： M＝M物·M目=（Δ/ f1)·(D/ f２） 当显微镜得机械镜筒长度等于光学镜筒长度时，M= M物·M目；而当这二者不等时,M= M物·Ｍ目·Ｃ，C就是与机械镜筒长、光学镜筒长有关得系数，一般为１,有时为0、63，其C
钢铁中常见的金相组织区别简析 钢铁中常见的金相组织 1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。 3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。 4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。 珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。 5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。 6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。 7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，
第二章光学金相显微试样的制备 2.1原理 显微分析是研究金属内部组织的最重要的方法。在金相学一百多年的发展历史中，绝大部分研究工作是借助于光学显微镜完成的。近年来，电子显微镜的重要性日益增加，但是光学显微金相技术在教学、科学和生产中仍将占据一定的位置。 试样制备工作包括许多技巧，需要有长期的实践经验才能较好地掌握；同时它也比较费时和单调，往往使人感到厌烦。金相显微镜的使用之所以比生物显微镜晚二百年，其原因就是由于长期没有解决好试样制备问题。 由于研究材料各异，金相显微制样的方法是多种多样，其程序通常可分为取样、镶样、磨光、机械抛光(或电解概抛光、化学抛光)、腐蚀等几个主要工序，无论哪一个工序操作不当，都会影响最终效果。因此，不应忽视任何一个环节。不适当的操作可能形成“伪组织”导致错误的分析。为能清楚的显示出组织细节，在制样过程中不使试样表层发生任何组织变化，曳尾、划痕、麻点等，有时尚需保护好试样的边缘。 2.2 取样 选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步，包括选择取样部位、检验面及确定截取方法、试样尺寸等。 一、取样部位及检验面的选择 取样部位及检验面的选择取决于被分析材料或零件的特点、加工工艺过程及热处理过程，应选择有代表性的部位。生产中常规检验所用试样的取样部位、形状、尺寸都有明确的规定(详见有关行业和国家颁布标准)。零件失效分析的试样，应该根据失效的原因，分别在材料失效部位和完好部位取样，以便于对比分析。对铸件，必须从表面到心部，从上部到下部观察其组织差异，以了解偏析情况，以及缩孔疏松及冷却速度对组织的影响。因此，取样时要兼顾考虑，对锻轧及冷变形加工的工件，应采用纵向检查面，以观察组织和夹杂物的变形情况，而热处理后的显微组织则应采用横向截面。 二、试样的截取 取样时，应保证被观察的截面由于截取而产生组织变化，因此对不同的材料要采用不同的截取方法：对于软材料，可以用锯、车、刨等加工方法；对于硬材料，可以用砂轮切片机切割或电火花切割等方法。对于硬而脆的材料，可以用锤击方法。在大工件上取样，可用氧气切割等方法。在用砂轮切割或电火花切割时，应采取冷却措施，以免试样因受热而引起组织变化。 三、试样尺寸 金相试样的大小以便于握持、易于磨制为准。通常显微试样为直径15mm、高15~20mm 的圆柱体或边长为15~25mm的立方体。 对于形状特殊或尺寸细小不易握持的试样，要进行镶嵌或机械夹持。 试样取下后一般黑色金属要用砂轮打平，对于很软的材料(如铝、铜、镁等有色金属)可用锉刀锉平。磨砂轮时应利用砂轮的侧面，并使试样沿砂轮径向缓慢往复移动，施加压力要均匀。这样既可以保证使试样磨平，还可以防止砂轮侧面磨出凹槽，使试样无法磨平。在磨制过程中，试样要不断用水冷却，以防止试样因受热升温而产生组织变化。此外，在一般情况下，试样的周界要砂轮或锉刀磨成45°角，以免在磨光及抛光时将砂纸和抛光织物划破，但是对于需要观察表层组织(如渗碳层、脱碳层)的试样，则不能将边缘磨圆，这种试样最好
实验二金相常识简介和铁碳合金平衡组织观察 一、目地要求 1 、了解试样制备过程、金相显微镜基本构造和原理等金相常识。 2 、研究和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 3 、分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。 二、实验内容：将制好的样品放在显微镜上观察，注意显微镜的正确使用，并分析样品制备的质量好坏，初步认识显微镜下的组织特征并分析成分对铁碳合金显微组织的影响。 三、实验设备：金相显微镜，抛光机易耗品：吹风器、样品、不同号数的砂纸、玻璃板，抛光粉悬浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等 四、实验步骤： 1.金相样品的制备方法。 2、样品硝酸酒精溶液腐蚀（即浸蚀）。
