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实验一铁碳合金平衡组织分析

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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 合金类型 碳质量分数，ω(C) 显 微 组 织

工业纯铁 ≤0.0218% 铁素体(F)

碳

钢 亚共析钢

共析钢

过共析钢 0.0218%---0.77%

0.77%

0.77%---2.11% 铁素体(F)+珠光体(P)

珠光体(P)

珠光体(P)+二次渗碳体(Fe3CⅡ)

白

口铸

铁 亚共晶白口铸

铁

共晶白口铸铁

过共晶白口铸

铁 2.11%---4.3%

4.3%

4.3%一6.69% 珠光体(P)+二次渗碳体(Fe3CⅡ)+莱

氏体(Le＇) 莱氏体(Le＇)

一次渗碳体(Fe3CⅠ) +莱氏体(Le＇)

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)。

⑵ 各种组成相或组织组成物的特征

① 铁素体(F)是碳溶于a-Fe的固溶体。铁素体为体心立方晶格。具有磁性及

良好的塑性，硬度较低，一般为80HB～120HB，经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织(如图1所示)。亚共

析钢中，随着钢中碳质量分数的增加，珠光体量增加而铁素体量减少。铁素

体量较多时，呈块状分布(如图2所示)。当钢中碳质量分数接近共析成份时，

铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围(如图3所示)。

② 渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物，它的碳质量分数为6.69％，抗浸蚀能力较强。经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。

