材料课件实验五铁碳合金组织观察

1 实验一 铁碳合金平衡组织观察

一．实验目的

1．观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。

2．加深理解铁碳合金的化学成分、温度、组织、性能之间的关系。

3．通过本实验，进一步掌握Fe-Fe3C相图。

4．熟悉金相显微镜的使用。

二．概述

碳钢和铸铁是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与组织有密切的联系，因此熟悉掌握它们的组织是钢铁材料的使用者最基本的要求。

1． 碳钢和白口铸铁的平衡组织

平衡组织一般是指合金在极为缓慢冷却的条件下（如退火状态）所得到的组织。铁碳合金在平衡状态的显微组织（简称组织）可以根据Fe-Fe3C相图来分析。从相图可知，所有碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）所组成。但是，由于含碳量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布和混合情况均不一样，因此呈现各种不同特征的组织组成物。碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织见表1.1。

表1.1各种铁碳合金在室温时的显微组织

合金分类 碳含量（％） 显微组织

工业纯铁 ＜0.0218 铁素体(F)

碳钢 亚共析钢 0.0218～0.77 铁素体＋珠光体

共析钢 0.77 珠光体（P）

过共析钢 0.77～2.11 珠光体＋二次渗碳体（Fe3CⅡ）

白口铸铁 亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 珠光体＋二次渗碳体＋低温莱氏体Le′

共晶白口铸铁 4.3 低温莱氏体Le′

过共晶白口铸铁 4.3～6.69 一次渗碳体(Fe3CⅠ)＋低温莱氏体Le′

2 2． 各种组成相或组织组成物

1） 铁素体（F） 是碳固溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。铁素体为体心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度低，一般为HB80－120，经3－5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织（图1.1）。随着钢中碳含量的增加，铁素体量减少。铁素体量较多时呈块状分布（图1.2）。当钢中碳含量接近共析成分时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围（图1.3）。

１ 实验一 铁碳合金平衡组织地显微分析及观察

一．实验目地

1．认识不同成分地铁碳合金在平衡状态下地组织形态.

2．加深理解铁碳合金地化学成分－组织－性能之间地关系.

3．分析含碳量对铁碳合金显微组织地影响.

二．实验原理

在金相显微镜下观察到地金属内部结构称为显微组织,平衡状态地显微组织是指合金在极为缓慢地冷却条件下所得到地组织.铁碳合金地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地室温均由铁素体（F）和渗碳体(Fe3C)这两个基本相所组成.但由于碳地质量分数不同,铁素体和渗碳体地相对数量.析出条件以及分布情况均有所不同,因而呈现出各种不同地组织状态.

在金相显微镜下铁碳合金地几种基本组织：

1．铁素体（F） 它是碳溶于α-Fe中地间隙固溶体.在金相显微镜观察为白色晶粒,亚共析钢中地铁素体呈块状分布,随着钢中含碳量地增加,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） 它是铁和碳形成地化合物,其碳地质量分数为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地机械混合物,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地层片状组织,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地宽条铁素体和条状渗碳体；当放大倍数较低时,这时所观察到地珠光体中地渗碳体呈一条黑线.当组织较细而放大倍数较低时,珠光体地片层就不能分辨,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地机械混合物.经4%硝酸酒精溶液浸蚀后,莱氏体地组织特征氏,在白亮色地渗碳体基体上分布着许多黑色点（块）状或条状地珠光体.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.

