材料课件 铁碳合金的显微组织分析

铁碳合金的显微组织及分析材科095 陈国滔 40930366引言：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。

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。

通过此次实验，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。

一、铁碳合金在金相显微镜下具有的四种基本组织1、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。

2、渗碳体（）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。

3、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。

4、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。

二、铸铁与石墨化1.石墨化的三阶段：● 第一阶段：液相中析出石墨（先共晶） ● 中间阶段：奥氏体中直接析出石墨 ● 第二阶段：共析转变中析出石墨3Fe C2.相图三、各种铁碳合金在室温下的显微组织四、不同成分的铁碳合金在室温下的显微组织见表五、实验数据六、实验数据分析1.工业纯铁在室温下具有单相铁素体的组织，显微组织中的褐色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的片状三次渗碳体。

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。

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）3. 磨制试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。

实验五铁碳合金的显微组织与分析摘要C相图的基础上，对不同成分铁碳合金的显微组织进行观在充分理解Fe-Fe3察，并全面的分析了碳钢、白口铸铁不同显微组织的形成过程及铁碳合金的进本组织的形貌特征，对铁碳合金和Fe-Fe3C进行了概括性的分析与总结。

关键词C相图钢白口铸铁铁碳合金 Fe-Fe3一、实验目的1.进一步熟悉铁碳合金相图（C相图）。

FeFe32.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.了解含碳量对各相及组织组成物和形貌和相对量的影响。

二、相关原理三、实验设备及材料1.光学显微镜2.标准实验样品：（1）亚共析钢（0.0218-0.77%C）：20，60（2）共析钢（0.77%C）：T8（3）过共析钢()0.77-2.11%C):T12（4）亚共晶白口铸铁（2.11-4.30%C）（5）过共晶白口铸铁（4.30-6.99%C）四、实验内容1.钢的平衡组织及含碳量的影响（固态转变组织）（1）三次渗碳体的形成及确认；（2）网状铁素体及渗碳体的区分；（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.白口铸铁凝固组织的观察与分析（1）先共晶产物的形态特征；（2）先共晶莱氏体的形态特征；（3）奥氏体稳定温度区间降温时的组织变化；（4）珠光体团的形状；3.观察并画出6块样品的组织示意图。

五、思考题1.怎样鉴别0.7%C合金的网状铁素体和1.3%C合金的网状渗碳体？答：网状铁素体与网状渗碳体，二者较难区分，若用煮沸的碱性苦味酸钠溶液做浸蚀剂，则可将渗碳体网染成黑色，而铁素体仍为亮白色。

因此这种实际可以将接近共析成分的亚共析钢与过共析钢区别开来。

2.冷却速度对组织形貌和相对量有无影响？并举例说明。

答：有影响。

以工业纯铁为例，冷却速度越慢，则析出的渗碳体就越细小弥散。

当冷却速度不够缓慢时，渗碳体析出的过程往往进行的不充分，因而室温下铁素体的含碳量往往是过饱和的。

实验十铁碳合金显微组织的观察与分析前言铁碳合金是以铁为主，加入少量碳而形成的合金，具有多种相结构和组织。

其价格低，易加工，在实际生产中得到了广泛的应用。

而铁碳合金的显微组织是研究和分析贴碳材料性能的基础。

本次试验在进一步熟悉铁碳相图的基础上，达到掌握珠光体、铁素体、莱氏体、渗碳体等相和组织的成分、形貌特征的LI的，同时学分分析各组织的形成过程，了解碳含量对各相及组成物的形貌和相对量的影响。

摘要在充分理解Fe-Fe3C相图的基础上，对不同成分铁碳合金的显微组织进行观察，并全面的分析了碳钢、白口铸铁不同显微组织的形成过程及铁碳合金的进本组织的形貌特征，对铁碳合金和Fe-Fe3C进行了概括性的分析与总结。

关键词铁碳合金Fe-Fe3C相图钢白口铸铁一、实验设备与材料实验设备：光学显微镜9 T12钢，退火4%硝酸酒精 10白口铸铁亚共晶白口铁 2. 14~4. 3 4%硝酸酒精 11 共晶白口铁 4. 3 4%硝酸酒精 12过共晶白口铁4. 3、6. 674%硝酸酒精二、Fe-Fe 3C 相图及典型铁碳合概述铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础，山于碳含量高于6. 69%的铁碳合金脆 性大，因而只研究Fe-Fe 3C 部分。

