實(shí)驗(yàn)一鐵碳合金金相組織觀察

1、實(shí)驗(yàn)一 鐵碳合金金相組織觀察 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1認(rèn)識(shí)鐵碳合金的平衡組織。 2了解含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響規(guī)律。 二、 概 述 1工業(yè)純鐵(C002)，顯微組織是單相鐵素體，如圖11.1。 2碳鋼隨含碳量不同可分為：亞共析鋼(含C08)；共析鋼(含C：08)，過(guò)共析鋼(08含C206)。共析鋼的顯微組織是片狀鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，由于試片浸蝕后表面具有珍珠的光澤，故稱(chēng)為珠光體，其顯微組織如圖11.2 圖11.1 圖11. 2 材 料：工業(yè)純鐵 材 料：T8(08C)處理方法：退火 熱處理方法；退火腐蝕劑：4HNO3，酒精溶液 腐 蝕 劑：4 HNO3，酒精溶液顯微組織：鐵素體(白亮塊

2、是晶 顯微組織：珠光體，(白亮基體粒，黑線是晶粒邊界) 是鐵素體，細(xì)夾條是滲碳體)放大倍數(shù)：100 放大倍數(shù)；400 圖中的白亮基體是鐵素體，細(xì)夾條是滲碳體，黑線是鐵素體和滲碳體的相界面。如放大倍數(shù)低或片層過(guò)薄時(shí)，則看不到片層結(jié)構(gòu)，而呈暗黑色塊狀物。亞共析鋼的顯微組織是由鐵素體與珠光體組成。鐵素體是碳在一Fe中的固溶體，其組織是白亮色。在亞共析鋼中，隨含碳量的增加鐵素體量逐漸減少，如圖11.3至共析成分時(shí)鐵素體量接近于零，而形狀亦由顆粒狀逐漸變成網(wǎng)狀分布于珠光體周?chē)Ｖ楣怏w的量則隨含碳量的增加逐漸增多，至共析成分時(shí)全部為珠光體組織。過(guò)共析鋼的顯微組織由珠光體和網(wǎng)狀滲碳體(二次滲碳體)組成。滲碳

3、體是碳和鐵的化合物(Fe3C含碳量為667)。在過(guò)共析鋼中，隨含碳量的增加滲碳體的量增多，如圖11.4。 圖11. 3 圖11. 4材 料：20鋼(02C) 材 料：T12鋼(12C)熱處理方法：退火 熱處理方法：退火腐 蝕 劑：4HNO3，酒精溶液 腐 蝕 劑：4HNO3酒精溶液顯微組織：珠光體(暗黑色塊狀) 顯微組織：珠光體(暗黑色基體)+鐵素體(白有塊，細(xì) +滲碳體(白亮細(xì)網(wǎng))黑線是鐵素體晶界) 放大倍數(shù)：200放大倍數(shù)：100 從T 12鋼的顯微組織中看出，用硝酸酒精溶液浸蝕后滲碳體是白亮的，而且是網(wǎng)狀分布。 3白口鐵亦隨其含碳量不同而分為亞共晶白口鐵(206C43C)，共晶白口鐵(4

4、3C)；過(guò)共晶白口鐵(43C667C)三種。 共晶白口鐵的顯微組織全部是萊氏體。含碳43C的鐵水冷到1147時(shí)產(chǎn)生共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物稱(chēng)萊氏體。隨溫度的繼續(xù)下降，萊氏體中的滲碳體不發(fā)生變化，而奧氏體則和過(guò)共析鋼一樣沿奧氏體晶粒邊界析出二次滲碳體(與萊氏體中的滲碳體連在一起，在顯微鏡下分辨不出來(lái))。而奧氏體的含碳量將沿ES線逐漸減少，冷到727時(shí)，剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，因此其室溫組織是珠光體和滲碳體組成的萊氏體稱(chēng)為變態(tài)萊氏體。其顯微組織如圖11.5。亞共晶白口鐵在1147產(chǎn)生共晶轉(zhuǎn)變后，由初生奧氏體和萊氏體組成。初生奧氏體和萊氏體中的奧氏體，在隨后冷卻過(guò)程中，將因析出二次