铁碳合金显微组织观察实验报告

一、实验目的

1、 熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征。

2、 掌握根据铁碳相图分析不同成分铁碳合金的结晶过程及室温组织。

3、 学会使用金相显微镜观察并识别各种铁碳合金的显微组织。

二、实验设备及材料

1、 金相显微镜。

2、 不同成分的铁碳合金试样（如工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁等）。

3、 金相砂纸、抛光机、腐蚀剂（如 4%硝酸酒精溶液）等。

三、实验原理

铁碳合金的平衡组织是指在极其缓慢冷却的条件下所得到的组织。根据铁碳相图，铁碳合金在室温下的平衡组织由铁素体（F）、珠光体（P）、渗碳体（Fe₃C）三种基本相组成。

工业纯铁的含碳量小于 00218%，其显微组织为单相铁素体。

亚共析钢的含碳量在 00218%至 077%之间，其组织由铁素体和珠光体组成。随着含碳量的增加，珠光体的含量逐渐增多。 共析钢的含碳量为 077%，其组织全部为珠光体。

过共析钢的含碳量在 077%至 211%之间，其组织由珠光体和二次渗碳体组成。

亚共晶白口铸铁的含碳量在 211%至 43%之间，其组织由珠光体、二次渗碳体和莱氏体组成。

共晶白口铸铁的含碳量为 43%，其组织为莱氏体。

过共晶白口铸铁的含碳量大于 43%，其组织由一次渗碳体和莱氏体组成。

通过对不同成分铁碳合金的显微组织观察，可以确定其成分，并分析其性能。

四、实验步骤

1、 制备试样

取样：从不同成分的铁碳合金材料上截取合适尺寸的试样。

镶嵌：对于尺寸较小的试样，采用镶嵌的方法将其固定在镶嵌材料中，以便后续的磨制和抛光。

磨制：依次使用不同粗细的金相砂纸对试样进行磨制，每更换一次砂纸，应将试样旋转 90°，并将上一道砂纸的磨痕完全去除，直至试样表面平整、光滑，且磨痕方向一致。

抛光：将磨制好的试样在抛光机上进行抛光，直至试样表面光亮如镜，无任何磨痕和划痕。 2、 腐蚀试样

实验二 金相显微镜的使用及铁碳合金平衡组织的观察与分析

一、实验目的

1、了解金相显微镜的成像原理，基本构造

2、熟悉金相显微镜的使用

3、熟练运用铁碳合金相图，提高分析铁碳合金平衡凝固过程及组织变化的能力。

4、掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。

二、实验内容

1、了解金相显微镜结构，学习使用方法；

2、 分析铁碳合金平衡状态室温下的组织形貌；

3、观察铁碳合金平衡状态室温下的的显微组织；

4、画出常用铁碳合金的组织形貌；

5、加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。

三、实验步骤

1、讨论Fe-Fe3C相图

1）分析各相及组织组成物的本质。

2）分析不同含碳量的铁碳合金的凝固过程、室温组织及其形貌特征。

3）总结铁碳合金的组织、性能与含碳量的关系。

2、 观察、分析并画出工业纯铁、不同碳钢及白口铸铁（下表所示）的三种组织示意图。

1） 熟悉金相显微镜的构造和使用方法；

2） 按观察试样所需的总的放大倍数，选好物镜和目镜；

3） 移动载物台，使物镜位于载物台孔的中央，将试样的观察面正对物镜倒置在载物台上；

4） 按照明灯泡的使用电压，接通低压变压器电源，使灯泡发亮；

5） 检查微动指使刻线，将其调到上下极限刻线的中间，以便微调操作；

6） 旋转粗调手论调焦，当视场中出现模糊影像时，再转动微调手论，直到影像清晰为止；

7） 观察完毕，应立即关灯，延长灯泡寿命。

Fe-C合金平衡组织观察样品状态

序号 材料 热处理状态 放大倍数 浸蚀剂 组织及特征

1 工业纯铁 退火 400× 4%硝酸酒精 单一等轴晶F（少量夹杂），在显微镜中只能见F晶界及夹杂 2 20# 退火 400× 同上 F(白色晶粒)+P(黑色晶粒)

3 45# 退火 400× 同上 同上，但P量多

4 T8 退火 400× 同上 片状P，无晶界显示

5 T12 退火 400× 同上 沿晶界白色网状Fe3CII，晶内黑色P（局部少量的片状P）