实验结论： 1画组织示意图 （1）画出下列试样的组织示意图 1）亚共析纲 2）过共析钢 3）亚共晶白口铸铁 4）过共晶白口铸铁 （2）画图方法要求如下 1）应画岩石记录表中的30—50直径的圆内，注明：材料名称、含碳量、 腐蚀剂和放大倍数。并将组织组成物用细线引出标明。如下图： 2．回答以下问题 （1）分析所画组织的形成原因。
（2）分析碳钢（任选一种成分）或白口铸铁（任选一种成分）凝固过程。
教学及实验方法： 1 、教师讲述和演示阶段： 用 1 5 分钟时间讲解试样制备、显微镜结构、反射原理和黑白成像等金相常识，用 2 0 分钟时间联系铁碳平衡图讲解、分析本次实验的 7 种铁碳合金在平衡状态下的显微组织，用电视显微镜向全体学生展示所有显微组织，用 5 分钟时间讲解绘制显微 组织的有关技巧。 2 、学生动手实验阶段： 学生用 5 0 分钟时间对 7 种铁碳合金平衡组织进行观察和分析，进一步建立成分和组织之间相互关系的概念，绘出所观察到的显微组织图，用箭头标明各显微组织，并在相应图下标出成分，确立组织和成分之间的关系。
金属材料常见金相组织的名称和特征 名称定义特征 奥氏体 碳与合金元素溶解在γ-Fe中 的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立 方晶格 晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏 体分布在马氏体针间的空隙处 铁素体碳与合金元素溶解在a-Fe中的固 溶体 亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆 滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析 出 渗碳体碳与铁形成的一种化合物在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状 珠光体 铁碳合金中共析反应所形成 的铁素体与渗碳体的机械混合 物 珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷 度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小在 A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放 大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳 体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体在 650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从 珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍 才能分辨的片层，称为索氏体在600~550℃形成的珠 光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层， 仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大 10000倍才能分辨的片层称为屈氏体 上贝氏体 过饱和针状铁素体和渗碳体 的混合物，渗碳体在铁素体针间 过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物， 其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板 条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化 物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称 轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽 毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不 清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳 低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形 成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶 下贝氏体同上，但渗碳体在铁素体针内 过冷奥氏体在350℃~Ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细
