金相显微镜的使用和铁碳合金平衡组织观察 - 图文

材料科学基础实验报告

金相显微镜的使用和铁碳合金平衡组织观察

【实验目的】

1、了解金相显微镜的光学原理和构造，并初步掌握金相显微镜的使用方法及

利用显微镜进行显微组织分析；

2、识别和研究铁碳合金(碳钢和白口铸铁)在平衡状态下的显微组织；

3、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间 的相互关系；

4、利用所学知识和实验仪器自己打磨45#钢，进行观察其显微组织。

【实验原理】

一、金相显微镜

金相显微镜结构包括：底座组、粗微动调焦机构、物镜转换器、载物台、目镜管组、物镜与目镜这六个主要部分。工作原理：由灯泡发出—束光线，经过聚光镜组及反光镜，被会聚在孔径光栏上，然后经过聚光镜组，再度将光线聚集在物镜的后焦面上。最后光线通过物镜，用平行光照明标本，使其表面得到充分均匀的照明。从物体表面散射的成象光线，复经物镜、辅助物镜片、半透反光镜、辅助物镜片、棱镜与半五角棱镜，造成一个物体的放大实象。该象被目镜再次放大。 二、铁碳合金

所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态。 各铁碳合金类型以及显微组织如下表所示：

【实验内容】一、对已给样品的显微组织观察

铁素体，含碳量：＜0.02%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

1号 工业纯铁 （100×） 1号 工业纯铁 （400×）

铁素体 铁素体

铁素体+珠光体，含碳量：0.02%-0.77%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

2号 20钢 （100×） 2号 20钢 （400×） 铁素体 铁素体 珠光体

珠光体

铁素体+珠光体（F+P),含碳量：0.02%-0.77%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

3号 45钢 （100×） 3号 45钢 （400×）

铁素体 铁素体 珠光体 珠光体

铁素体+珠光体（F+P),浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

4号 ？？钢 （100×） 4号 ？？钢 （400×）

铁素体 珠光体 铁素体 珠光体

铁素体+珠光体(网状F+P) ,含碳量：0.8%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

5号 T8钢 （100×） 5号 T8钢 （400×）

珠光体 珠光体

珠光体+网状渗碳体(P+Fe3C) ，含碳量0.8%~2.06% ，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

6号 T12钢 （100×） 6号 T12钢 （400×）

珠光体 珠光体

亚共晶白口铸铁，含碳量：2.06%~4.3% ， 浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液7号 亚

共晶白口铁 （100×） 7号 亚共晶白口铁 （400×）

珠光体 Fe3CII Fe3CII 珠光体

共晶白口铸铁，含碳量：4.3%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

8号 共晶白口铁 （100×） 8号 共晶白口铁 （400×）

低温莱氏体 低温莱氏体

过共晶白口铸铁，含碳量4.3%~6.67%，浸蚀剂：3～4％硝酸酒精溶液

9号 过共晶白口铁 （100×） 9号 过共晶白口铁 （400×）

低温莱氏体

低温莱氏体

根据所观察的显微组织，近似确定一种亚共析钢（4号）的含碳量：

式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积（％）。

所以，有观察可知珠光体（P）约占75%，铁素体（F）约占25%，根据上式计算可得C%≈0.6%。

二、自制实验样品进行显微组织的观测

通过对所给的45#碳钢的式样，对其首先经过不同砂纸依次进行打磨，再

对式样进行抛光处理，使其表面光滑（期间不断加抛光液），最后对已经打磨、抛光后的光滑表面进行腐蚀处理，得到可以通过金相显微镜观察显微组织的式样。

所观察图像与45#钢基本一致，所以自制观察的碳钢显微组织图像较为成功。

【分析和讨论】

铁碳合金在室温的组织都是由F和Fe3C两相组成，随着含碳量增加，F不断减小，而Fe3C逐渐增加，并且由于形成条件不同，Fe3C的形态和分布有所变化。 随着钢中含碳量增加，钢的强度、硬度升高，而塑性和韧性下降，这是由于组织中渗碳体量不断增多，铁素体量不断减少的缘故。但当WC=0.9%时，由于网状二次渗碳体的存在，强度明显下降。塑性、韧性：随含碳量增加，Fe3C相对量增加，塑性、韧性呈迅速下降的趋势。

工业上使用的钢含碳量一般不超过1.4%；而含碳量超过2.11%的白口铸铁，组织中大量渗碳体的存在，使性能硬而脆，难以切削加工，一般以铸态使用。

【感悟和体会】

此次试验是第一次接触到材料方面的实验，通过此次试验自己学会了使用金相显微镜对式样的显微结构组织进行观察和分析，真正的第一次看到了铁，钢的实际成分图像。同时，也对材料科学基础中学到的铁-碳相图进行了更进一步的了解和感悟。

经过自己动手对试样进行打磨、抛光最终观察，这个过程是有趣的，也让我们对知识有了加深的印象和认识。本次实验使我们材料研究的一个开始，通过此次试验我慢慢感受到材料的魅力。

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