Fe-C平衡组织分析

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。

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。

实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析一、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。

建立起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。

二、概述平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。

在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。

图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。

在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。

但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。

表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。

表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织合金分类含碳量/% 显微组织工业纯铁<0.0218 铁素体（F）碳钢亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P)共析钢0.77 P过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ)白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e）共晶白口铸铁 4.3 L e过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I)铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。

采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。

图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图铁碳合金的各种基本组织特征如下：1.工业纯铁含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。

为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。

当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。

（a）250X （b）700X图2 工业纯铁的显微组织2.碳钢碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。

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。

实验五铁碳合金平衡组织的观察与分析一、实验目的1．熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。

2．了解由平衡组织估算亚共析钢含碳量的方法。

二、实验说明研究铁碳合金的平衡组织是分析钢铁材料性能的基础。

所谓平衡组织，是指合金在极其缓慢冷却条件下得到的组织。

如图5-1所示。

图5-1 Fe—Fe3C平衡组织相图由Fe—Fe3C相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体、渗碳体[由分从液体中直接析出的一次渗碳体（Fe3CⅠ）；从奥氏体中析出的二次渗碳体（Fe3CⅡ）；从铁素体中析出的三次渗碳体（Fe3CⅢ）]两个基本相所组成，但对不同含碳量的铁碳合金，由于铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件、形态与分布不同，从而使各类铁碳合金在显微镜表现出不同的组织形貌。

1．工业纯铁工业纯铁是指含碳量低于0.02％的铁碳合金，其显微组织由铁素体和三次渗碳体所组成。

经4%硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体晶粒呈亮白色块状，晶粒和晶粒之间显出黑线状的晶界。

三次渗碳体呈不连续的小白片位于铁素体的晶界处。

2．共析钢共析钢是指含碳量0.77％的铁碳合金。

共析钢的显微组织全部由珠光体组成。

在平衡条件下，珠光体是铁素体和渗碳体的片状机械混合物，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其铁素体和渗碳体均为亮白色；在较高放大倍数时（600×以上），能看到珠光体中片层相同的宽条铁素体细条渗碳体，且两者相邻的边界呈黑色弯曲的细条。

由于珠光体中铁素体与渗碳体的相对量相差较大，按照杠杆定律可计算出两者相对量的比约为8∶1，从而形成了铁素体片比渗碳体片宽的多的特征。

在中等放大倍数下（400×左右），因显微镜的分辨能力不够，珠光体中的渗碳体两侧边界合成一条黑线。

在放大倍数更低的情况下（200×左右），铁素体与渗碳体的片层都不能分辨，此时珠光体呈暗黑色模糊状。

3．亚共析钢亚共析钢是指含碳量为0.02~0.77％之间的铁碳合金。

亚共析钢的显微组织是由先共析铁素体（呈亮白色块状）与珠光体（呈暗黑色）组成。