金相显微分析技术 作业指导书 一、前言 金属材料的性能与其组织形态之间存在着密切的联系。除化学成份（材料配比）、晶体结构（固有特性）外，材料在不同加工条件下可获得不同的组织，并对其在加工过程和使用过程中所表现的理化、机械性能，均可产生明显的影响。显微分析是研究金属内部组织的最重要方法之一，而金相显微镜是用于观察金属内部组织结构的重要光学仪器；因此，有必要通过金相显微分析手段来揭示材料的组织状态，并据此为材料的开发和加工提供参照。 二、适用范围 本制度适用于本公司金相室的管理。 三、职责 1.工程技术中心负责金相室的管理； 2.工程技术中心负责金相室内设备、仪器的使用、维护和保养。 四、操作要求 1.操作人员必须经过专业教育或经过培训后达到规定技能的专业人才。 2.初次操作前心须熟悉、了解各仪器的结构、性能；认真仔细阅读说明书，掌握其正确的使用、维护和保养方法。 五、操作规范 （一）试样的制备及观察、成像 用光学显微镜观察和研究金属内部组织，包括四个步骤：1）制备试样；2）采用适当的腐蚀手段显示试样表面的组织；3）用显微镜观察和研究试样表面的组织；4）截取有代表性的区域成像、保存。 1.试样的制备 1.1试样的截取：金相试样截取部位取决于检验的目的与要求，本公司所涉及到的试样有横向和纵向截取两种；横向试样垂直丝线轴线方向，主要研究表层
缺陷及夹杂（偏析）；纵向试样平行于丝线轴线方向截取，主要研究夹杂的类型 以及晶粒拉长的长度； 1.2试样的镶嵌：尺寸过于细薄和软的试样需进行镶嵌； 1.3磨光与抛光：试样须经磨光、抛光呈镜面才能进行腐蚀； 2.试样的腐蚀 2.1腐蚀剂：抛光好的金相试样，要得到有关显微组织的信息，必须经过组织的显示，即腐蚀；不同材料采用的腐蚀剂不尽相同，本公司目前材料所用腐蚀 剂如表一； 表一金相腐蚀剂 代号配比浸蚀条件适用范围 TL-01 蒸馏水 100ml 盐酸 2～5ml 几秒～几分钟Sn Sn-Cd Sn-Fe Sn-Pb Sn-Sb-Cu TL-02 蒸馏水 100ml 盐酸 2～5ml 三氯化铁 10g 10s～30s 富锡轴承合金 Sn-Cu Sn-Bi TL-03 氢氟酸 5ml 硝酸 25ml 盐酸 75ml 3～15min 纯铝晶粒 TL-04 蒸馏水 100ml 氧化铬 20g 硫酸钠 1.5g 2～3min 大多数锌合金 TL-05 蒸馏水 78ml 氧化铬 18g 硫酸 4g ～60s 铸造Zn-Al-Cu合金 TL-06 蒸馏水 100ml 氢氧化钠 10g 1～5s 纯Zn Zn-Co Zn-Cu 低合金Zn TL-07 蒸馏水 80ml 硝酸 20ml 冰醋酸 15ml 40℃，13～14min(新配制) 铅焊料 Pb-Sn合金 2.2腐蚀方法：浸入法、擦拭法； 2.3腐蚀时间：腐蚀的合适时间是以试样的抛光面颜色的变化来判断，腐蚀 时光亮的表面失去光泽变成银灰色或灰黑色即可； 3.观察和分析：选择适当的放大倍数对试样进行观察和分析； 4.成像：选择有代表性的区域成像保存。 （二）仪器的使用、维护、保养
实验金相试样的制备 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。 a. 粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，钢铁材料试样的粗磨可用锉刀锉平，也可在砂轮机上磨制。但应注意：试样对砂轮压力不宜过大。否则会在试样表面形成很深的磨良，增加精磨和抛光的困难，要随时用水冷却试样，以免受热引起组织交化；试样边缘的棱角若无保存必要，可先行磨圆(倒角)，以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。 b. 细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的痕(如图2-3)所示。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光作好准备；将粗磨好的试样用水冲洗擦干后就开始进行细磨，细磨是在一套粗细程度不同的金相少纸上，由粗到细依次顺序进行的。细磨时将砂纸放在玻璃扳上，手指紧握试样，并使磨面朝下，均匀用力向前推行磨制。在回程时，应提起试样不与砂纸接触。以保证磨面平整面不产生弧度，每更换一号砂纸时，须将试样的研磨方向转90°，即与上道磨痕方向垂直。直到将上一号砂纸所产生的磨
实验二金相显微试样的制备 一．实验目的 （1）初步掌握金相试样的制备原理。 （2）学习金相试样的制备过程。 （3）了解目前常用的金相显微组织显示方法。 （4）了解目前制备金相试样的先进技术。 二．实验原理 在生产与科研中，金相显微分析是研究材料内部组织的重要手段。其原理为，通过金相显微镜，利用材料表面不同凹凸面对光线反射程度的差别来显示显微组织状态。因此，为了清楚显示出组织细节，要求磨面无变形层，曳尾和划痕等，还要保护好试样的边缘。制样程序通常包括取样、镶样、磨光、抛光、腐蚀等几道工序。为了避免出现“伪组织”而导致错误的判断，需要掌握正确的制样方法。 三．金属试样的制备 3.1 取样 显微试样的选取应根据研究、检测目的，取其最具有代表性的部位。此外，还应考虑被测材料或零件的特点、工艺过程及热处理过程。例如：对于铸件，由于存在偏析现象，应从表面层到中心等典型区域分别取样，以便分析缺陷及非金属夹杂物由表及里的分布情况；对轧制和锻造材料，应同时截取横向及纵向检验面，以便分析材料在沿加工方向和垂直加工方向截面上显微组织的差别；而对热处理后的显微组织，一般采用横向截面。 对于不同性质的材料，试样截取的方法各有所异（图2-1），但应遵循一个共同的原则，即应保证被观察的截面不产生组织变化。对软材料，可以用锯、车、刨等方法。对硬而脆的材料，可用锤击的方法；对极硬的材料，可用砂轮切片机或电火花机和线切割机；在大工件上取样，可用氧气切割等等。 试样切取方法
