铁碳合金非平衡组织观察

实验二碳钢非平衡显微组织观察一、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. 研究和了解铁碳合金（碳钢）在非平衡状态下的显微组织形貌。

3. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

二、概述铁碳合金经缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合。

但碳钢在不平衡状态，即在快冷条件下的显镜组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线图—C曲线来确定。

图2-1为共析碳钢的C曲线图。

按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。

通过金相显微镜观察，可以看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能如表2-1所示。

表2-1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能图2-1 共析碳钢的C 曲线三、钢的退火的正火组织亚共析成分的碳钢（如40、45钢等）一般采用完全退火，经退火后可得到接近于平衡状态的组织，其组织特征已在实验一中加以分析和观察。

过共析成分的碳素工具钢（如T10、T12钢等）一般采用球化退火，T12钢经球化退火后组织中的二次渗碳体及珠光体中的渗碳体都将变成颗粒状，如图2-2所示。

图中均匀而分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。

45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多，如图2-3所示，原因在于正火的冷却速度稍大于退火的冷却速度。

图2-2 T12钢球化退火组织 图2-3 45钢正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即1c A 以上，但低于3c A ），然后在水中冷却，这种淬火称为亚温淬火。

根据Fe-Fe 3C 相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。

在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁素体，如图2-4所示。

45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图2-5所示。

⼯程材料实验指导书（附参考答案）西南交通⼤学⼯程材料实验指导书陈俊英⾼国庆杨萍编冷永祥万国江王良辉西南交通⼤学材料系2011 年10 ⽉实验须知1. 实验不得⽆故缺席，否则取消期未考试资格；2. 实验前认真做好预习，明确实验⽬的和原理，了解实验内容和步骤，以及注意事项；3. 实验过程中必须服从指导教师的指导，严格遵守安全及设备操作规章制度；4. 损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定进⾏全部或部分赔偿；5. 在实验过程中认真记录好实验数据，实验完毕后，实验数据及结果经指导教师认可并签字后⽅能离开实验室；6.，实验报告格式在本指导书后；交实验报告时同时还必须附上指导教师签字的实验数据及结果；7. 实验⼀⾄实验五在⽹上进⾏，⽹址是：/doc/931f19cdbfd5b9f3f90f76c66137ee06eff94e82.html /，进⼊材料系主页后，到⼯程材料精品课程⽹页的⽹上实验相应拦⽬中，时间在相应教学内容结束后⾃⼰安排，实验报告在所有实验结束后统⼀交；8. 实验六（材料综合实验）在材料实验室进⾏，具体时间在相应教学内容结束后安排。

9. 实验部分成绩占期末总成绩的20%，即20分；10. 在考试内容中涉及实验内容部分占20-30%，即20-30分。

⽬录实验实验⼀⾦属材料的硬度和冲击韧性测定┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（ 3）实验⼆铁碳合⾦组织观察第⼀实验部分铁碳合⾦平衡显微镜组织观察┅┅┅┅┅┅（ 5）第⼆实验部分铁碳合⾦⾮平衡显微镜组织观察┅┅┅┅┅（ 7）实验三铸铁⾦相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（ 9）实验四有⾊⾦相组织观察┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（10）实验五常规热处理┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（11）实验六综合实验┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（12）附录附录⼀┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（14）附录⼆┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（20）附录三┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（24）实验报告实验报告⼀┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（28）实验报告⼆第⼀实验部分报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（30）第⼆实验部分报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（32）实验报告三┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（34）实验报告四┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（35）实验报告五┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（36）综合实验报告┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅（37）实验⼀⾦属材料的硬度和冲击韧性测定⼀、实验⽬的1. 了解材料硬度测定原理及⽅法；2. 了解布⽒和洛⽒硬度的测量范围及其测量步骤和⽅法；3. 了解显微硬度的测量范围及⽅法；4. 了解冲击韧性设备的测定原理、⽅法；5. 了解脆性、韧性材料冲击后的断⼝及冲击值的区别。