5、滲碳體而含碳量逐漸降低，至727時(shí)奧氏體含碳量降到08而轉(zhuǎn)變成珠光體。因此亞共晶白口鐵室溫的顯微組織是變態(tài)萊氏體與珠光體組成如圖11. 6 ，在亞共晶白口鐵中萊氏體的相對(duì)量將隨含碳量的增加而增多。過(guò)共晶白口鐵在高溫時(shí)由初生（一次）滲碳體與萊氏體組成。一次滲碳體在隨后冷卻過(guò)程中不再發(fā)生相變，故其顯微組織（在室溫時(shí)）由白亮的條狀一次滲碳體與萊氏體組成如圖11.7，一次滲碳體的相對(duì)量將隨過(guò)共晶白口鐵的含碳量的增加而逐漸增多。 圖11.5 圖11.6材 料：共晶白口鐵(43C) 材 料：亞共晶白口鐵熱處理方法：鑄造狀態(tài) 熱處理方法：鑄造狀態(tài)腐 蝕 劑：4HNO3，酒精溶液 腐 蝕 劑：4HNO3酒精溶

6、液顯 微 組織：滲碳體 (白亮基體)+ 顯微組織：珠光體+變態(tài)萊氏體（大黑珠光體(灰黑色粒長(zhǎng)條 塊是珠光體，白色的滲碳體狀)即變態(tài)萊氏體。 基體上分布著細(xì)小的黑點(diǎn)為放大倍數(shù)：100 變態(tài)萊氏體）放大倍數(shù)：100材 料：過(guò)共晶白口鐵熱處理方法：鑄造狀態(tài)腐 蝕 劑：4HNO3酒精溶液顯微組織：一次滲碳體（白亮的大條狀）+變態(tài)萊氏體（基體）放大倍數(shù)：100圖11. 7三、 實(shí)驗(yàn)步驟和方法 1觀察以下個(gè)中種成分的鐵碳合金顯微組織工業(yè)純鐵、20號(hào)鋼、45號(hào)鋼、T8鋼、T12鋼、亞共晶白口鐵、共晶白口鐵、過(guò)共晶白口鐵八種金相組織；2觀察組織時(shí)注意觀察各種組織的特點(diǎn)；含碳量對(duì)組織相對(duì)量的影響；用不同腐蝕劑浸

7、蝕過(guò)共析鋼，其組織有何變化？3實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：1）分別在直徑為50mm圓內(nèi)畫(huà)出所觀察各種試片的顯微組織圖，并注明綱號(hào)、熱處理方法、腐蝕劑、顯微組織、放大倍數(shù)。2）說(shuō)明含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織影響規(guī)律。材料名稱(chēng)成分處理過(guò)程浸蝕劑顯微組織工業(yè)純鐵002C退火4HNO3酒精溶液鐵素體亞共析鋼02C退火4HNO3酒精溶液鐵素體+珠光體亞共析04C退火4HNO3酒精溶液鐵素體+珠光體共析鋼08C退火4HNO3酒精溶液珠光體過(guò)共析鋼10C12C退火4HNO3酒精溶液珠光體+二次滲碳體（白亮）過(guò)共析鋼12C退火堿性苦味酸鈉熟煮珠光體+二次滲碳體（黑亮）亞共晶白口鐵C43鑄態(tài)4HNO3酒精溶液滲碳體+變態(tài)萊氏體

8、 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)備2、畫(huà)出觀察到的試樣的組織圖，標(biāo)明各組織組成物名稱(chēng)、材料名稱(chēng)、處理?xiàng)l件、浸蝕劑、放大倍數(shù)等(不要將劃痕、夾雜物、銹蝕坑等畫(huà)到圖上)。五、注意事項(xiàng)金相顯微鏡的成像原理可參閱有關(guān)書(shū)籍。實(shí)驗(yàn)課上所用的顯微鏡已經(jīng)調(diào)整好了，觀察時(shí)只要轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)螺旋，看清楚即可。顯微鏡是精密的光學(xué)儀器，使用時(shí)一定要當(dāng)心。制備試樣很費(fèi)時(shí)間，所以我們要愛(ài)護(hù)制好的試樣表面，不要用手直接觸摸試樣表面，更要避免被硬物劃傷，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手去動(dòng)試樣。附錄 顯微分析一、顯微樣品制備與金相顯微鏡的使用方法 1了解正確制備顯微樣品的過(guò)程。2熟悉金相顯微鏡的構(gòu)造原理及正確的使用方法。二、概述