图2-1 试样的切取方法 试样的尺寸以便于握持、易于磨制为准，一般为直径Ф12—15×15mm的圆柱体，或高度（或边长）15×15×15mm的正方体，如图2-2所示。对形状特殊或尺寸细小的试样，应进行镶嵌或机械夹持。 3.2 镶样 镶样的方法有很多，如低熔点合金镶嵌、电木粉或塑料镶嵌和机械夹持等，如 图2-3和图2-4所示。目前一般是采用塑料镶嵌。先前材料有热固性塑料（如胶木粉）、热塑性塑料（如聚氯乙烯）、冷凝性塑料（环氧树脂加固化剂）等（表2-1）。 图2-2金相试样的尺寸图2-3金相试样的镶嵌方法
金相综合实验报告 实验名称: 碳钢成分-工艺-组织-性能综合分析实验专业: 材料科学与工程 班级: 材料11（1） 指导老师：席生岐高圆 小组组长: 仇程希 小组成员：齐慧媛李敏朱婧王艳姿闫士琪陈长龙黄忠鹤郭晓波丁江蒋经国庞小通林乐 二〇一四年四月三日
一、实验目的 1.了解碳钢热处理工艺操作； 2.学会使用洛氏硬度计测量材料的硬度性能值； 3.利用数码显微镜获取金相组织图像，掌握热处理后钢的金相组织分析方法； 4.探讨淬火温度、淬火冷却速度、回火温度对45和T12钢的组织和性能（硬度）的影响； 5.巩固课堂教学所学相关专业知识，体会材料的成分—工艺—组织—性能之间关系。 二、实验内容 1.进行45和T12钢试样退火、正火、淬火、回火热处理，工艺规范参考相关资料； 2.用洛氏硬度计测定试样热处理试样前后的硬度； 3.制备所给表中样品的金相试样，观察并获取其显微组织图像； 4.对照金相图谱，分析探讨本次实验可能得到的典型组织：片状珠光体、片状马氏体、板条状马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火索氏体等的金相特征。三、实验原理 热处理是一种很重要的金属加工工艺方法。热处理的主要目的是改变钢的性能，热处理工艺的特点是将钢加热到一定温度，经一定时间保温，然后以某种速度冷却下来，从而达到改变钢的性能的目的。研究非平衡热处理组织，主要是根据过冷奥氏体等温转变曲线来确定。 热处理之所以能使钢的性能发生显著变化，主要是由于钢的内部组织结构发生了的一系列的变化。采用不同的热处理工艺，将会使钢得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。 钢的热处理基本工艺方法可分为退火、正火、淬火和回火等。 (一)碳钢热处理工艺 1.加热温度 亚共析钢加热温度一般为Ac3+30-50℃，过共析钢加热温度一般为Ac 1＋30-50℃（淬火）或Acm+50-100℃（正火）。 淬火后回火温度有三种，即：低温回火（150-250℃）、中温回火（350-500℃）、
实验三碳钢的热处理及组织、性能分析 一：实验目的 (1)观察和研究碳钢经不同形式热处理后显微组织的特点。 (2)了解热处理工艺对碳钢硬度的影响。 二：实验说明 碳钢经热处理后的组织可以是接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可以是不平衡组织(如淬火组织)。因此在研究热处理后的组织时，不但要用铁碳相图，还要用钢的C曲线来分析。图1为共析碳钢的C曲线，图2为45钢连续冷却的CCT 曲线。 图1 共析碳钢的c曲线图2 45钢的CCT曲线 曲线能说明在不同冷却条件下过冷奥氏体在不同温度范围内发生不同类型的转变过程及能得到哪些组织。 1．碳钢的退火和正火组织 亚共析碳钢(如40、45钢等)一般采用完全退火，经退火后可得接近于平衡状态的组织，其组织形态特征已在实验l中加以分析和观察(图3)过共析碳素工具钢(如T10、T12钢等)则采用球化退火，T12钢经球化退火后，组织中的二次渗碳体和珠光体中的渗碳体都呈球状(或粒状)，图中均匀分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。 2．钢的淬火组织 含碳质量分数相当于亚共析成分的奥氏体淬火后得到马氏体。马氏体组织为板条状或针状，20钢经淬火后将得到板条状马氏体。在光学显微镜下，其形态呈现为一束束相互平行的细条状马氏体群。在一个奥氏体晶粒内可有几束不同取向的马氏体群，每束条与条之间以小角度晶界分开，束与束之间具有较大的位向差，如图4所示。
图3 T12 钢球化退火组织图4 低碳马氏体组织 45钢经正常淬火后将得到细针状马氏体和板条状马氏体的混合组织，如图5所示。由于马氏体针非常细小，故在显微镜下不易分清。 45钢加热至860℃后油淬，得到的组织将是马氏体和部分托氏体(或混有少量的上贝氏体)，如图6所示。碳质量分数相当于共析成分的奥氏体等温淬火后得到贝氏体，如T8钢在550~350℃及350℃~ Ms温度范围内等温淬火，过冷奥氏体将分别转变为上贝氏体和下贝氏体。上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的片层状组织，当转变量不多时，在光学显微镜下可看到成束的铁素体在奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特性，如图7所示。 图5 45钢正常淬火组织图6 45钢油淬组织图7 上贝氏体组织特征下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的组织。