铁碳合金平衡组织分析实验报告

铁碳合金平衡组织分析实验报告

实验报告

铁碳合金平衡组织观察和分析

一、实验目的

1．了解并熟悉金相显微镜的使用方法

2．通过观察和分析，熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

3. 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。加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。

二、实验内容

1． 观察表中所列金相样品的显微组织，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。

编 号 材 料 工 艺 浸 蚀 剂

1 工业纯铁 退 火 4％硝酸酒精溶液

2 亚共析钢（20钢） 退 火 4％硝酸酒精溶液

3 亚共析钢（45钢） 退 火 4％硝酸酒精溶液

4 共析钢（T8钢） 退 火 4％硝酸酒精溶液

5 亚共晶白口铸铁 铸 造 4％硝酸酒精溶液

6 过共晶白口铸铁 铸 造 4％硝酸酒精溶液

三、实验报告要求

1.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，并注明试样编号、材料名称、热处理状态、放大倍数和浸蚀剂。。

2.根据所观察的组织，说明碳含量对铁碳含金的组织和性能影响的大致规律。

四、思考题

渗碳体有哪几种？它们的形态有什么差别？

附录二 金相试样的制备

金相样品的制备一般包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。现简述如下：

一、 取样和镶嵌

取样部位及观察面的选择，必须根据被分析材料或零件的失效分析特点、加工工艺的性质，以及研究目的等等因素来确定。

进行失效分析研究时，应在失效部位完整地取样。

对于轧材，研究非金属夹杂物的分析和材料表面缺陷时，应垂直于轧制方向（即横向）取样；研究夹杂物的类型、形状、材料变形度、带状组织等时，应平行于轧制方面上（即纵向）取样。

对热处理后的零件，因为组织较均匀可任意选择取样部位和方向；对于表面处理过的零件，在表面部位取样，要能较全面地观察到整个表面层的变化。

取样时要注意方法，要避免因取样导致观察面的组织变化。一般软材料可用锯、车等方法；硬材料可用水冷砂轮切片机场割或电火花线切割；硬而脆的材料则可用锤击；大件可用氧割。等等。

试样大小一般以手拿操作方便即可（如直径10~15mm，高10mm的圆柱体）。若样品过小（如细丝、薄片）或形大辩论不规则，以及有特殊要求9例如要求观察表面组织），则必须进行镶嵌。

镶嵌方法有：低熔点合金的镶嵌、电木粉镶嵌、环氧树脂镶嵌等，此外还可用夹肯来夹持试样。

二、磨制

软材料粗磨可用锉刀锉平，一般钢铁用砂轮机磨平，打磨时用水冷，以防温度升高引起组织变化。

细磨可用手工磨或机械磨。手工磨是在金相砂纸上研磨。国产金相砂纸按粗到细分为01、02、03、04、05等号。研究磨时依次用01号磨至05号，且每换一号砂纸时将试样转90（即与上道磨痕方向垂直），以便观察上道磨痕是否被磨去。研究磨软材料时，可在砂纸上涂一层润滑剂，如机测、汽油、甘油、肥皂水等，以免砂粒嵌入试样表面。

为了加快研磨速度，可采用在转盘上贴上水砂纸的预磨机时行机械磨。水砂纸按粗细有200、300、400、500、600、700、800、900号等。用水砂纸盘磨样时，应不断加水冷却。同样，每换一号砂纸时试样用水冲洗干净，也调换90方向。

三、抛光

为了使磨面成为镜面，细磨后的试样还需进行抛光。抛光有机械抛光、电解抛光、化学抛光等方法，其中使用最广的是机械抛光。

机械抛光在专用抛光机上进行。抛光盘上装不同材料的抛光布（粗抛时常用帆而或粗呢，精抛时沿抛光盘上不断滴注抛光液（水或32OAl，32OCr，MgO的悬浮液）或在抛光盘上涂极细的金刚石研磨膏。试样磨面应均匀地、平正地压在旋转的抛光盘上。待试样表面磨痕全部消失且呈光亮的镜面时，抛光过程

就告结束。

电解抛光是将试样放入电解槽中，作为阳极，用不锈钢板或铅板作阴极，通以直流电流，使试样表面凸起的磨痕被溶解而抛光。化学抛光是依靠化学溶液对试样表面的电化学溶解而获得抛光表面的方法。

四、浸蚀

除观察试样中的某些非金属夹杂物或铸铁中的石墨形态等情况外，金相样品在抛光后还需进行浸蚀处理。

抛光后的试样只有通过浸蚀后才使显策组织显现出来，如图3所示。金相显微镜光源的光线照到试样表面，由于有的组织或是昌界易腐蚀而呈现凹凸不平，表面与入射光线垂直的组织将大部分把光线反射回

图3 金相显微组织成像原理图

去，在显微镜视场中呈白亮状；而有些组织由于表面不垂直于入射光线，而使许多光线散射掉，只有很少的光线反射回去，在显微镜视场中呈灰暗状。由此明暗不同产生衬度而形成图象。