铁碳合金平衡组织观察实验铁碳合金是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产中。

其性能与组织密切相关，而组织的形成与平衡相变过程密切相关。

为了深入了解铁碳合金的平衡组织形成机制，科学家们进行了一系列的实验观察。

实验一：样品准备科学家们准备了一系列不同成分的铁碳合金样品，按照质量百分比控制了碳含量在0.02%到6.7%之间。

样品制备过程中需注意保持样品的纯净度，避免其他杂质的影响。

实验二：样品加热处理将样品置于高温炉中，进行加热处理。

加热过程中需控制加热速率，以免样品出现不均匀加热的情况。

通过控制加热温度和时间，科学家们可以模拟不同条件下的热处理过程。

实验三：金相显微镜观察经过加热处理后的样品，科学家们使用金相显微镜进行观察。

金相显微镜是一种特殊的显微镜，可以通过对样品进行酸蚀或电解抛光等处理，使得样品表面显露出不同的组织结构。

通过观察样品的显微组织，可以了解铁碳合金的相变规律和组织形成机制。

实验四：相图分析除了金相显微镜观察外，科学家们还进行了相图分析。

相图是描述材料相变行为的图表，可以直观地显示出不同组分和温度条件下的相变情况。

通过对铁碳合金的相图分析，可以确定相变温度和组织形成的规律。

实验五：数据分析与总结科学家们将实验得到的数据进行分析，并进行总结。

他们对不同成分和温度条件下的铁碳合金组织进行了详细的观察和比较，找出了组织形成的规律。

同时，他们也根据实验结果进行了理论分析和模拟计算，验证了实验观察的准确性。

通过以上一系列的实验观察，科学家们对铁碳合金的平衡组织形成机制有了更深入的了解。

他们发现，铁碳合金的组织形成与碳含量、温度和冷却速率等因素密切相关。

在不同条件下，铁碳合金可以形成不同的组织结构，如珠光体、渗碳体、马氏体等。

这些组织结构的形成直接影响着铁碳合金的性能。

铁碳合金平衡组织观察实验的结果对工业生产具有重要意义。

根据实验结果，可以确定合适的热处理工艺，以获得所需的组织结构和性能。

同时，也为铁碳合金的合金设计和优化提供了理论依据。

铁碳合金平衡组织观察与分析材料工程1601实验者：王XX 学号：1703XXXXX一实验目的1、区别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）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，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

二概述铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。

铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的组织，其相变过程均按Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。

图3-1 Fe-Fe3C相图如图3—1所示，所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。

只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态，见表4—1。

碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织：表4—1 各种铁碳合金在室温下的显微组织及良好的塑性，硬度较低。

用3—4％硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。

（2）渗碳体（FeC）是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6．67％。

当用3～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。

由此可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，渗碳体呈观不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。

（3）珠光休（P）是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸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休与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具存不同特征的层片状组织。

在高倍放大时（照片4—1），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。

实验四铁碳合金非平衡组织观察一、实验目的识别铁碳合金在不同热处理状态下的显微组织加深对TTT曲线的理解及非平衡状态下钢的成份热处理工艺、组织之间的关系的认识。

二．实验原理碳钢经热处理后的组织，可以是平衡或接近平衡状态(如退火、正火)的组织，也可是不平衡组织(如淬火组织)，因此在研究热处理后的组织时，不但要参考铁碳相图，还要利用C曲线。

铁碳相图能说明慢冷时不同碳质量分数的铁碳合金的结晶过程和室温下的组织，计算相的质量分数。

C曲线则能说明一定成分的铁碳合金在不同冷却条件下的转变过程，及能得到哪些组织，如图4-1。

1．冷却时所得的各种组织组成物的形态a．珠光体（图4-2）珠光体是奥氏体高温转变的产物，根据其片层间距的大小可分为：(1)珠光体(P)是铁素体与渗碳体的机械混合物，层片较粗。