由于易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状特征，如图8所示。 在观察上、下贝氏体组织时，应注意为显示贝氏体组织形态，试样的处理条件一般是在等温度下保持不长的时间后即在水中冷却因此只形成部分贝氏体，显微组织中呈白亮色的基体部分为淬火马氏体组织。 含碳质量分数相当于过共析成分的奥氏体淬火后除得到针状马氏体外，还有较多的残余奥氏体。T12碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体，如图4．9所示。但是当把此钢加热到较高温度淬火时，显微镜组织中出现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体，如图10所示。
铜及铜合金的金相组织分析一）结晶过程的分析 结晶是以树枝状的方式生长，树枝状的结晶容易造成夹渣外，通常形成显微疏松。 取决于模壁的冷却速度外，还取决于合金成分、熔化与浇注温度等。 （二）宏观分析中常见缺陷 在浇注过程中往往产生缩孔、疏松、气孔、偏析等缺陷。 浇注温度和浇注方式的影响，铸锭、紫铜中容易出现气孔和皮下气孔。 由于合金元素的熔点、比重不一，熔炼工艺不当造成铸锭的成分偏析。 铸造时热应力可产生裂纹。 浇注工艺不当（浇注温度过低），浇注时金属液的中断会造成冷隔。 （三）微观分析 与铜相互作用的性质，杂质可分三类： 1. 溶解在固态铜中的元素（铝、铁、镍、锡、锌、银、金、呻、锑）。 2. 与铜形成脆性化合物的元素（硫、氧、磷等）。 3. 实际上不溶于固态铜中与铜形成易熔共晶的元素（铅、铋等）。 铋与铜形成共晶呈网状分布于铜的基体上，淡灰色。 铅含量很少时和铋一样呈网状分布于晶界，其颜色为黑色； 铅含量大时在铜的晶粒间界上呈单独的黑点。 暗场观察：铅点呈黑色，孔洞为亮点。 硫与氧的观察：均与铜形成化合物（Cu2S、Cu2O），又以共晶形式（Cu2S+ Cu、 Cu2O+ Cu）分布在铜的晶界上。 氯化高铁盐酸水溶液浸蚀：Cu2O变暗，Cu2S不浸蚀。 偏振光观察：Cu2O呈暗红色。 QJ 2337-92 铍青铜的金相试验方法 金相分析晶粒度检测金属显微组织分析，晶粒度分析，GB/T 6394-02 金属平均晶粒度测定方法 ASTM E 112-96（2004） 金属平均晶粒度测定方法
YS/T 347-2004 铜及铜合金平均晶粒度测定方法 GB/T13298-91 金属显微组织检验方法 GB/T 13299-91 钢的显微组织评定方法 GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 ASTM E45-05 钢中非金属夹杂物含量测定方法 GB/T 224-87 钢的脱碳层深度测定方法 ASTM E407-07 金属及其合金的显微腐蚀标准方法 GB/T 226-91 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法 GB/T 1979-2001 结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 5168-85 两相钛合金高低倍组织 GB/T 9441-1988 球墨铸铁金相检验 ASTM A 247-06 铸件中石墨微结构评定试验方法 GB/T 7216-87 灰铸铁金相 EN ISO 945:1994 石墨显微结构 GB/T 13320-07 钢质模锻件金相组织评级图及评定方法 CB 1196-88 船舶螺旋桨用铜合金相含量金相测定方法 JB/T 7946.1-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金变质 JB/T 7946.2-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金过烧 JB/T 7946.3-1999 铸造铝合金金相铸造铝 氧是铜中最常见的杂质，可产生氢脆。所以含氧量应严格规定。 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料 显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思 考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。 转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC) 珠光体型相 变珠光体 (P) >650 在400～500X金相显微镜下可以观察到 铁索体和渗碳体的片层状组织 ～20 (HBl80～200)索氏体 (S) 600～650 在800一]000X以上的显微镜下才能分 清片层状特征，在低倍下片层模糊不清 25～35 屈氏体 (T) 550～600 用光学显微镜观察时呈黑色团状组织， 只有在电子显徽镜(5000～15000X)下 才能看出片层状 35—40 贝氏体型相 变上贝氏体 (B上) 350～550 在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特 征 40—48 下贝氏体 (BT) 230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58
