鐵碳合金平衡組織觀察精講實驗報告

1、-實驗四 鐵碳合金平衡組織觀察一、實驗?zāi)康模? 了解鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織 。2 分析成分對鐵碳合金顯微組織的影響，從而理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系。二、實驗原理及容： 鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的根底，平衡組織指合金在極其緩慢的冷卻速度下得到的組織。在實驗條件下，退火態(tài)的鐵碳合金組織可以看成平衡組織。鐵碳合金平衡組織是指碳鋼和白口鑄鐵組織，其中碳鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料，它們性能與其顯微組織密切相關(guān)。1. 鐵碳合金平衡狀態(tài)圖鐵碳合金的平衡組織是指鐵碳合金在極為緩慢的冷卻條件下所得到的組織?？梢愿鶕?jù)鐵碳相圖如圖5-1所示，來分析鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織。

2、圖5-1 FeFe3C相圖從相圖上可以看到所有的碳鋼和白口鑄鐵在室溫時的組織均由鐵素體F和滲碳體這兩個根本相組成，但是由于含碳量的不同，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、析出條件以及分布情況均有所不同。因而呈現(xiàn)各種不同的組織形態(tài)，其性能也各不一樣。2. 幾種根本組織組成物用侵蝕劑顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下具有下面幾種根本組織組成物。表1 各種鐵碳合金在室溫下的平衡組織合金類型碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，(C)顯 微 組 織工業(yè)純鐵0.0218%鐵素體(F)碳鋼亞共析鋼 共析鋼 過共析鋼0.0218%-0.77%0.77%0.77%-2.11%鐵素體(F)+珠光體(P)珠光體(P)珠光體(P)+二次滲碳體(F

3、e3C)白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵2.11%-4.3%4.3%4.3%一6.69%珠光體(P)+二次滲碳體(Fe3C)+萊氏體(Ld)萊氏體(Ld)一次滲碳體(Fe3C) +萊氏體(Ld)3、 各種組成相或組織組成物的特征 a) 鐵素體(F)是碳溶于-Fe的固溶體。鐵素體為體心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度較低，一般為80HB120HB，經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀察呈白色晶粒，見工業(yè)純鐵的組織(如圖1所示)。亞共析鋼中，隨著鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，珠光體量增加而鐵素體量減少。鐵素體量較多時，呈塊狀分布(如圖2所示)。當(dāng)鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近共析成份時，鐵素體

4、往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布于珠光體的周圍(如圖3所示)。 b) 滲碳體(Fe3C)是鐵與碳形成的復(fù)雜構(gòu)造的間隙化合物，它的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69，抗浸蝕能力較強。經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色。 一次滲碳體(Fe3C)是直接從液體中析出的，呈長白條狀，分布在萊氏體中；二次滲碳體(Fe3C)是由奧氏體(A)中析出的，數(shù)量較少，皆沿奧氏體晶界析出，在奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體后，它呈網(wǎng)狀分布在珠光體的邊界上。另外，經(jīng)不同的熱處理后，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續(xù)網(wǎng)狀。 滲碳體的硬度很高，可達(dá)800HB以上，它是一種硬而脆的相，強度和塑性都很差。 c) 珠光體(P)是鐵素體和滲碳體的共析機械混合物，它是由鐵素體片

5、和滲碳體片相互交替排列形成的層片狀組織。經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后，試樣磨面上的條狀鐵素體和滲碳體因邊界被浸蝕呈黑色線條，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下觀察時，具有不太一樣的特征。在600倍以上的高倍顯微鏡下觀察時，每個珠光體團(tuán)中是平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體，它們都呈白亮色，而其邊界呈黑色(如圖5所示)。在400倍左右的中倍顯微鏡下觀察時，白亮的滲碳體細(xì)條被兩邊黑色的邊界限所“吞食，而變成為黑條，這時所看到的珠光體是寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體相間的混合物(如圖4所示)。 在200倍以下的低倍顯微鏡下觀察時，由于顯微鏡的鑒別率較低，寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體也很難分辨，這時的珠光體是一片暗

6、黑，成為黑塊的組織。d) 萊氏體(Ld)是一個兩相組織。在727以上是奧氏體和滲碳體的機械混合物。在727時，萊氏體中奧氏體發(fā)生共析反響而變成珠光體，所以在室溫時萊氏體組織是珠光體和滲碳體的機械混合物。滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體，兩種滲碳體相連在一起，沒有邊界限，無法分辨開。經(jīng)35硝酸酒精浸蝕后，萊氏體的組織特征是，在白亮色的滲碳體根本上分布著許多黑色點(塊)狀或條狀的珠光體(如圖8所示)。萊氏體硬度很高，達(dá)700HB，性脆。它一般存在于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11的白口鑄鐵中，在*些高碳合金鋼的鑄造組織中也有出現(xiàn)。 在亞共晶白口鑄鐵中，萊氏體被黑色粗樹枝狀的珠光體所分割，而且可看到在珠光體