9、利用顯微鏡將金屬組織高倍放大后進(jìn)行觀察分析的方法稱(chēng)為顯微分析。在金屬顯微鏡下所觀察到的金屬組織稱(chēng)為顯微組織或金相組織。這種分析方法的特點(diǎn)是在特制的試片上用能放大數(shù)十倍至兩三干倍的金相顯微鏡來(lái)觀察金屬中細(xì)小的組織及缺陷，從而了解金屑組織及缺陷與性能之間的關(guān)系。這在檢查金屬材料的質(zhì)量和分析產(chǎn)生缺陷的原因等方面起著重要的作用。顯微試片的制備 1取樣：取樣應(yīng)根據(jù)檢查目的取有代表性的部位。試樣不宜過(guò)大，一般直徑和高各為1015mm為宜。如過(guò)大可用鋸或切割機(jī)切小(切時(shí)應(yīng)注意不能使金屬的組織發(fā)生變化)。樣品太小(如金屬薄片或細(xì)絲等)無(wú)法磨制，可將試樣鑲在電木、硫磺或其它易熔金屬中或用夾具夾住進(jìn)行磨制。 2研

10、磨：試樣取好后用砂輪磨平，再用一套粗細(xì)不同的砂紙逐次磨光。我國(guó)生產(chǎn)的金相砂紙有I0、20、30、40、50、60、70七種。其中70最細(xì)，磨光時(shí)通常是將砂紙放在一塊玻璃上，一手按住砂紙，一手拿住試片并用一定的壓力，使試片表面和砂紙均勻接觸后用力向前推磨。每換一道砂紙需使前道砂紙所留下的磨痕全部消失，為了確切地掌握這一點(diǎn)，在換砂紙時(shí)應(yīng)將試樣的研磨方向調(diào)轉(zhuǎn)90度。前道砂紙上的粗紗粒帶到下道砂紙上去時(shí)將在試樣上造成新的深痕，因此最好在換砂紙時(shí)洗手和洗試樣或用布擦凈。實(shí)際上一塊試樣不需要磨七種砂紙，只要選三種就足夠。3拋光：磨光后的試樣還需要經(jīng)過(guò)拋光是磨痕全部消失而獲得光亮如鏡的磨面。拋光常在拋光機(jī)上

11、進(jìn)行。拋光機(jī)的主部分是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的水平旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)。盤(pán)上面鋪有帆布或絨布，拋光時(shí)要不斷地滴上拋光液（Al2O3、Cr2O3、MgO等極細(xì)的磨料加水形成的懸浮液）。在拋光時(shí)注意用力均勻，不可過(guò)輕或過(guò)重以免試樣刮破拋光布或飛出，拋光布濕度要合適（以拋光好的試樣離開(kāi)拋光盤(pán)45秒鐘后，水分揮發(fā)完為好）過(guò)濕則降低拋光速度并使鋼鐵中的夾雜物或石墨拖出，過(guò)干則使磨面發(fā)暗出現(xiàn)斑點(diǎn)。拋光時(shí)試樣左右旋轉(zhuǎn)，快拋好時(shí)可由盤(pán)邊向中心移動(dòng)，以提高拋光面的質(zhì)量。當(dāng)拋到試樣光亮如鏡時(shí)將試樣在流水中洗滌干凈后用酒精沖去殘留水滴，再用吹風(fēng)機(jī)吹干、電爐烤干或用濾紙吸干以防出現(xiàn)銹斑。如只觀察金屬中的夾雜物或石墨，可將經(jīng)過(guò)上述方法制備好

12、的試樣直接放在顯微鏡下進(jìn)行研究。4腐蝕，為了顯示金屬的組織，應(yīng)將拋光后洗凈的試樣進(jìn)行腐蝕。不同的金屬試樣采用不同的腐蝕劑。鋼和鐵最常用的腐蝕劑是4%的硝酸酒精溶液，或4%的苦味酸酒精溶液。腐蝕的方法：一般是先在試樣拋光面上滴上酒精（使腐蝕均勻）后浸于腐蝕劑中（也有用棉花沾腐蝕劑在試樣表面上拭擦或用滴管把腐蝕劑均勻地滴在磨面上），腐蝕到發(fā)光的表面失去光澤而呈銀灰色后立即將試樣移于清水中沖洗，以免腐蝕劑繼續(xù)作用而致腐蝕過(guò)度，然后再滴上灑精沖掉試樣表面的水分，并立即用吸水紙，吹風(fēng)機(jī)或電爐將試樣干燥。 腐蝕時(shí)應(yīng)注意不用手接觸磨面否則腐蝕不均勻，試樣浸在腐蝕劑中要晃動(dòng)，這樣可以避免在試樣表面上形成氣泡或

