1、實驗四鐵碳合金平衡組織觀察一、實驗目的:1 了解鐵碳合金在平衡狀態下的顯微組織 。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 的相互關系。二、實驗原理及內容：鐵碳合金的顯微組織是研究和分析鋼鐵材料性能的基礎，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 上應用最廣的金屬材料，它們性能與其顯微組織密切相關。1. 鐵碳合金平衡狀態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。可以根據鐵碳相圖（如圖 5-1所示），來分析鐵碳合金在平衡狀態下

2、 的顯微組織。圖 5-1 Fe FesC 相圖從一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（）這兩個基本相組成，但是由于含碳量的不同，鐵素體和滲碳 體的相對數量、析出條件以及分布情況均有所不同。 因而呈現各種不同的組織形 態，其性能也各不相同。2. 幾種基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基本組織組 成物。表1各種鐵碳合金在室溫下的平衡組織3數分量2質碳織 組 微 顯索 鐵鋼O鋼O0共3碳見#(口鑄鐵白4 %昵%必21 3+/ I TLLCd /V 3 處匸體Fe/ 二體氏權LL + 氏萊m( 萊 缺3、各種組成相或組織組成物的

3、特征a）鐵素體（F）是碳溶于a -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 80HB-120HB經3%5% 硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀察呈白色晶粒，見工業純鐵的組織 （如圖1所示）。亞共析鋼中，隨著鋼中碳質量分數的增加，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）。當鋼 中碳質量分數接近共析成份時， 鐵素體往往呈斷續的網狀，分布于珠光 體的周圍（如圖3所示）。b) 滲碳體(FesC)是鐵與碳形成的復雜結構的間隙化合物， 它的碳質 量分數為6.69 %，抗浸蝕能力較強。經 3%5%硝酸酒精溶液浸蝕后 呈白亮色。一次滲碳體(Fe

4、sC】)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(FesCn)是由奧氏體(A)中析出的，數量較少，皆 沿奧氏體晶界析出，在奧氏體轉變成珠光體后，它呈網狀分布在珠光體 的邊界上。另外，經不同的熱處理后，滲碳體可以呈片狀、粒狀或斷續 網狀。滲碳體的硬度很高，可達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，它是由鐵素體片和滲碳體片相互交替排列形成的層片狀組織。經3 %5 %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，在不同放大倍數的顯微鏡下觀察 時，具有不太一樣的特征。在600倍以上的

5、高倍顯微鏡下觀察時，每個珠光體團中是平行相間 的寬條鐵素體和細條滲碳體，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，白亮的滲碳體細條被兩邊黑 色的邊界線所“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黑條的滲碳體也很難分辨，這時的珠光體是一片暗黑，成為黑塊的組織。d) 萊氏體(Ld / )是一個兩相組織。在727C以上是奧氏體和滲碳體的機械混合物。在727 E時，萊氏體中奧氏體發生共析反應而變成珠光 體，所以在室溫時

6、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，沒有邊界線， 無法分辨開。經3%5%硝酸酒精浸蝕后，萊氏體的組織特征是，在 白亮色的滲碳體基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700HB性脆。它一般存在于碳質量分數大于 2.11 %的白口鑄鐵中，在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也有出現。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）。鐵素體與滲碳體的

7、區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FqC經3%5%硝酸酒精溶液浸蝕后均呈白亮色，有時為了區別晶界網狀是鐵 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、 100ml水）煮沸15min，滲碳體被染成黑色，鐵素體仍為白色（圖10）， 這樣就可區別F和FdG亞共析鋼碳的質量分數的估算亞共析鋼的碳的質量分數在0.0218 %0.77 %范圍內，平衡狀態下 組織為鐵素體和珠光體，隨著碳質量分數的增加，鐵素體的數量逐漸減 少，珠光體的數量則相應地增多，兩者的質量分數可由杠桿定律求得。 例如，碳的質量分數為0.45 %的鋼（45鋼），其珠光體、鐵素體的質量分 數分別

8、為：xl00% = 56%0.77xl00% = 44%三、主要儀器設備金相顯微鏡四、操作方法與實驗步驟1、討論Fe-Fe3C相圖1）分析各相及組織組成物的本質。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）總結鐵碳合金的組織、性能與含碳量的關系。2、 觀察、分析并畫出工業純鐵、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造和使用方法；2）按觀察試樣所需的總的放大倍數，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，接通低壓變壓器電源，使燈泡發亮；5） 檢查微動指使刻線

9、，將其調到上下極限刻線的中間，以便微調操作；6）旋 轉粗調手論調焦，當視場中出現模糊影像時，再轉動微調手論，直到影像清晰為 止；7） 觀察完畢，應立即關燈，延長燈泡壽命。Fe-C合金平衡組織觀察樣五、實驗觀測結果分析根據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。其顯微結構為鐵素體 與滲碳體層片相間。它經溶液浸蝕后，其組織中的鐵素體和滲碳體都呈白亮色， 而鐵素體和滲碳體的相界被浸蝕

10、后呈黑色線條。當放大倍數較高時，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；當放大倍數較低時，珠光體的層片狀結構就不能分辨了，此時珠光體呈黑色的一團。1) 工業純鐵，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 是鐵素體的不規則等軸晶粒。在晶界上存在少量三次滲碳，呈現出白色的不連續的網狀,由于量少，有時看不出2) 45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。3) T8鋼，由單一的珠光體組成,黑色的層狀珠光體圖1)工業純鐵400倍圖2)45鋼400倍圖3)T8鋼400倍4) T12鋼，組織由珠光體和二次滲碳體組成。 顯微組織中存在

11、片狀珠光體和網絡狀二次滲碳 體。經侵蝕后珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體 則呈現白色網狀。圖4)T12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，如圖所示。用硝酸酒精溶液浸 蝕后，在顯微鏡下呈現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 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 成經浸蝕后，在顯微鏡下，珠光體呈暗黑色細 條及斑點狀，共晶滲碳體呈亮白色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5）亞共晶白口鑄鐵，400倍圖6）共晶白口鐵，400倍圖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結構，了解了鐵碳