实验五++铁碳合金平衡组织的观察与分析

实验五 铁碳合金平衡组织的观察与分析

一、实验目的

1．熟悉铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2．了解由平衡组织估算亚共析钢含碳量的方法。

二、实验说明

研究铁碳合金的平衡组织是分析钢铁材料性能的基础。所谓平衡组织，是指合金在极其缓慢冷却条件下得到的组织。如图5-1所示。

图5-1 Fe— Fe3C平衡组织相图

由Fe— Fe3C相图可以看出，铁碳合金的室温平衡组织均由铁素体、渗碳体[由分从液体中直接析出的一次渗碳体（Fe3CⅠ）；从奥氏体中析出的二次渗碳体（Fe3CⅡ）；从铁素体中析出的三次渗碳体（Fe3CⅢ）]两个基本相所组成，但对不同含碳量的铁碳合金，由于铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件、形态与分布不同，从而使各类铁碳合金在显微镜表现出不同的组织形貌。

1．工业纯铁

工业纯铁是指含碳量低于0.02％的铁碳合金，其显微组织由铁素体和三次渗碳体所组成。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后铁素体晶粒呈亮白色块状，晶粒和晶粒之间显出黑线状的晶界。三次渗碳体呈不连续的小白片位于铁素体的晶界处。

2．共析钢

共析钢是指含碳量0.77％的铁碳合金。共析钢的显微组织全部由珠光体组成。在平衡条件下，珠光体是铁素体和渗碳体的片状机械混合物，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其铁素体和渗碳体均为亮白色；在较高放大倍数时（600×以上），能看到珠光体中片层相同的宽条铁素体细条渗碳体，且两者相邻的边界呈黑色弯曲的细条。由于珠光体中铁素体与渗碳体的相对量相差较大，按照杠杆定律可计算出两者相对量的比约为8∶1，从而形成了铁素体片比渗碳体片宽的多的特征。在中等放大倍数下（400×左右），因显微镜的分辨能力不够，珠光体中的渗碳体两侧边界合成一条黑线。在放大倍数更低的情况下（200×左右），铁素体与渗碳体的片层都不能分辨，此时珠光体呈暗黑色模糊状。

3．亚共析钢

亚共析钢是指含碳量为0.02~0.77％之间的铁碳合金。亚共析钢的显微组织是由先共析铁素体（呈亮白色块状）与珠光体（呈暗黑色）组成。随着含碳量增加，组织中铁素体量逐

渐减少，而珠光体量不断增加。当含碳量大于0.60%时,铁素体由块状变成网状分布在珠光体周围。 根据亚共析钢的平衡组织还可用下式估算钢的百分数: C%=K%×0.77% 式中: C%—钢的含碳量 K%—显微组织中珠光体所占视域面积的百分数 0.77%—珠光体的含碳量

4．过共析钢

过共析钢是指含碳量为0.77~2.11％之间的铁碳合金。过共析钢的显微组织是由珠光体和二次渗碳体所组成。随着含碳量的增加，二次渗碳体量增多。经4%硝酸酒精浸蚀后，二次渗碳体呈亮白色网分布在珠光体周围。若经苦味酸钠溶液煮沸浸蚀后，则二次渗碳体网呈黑褐色，铁素体网仍呈白亮色。在显微分析中，常用此法来区分铁素体网和渗碳体网。

5．白口铸铁 （1）共晶白口铸铁 含碳量为4.3％的铁碳合金。共晶白口铸铁在室温下的显微组织为变态莱氏体。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，其显微组织特征为暗黑色粒状或条状珠光体分布在亮白色渗碳体的基体上。

（2）亚共晶白口铸铁 含碳量为2.11~4.3％之间的铁碳合金。亚共晶白口铁的室温组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体所组成。经4％硝酸酒精浸蚀后，其显微组织特征为暗黑色的树枝状的珠光体（保留着初生奥氏体的树枝晶形态）被一圈白色二次渗碳体所包围，在其周围分布变态莱氏体。 （3）过共晶白口铸铁 含碳量大于4.3％的铁碳合金。过共晶白口铁在室温下的显微组织为白色长条状的一次渗碳体分布在变态莱氏体基体上。

6．灰口铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁

含碳量大于2.11％的铁碳合金。碳除少量溶解于基体外，大部分以游离态的石墨形式存在。金属基体分为珠光体、铁素体和珠光体＋铁素体三种，形状大小不同的石墨分布在钢的基体上。

（1）灰口铸铁 碳以部分或全部片状石墨状态分布在三种基体上。断口呈暗灰色，浇注的冷却速度越慢，越有利于促进石墨化。

（2）球墨铸铁 在熔化的铸铁液中加入一定量的球化剂（镁、钙、稀土等）后再浇注，使石墨呈球状析出。球状石墨分布在三种不同类型基体上，石墨呈黑色，铁素体呈白色，珠光体呈墨色。

（3）可锻铸铁 又称展性铸铁。由白口铸铁经石墨化退火而成。石墨呈团絮状，分布在三种基体上，石墨由渗碳体分解而得。

三、实验材料及设备

1．按表5-1、表5-2所列制备好金相试样。 2．金相显微镜。

四、实验内容与步骤

1．在显微镜下观察表中铁碳合金的显微组织。

2．估测未知含碳量的亚共析钢中珠光体所占视场面积的百分数。

五、实验报告要求

1．画出表中各成份合金的显微组织示意图。图上标出组织，在图下面注明材料、退火

状态、浸蚀剂和放大倍数。说明显微组织形貌特征。

2．估算出未知成份的亚共析钢含碳量。

3．讨论在平衡状态下铁碳合金的组织和含碳量的关系，并从定性和定量两方面加以分析。

4．制表写出亚共析钢、共析钢和过共析钢的相组成物和组织组成物。

表5-1 平衡状态下碳钢显微组织特征

照片编号 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 5-6 5-7 5-8 5-9 5-10 5-11 5-12 材质 浸蚀剂 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 过饱和苦味酸钠 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 显微组织 α-Fe 20 35 45 65 T8 T12 T12 球化退火态T10 亚共晶白口铁 共晶白口铁 过共晶白口铁 α+ Fe3CⅢ F+P F+P F+P F+P P P+ Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ F（基体）+ Fe3C（颗粒） P+ Fe3C+L'd L'd Fe3CⅠ+L'd

表5-2 平衡状态下铸铁显微组织特征

照片编号 5-13 5-14 5-15 5-16 5-17 5-18 5-19 5-20 5-21 5-22 5-23 5-24 成分及状态 加硅变质灰口铸铁 灰口铸铁 铁素体基球墨铸铁 铁素体+珠光体基球墨铸铁 珠光体基球墨铸铁 铁素本基灰口铸铁 灰口铸铁中的二元磷共晶 珠光体基灰口铸铁 铁素体+珠光体基灰口铸铁 麻石铁 铁素体基展性铸铁 铁素体+珠光体基展性铸铁 浸蚀剂 - - 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 4%硝酸酒精 放大倍数 160 160 160 200 200 160 200 200 160 200 200 100

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uqy6.html