(2)索氏体(s)是铁素体与渗碳体的机械混合物。

其层片比珠光体更细密，在显微镜的高倍(700倍以上)放大下才能分辨。

(3)屈氏体(T)也是铁素体与渗碳体的机械混合物。

片层比索氏体更细密，在一般光学显微镜下无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色组织。

当其少量析出时，沿晶界分布呈黑色网状包围马氏体。

当析出量较多时，呈大块黑色晶团状。

只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层。

b．贝氏体贝氏体是奥氏体中温转变的产物，也是铁素体与渗碳体的两相混合物，但其金相形态与珠光体类组织不同，并因钢的成分和形成温度不同而有差别。

其组织形态主要有二种：（1）上贝氏体（B）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非层状组织。

当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶界内伸展，具有羽毛状特征。

在电镜下铁素体以几度到十几度的小位向差相互平列，渗碳体沿条的长轴方向排列成行。

（2）下贝氏体下贝氏体是在片状铁索体内部沉淀有碳化物的混合物组织。

由于下贝氏体易受浸蚀，所以在显微镜下呈黑色针状，在电镜下是以片状铁索体为基体，其中分布着很细的碳化物片，大致与铁索体片的长轴呈55。

实验四碳钢非平衡显微组织观察一、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. 了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

二、概述表4-1 共析碳钢（T8）过冷奥氏体在不同温度转变的组织及性能铁碳合金经缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合，但碳钢在不平衡状态，即在快冷条件下的显镜组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线图——C曲线来确定。

图4-1为共析碳钢的C曲线图。

按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。

通过金相显微镜观察，可以看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

共析碳钢过冷奥氏体在不同温度转变的组织特征及性能如表2-1所示。

图4-1 共析碳钢的C曲线三、钢的退火的正火组织亚共析成分的碳钢（如40、45钢等）一般采用完全退火，经退火后可得到接近于平衡状态的组织，其组织特征已在实验一中加以分析和观察。

过共析成分的碳素工具钢（如T10、T12钢等）一般采用球化退火，T12钢经球化退火后组织中的二次渗碳体及珠光体中的渗碳体都将变成颗粒状，如图2-2所示。

图中均匀而分散的细小粒状组织就是粒状渗碳体。

45钢经正火后的组织通常要比退火的细，珠光体的相对含量也比退火组织中的多，如图2-3所示，原因在于正火的冷却速度稍大于退火的冷却速度。

图4-2 T12钢球化退火组织图4-3 45钢经正火后的组织四、钢的淬火组织将45钢加热到760℃（即以上，但低于），然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火。

根据Fe-Fe3C相图可知，在这个温度加热，部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后将得到马氏体和铁素体组织。

在金相显微镜中观察到的是呈暗色针状马氏体基底上分布有白色块状铁素体，如图4-4所示。

45钢经正常淬火后将获得细针状马氏体，如图4-5所示。

由于马氏体针非常细小，在显微镜中不易分清。

若将淬火温度提高到1000℃（过热淬火），由于奥氏体晶粒的粗化，经淬火后将得到粗大针状马氏体组织，如图4-6所示。

常用金属材料的组织与性能分析一、实验目的:1、观察和研究各种不同类型常用金属材料的显微组织特征。

2、掌握成分、显微组织对性能的影响关系。

二、实验设备与材料:金相显微镜（MC006 4X1）视频图像处理金相显微镜（4XC-ST）计算机（成像、分析软件）常用金属材料的标准金相试样三.实验前思考问题:1、铁碳合金相图，不同碳钢的组织变化及其显微组织特征。

2、实验五钢的热处理，同一种钢材，不同的热处理下为什么性能出现较大的变化。

3、常用的金属材料有哪些。

四、实验内容:1、铁碳合金的平衡组织观察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（如退火）得到的组织。

可以根据Fe-Fe3C相图來分析其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，因而呈现不同的组织形态。

各种铁碳合金在室温下的显微组织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)是碳溶解于a-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白色块状分布；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(Fe3C)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，渗碳体任呈亮白色，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面；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)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。

