1、實(shí)瞼四鐵碳合金平衡組織觀察與分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉掌握鐵碳合金（碳鋼及白口鑄鐵）在平衡狀態(tài)下的顯微組織。2、分析成分（含碳量）對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響，從而加深理解成 分、組織與性能之間的相互關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)，所謂平衡狀態(tài) 的顯微組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下（如退火狀態(tài)，即接近平衡 狀態(tài)）所得到的組織。可根據(jù)以組織組成物標(biāo)注的Fe-Fe3C合金相圖來分析 鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織，如圖4 - 1所示。9 / 13下載文檔可編輯oFe /()030000()0(X)00(X)(X)0000()00000U00000 5 4 3 2

2、o 9 87654321 I 1 1 1 1 1 F 畝建A+Fe3c口 A+Fe3c0 -Lj0.0218727-CP + Fe3cli+ LJ rjP -FesCoFe3cl +La圖4 - 1以組織組成物標(biāo)注的Fe-Fe3C合金相圖鐵碳合金的平衡組織主要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，它們的性能與其顯微組織密切相關(guān)。此外，對(duì)碳鋼 和白口鑄鐵顯微組織的觀察和分析，有助于加深對(duì)Fe-Fe3c相圖的理解。從Fe-Fe3c相圖上可以看出，所有碳鋼和白口鑄鐵的室溫組織均由鐵素 體（F）和滲碳體（FesC）這兩個(gè)基本相所組成。但是由于含碳量不同，鐵 素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)

3、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)。在Fe-Fe3c相圖中，ABCD為液相線，AHJECF為固相線。相圖中各特征點(diǎn)的溫度、成分及其含義見表4 - 1。表4- 1鐵碳相圖中各特征點(diǎn)的說明點(diǎn)的符號(hào)溫度/含碳量/%說明A15380純鐵熔點(diǎn)B14950. 53一包晶反應(yīng)時(shí)液態(tài)金屬的成分 占/、C11484.3Ae+ Fe3C,共晶 產(chǎn)物稱來氏體D12276. 69滲碳體的熔點(diǎn)E11482. 11碳在y - Fe中的最大溶解度F11486. 69共晶反應(yīng)滲碳體的成分點(diǎn)G9120a -Fe。丫 -Fe|可素異構(gòu)轉(zhuǎn) 變占H14950. 09碳在6 - Fe中的最大溶解度J149

4、50. 17包晶點(diǎn)Lb + 8 lAjK7276. 69共析反應(yīng)時(shí)滲碳體成分點(diǎn)N13940丫 Fe。6 -Fe|可素異構(gòu)轉(zhuǎn) 變占P7270. 0218碳在a -Fe中的最大溶解度S7270. 77析翻'轆彘稔體+共Q室溫0. 0008室溫下碳在F體中的溶解度Fe- Fe3c相圖中有二條水平線（此處不介紹包晶線及包晶反應(yīng)）:ECF水平線（1148。C）為共晶線，在該線溫度下將發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：L.3 ® A:.n + Fe3C o轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱高溫萊氏體 （Ld）oPSK水平線（727° C）為共析線，在該線溫度下將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：Ao.77 &#

5、174;Fo.o2iS + Fe3C o轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，稱珠光體（P）o 共析線又稱為由線。Fe- Fe3c相圖中還有固態(tài)轉(zhuǎn)變線：GS為A體勺F體固溶體轉(zhuǎn)變線, 又稱為A3線；ES線為碳在A體中的固溶線。稱為黑線；PQ線為碳在F體 中的固溶線。綜上所述可見，鐵碳合金中的滲碳體根據(jù)形成條件不同可分為一次滲 碳體Fe3cl (由液相直接析出的滲碳體)、二次滲碳體Fe3Cn三次滲碳體 Fe3Cm共晶滲碳體和共析滲碳體五種。它們分屬于不同的組織組成物，區(qū) 別僅在于形態(tài)和分布不同，但都同屬于一個(gè)相。由于它們的形態(tài)和分布不 同，所以對(duì)鐵碳合金性能的影響也不相同。各種不同成分的鐵碳合金

