实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析

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1、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

2、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0.0218～0.77F+珠光体(P)共析钢0.77P过共析钢0.77～2.11P+二次渗碳体(CΠ)白口铸铁亚共晶白口铸铁2.11～4.3P+CΠ+莱氏体（Le）共晶白口铸铁4.3Le过共晶白口铸铁4.3～6.69Le+二次渗碳体(CI)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0.021

3、8％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。其组织特征如下：(1)共析钢含碳量为0.77％的铁碳合金称为共析钢，其显微组织是珠光体。珠光体是层片状铁素体和渗碳体的机械混合物。两相的相界是黑色的线条，在不同放

4、大倍数条件下观察，则具有不同的组织特征，在高倍数（>500倍）电镜下观察时，能清晰地分辨珠光体中平行相间的宽条铁素体和细片状渗碳体，如图3(a)所示。在300～400倍光学显微镜下观察时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时所看到的渗碳体片就是一条黑线．如图3(b)所示。珠光体有类似指纹的特征。图3共析钢的珠光体组织(2)亚共析钢含碳量为0.0218%～0.77%的铁碳合金称为亚共析钢，室温下的显微组织是铁素体＋珠光体。铁素体呈白色不规则块状晶粒，珠光体在放大倍数较低或浸蚀时间长、浸蚀液浓度加大时，则为黑色块状晶粒，如图4所示。图4亚共析钢的显微组织（300×）在亚共析钢的组织中，随着

5、含碳量的增加，组织中的珠光体量也增加。在平衡状态下，亚共析钢组织中的铁素体和珠光体的相对量可应用杠杆定律计算。通过在显微镜下观察组织中珠光体和铁素体各自所占面积的百分数，可以近似估算出钢的含碳量。即钢的含碳量≈P(面积%)×0.77%(3)过共析钢含碳量为0.77%～2.11%的铁碳合金称为过共析钢，室温下的显微组织为珠光体+二次渗碳体。二次渗碳体呈网状分布在原奥氏体的晶界上，随着钢的含碳量增加，二次渗碳体网加宽，用硝酸酒精溶液浸蚀时，二次渗碳体网呈亮白色，如图5(a)所示。若用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，则二次渗碳体呈黑色，如图5(b)所示。图5过共析钢的显微组织（300×）3.白口铸铁白

6、口铸铁的含碳量为2.11%～6.69%。在白口铸铁的组织中含有较多的渗碳体相，其宏观断口呈白亮色，因而得名。按含碳量不同，其组织类型也分为3种：共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁。（1）共晶白口铸铁共晶白口铸铁的含碳量为4.3%，室温显微组织是低温莱氏体。低温莱氏体是珠光体和渗碳体的机械混合物，如图6所示。其中白亮的基体是渗碳体，显微组织中的黑色细小颗粒和黑色条状的组织是珠光体。图6共晶白口铸铁（100X）图7亚共晶白口铸铁（100X）图8过共晶白口铸铁（200X）（2）亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁的含碳量为2.11%～4.3%，室温的显微组织是珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体，如图7所

7、示。图中较大块状黑色部分是珠光体，呈树枝状分布，其周边的白亮轮廓为二次渗碳体，在白色基体上分布有黑色细小颗粒和黑色细条状的组织是莱氏体。通常二次渗碳体与共晶渗碳体（即莱氏体中的渗碳体）连在一起，又都是白亮色，因此难以明确区分。（3）过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的含碳量为4.3%～6.69%，其室温显微组织为莱氏体＋一次渗碳体，如图8所示。图中呈白亮色的大板条状（立体形态为粗大片状）的是一次渗碳体，其余部分为莱