当放大借数较低时，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。

铁碳合金平衡组织观察实验报告23铁碳合金是工业上使用最广泛的材料之一，其性能取决于其组织结构。

本实验通过观察铁碳合金在不同加热条件下的组织结构变化，探究其平衡组织规律。

一、实验原理1.1 铁碳相图铁碳相图显示了铁碳合金在不同温度下的组织结构和相变，是研究铁碳合金组织演变和性能改善的基础。

铁碳相图的主要特征是石墨化、珠光体和渗碳体三种组织结构，在不同温度下转变。

1.2 平衡组织和非平衡组织平衡组织是铁碳合金在经过充分时间和空间的均匀热处理后，形成的稳定相组织结构。

非平衡组织则是在较短时间内加热或冷却过程中形成的组织结构，不具有稳定性。

二、实验步骤2.1 样品制备选取未经处理的高碳钢，将样品切成长2cm、宽2cm、厚2mm的板材，并用细砂纸将表面清理干净。

加热镊夹住样品，用烧瓶烧热，观察样品的颜色和组织结构变化。

可以在加热过程中把样品从火焰中取出，在氧化性气体中冷却，观察组织结构的变化。

2.3 组织结构分析使用金相显微镜观察和拍摄样品的组织结构。

根据图像测量工具，测量颗粒大小、颗粒间距、组织形态等数据，分析组织结构变化规律。

三、实验结果3.1 不同温度下的组织结构在室温下观察样品，可以看到其表面有黑色的氧化物，切割后，可以看到均匀的珠光体组织。

当样品加热到400℃时，珠光体逐渐消失，替代它的是均匀分布的石墨化组织。

随着加热时间和温度的不断增加，石墨化组织逐渐变大，颗粒形状部分变细，其间距逐渐增大。

当样品加热到800℃时，出现了渗碳体组织，随着加热时间的继续增加，渗碳体的数量增加，逐渐取代了石墨化组织，形成了均匀的渗碳体结构。

在不同温度下，铁碳合金的组织结构存在着较为显著的变化规律。

在室温下，铁碳合金中的珠光体组织相对稳定，颗粒较小，位置分布比较均匀。

当样品加热到400℃左右时，珠光体逐渐消失，被石墨化取代。

在石墨化温度范围内，颗粒形状和大小发生了变化，但是个体之间的间距和数量基本保持不变。

当温度进一步升高到800℃时，渗碳体开始出现，它们的形状与大小我与石墨化时一样，但是它们的分布比较随机，成为主导组织，石墨化组织逐渐消失。

实验六铁碳合金显微组织的观察及分析实验项目名称：碳钢非平衡组织观察实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。

（2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。

（3）熟悉碳钢几种曲型热处理组织——M、T、S、M回火、S回火等组织的形态及特征。

二、实验内容和要求碳钢经退火、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。

铁碳合金缓冷后的显微组织基本上与铁碳相图所预料的各种平衡组织相符合，但在快冷条件下的显微组织就不能用铁碳合金相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线）来确定。

图1-1为共析碳钢的C曲线图。

图1-1 共析钢的C曲线铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C 曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。

C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。

按照不同的冷却条件，过冷奥氏体将在不同的温度范围发生不同类型的转变。

通过金相显微镜观察，可看出过冷奥氏体各种转变产物的组织形态各不相同。

1．共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1-1中。

2．共析钢连续冷却时的显微组织共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图1-1的v1）应得到100%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；当冷却速度增大到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，瞬时转变马马氏体。

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。

3．亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织亚共析钢的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，见图1-2所示。

当奥氏体缓冷时（相当于炉冷，如图1-2的v1）转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。

铁碳合金平衡组织观察
实验报告
一.实验目的
二、使用的设备仪器
三、实验方法、步骤
四、画出下列样品的组织示意图，并用箭头标明示意图中所示的组织
材料名称：工业纯铁材料名称：0.20%C 钢
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：0.45%C碳钢材料名称：1.2%C碳钢
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：共晶白口铸铁材料名称：过共晶白口铸铁
处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
五、分析
1.根据所观察的铁碳合金组织，说明含碳量对铁碳合金的组织和性能有什么影响。

2.根据杠杆定律如何确定未知样品的含碳量？试计算0.45%C的碳钢退火组织中先共析铁素体和珠光体的相对含量是多少？
3.何谓一次渗碳体、二次渗碳体和三次渗碳体？在显微镜下观察它们的形态有何特点？
兰州理工大学学生实验报告
学院机电工程学院
实验室实验中心
课程名称工程材料
实验类型验证性
实验名称铁碳合金平衡组织观察学生姓名
学生学号
实验日期
指导教师。