6、在室溫下的顯微組織見表4 -lo表4-1各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織類型含碳量(%)顯微組織浸蝕劑工業(yè)純鐵< 0. 02鐵素體4%硝酸酒精溶液亞共析鋼0. 020. 77鐵素體+珠光體4%硝酸酒精溶液碳共析鋼0. 77珠光體4%硝酸酒精溶液鋼過共析鋼0. 772. 11珠光體+二次滲碳體苦味酸鈉溶液，滲碳體變黑或呈棕紅色白口亞共晶白口鐵2. 11 -4.3珠光體+二次滲碳體-低溫萊氏體4%硝酸酒精溶液鑄鐵共品白口鐵4.3低溫萊氏體4%硝酸酒精溶液過共晶白口鐵4. 36. 69低溫萊氏體+ 一次滲碳體4%硝酸酒精溶液用浸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基本組 織組成物

7、。（1）鐵素體（F）：碳在a -Fe中的固容體。鐵素體為體心立方晶格， 具有磁性及良好塑性，硬度較低。用34%硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡 下呈現(xiàn)明亮的等軸晶粒；亞共析鋼中鐵素體呈塊狀分布；當(dāng)含碳量接近于 共析成分時(shí)，鐵素體則呈斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。（2）滲碳體（FesC）：經(jīng)34%硝酸酒精溶液浸蝕后，滲碳體呈亮白色。 按照成分和形成條件的不同，滲碳體可以呈現(xiàn)不同的形態(tài)：一次滲碳體（初 生相）是直接由液體中析出的，故在白口鑄鐵中呈粗大的條片狀；二次滲 碳體（次生相）是從奧氏體中析出的，往往呈網(wǎng)絡(luò)狀沿奧氏體晶界分布； 三次滲碳體是由鐵素體中析出的，通常呈不連續(xù)薄片狀在于鐵素體晶界處, 數(shù)量

8、極微。（3）珠光體（P）：是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。片狀珠光體，是由鐵素體與滲碳體交替排列形成的層片狀組織，經(jīng)浸蝕 后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下可以看到不同特征的珠光體組織。高倍放 大時(shí)能清楚看到珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體；放大倍數(shù) 較低時(shí)，由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度，珠光體中的滲碳體就 只能看到是一條黑線，當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)低時(shí)，珠光體的片層就不能分辨，而呈黑色。球狀珠光體：它的組織特征是在亮白色的鐵素體基體上，均勻分布著白 色的滲碳體顆粒，其邊界呈黑色。(4)低溫萊氏體(Ld，)：是在室溫時(shí)珠光體與二次滲碳體和共晶滲碳 體所組成的機(jī)械混合物。低溫萊氏體顯微組織

9、特征是在亮白色共晶滲碳體 基底上分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀的珠光體。根據(jù)組織特點(diǎn)及碳含量的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵三 大類。1、工業(yè)純鐵圖4 - 2工業(yè)純鐵退火顯微組織材料：工業(yè)純鐵100 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液金相組織：鐵素體含碳量小于0.02%,顯微組織由鐵素體和少量三次滲碳體組成。如圖4 -2所示。其中黑色線條是鐵素體的晶界，而亮白色基體則是鐵素體的不規(guī) 則等軸晶粒，在某些晶界處可以看到不連續(xù)的薄片狀三次滲碳體。2、鋼(1)亞共析鋼含碳量為0. 020. 77%,其組織由鐵素體和珠光體組成。隨著含碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多。如圖4 - 3

10、 (a)(b)所示o材料：20鋼500 X500 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液酸酒精溶液金相組織；塊狀鐵素體+片狀珠光體塊狀鐵素體+片狀珠光體材料:45鋼浸蝕劑：浸硝金相組織：( a )20鋼 退 火 顯 微 組 織(b) 45鋼退火顯微組織圖4-3亞共析鋼退火顯微組織圖中亮白色塊狀為鐵素體，暗黑色為珠光體。根據(jù)二者所占面積百分 數(shù)，近似計(jì)算出鋼的含碳量。首先在顯微鏡下觀察珠光體和鐵素體各自所 占面積的百分?jǐn)?shù)，然后近似地計(jì)算出鋼的含碳量，即碳含量gPX0.8%,其 中P為珠光體所占面積百分?jǐn)?shù)。例如：在顯微鏡下觀察到50%的面積為珠光 體，50%為鐵素體，則此鋼C =史業(yè)=0. 4%即相當(dāng)于40鋼