实验二、金相显微试样的制备（2学时） 一、实验目的 1、学习金相试样的制备方法。 2、了解金相显微组织的显示方法。 二、概述 金相显微分析是研究金属材料组织的主要方法之一，是利用显微镜的光学原理借助试样表面对光线的反射特点来进行。为了对金相显微组织进行鉴别和研究，需要将所分析的金属材料制备成一定尺寸的试样，并经过磨制、抛光和腐蚀等工序，最后通过金相显微镜来观察和分析金属的显微组织状态及分布等。 三、金相试样的制备方法 金相试样的制备主要包括取样、镶嵌、磨制抛光和腐蚀等步骤。 1、取样： 显微试样的选取用根据研究的目的选取具有代表性的部位。确定好部位后可采用各种机械手段将试样截下，但截取过程中不能使试样的温度升的过高而使组织发生变化，影响分析结果。 2、镶嵌： 对于尺寸过小的样品为便于磨制和观察在制备前应用试样镶嵌机将试样镶嵌在低熔点的合金或塑料中。 3、磨制： （1）粗磨：较软的材料可用锉刀锉平，一般钢铁材料通常在砂轮机上磨平。打磨过程中要不断用水冷却以防止温度升高引起组织变化。如没有保留棱角的必要则一般可最后磨圆倒角以免在细磨时划破砂纸或抛光布。 （2）细磨：一般有手工和机械两种方法。手工磨时用手拿持试样按从粗到细的顺序在01、02、03 直至06号金相砂纸上依次磨平。每更换一道砂纸时，应将试样的磨制方向调转90度（与上道的磨痕垂直），然后在新砂纸上将上道的磨痕磨去。 水磨时可采用在转盘上贴水砂纸的预磨机进行机械磨光。水砂纸粗细分依次有200、300、400、直至900号，可按实际需要选取。每换一道砂纸时试样必须用水冲洗干净，并调换90度。 4、抛光： 经细磨后的试样需抛光以抛去磨痕获得光亮表面。机械抛光在专用的抛光机上进行。抛光机的抛光盘上可根据需要选择不同材料的抛光布，抛光时在其上滴注抛光液（一般为Al3O2、Cr2O3和MgO等粉末在水中的悬浮液），将试样磨面均匀、平正地压在旋转的抛光盘上。压力不宜过大，并沿盘的边缘到中心反复做径向移动，直至将磨痕全部抛去为止。 电解抛光时将磨光后的试样浸入电解液中，接通试样（阳极）与阴极（不锈钢或铅板）之间的电源（直流）。当电流足够大时试样表面即产生溶解，靠近阳极的电解液在试样表面上形成一层厚度不均的薄膜。由于薄膜本身具有较大的电阻，并与厚度成正比，若试样表面高低不平、则突出部分薄膜的厚度比凹陷部分的薄膜厚度薄，突出部分电流密度较大，溶解较快。最后，试样形成一平坦的表
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察 实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题 一、实验目的 1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。 2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。 3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。 4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。 TOP 二、概述 1. 碳钢热处理后的显微组织 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。 为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。 在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V 1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V 2 。时(相当于空冷)， 得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马 氏体；当冷却速度增大至V 4、V 5 ，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后， 瞬时转变成马氏体。其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V 4 )称为淬火的临界冷却速度。
亚共析钢的C 曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V 1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即V 3>V 2>V ，时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。因此，V 1的组织为铁素体+珠光体；V 2的组织为铁素体+索氏体； V 3，的组织为铁素体+屈氏体。当冷却速度为V 4，时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体(有时可见到少量贝氏体)，奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体(如图3-3)；当冷却速度V 5，超过临界冷却速度时，钢全部 转变为马氏体组织(如图3-6，3-7)。 