铁碳合金的显微组织及分析

实验3 铁碳合金平衡组织观察一、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、概述铁碳合金的显微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

因此我们可以根据Fe －Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（图1-1所示）。

图1-1 Fe－Fe3C相图铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。

此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe－Fe3C相图的理解。

从Fe－Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相组成。

但是由于含碳量不同，因而呈现各种不同的组织形态。

用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织。

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。

实验三铁碳合金相图及平衡组织分析一、实验目的1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备二、实验原理通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。

按组织分区的Fe-Fe3C相图（一）铁碳合金中的几种基本相和组织（1）铁素体（F）。

它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。

具有磁性及良好的塑性，硬度较低。

用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。

亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。

（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%。

用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。

此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。

（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。

由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。

因此，铁素体后，渗碳体薄。

硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。

1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。

实验五铁碳合金的显微组织及分析一、实验目的1、进一步熟悉Fe-Fe3C相图。

2、掌握各相和组织组成以及它们的金相形貌特征（珠光体、铁素体、渗碳体、莱氏体等）。

3、掌握共晶、亚共晶、过共晶白口铸铁的显微组织特征（莱氏体、变态莱氏体，一次渗碳体、共晶渗碳体和二次渗碳体的形成与形貌特点；高温奥氏体转变所得室温产物等)。

4、了解碳含量对各相及组织组成物的形貌和相对量的影响。

二、实验原理简介1、铁碳合金相图2、根据组织特征，将铁碳合金按含碳量化分为七种类型：（1）工业纯铁(< 0.0218%C)；（2）亚共析钢(0.0218-0.77%C)；（3）共析钢(0.77%C)；（4）过共析钢(0.77-2.11%C)；（5）亚共晶白口铸铁(2.11-4.30%C)；（6）共晶白口铸铁(4.30%C)；（7）过共晶白口铸铁(4.30-6.69%C)。

三、实验内容及步骤实验内容：1、白口铁凝固组织的观察与分析。

注意：（1）三次渗碳体的形成及辨认；（2）网状铁素体与渗碳体的区分；（3）含碳量对铁素体形态及分布的影响；（4）二次渗碳体的分布特点，最大析出量。

2、钢的平衡组织及含碳量的影响（固态转变组织）。

注意：（1）三次渗碳体的形成及辨认；（2）网状铁素体与渗碳体的区分；（3）含碳量对铁素体形态及分布的影响；（4）二次渗碳体的分布特点，最大析出量。

实验步骤：1、用低倍观察组织的全貌，了解一般规律。

2、用高倍对某相或某些细节仔细观看，找出特点，了解特殊规律。

3、有了该组织的基本形貌特征概念后，画出观察到的组织。

四、实验仪器及设备1、光学显微镜；2、标准样品：纯铁、20钢、60钢、T8共析钢、T12钢；亚共晶、共晶、过共晶白口铁。

五、实验结果（见附图。

）六、分析和讨论图1：工业纯铁，白色等轴多边形晶粒为铁素体，黑色线条为铁素体边界。

图2：20钢，白色晶粒为铁素体，黑色块状为珠光体。

因放大倍数较低，珠光体中的层状结构未能显示出来，故呈黑色块状。

铁碳合金显微组织实验报告铁碳合金显微组织实验报告引言：铁碳合金是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产中。