一次渗碳体(Fe3CⅠ)是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在莱氏体中；

二次渗碳体(Fe3CⅡ)是由奥氏体(A)中析出的，数量较少，皆沿奥氏体晶界析

出，在奥氏体转变成珠光体后，它呈网状分布在珠光体的边界上。另外，经

不同的热处理后，渗碳体可以呈片状、粒状或断续网状。 渗碳体的硬度很高，可达800HB以上，它是一种硬而脆的相，强度和塑性都

很差。

③ 珠光体(P)是铁素体和渗碳体的共析机械混合物，它是由铁素体片和渗碳体

片相互交替排列形成的层片状组织。经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，试样

磨面上的条状铁素体和渗

碳体因边界被浸蚀呈黑色线条，在不同放大倍数的显微镜下观察时，具有不

太一样的特征。 在600倍以上的高倍显微镜下观察时，每个珠光体团中是平行相间的宽条铁

素体和细条渗碳体，它们都呈白亮色，而其边界呈黑色(如图5所示)。

在400倍左右的中倍显微镜下观察时，白亮的渗碳体细条被两边黑色的边界

线所“吞食”，而变成为黑条，这时所看到的珠光体是宽白条的铁素体和细黑

条的渗碳体相间的混合物(如图4所示)。 在200倍以下的低倍显微镜下观察时，由于显微镜的鉴别率较低，宽白条的

铁素体和细黑条的渗碳体也很难分辨，这时的珠光体是一片暗黑，成为黑块的组织。

④ 莱氏体(Le＇)是一个两相组织。在7270C以上是奥氏体和渗碳体的机械混

合物。在7270C时，莱氏体中奥氏体发生共析反应而变成珠光体，所以在室温时莱氏体组织是珠光体和渗碳体的机械混合物。渗碳体中包括共晶渗碳体

和二次渗碳体，两种渗碳体相连在一起，没有边界线，无法分辨开。经3％～5％硝酸酒精浸蚀后，莱氏体的组织特征是，在白亮色的渗碳体基本上分布着

许多黑色点(块)状或条状的珠光体(如图8所示)。

莱氏体硬度很高，达700HB性脆。它一般存在于碳质量分数大于2.11％的白口铸铁中，在某些高碳合金钢的铸造组织中也有出现。

在亚共晶白口铸铁中，莱氏体被黑色粗树枝状的珠光体所分割，而且可看到

在珠光体周围有一圈白亮的二次渗碳体(如图7所示)。在过共晶白口铸铁中，

莱氏体被粗大的白色长条状的一次渗碳体所分割(如图9所示)。

⑶ 铁素体与渗碳体的区别 铁碳合金平衡组织都是由铁素体和渗碳体两相组成。F和Fe3C经3％～5％硝

酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，有时为了区别晶界网状是铁素体还是渗碳体，

可用碱性苦味酸钠水溶液(2g苦味酸、25g氢氧化纳、l00ml水)煮沸15min，

渗碳体被染成黑色，铁素体仍为白色(图10)，这样就可区别F和Fe3C。

⑷ 亚共析钢碳的质量分数的估算 亚共析钢的碳的质量分数在0.0218％～0.77％范围内，平衡状态下组织为铁

素体和珠光体，随着碳质量分数的增加，铁素体的数量逐渐减少，珠光体的

数量则相应地增多，两者的质量分数可由杠杆定律求得。例如，碳的质量分

数为0.45％的钢(45钢)，其珠光体、铁素体的质量分数分别为：

反之，因珠光体、铁素体和渗碳体的密度相近，也可以通过在显徽镜下观察

到的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质量分数。例如，在显微镜下观察到约

有50％的面积为珠光体，50％的面积为铁素体，则此钢的碳的质量分数为：

即此钢相当于40钢(铁素体在室温下碳含量极微,可忽略不计)。 ⒉ 实验步骤

⑴ 观察表2中所列样品的显微组织，研究每一个样品的组织特征，并联系铁

碳相图分析其组织形成过程。

表 2 金相样品的材料和工艺

编

号 材 料 工 艺 浸 蚀 剂

1

2 3

4 工业纯铁

亚共析钢(45号钢) 共析钢(T8)

过共析钢(T12钢) 退火

退火 退火

退火 4%硝酸酒精溶液

4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液

4%硝酸酒精溶液 5

6

7 亚共晶白口铸铁

共晶白口铸铁

过共晶白口铸铁 未知碳质量分数的铁碳

合金 铸造

铸造

铸造 退火 4%硝酸酒精溶液

4%硝酸酒精溶液

4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液

⑵ 用铅笔绘出所观察样品的显微组织示意图。画图时要抓住各种组织组成物形态的特征，并用箭头和代表符号标出各组织组成物。

⑶ 分析一个未知试样．指出它是何种钢，是什么组织，用杠杆定律确定(或

估算出)大致的碳质量分数，根据相图形状和性能的对应规律求出大致的硬度(HB)。

四、实验报告要求 ⒈ 写出实验目的。

⒉ 画出所观察样品的显微组织示意图(用箭头和代表符号标明各组织组成

物，并注明样品成分、浸蚀剂和放大倍数)。

⒊ 根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响的大致规

律。 ⒋ 根据杠杆定律确定(或估算)未知样品的碳的质量分数和大致硬度(HB)。

五、思考题

⒈ 珠光体组织在低倍观察和高倍观察时有何不同?为什么?

⒉ 渗碳体有哪几种?它们的形态有什么差别?

实验3 铁碳合金平衡组织的观察与分析

双击自动滚屏 发布者：admin 发布时间：2007-6-3 20:56:53 阅读：570次

实验3 铁碳合金平衡组织的观察与分析

3.1 实验目的

（1）观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织；

（2）了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布持征；

（3）进一步熟悉金相显微镜的使用。

3.2 实验说明

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

熟悉并掌握它们的组织是钢铁材料的使用者最基本的要求。

3.2.1 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(Cm)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显微组织见表

3.1。

表3.1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 合金分类 碳含量（%） 显微组织

工业纯铁 ＜ 0.0218 铁素体 （F）

碳

钢 亚共析钢

共析钢

过共析钢 0.0218~0.77

0.77

0.77~2.11 铁素体+珠光体

珠光体

珠光体+二次渗碳体

白

口

铸

铁 亚共晶白口铁

共晶白口铁

过共晶白口铁 2.11~4.3

4.3

4.3~6.69 珠光体+二次渗碳体+莱氏体

莱氏体

一次渗碳体+莱氏体

3.2.2 各种相组分或组织组分的特征

碳钢和白口铸铁的金相试样经浸蚀后，其组织中各相组分和组织组分的形状和性能

如下：

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12-实验一 铁碳合金显微组织分析

12-实验一 铁碳合金显微组织分析

实验一 铁碳合金显微组织分析

一、实验目的

1.研究和了解铁碳合金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，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系。

二、实验原理

铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。

不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表1-2-1。

铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本组织：

铁素体（F） 铁素体是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体。工业纯铁用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。

渗碳体（3FeC） 渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体仍呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中析出，常呈网状分布于奥氏体的晶界；三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

珠光体（P） 珠光体是铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。经4%硝酸酒精浸蚀后，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。当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体看到的只是一条黑线，甚至珠光体片层因不能分辨而呈黑色。

莱氏体（Ld'）莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。其组织特征是在亮白色渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。 根据含碳量及组织特点的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。其中钢又可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种；铸铁又可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁和过共晶白口铁三种。各种铁碳合金的平衡组织如图1-2-1至图l-2-7所示。