金属材料的常用化学浸蚀剂见表9（见下页）。

浸蚀时，可钭试样磨面浸入腐蚀剂中，也可用棉花沾浸蚀剂擦拭表面。浸蚀的深浅根据组织的特点和观察时的放大倍数来确定。高倍观察浸蚀要轻一些。一般待试样表面颜色稍发暗时间即可。浸蚀后用水冲洗，再用洒精清洗，最后用吹用机吹干或用吸水纸、棉花等吸干。

表9 常用的金相试剂

序号 试剂名称 成分 适用范围 注意事项

1 硝酸酒精溶液 硝酸HNO3酒精 1~5毫升

100毫升 碳钢及低合金钢的组织显示 硝酸含量按材料选择，浸蚀数秒钟

2 苦味酸酒精溶液 苦味酸酒精 2~10克

100毫升 对钢铁材料的细密组织显示较清晰 浸蚀时间为数秒钟至数分钟

3 苦味酸盐酸酒精溶液 苦味酸

盐酸HCl

酒精 1~5克

5毫升

100毫升 显示淬火及淬火回火后钢的晶粒和组织 浸蚀时间较上例约快数秒钟至一分钟

4 苛性钠苦味酸苛性钠 25克 钢中的渗碳体染成加热煮沸浸蚀5~30分钟

水溶液 苦味酸

水H2O 2克

100毫升 暗黑色

5 氯化铁盐酸水溶液 氯化铁FeCl3

盐酸

水 5克

50毫升

100毫升 显示不锈钢，奥氏体高镍钢，铜及铜合金组织，显示奥氏体不锈钢的软化组织 浸蚀至显现组织

6 王水甘油溶液 硝酸

盐酸

甘油 10毫升

20~30毫升

30毫升 显示奥氏体镍铬合金等组织 先将盐酸与甘油充分混合，然后加入硝酸，试样浸蚀前先行用势火预热

7 高锰酸钾苛性钠 高锰酸钾苛性钠 4克

4克 显示高合金钢中碳化物、相等 煮沸使用，浸蚀1~10分钟

8 氨水双氧水溶液 氨水（饱和）

H2O2（3%）水溶液 50毫升

50毫升 显示铜及铜合金组织 随用随配，以保持新鲜，用棉花醮擦

9 氯化铜氨水溶液 氯水（饱和）

氨水（饱和） 8克

100毫升 同上 浸蚀30~60秒

10 硝酸铁水溶液 硝酸铁Fe(NO3)3水 10克

100毫升 显示铜合金组织 用棉花擦拭

11 混合酸 氢氟酸（浓）

盐酸、

硝酸2.5毫升 1毫升

1.5毫升

水95毫升 显示硬铝组织 浸蚀10~20秒或用棉花醮擦

12 氢氟酸水溶液 氢氟酸HF（浓）

水 ③ 5毫升

99.5毫升 显示一般铝合金组织 用棉花擦试

13 苛性钠水溶液 苛性钠

水 1克

90毫升 显示铝及合金组织 浸蚀数秒钟

14 显示原始奥氏体晶界 ③ 苦味酸3克，20型洗衣粉0.5克（内含烷基磺酸钠），水100毫升

2. 盐酸25毫升，硝酸4毫升，水25毫升 2CrNi3

30CrMnSi

38CrMoAl

40CrNiMo等

原始回火高速钢原始奥氏体晶界 40~60℃

③ 5~2分钟

浸蚀后轻抛数秒

金相显微镜的使用及维护

2.研究金相显微组织的光学显微镜称为金相显微镜。金相显微镜可分为台式、立式和卧式三大类，构造由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。有的显微镜还附有摄影装置。现以本室使用的4X型台式金相显微镜为例加以说明。

（1）光学系统

4X型金相显微镜的光学系统如图13所示。由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径栏9，再经过聚光镜3聚集到物镜的后焦面，最后通过物镜平行照射到试样7的表面。从试样反射回来的光线复经物镜组6和辅助透镜5，由半反射镜4转向，经过辅助透镜以及棱镜造成一个被观察物体的倒立的放大实象。该象再经过目镜15的放大，就成为在目镜视物中能看到的放大映象。

图13 4X型金相显微镜的光学系统

（2）照明系统

在金相显微镜的底坐内装有一低压（6～8V、15W）灯泡作为光源，由变压

器降压供电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。聚光镜，孔径光栏及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上。它们组成显微镜的照明系统，使试样表面得到充分、均匀的照明见图14。

（3）机械系统

图14 4X型金相显微镜构造

显微镜调焦装置：在显微镜体的两侧有粗动和微动调焦手轮，两者在同一部位。随粗调手轮的转动，支承载物台的弯臂作上下。运动在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。微调手轮使显微镜本体沿着滑轨缓慢移动。在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下微动0.002mm。与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有二条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就自动被限制住，此时，不能再继续旋转而应倒转回来使用。

载物台（样品台）：用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，用手推动，可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察位置。

孔径光栏和视物光栏：孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物象达到清晰的程度。视物光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视物明亮而无阴影，在刻有直纹的套