其性能与显微组织密切相关，因此对铁碳合金的显微组织进行研究至关重要。

本实验旨在通过光学显微镜观察和分析铁碳合金的显微组织，探究不同碳含量对其组织结构的影响。

实验方法：1. 样品制备：选取不同碳含量的铁碳合金样品，将其切割成适当大小的试样。

2. 粗磨：使用砂纸将试样表面的氧化物和污垢去除，使其表面平整。

3. 精磨：将试样放置在研磨机上，使用细砂纸进行研磨，直至试样表面光洁。

4. 腐蚀：将试样浸泡在盐酸溶液中，以去除试样表面的氧化膜。

5. 试样装备：将处理后的试样放置在显微镜载玻片上，用胶水固定。

6. 显微观察：使用光学显微镜对试样进行观察，并拍摄显微照片。

实验结果与分析：通过对不同碳含量的铁碳合金样品进行显微观察，我们观察到了不同的显微组织结构。

在低碳含量的合金中，我们可以看到大量的珠光体晶粒，这是由于碳在铁基体中的溶解度较低，无法形成大量的渗碳体。

而在高碳含量的合金中，我们可以观察到较多的渗碳体，这是由于高碳含量使得铁基体中的碳溶解度增大，渗碳体的形成得以促进。

另外，我们还观察到了铁碳合金中的珠光体和渗碳体的分布情况。

在低碳含量的合金中，珠光体晶粒较大且分布均匀，渗碳体相对较少。

而在高碳含量的合金中，渗碳体的数量明显增多，且分布不均匀，常出现团聚现象。

通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 铁碳合金的显微组织受碳含量的影响较大，低碳含量下以珠光体为主，高碳含量下以渗碳体为主。

2. 碳含量的增加会导致渗碳体的数量增多，且分布不均匀。

3. 铁碳合金的显微组织结构对其性能具有重要影响，珠光体晶粒的大小和分布均匀性与合金的强度和韧性密切相关。

结论：本实验通过光学显微镜观察和分析了不同碳含量的铁碳合金的显微组织结构。

实验结果表明，碳含量的增加会导致渗碳体的数量增多，且分布不均匀。

铁碳合金的显微组织结构对其性能具有重要影响，珠光体晶粒的大小和分布均匀性与合金的强度和韧性密切相关。

实验一铁碳合金平衡组织的显微分析及观察一．实验目的1．认识不同成分的铁碳合金在平衡状态下的组织形态。

2．加深理解铁碳合金的化学成分－组织－性能之间的关系。

3．分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响。

二．实验原理在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。

铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁。

从铁碳合金状态图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温均由铁素体（F）和渗碳体(Fe3C)这两个基本相所组成。

但由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现出各种不同的组织状态。

在金相显微镜下铁碳合金的几种基本组织：1．铁素体（F）它是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。

在金相显微镜观察为白色晶粒，亚共析钢中的铁素体呈块状分布，随着钢中含碳量的增加，铁素体数量减少，其形状也由多边形块状逐渐变成在珠光体边界呈断续网状分布。

2．渗碳体（Fe3C）它是铁和碳形成的化合物，其碳的质量分数为6.69%，抗浸蚀能力较强，经3-5%硝酸酒精溶液浸市蚀后呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成暗黑色。

由此可以区别铁素体和渗碳体。

3．珠光体（P）它是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理下，是由铁素体和渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和条状渗碳体；当放大倍数较低时，这时所观察到的珠光体中的渗碳体呈一条黑线。

当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。

4．莱氏体（L＇d）它是在室温时,由珠光体、共晶渗碳体及二次渗碳体所组成的机械混合物。

经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，莱氏体的组织特征氏，在白亮色的渗碳体基体上分布着许多黑色点（块）状或条状的珠光体。

二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，没有边界线无法分辨开。

三．实验内容观察给出试样的显微组织，画出所观察到组织的示意图。

实验一、铁碳合金平衡组织的显微分析（金相试样的制备）一实验目的：1. 掌握一般金相显微样品的制备过程和基本方法。

2. 熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特征及识别方法。

二实验原理：金相试样加工工艺和对各种金相试样的检测，对了解金属的质量、性质是非常重要的。

金相试样的表面加工的手段方法也是各有不同。

但就我们国内金属试样的加工水平来讲，还是停留在比较原始的阶段，就工艺而言，大多数还是手工操作。

工艺流程大致是这样：砂轮片研磨（找平），降幂颗粒的砂纸研磨（3-4次），抛光腐蚀后上镜检测。

金相试样制备步骤：1、取样：从具有代表性的部位处截取直径12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长为12～15mm的方形试样。

