鐵碳合金平衡組織觀察講義

1、實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 鐵碳合金平衡組織觀察鐵碳合金平衡組織觀察 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1、識(shí)別和研究鐵碳合金(碳鋼和白口鑄鐵)在平衡狀態(tài)下的顯微組織； 2、分析含碳量對(duì)鐵碳合金顯微組織的影響，加深理解成分、組織與性能之間的相互關(guān)系。 二、概二、概 述述 鐵碳合金的顯微組織是研究鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)。鐵碳合金平衡狀態(tài)的組織是指合金在極為緩慢的冷卻條件下(如退火狀態(tài))所得到的組織，其相變過程均按FeFe3C相圖進(jìn)行，所以我們可以根據(jù)該相圖來分析鐵碳合金的平衡組織。 圖31 FeFe3C相圖 如圖31所示，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫下的組織均由鐵素體（F）和滲碳體（FeC）這兩個(gè)基本相所組成。只是因含碳量不

2、同，鐵素體和滲碳體的相對(duì)數(shù)量、析出條件以及分布情況各有所不同，因而呈各種不同的組織形態(tài)，見表41。 碳鋼和白口鑄鐵在金相顯微鏡下具有下面幾種基本組織：表41 各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織類 型含碳量（C）顯微組織浸蝕劑純鐵0.02鐵素體4硝酸酒精溶液碳鋼亞共析鋼0.020.77鐵素體+珠光體4硝酸酒精溶液共析鋼0.8珠光體4硝酸酒精溶液過共析鋼0.82.06珠光體十二次滲碳體4硝酸酒精溶液白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.064.3珠光體十二次滲碳體萊氏體4硝酸酒精溶液共晶白口鐵4.3萊氏體4硝酸酒精溶液過共晶白口鐵4.36.67萊氏體+一次滲碳體4硝酸酒精溶液 （1）鐵素體（）鐵素體（F） 是碳在F

3、e中的固溶體，鐵素體為體心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度較低。用34硝酸酒精熔液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)明亮色的多邊形晶粒：亞共析鋼中，鐵素體呈塊狀分析；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（）滲碳體（FeC） 是鐵與碳形成的一種化合物，其含碳量為667。當(dāng)用34硝酸酒精溶液浸蝕后，滲碳體呈亮白色，若用苦味酸鈉溶液浸蝕，則滲碳體呈黑色而鐵素體仍為白色。由此可區(qū)別鐵素體與滲碳體。此外，按鐵碳合金成分和形成條件不同，滲碳體呈觀不同的形態(tài)：一次滲碳體(初生相)直接由液體中析出，在白口鑄鐵中呈粗大的條片狀；二次滲碳體(次生相)從奧氏體巾析出，呈網(wǎng)絡(luò)狀沿奧氏

4、體晶界分布，經(jīng)球化退火，滲碳體呈顆粒狀。 （3 3）珠光休（）珠光休（P P） 是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，浸蝕后可觀察到兩種不同的組織形態(tài)： 1 1）片狀珠光體）片狀珠光體 它是由鐵素休與滲碳體交替排列形成的層片狀組織，經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下，可以看到具存不同特征的層片狀組織。在高倍放大時(shí) （照片41），能清楚地看到珠光體中平行相間的寬條鐵素休和細(xì)條滲碳體。當(dāng)放大倍數(shù)低時(shí)（照片42），由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度，這時(shí)就只能看到一條黑線，它實(shí)際上就表示滲碳體。當(dāng)組織較細(xì)而放大倍數(shù)更低時(shí)，珠光體片層就不能分辨，而呈黑色。 2 2）球狀珠光體）球狀珠光體 球狀珠

5、光休組織的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，其邊界呈暗黑色，如照片43。上述各類組織組成物的機(jī)械性能見表42。 （4）萊氏體（）萊氏體（L） 室溫時(shí)是珠光體、二次滲碳體和共晶滲碳體所組成的機(jī)械混合物。它是由含碳量為4.3的液態(tài)共晶白口鑄鐵在1147共晶反應(yīng)所形成的共晶體（奧氏體和共晶滲碳體）其中奧氏體在繼續(xù)冷卻時(shí)析出二次滲碳體，在723以下分解為珠光體。因此，萊氏體的顯微組織特征是在亮白色的滲碳體基底上相間地分布著暗黑色斑點(diǎn)及細(xì)條狀的珠光體。表42 各類組織組成物的機(jī)械性能性能組成物硬 度抗拉強(qiáng)度斷面收縮率相對(duì)延伸率沖擊韌性HBb（MN/）（%）（%）Ak（J）鐵素體6