过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。 ① 珠光体（P ） 珠光体的组织形态主要有两种：片状珠光体和颗粒状珠光体。片状珠光体由一片片相互交错排列的铁素体和渗碳体所组成形成珠光体的先行条件是事先形成均匀的奥氏体，而后缓慢冷却在A1以下附近温度形成。片状珠光体似手指纹的层状结构，它是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物（见图3-1）。颗粒状珠光体是在铁素体的基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织（见图3-2）。 图3-1片状珠光体500×4%硝酸酒精 图3-2 颗粒状珠光体500×4%硝酸酒精 ② 索氏体(s) 是铁素体与渗碳体的机械混合物。其片层比珠光体更细密，在高倍(700倍以上)显微放大时才能分辨(见图3-3)。 ③ 屈氏体(T) 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图3-4)。 图3-3 索氏体500×4%硝酸酒精 图3-4 屈氏体+马氏体500×4%硝酸酒精
常见金相组织名词解释——全面的特征描述，想不明白都难。 奥氏体 定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格 特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。 铁素体
定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体 特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。 渗碳体
定义：碳与铁形成的一种化合物 特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。 ?在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状 ?过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状 ?铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状 珠光体
定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物 特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。 ?在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。 ?在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。 ?在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体 上贝氏体
1 工业纯铁退火铁素体白色等轴多边形晶粒为铁素体，深色线为晶界。 2 20钢退火低碳钢平衡组织白色晶粒为铁素体，深色块状为珠光体，高倍可 见珠光体中的层状结构。 3 45钢退火中碳钢平衡组织同上，但珠光体增多。 4 65钢退火高碳钢平衡组织占大部分的深色组织为珠光体，白色为铁素体。 5 T8钢退火共析钢平衡组织组织全部为层状珠光体，它是铁素体和渗碳体的 共析组织。 6 T12钢退火过共析钢平衡组织基体为层状珠光体，晶界上的白色为二次渗碳 体。 7 亚共晶白口铁铸态变态莱氏体+珠光体基体为黑白相间分布的变态莱氏 体，黑色树枝状为初晶奥氏体转变成的珠光体。 8 共晶白口铁铸态变态莱氏体白色为渗碳体（包括共晶渗碳体和二次渗碳 体），黑色圆粒及条状为珠光体。 9 过共晶白口铁铸态变态莱氏体+渗碳体基体为黑白相间分布的变态莱氏 体，白色板条状为一渗碳体 10 T8钢正火索氏体索氏体是细珠光体，片层间距小 11 T8钢快冷正火屈氏体屈氏体为极细珠光体，光学显微镜下难以分辨其层状 结构，灰白色块状、针状为淬火马氏体。 12 65Mn 等温淬火上贝氏体羽毛球为上贝氏体，基体为索氏体或淬火马氏体 和残余奥氏体。 13 65Mn 等温淬火下贝氏体黑色针状为下贝氏体，白色基体为淬火马氏体和 残余奥氏体。 14 20钢淬火低碳马氏体成束的板条状为低碳马氏体 15 T12 淬火高碳马氏体深色针片状组织为马氏体，白色为残余奥氏体 16 45钢淬火中碳马氏体黑色针叶状互成120度夹角的针状马氏体，其余为板 条状马氏体 17 T10钢球化退火球化体基体为铁素体，白色颗粒状为渗碳体。 18 T12 正火正火组织白色呈针状、细网络状分布的为渗碳体，其余为片层状 珠光体。 19 15钢渗碳后退火渗碳组织表层为过共析组织（网状渗碳体+珠光体），由表 向内含碳量逐渐减少，铁素体增多。 20 45钢渗硼渗硼组织表层为硼化物层（呈锯齿状）和过渡层，心部为45钢基 体组织。 21 40Cr 软氮化软氮化组织表层为白亮色的氮化合物和含氮的扩散层，心部为 40Cr基体组织 22 高速钢铸态共晶莱氏体+屈氏体+马氏体骨骼状组织为共晶莱氏体，基体