例如，检验表面脱碳层的厚度应取横向截面、观察纵裂纹就要取纵向截面。

截取时应保证试样表面的显微组织不发生变化。

用手锯、机床截取、线切割等，但必须注意的是在取样过程中要防止试样受热或变形而引起的组织变化，破坏了其组织的真实性。

为防止受热可在截取过程中用冷却液冷却试样。

金相试样的尺寸要便于手握持和易于磨制，常用的试样尺寸为：Φ12×10或12×12×10，如果不是观察表面组织，可以倒角便于磨制。

根据需要，例如观察表面渗碳层的厚度，为防止在磨制过程中发生倒角，应采用镶嵌法，把试样镶嵌在热塑性塑料或热固性塑料中。

2、镶嵌：比较小或形状不规则的试样，可以镶嵌在低熔点合金或塑料中，以便于磨制和抛光。

3、磨制：截取好或镶好的试样首先在砂轮机上进行粗磨，尽量磨平，同时试样的棱角要倒圆；然后用2#、11/2#、1#等粗砂布和w28、w20、w14、w10、w7、w5金相砂纸按顺序逐级进行磨制，这样砂布或砂纸上的磨粒与试样表面产生的磨痕随着磨粒的减小而变小，直至磨平。

磨制时，当试样表面只有与磨制方向一致的磨痕时，才能更换较细粒度的砂纸（见图2、图3），每次更换砂纸磨制时，试样磨制方向应转90°，这样才能看出上次较粗的磨痕是否磨去。

铁碳合金平衡组织的显微分析铁碳合金是由铁和碳构成的合金，是工业中广泛应用的重要材料之一、铁碳合金的组织特点对其力学性能和热处理性能具有重要影响。

因此，对铁碳合金的显微组织进行分析是非常重要的。

铁碳合金的显微组织分析主要包括光学显微镜和扫描电子显微镜两种方法。

下面将结合这两种方法对铁碳合金的平衡组织进行分析。

铁碳合金的平衡组织主要包括珠光体、渗碳体和残余奥氏体。

光学显微镜是一种常见的显微分析方法，通过对样品进行打磨、腐蚀和显微观察，可以清晰的观察到铁碳合金的组织特征。

首先，通过光学显微镜观察，可以明显看到铁碳合金的珠光体组织。

珠光体是一种石墨化的组织，由球状的珠粒组成。

珠光体的颗粒大小和分布情况对铁碳合金的力学性能和热处理性能有着重要的影响。

接下来，通过光学显微镜还可以观察到渗碳体的存在。

渗碳体是一种碳在铁中的溶解度有限的组织，它以板状或带状的形式分布在铁基体中。

渗碳体的含量和分布情况对铁碳合金的硬度和耐磨性能有着重要的影响。

此外，在光学显微镜下还可以观察到残余奥氏体的存在。

残余奥氏体是在快冷过程中不能完全转变为珠光体的奥氏体。

其含量和分布情况对铁碳合金的韧性和硬度也有一定的影响。

然而，光学显微镜只能观察到宏观组织，对于一些细小的组织特征无法进行观察和分析。

这时候就需要扫描电子显微镜(SEM)来进一步分析。

扫描电子显微镜是一种表面观察的显微镜，通过扫描样品表面并感应到样品表面反射的电子来形成影像。

它具有高分辨率和高放大倍数的优点，可以观察到铁碳合金的细小组织特征，如碳化物颗粒的形状和分布情况。

通过扫描电子显微镜观察，可以发现铁碳合金中的碳化物颗粒往往呈片状或者棒状，并分布在铁基体中。

碳化物颗粒的形状和分布对铁碳合金的硬度和耐蚀性有着重要的影响。

除了显微镜分析外，还可以使用X射线衍射(XRD)和电子探针X射线显微镜(EPMA)对铁碳合金的组织进行分析。

XRD可以用于定性和定量分析组织相的成分和含量，而EPMA则可以用于元素的定量分析和元素的分布状况。

铁碳合金显微组织实验报告实验目的本实验旨在通过显微组织分析的方法，研究铁碳合金的显微组织特征及其对材料力学性能的影响。

实验所需材料和设备•铁碳合金试样•金相显微镜•砂纸和抛光腊•金相试样制备设备（如研磨机、抛光机等）实验步骤步骤一：试样制备1.将铁碳合金试样切割成适当大小的样品块。

