铁碳合金平衡组织观察分析

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1、铁碳合金平衡组织观察分析一、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，了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质，形态及分布持征；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、设备仪器1.金相湿微镜;2.金相图谱；3.各种铁碳合金的敁微样品（见表1）。三、试验原理Ml图1Fe-F^C相阁铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。我们可根据Fe-F^C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如图1所示）。铁碳合金的平

2、衡组织主要是指碳钢和白口铸铁纟11织，其屮碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析,有助于加深对Fe-Ee3C相图的理解。从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳铁（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。用浸蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面儿种基本组织组成物。（1）铁素体（F）—一在碳在a—Fe屮的固溶体。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良好塑性，硬度较低。用3

3、〜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诀状分析：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（FesC）一一是铁与碳形成的-•种化合物，其碳含量为6.67%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经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，则渗碳体能染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照成分和形成条件的不同，滲碳体可以呈现不同的形态；一次渗碳体（初生相）是直接由液体屮析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三

4、次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。（3）珠光体（P）—一是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体相互混合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有不同特征的珠光体纟11织（如图2所示）。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，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，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（LdO—一是在室温时珠光体及二次渗碳

5、体和渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1147°C吋形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在723°C以下分解为珠光体，莱氏体的显微组织特征是在亮白色的滲碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的球光体。二次渗碳体和共晶滲碳体连在一起，从形态上难以区分。莱氏体的金相特征可参看图7。根据组织特点及碳含量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。1.工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量＜0.02%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。图3所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁

6、素体的晶界，而亮白色基底则是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界可处以看到不连续的薄片状三次渗碳体。2.钢1）亚共析钢亚共析钢的含碳量在0.02%〜0.8%范围内，其组织由铁素体和珠光体所组成。随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多，两者的相对量可由杠杆定律求得。另外，也可通过直接在显微镜下观察珠光体和铁素体各自所占谢积的百分数，近似地计算钢的碳含量，即碳含量&PX0.8%,其中P为珠光体所占面积百分数。例如：在S微镜下观察到有50%的而积为球光体，50%的而积为铁素体，则此钢的含碳fiC%=0.4%（室温下铁素体含碳量极微，约为0.008%,可忽略不计

7、），即相当于40钢。图4所示为亚共析钢（20钢和45钢）的显微组织，其中亮白色为铁素体，喑黑色为珠光体。2）共析钢含碳量为0.8%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体组成。3）过共析钢含碳量超过0.8%的碳钢称为过共析钢，它在室温T的组织由珠光体和二次渗碳体组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。图5表示含碳量为1.2%的过共析钢的显微组织。组织形态为层片相间的珠光体和细小的M络状渗碳体，经硝酸酒精溶液浸蚀后珠光体呈暗黑色，而二次渗碳体呈白色细网状，如图5（a）所示；若采用苦味