13、沉淀產(chǎn)物，防止出現(xiàn)腐蝕不均的缺陷。 經(jīng)過(guò)以上各步手續(xù)處理后的試樣即可放在金相顯微鏡下進(jìn)行觀察。 腐蝕能夠顯示試樣金相組織的原因是：合金中各相(如鐵素體、奧氏體、滲碳體等)的電極電位是不同的，當(dāng)合金侵在酸溶液中，電位低的便成為陽(yáng)極被溶解。例如珠光體中的鐵素體的電位比滲碳體低，故鐵素體被溶解了，又如鐵素體中的晶界電位低，故晶界被溶解了的歷害成為凹溝，晶粒被腐蝕的少，基本上還是一個(gè)平面，經(jīng)金相顯微鏡放大后，就能看到白亮的鐵素體晶粒和黑色的晶粒邊界，從而可以了解鐵素體的晶粒大小形狀。金相顯微鏡1金相顯微鏡的放大原理 金相顯微鏡的放大作用是通過(guò)兩組透鏡來(lái)完成的。對(duì)著被觀察物體的透鏡組，叫做接物鏡，對(duì)著眼

14、睛的叫接目鏡。其放大的光學(xué)原理如圖11.8所示。 圖11.8 顯微鏡成像的光學(xué)圖解 1接物鏡； 2接目鏡 。 上圖表示在顯微鏡中得到放大物象的光學(xué)簡(jiǎn)圖。所觀察的物體AB放在接物鏡之前較其焦點(diǎn)(F1)略遠(yuǎn)些。光線由物體上反射穿過(guò)接物鏡經(jīng)折射后得到一個(gè)倒立的放大實(shí)象AB，落在接目鏡焦點(diǎn)(F2)之內(nèi)。人眼通過(guò)起放大作用的接目鏡觀察實(shí)象AB，結(jié)果得到最后的倒立放大的虛象AE也就是在顯微鏡下研究實(shí)物時(shí)我們所觀察到的結(jié)果。2顯微鏡的放大倍數(shù)物鏡的放大倍數(shù)： M1=目鏡的放大倍數(shù)： M2=顯微鏡的總放大倍數(shù)： M = 即：顯微鏡的總放大倍數(shù)等于物鏡和目鏡單獨(dú)放大倍數(shù)之乘積。 有的顯微鏡為了避免鏡筒過(guò)長(zhǎng)使用不

15、便，在結(jié)構(gòu)上把物鏡與目鏡的距離縮短，因此這些顯微鏡的放大倍數(shù)M=KM1M2，K稱(chēng)為鏡筒系數(shù)，K值一般都標(biāo)在物鏡上。 顯微鏡放大倍數(shù)選擇原則：一般金相顯微鏡的放大倍數(shù)：200稱(chēng)低倍，200600稱(chēng)中倍， 600稱(chēng)高倍。在選用顯微鏡的放大倍數(shù)時(shí)，并非放大倍數(shù)越高越好，而應(yīng)“低高結(jié)合”先用低倍觀察，整體的了解；然后逐漸提高放大倍數(shù)，仔細(xì)地進(jìn)行局部觀察。這樣結(jié)合起來(lái)，才能對(duì)一塊顯微樣品作全面的了解。3顯微鏡的構(gòu)造 一般金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)包括三個(gè)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)，有的顯微鏡還有照相系統(tǒng)。下面就前三個(gè)系統(tǒng)分別進(jìn)行介紹。1）光學(xué)系統(tǒng)：主要包括接物鏡、接目鏡。接物鏡：接物鏡在顯微鏡中是最主要的