7、周圍有一圈白亮的二次滲碳體(如圖7所示)。在過共晶白口鑄鐵中，萊氏體被粗大的白色長條狀的一次滲碳體所分割(如圖9所示)。 1 鐵素體與滲碳體的區(qū)別 鐵碳合金平衡組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。F和Fe3C經(jīng)35硝酸酒精溶液浸蝕后均呈白亮色，有時為了區(qū)別晶界網(wǎng)狀是鐵素體還是滲碳體，可用堿性苦味酸鈉水溶液(2g苦味酸、25g氫氧化納、l00ml水)煮沸15min，滲碳體被染成黑色，鐵素體仍為白色(圖10)，這樣就可區(qū)別F和Fe3C。 2 亞共析鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的估算 亞共析鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.02180.77圍，平衡狀態(tài)下組織為鐵素體和珠光體，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，珠光體的

8、數(shù)量則相應(yīng)地增多，兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可由杠桿定律求得。例如，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45的鋼(45鋼)，其珠光體、鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為： 三、主要儀器設(shè)備金相顯微鏡四、操作方法與實驗步驟. z-1、討論Fe-Fe3C相圖1分析各相及組織組成物的本質(zhì)。2分析不同含碳量的鐵碳合金的凝固過程、室溫組織及其形貌特征。3總結(jié)鐵碳合金的組織、性能與含碳量的關(guān)系。2、觀察、分析并畫出工業(yè)純鐵、不同碳鋼及白口鑄鐵下表所示的三種組織示意圖。1熟悉金相顯微鏡的構(gòu)造和使用方法；2按觀察試樣所需的總的放大倍數(shù)，選好物鏡和目鏡；3移動載物臺，使物鏡位于載物臺孔的中央，將試樣的觀察面正對物鏡倒置在載物臺上；4按照明燈泡的使用電壓

9、，接通低壓變壓器電源，使燈泡發(fā)亮；5檢查微動指使刻線，將其調(diào)到上下極限刻線的中間，以便微調(diào)操作；6旋轉(zhuǎn)粗調(diào)手論調(diào)焦，當(dāng)視場中出現(xiàn)模糊影像時，再轉(zhuǎn)動微調(diào)手論，直到影像清晰為止；7觀察完畢，應(yīng)立即關(guān)燈，延長燈泡壽命。Fe-C合金平衡組織觀察樣5、 實驗觀測結(jié)果分析 根據(jù)所觀察組織說明含碳量對鐵碳合金的組織和性能的影響的大致規(guī)律即：含碳量很低<0.0218%時，鐵碳合金顯微組織為單相鐵素體，硬度、強度低，塑性、韌性好。隨著含碳量的升高，強度先增大后減小，硬度增加，塑性、韌性減小。鐵素體和滲碳體組成的機械混合物稱為珠光體。其顯微構(gòu)造為鐵素體與滲碳體層片相間。它經(jīng)溶液浸蝕后，其組織中的鐵素體和滲碳

10、體都呈白亮色，而鐵素體和滲碳體的相界被浸蝕后呈黑色線條。當(dāng)放大倍數(shù)較高時，可以清晰地看到珠光體中平行排列分布的寬條鐵素體和窄條滲碳體；當(dāng)放大倍數(shù)較低時，珠光體的層片狀構(gòu)造就不能分辨了，此時珠光體呈黑色的一團(tuán)。. z-1工業(yè)純鐵，由鐵素體和三次滲碳體組成，其中黑色線條是鐵素體的晶界、而亮白色基體是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒。在晶界上存在少量三次滲碳，呈現(xiàn)出白色的不連續(xù)的網(wǎng)狀，由于量少，有時看不出 圖1工業(yè)純鐵400倍 245鋼，其組織由鐵素體和珠光體所組成，其中亮白色為鐵素體，暗黑色為珠光體。 圖245鋼400倍3） T8鋼，由單一的珠光體組成， 黑色的層狀珠光體 圖3T8鋼400倍 4T12鋼，組

11、織由珠光體和二次滲碳體組成。顯微組織中存在片狀珠光體和網(wǎng)絡(luò)狀二次滲碳體。經(jīng)侵蝕后珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體則呈現(xiàn)白色網(wǎng)狀。 圖4T12鋼 400倍5） 亞共晶白口鑄鐵，組織為珠光體、二次滲碳體和萊氏體，如下列圖。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀的珠光體和斑，點狀萊氏體，其中二次滲碳體與共晶滲碳 圖5亞共晶白口鑄鐵，400倍體混在一起，不易分辨。 6） 共晶白口鐵，共組織由單一的共晶萊氏體組成經(jīng)浸蝕后，在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細(xì)條及斑點狀，共晶滲碳體呈亮白色 圖6共晶白口鐵，400倍7） 過共晶白口鑄鐵，組織由一次滲碳體和萊氏 體組成。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡 下可觀察到在暗色斑點狀的萊氏體基體上分 布著亮白色的粗大條片狀的一次滲碳體。 圖7過共晶白口鑄鐵，400六、實驗體會 通過本次實驗，我更直觀地觀察了不同鐵碳合金的組織構(gòu)造，