2.使用砂纸对试样进行粗磨，使其表面平整。

3.用抛光腊对试样进行抛光，直到获得光滑的试样表面。

步骤二：试样腐蚀1.将抛光后的铁碳合金试样放入适当的腐蚀剂中，如1%的酸溶液中。

2.控制腐蚀时间，通常为几分钟至几小时，以获得清晰的试样显微组织。

步骤三：试样显微组织观察1.从腐蚀液中取出试样，用去离子水冲洗干净，并用酒精吹干。

2.将试样放置在金相显微镜上，调整焦距和放大倍数。

3.观察试样的显微组织特征，如晶粒尺寸、晶界、相组成等。

步骤四：显微组织分析1.使用金相显微镜对试样进行拍照，记录试样显微组织的图像。

2.使用图像处理软件对显微组织图像进行分析，如测量晶粒尺寸、相含量等。

3.根据分析结果，进行显微组织特征的定量描述，并与材料力学性能进行关联。

实验结果与讨论通过显微组织分析，我们观察到铁碳合金试样的显微组织特征如下： 1. 晶粒尺寸较小且均匀分布。

2. 存在一定数量的晶界，晶界对应着晶格排列的断裂面。

3. 试样中出现了不同的相，如铁素体和珠光体，相的含量对试样的力学性能有一定影响。

根据显微组织特征的定量描述和分析结果，我们可以得出以下结论： 1. 较小而均匀的晶粒尺寸有利于提高材料的强度和硬度。

2. 晶界对于材料的韧性和断裂韧性有重要影响。

3. 不同相的含量和分布对材料的力学性能产生显著影响，进一步的研究可以帮助优化材料的性能。

结论本实验通过显微组织分析的方法，研究了铁碳合金的显微组织特征及其对材料力学性能的影响。

实验结果表明，铁碳合金试样具有较小而均匀的晶粒尺寸、晶界和不同相的存在。

这些显微组织特征对材料的强度、硬度、韧性和断裂韧性等力学性能产生重要影响。

实验指导书实验一铁碳合金平衡组织显微分析一、实验目的1．了解碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。

2．分析成分（含碳量）对碳钢和白口铸铁显微组织的影响，理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二实验内容及步骤1．实验前复习教材中有关内容和预习实验指导书。

2．在显微镜下对各种试样进行观察和分析，确定其组织组成物。

3．画出所观察的显微组织示意图。

4．根据显微组织中珠光体所占面积的百分数近似地确定一种亚共析钢的平均含碳量。

三、实验设备及材料1．金相显微镜2．金相图谱3．各种铁碳合金显微试样Ⅰ-1 工业纯铁；Ⅰ-2 20 钢；Ⅱ-1 亚共晶白口铸铁;Ⅰ-3 T8 钢；Ⅱ-2 共晶白口铸铁；Ⅰ-4 T12 钢; Ⅱ-3 过共晶白口铸铁四、实验注意事项1．在观察显微组织时，可先用低倍全面进行观察，然后用高倍对部分区域进行详细观察。

2．要正确使金相显微镜，特别要注意：将显微镜的灯泡（6~8V）插头，插在变压器上，切勿直接插在200V的电源插座上，否则灯泡立即烧坏。

3．对试样，不得用手触摸试样表面或将试样重叠起来，以免损伤试样表面。

4．画显微组织图时，应抓住其形态特点，注意不要将磨痕或杂质画在图上。

五、实验报告要求1．实验目的。

2．画出所观察过的显微组织示意图（在直径为30mm的圆内画，并将组织组成物名称以箭头引出标明，在图的下面注明材料名称、含碳量、侵蚀剂、放大倍数，以及简单的描述。

）。

3．根据所观察的组织，近似地估算一种亚共析钢的含碳量。

实验报告实验一铁碳合金平衡组织显微分析学生姓名班级学号实验日期指导教师。