16、而且最貴重的部分，它是由許多不同形狀、不同種類(lèi)的玻璃制成的透鏡所組成。位于接物鏡前端的透鏡是一塊平凸的玻璃，叫做前端透鏡，其他位于前端透鏡之后的透鏡叫做校正透鏡。前端透鏡的用途是為了放大，校正透鏡是用來(lái)校正前端透鏡所引起的光學(xué)上的缺陷。接目鏡：接目鏡可以分為：普通的、校正的及投影的接目鏡。普通接目鏡結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，它由兩個(gè)平凸透鏡所組成。兩個(gè)平凸透鏡間放一光圈。安裝光圈是為了限制顯微鏡的視場(chǎng)。它能限制邊緣的光線。校正目鏡能夠補(bǔ)嘗透鏡光學(xué)上的缺陷，通常在鏡筒上標(biāo)有“C”或“K”字樣。投影接目鏡在照象時(shí)應(yīng)用，其構(gòu)造與校正目鏡相似。2）照明系統(tǒng)：各種型號(hào)的金相顯微鏡的照明原理基本相同，但有不同的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)

17、以“蔡斯”金相顯微鏡照明圖11.9為例進(jìn)行說(shuō)明： 圖11.9 “蔡斯”金相顯微鏡照明光程圖1光源； 2聚光透鏡； 3光圈； 4濾光片；5反光鏡； 6物鏡； 7試片； 8載物臺(tái)；9平面平行玻璃片(或棱鏡)； 10平面玻璃；11棱鏡； 12目鏡。 由光源射出的光線通過(guò)聚光透鏡使光線更集中，在通過(guò)光圈使光線減少散射，經(jīng)濾光片使白光變成單色光減少光學(xué)缺陷，在濾光片中還可以再加一片毛玻璃，使光線變得柔和、均勻，不易使眼睛疲勞。單色光射到平面鏡9上光線穿過(guò)平面鏡，另一部分反射后經(jīng)接物鏡6落到試片表面7上，經(jīng)7的反射，通過(guò)接物鏡后落到接目鏡12上，使用這種照明方法接物鏡的整個(gè)孔徑都起作用，但未能利用全部光線

18、來(lái)照明，因而影響試片上的光亮程度。這種照明方法觀察組織清楚，是一種常用的方法。如果9用棱鏡時(shí)，則光線能全部反射到試片上，使試片上比較明亮，但是物鏡的孔經(jīng)只有一半起作用。射于試片上的光線是斜的，使物象易于產(chǎn)生暗影而顯出凸起的表面。這兩種照明的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在現(xiàn)代顯微鏡中同時(shí)具備，在使用時(shí)任選一種。 上面所說(shuō)的照明方法是最常用的，用這種照明的方法觀察試片時(shí)其光線在試片表面上反射的情況如圖11.10。當(dāng)光線射到試片表面平滑部分時(shí)光線射回到目鏡，我們可以看到是明亮的組織，如鐵素體晶粒。如光線射凹溝部分，光線產(chǎn)生亂反射，在目鏡里看不到，因此是黑色的，如鐵素體晶粒邊界的地方。 觀察共析鋼珠光體組織時(shí)

19、，由于細(xì)薄而硬的滲碳體凸起，相界因受侵蝕而形成凹溝，在斜射光線下便產(chǎn)生陰影和亂反射，以致在顯微鏡下看到黑暗的線條，鐵素體和凸起的滲碳體仍然光亮。但在倍數(shù)較低的顯微鏡下細(xì)薄的滲碳體則成黑色，因?yàn)樗?，也就是兩條黑線相距太近，中間就顯不出亮的來(lái)。 圖11.10 在金相顯微鏡下 圖11.11“蔡斯”金相顯微鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖能看清試片組織的示意圖 1目鏡；2鏡筒；3棱鏡罩；4濾光片；1被觀察的試片； 5三棱鏡；6光源；7物鏡；8試片；2在目鏡里看到的顯微組織； 9載物臺(tái)；10載物臺(tái)前后調(diào)動(dòng)螺絲；3照射的光線。 11載物臺(tái)左右調(diào)動(dòng)螺絲；12底座；13玻璃片；14平面鏡；15載物臺(tái)上下 調(diào)動(dòng)螺絲；16細(xì)調(diào)節(jié)螺絲；17主架； 18滑動(dòng)架臂；19粗調(diào)節(jié)螺絲?！安趟埂苯鹣囡@微鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖11.11所示。鏡架分可動(dòng)部分和固定部分，底座是不可動(dòng)的，可動(dòng)部分主要是通過(guò)調(diào)整螺絲改變物鏡和試樣的距離。調(diào)整螺絲分粗動(dòng)和微動(dòng)兩部分，以保證準(zhǔn)確地調(diào)整焦距。載物臺(tái)是放試片的平臺(tái)，一般它是可以任意移動(dòng)的，以保證可以