如下图所示的Fe-FeC 体系相图中，存在液相、 固溶体相8 (Fe), a (Fe), Y (Fe)及0 ~Fe3C 相。

根据组织特征则有奥氏体(A),铁 素体(F), §铁素体、渗碳体或夜析渗碳体(Fe 3C.).二次渗碳体(Fe 3C,.).三次渗 碳体(FeC 珠光体(P)、莱氏(Ld)、变态莱氏体(Ld ，)和液体(L)。

相图中三条平衡线表示三个恒温反应。

1493°C 发生包晶反应，此次试验不做研究。

1148 °C 发 生共品反应： LoA+Fe3C 共 品反应形成奥 氏体与渗碳体 的共晶混合物, 称为莱氏体 (Ld)。

冷却至室 温后莱氏体中 的奥氏体转变 为珠光体，此时 莱氏体为变态莱氏体(Ld')。

铁碳合金平衡组织的显微分析一实验目的1.识别和研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2.加深理解铁碳合金成分、组织与性能之间的相互关系;3.掌握金相显微镜的使用方法。

二实验设备及材料1.金相显微镜；2.金相挂图；3.各种铁碳合金的标准试样。

三实验原理1.铁碳合金的分类及其平衡组织铁碳合金平衡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，分析铁碳合金的平衡组织以铁碳合金相图为依据。

根据组织特征及含碳量的不同，铁碳合金分为工业纯铁、碳钢和白口铸铁三大类。

图1 铁碳合金相图类型含碳量（%）显微组织工业纯铁＜0.0218铁素体碳钢亚共析钢0.0218～0.77铁素体+ 珠光体共析钢0.77珠光体过共析钢0.77～2.11珠光体+ 二次渗碳体白口铸铁亚共晶白口铁 2.11～4.3珠光体+二次渗碳体+莱氏体共晶白口铁 4.3莱氏体过共晶白口铁 4.3～6.69莱氏体+ 一次渗碳体表1 铁碳合金的分类及组织类型1）工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金通常称为工业纯铁。

它为两相组织，即由铁素体和少量三次渗碳体组成。

如图2所示，工业纯铁经硝酸酒精溶液浸蚀后的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基体为铁素体。

三次渗碳体一般沿铁素体晶界分布，由于量很少，看不出来。

图2 工业纯铁的显微组织▪2）亚共析钢▪含碳量在0.0218-0.77%的钢为亚共析钢，其室温组织由铁素体和珠光体组成，随着含碳量的增加，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，当含碳量增至0.77%则全部为珠光体。

亚共析钢经硝酸酒精溶液浸蚀后，亮白色的为铁素体，暗黑色的为珠光体，如图3所示。

图3 亚共析钢的显微组织3）共析钢含碳量为0.77％的碳钢，称为共析钢，由单一的珠光体组成。

珠光体是由铁素体和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细条渗碳体；当放大倍数较低时，渗碳体片层就只能看到一条黑线，它实际上就是渗碳体。

实验十铁碳合金的显微组织及分析1 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。

2 实验设备及材料1.光学显微镜2.标准实验样品：45钢，60钢，T8钢，T12钢，亚共晶、共晶、过共晶白口铁。

3 实验原理3.1铁碳相图及其组织组成物如图3.1铁碳相图所示，不同的碳含量，平衡组织也不相同，具体如下表3.1所示3.2随碳含量增加的组织形貌改变碳含量低于0.0218%时，组织在光镜下为白色铁素体晶粒；随碳含量增加，出现第二相组织为珠光体，光镜中为暗黑色组织；当含碳量达到0.77%时，变为单相珠光体组织，光镜下为黑白相间的细条形貌；含碳量继续增大，原晶粒晶界处出现网状白色第二相为一次渗碳体；含碳量继续增大，光镜中能看到呈树枝状分布的黑色区域是由先共晶奥氏体转变成的珠光体，周围一圈白色为二次渗碳体，其余为变态莱氏体；当碳含量达到4.3%时，变为莱氏体组织；碳含量继续增大，出现粗大的片状一次渗碳体，其余为变态莱氏体。

4实验内容及步骤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5实验结果实验结果如附图所示。

6 结论图a：60钢，亚共析钢，白色块状为铁素体，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清晰显示出来，故呈黑色块状。