铁碳合金显微组织观察实验报告

铁碳合金显微组织观察实验报告

铁碳合金显微组织观察实验报告

一、实验目的

1、 熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征。

2、 掌握根据铁碳相图分析不同成分铁碳合金的结晶过程及室温组织。

3、 学会使用金相显微镜观察并识别各种铁碳合金的显微组织。

二、实验设备及材料

1、 金相显微镜。

2、 不同成分的铁碳合金试样（如工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁等）。

3、 金相砂纸、抛光机、腐蚀剂（如 4%硝酸酒精溶液）等。

三、实验原理

铁碳合金的平衡组织是指在极其缓慢冷却的条件下所得到的组织。根据铁碳相图，铁碳合金在室温下的平衡组织由铁素体（F）、珠光体（P）、渗碳体（Fe₃C）三种基本相组成。

工业纯铁的含碳量小于 00218%，其显微组织为单相铁素体。

亚共析钢的含碳量在 00218%至 077%之间，其组织由铁素体和珠光体组成。随着含碳量的增加，珠光体的含量逐渐增多。 共析钢的含碳量为 077%，其组织全部为珠光体。

过共析钢的含碳量在 077%至 211%之间，其组织由珠光体和二次渗碳体组成。

亚共晶白口铸铁的含碳量在 211%至 43%之间，其组织由珠光体、二次渗碳体和莱氏体组成。

共晶白口铸铁的含碳量为 43%，其组织为莱氏体。

过共晶白口铸铁的含碳量大于 43%，其组织由一次渗碳体和莱氏体组成。

通过对不同成分铁碳合金的显微组织观察，可以确定其成分，并分析其性能。

四、实验步骤

1、 制备试样

取样：从不同成分的铁碳合金材料上截取合适尺寸的试样。

镶嵌：对于尺寸较小的试样，采用镶嵌的方法将其固定在镶嵌材料中，以便后续的磨制和抛光。

磨制：依次使用不同粗细的金相砂纸对试样进行磨制，每更换一次砂纸，应将试样旋转 90°，并将上一道砂纸的磨痕完全去除，直至试样表面平整、光滑，且磨痕方向一致。

抛光：将磨制好的试样在抛光机上进行抛光，直至试样表面光亮如镜，无任何磨痕和划痕。 2、 腐蚀试样

铁碳合金平衡组织显微分析

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）

铁碳合金平衡组织观察

铁碳合金平衡组织观察

铁碳合金平衡组织观察

铁碳合金是一种重要的金属材料，具有广泛的应用前景。铁碳合金的平衡组织观察是了解其性质和应用的基础。本文对铁碳合金平衡组织观察进行详细的介绍，包括铁碳相图、铁碳合金平衡组织的表征方法和其微观结构。

一、铁碳相图

铁碳相图是用来描述铁碳合金在不同温度下的相组成和组织形态的图表。在铁碳相图中，纵坐标代表温度，横坐标代表碳的含量。铁碳相图的铁基部分是由α铁和γ铁组成的固溶体区域，随着温度的升高，γ铁的比例逐渐增加。铁碳相图中还包括铁碳化合物的区域，包括Fe3C和Fe2C两种化合物。Fe3C是铁碳化合物中最重要的一种，也是铁碳相图中最重要的一个组成部分之一。在铁碳相图中，α铁和Fe3C之间的线称为共析线，表示这两种组成的混合物在一定温度下达到平衡，形成的组织为珠光体。铁碳相图中还包括了一些其他的组织形态，例如珠光体+渗碳体的奥氏体、珠光体+耐热铁素体的混合组织等。

铁碳合金的平衡组织表征方法包括金相分析、显微组织分析和扫描电子显微镜分析。其中，金相分析是最常用的方法。金相分析需要进行金相样品的制备，首先是将样品打薄或抛光，使其表面光滑，然后进行腐蚀，使得组织结构得以显现。显微组织分析可以增加对样品的了解和理解，对于铁碳合金的深入研究非常有帮助。扫描电子显微镜分析可以进行更为精细的结构分析，可以分析材料中微观结构的分布和组成，对铁碳合金的机械性能和工艺制备有较大的帮助。

铁碳合金的平衡组织中，包含了多种微观结构，其中最为重要的是珠光体、渗碳体和贝氏体。珠光体是铁碳合金中最为普遍的组织形态，其由铁素体和Fe3C交替构成，呈现出光泽和条纹状。渗碳体是由碳元素在铁中扩散形成的一种组织形态，通常出现在低碳铁碳合金中，具有均匀光泽。贝氏体是由铁素体和Fe3C组成的一种组织形态，常常出现在高碳铁碳合金中，具有相对较大的强度和韧性。