11、。100(2)共析鋼含碳量為0.77%,組織為單一的珠光體，其顯微組織如圖4-4所示。在不同方向的片層集團(tuán)交界處，構(gòu)成了珠光體的晶界。（3）過共析鋼含碳量大于0.77%,室溫平衡組織由珠光體和二次滲碳體組成。其中二 次滲碳體沿晶界呈網(wǎng)狀分布。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。 圖4 - 5所示為含碳量1. 2%的過共析鋼的顯微組織。組織形態(tài)為層片相間的 珠光體和細(xì)小的網(wǎng)絡(luò)狀滲碳體，經(jīng)硝酸酒精浸蝕后珠光體呈暗黑色，而二 次滲碳體呈白色細(xì)網(wǎng)狀。材料：T12鋼浸蝕劑：4%硝金相組織：層材料：T8鋼（共析鋼）500 X（過共析鋼）500 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液酸酒精溶液金相組織：片狀珠光體 片

12、狀珠光體和二次滲碳體（白色網(wǎng)狀）圖4 - 4共析鋼退火顯微組織5T12鋼退火顯微組織;3、白口鑄鐵（1）亞共晶白口鑄鐵含碳量小于4. 3%,室溫平衡組織為珠光體、二次滲碳體及低溫萊 氏體。用硝酸酒精溶液浸蝕后在顯微鏡下呈現(xiàn)黑色枝晶狀珠光體和斑點(diǎn)狀 萊氏體,如圖4-6所示。材料：亞共晶白 口鑄鐵500 X100 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液金相組織：珠光體（黑色枝晶狀）+低溫共晶萊氏體（基體）+二次滲碳體圖4-6亞共晶白口鑄鐵鑄態(tài)顯微組織（2）共晶白口鑄鐵含碳量為4. 3%,室溫平衡組織由單一的共晶低溫萊氏體組成。經(jīng)浸蝕后, 在顯微鏡下珠光體呈暗黑色細(xì)條及斑點(diǎn)狀，滲碳體呈亮白色，如圖4-7所 zj

13、s o材料：共晶白口鑄鐵 500 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液顯微組織：低溫共晶萊氏體-0- / 13下載文檔可編輯圖4-7共晶白口鑄鐵鑄態(tài)顯微組織（3）過共晶白口鑄鐵含碳量大于4. 3%,在室溫平衡組織由一次滲碳體和低溫萊氏體組 成。用硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下可觀察到暗色斑點(diǎn)狀的低溫 萊氏體基體上分布著亮白色粗大條片狀的一次滲碳體，如圖4 - 8所Zj O材料：過共晶白口鑄鐵100 X500 X浸蝕劑：4%硝酸酒精溶液顯微組織：低溫共晶萊氏體+亮白色粗大條片狀的一次滲碳體圖4-8過共晶白口鑄鐵鑄態(tài)顯微組織三、注意事項(xiàng)1、觀察顯微組織時(shí)，可先用低倍全面觀察，找出典型組織，再 用高倍放大，對(duì)

14、部分地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的觀察；2、試樣表面不得用手指接觸或?qū)⒃嚇又氐饋恚悦庖痫@微 組織模糊不清，影響觀察；3、畫顯微組織圖時(shí)應(yīng)抓住組織形態(tài)特征，畫出典型區(qū)域的組織, 注意不要將磨痕或雜質(zhì)畫上。四、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料（1） 4X型金相顯微鏡；（2）金相圖片；（3）各類鐵碳合金的金相顯微試樣：工業(yè)純鐵、15鋼、45鋼、T8鋼、T12鋼、亞共晶白口鑄鐵、共 晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）在熟悉4X型金相顯微鏡的構(gòu)造及使用方法的基礎(chǔ)上來觀察 和研究鐵碳合金的平衡組織；（2）在本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生應(yīng)根據(jù)鐵碳合金相圖分析各類成份合金的 組織形成過程，并通過對(duì)鐵碳合金平衡組織的觀察和分析，熟悉鋼和 鑄鐵的金相組織和形態(tài)特征，以進(jìn)一步建立成分與組織之間相互關(guān)系 的概念；（3）在顯微鏡下對(duì)各種試樣進(jìn)行觀察和分析，并確定其所屬類型;（4）根據(jù)顯微組織近似地計(jì)算亞共析鋼的含碳量：Px0.8 F x 0.0008C% =+100100式中：P為珠光體所占面積（%）, F為鐵素體所占面積（）。