6、09012023060754050160滲碳體75082030350片狀珠光體19023086090010159122432球狀珠光體160190650750182518253227 根據(jù)組織特點(diǎn)及碳含量的不同，鐵碳合金可分：工業(yè)純鐵、鋼和鑄鐵三大類。 （一）工業(yè)純鐵（一）工業(yè)純鐵 含碳量0.02的鐵碳合金通常稱稱為業(yè)純鐵，它分為兩相組織，即由鐵素體和三次滲碳體組成。照片44所示為工業(yè)純鐵的顯微組織。其中黑色線條是鐵素體的晶界、而亮白色基體是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒。在晶界上存在少量三次滲碳，呈現(xiàn)出白色的不連續(xù)的網(wǎng)狀，由于量少，有時(shí)看不出。 （二）鋼的部份（二）鋼的部份 1、亞共析鋼、亞共析鋼

7、亞共析鋼的含碳量在0.020.8范圍內(nèi)，其組織由鐵素體和珠光體所組成，隨著含量的加，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，照片45、46為亞共析鋼的顯微組織，其中亮白色為鐵素體，暗黑色為珠光體。兩者的相對(duì)量可由杠桿定律求得，例如：含碳量為0.45的鋼（45鋼）其珠光體的相對(duì)含量為P （）56，鐵素體的相對(duì)含量為F（）10044。 另外，直接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)，可近似地計(jì)算出鋼的含碳量。例如：在顯微鏡下觀察到有50的面積為珠光體，50的面積為鐵素體，則此鋼的含碳量C0.4（室溫下鐵素體含碳量極微，約為0.0008，可忽略不計(jì)）即相當(dāng)于40鋼。 2、共析鋼

8、、共析鋼含碳量力0.8碳鋼，稱為共析鋼，由單一的珠光體組成，其顯微組織如圖所示。 3、過共析鋼、過共析鋼 含碳量超過0.8碳鋼稱為過共析鋼。它在室溫下的組織由珠光體和二次滲碳體組成。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。照片 的含碳量1.2的過共析鋼的顯微組織。組織中存在片狀珠光體和網(wǎng)絡(luò)狀二次滲碳體。經(jīng)侵蝕后珠光體呈暗黑色，而二次滲碳體則呈現(xiàn)白色網(wǎng)狀。 若要根據(jù)顯微組織來區(qū)分過共析鋼的網(wǎng)狀二次滲碳體和亞共析鋼的網(wǎng)狀鐵素體，可采用苦味酸鈉溶液來浸蝕，這樣，是二次滲碳體就被染色呈黑色網(wǎng)狀，而鐵素體和珠光體仍保留白色晶粒，照片47b所示。 （三）鑄鐵（三）鑄鐵 1、亞共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵 含

9、碳量4.3的白口鑄鐵稱為過共晶白口鑄鐵， 在室溫時(shí)的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(diǎn)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，其顯微組織如照片410所示。 三、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo)三、實(shí)驗(yàn)方法指導(dǎo) 1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料 （1）金相顯微鏡； （2）金相圖冊(cè)； （3）各種鐵碳合金的顯微樣品（表43）表43編號(hào)材料處理過程浸 蝕 劑放大倍數(shù)1工業(yè)純鐵退火狀態(tài)34硝酸酒精溶液100400220鋼退火狀態(tài)34硝酸酒精溶液100400345鋼退火狀態(tài)34硝酸酒精溶液1004004?鋼退火狀態(tài)34硝酸酒精溶液1004005T8鋼退火狀態(tài)34硝

10、酸酒精溶液1004006T12鋼退火狀態(tài)34硝酸酒精溶液1004007亞共晶白口鐵鑄造狀態(tài)34硝酸酒精溶液1004008共晶白口鐵鑄造狀態(tài)34硝酸酒精溶液1004009過共晶白口鐵鑄造狀態(tài)34硝酸酒精溶液100400 2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 （1）實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)講課中的有關(guān)內(nèi)容和閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，為實(shí)驗(yàn)做好理淪方面的準(zhǔn)備； （2）在顯微鏡下觀察和分析表43鐵碳合金的平衡組織，識(shí)別鋼和鑄鐵組織形態(tài)的特征，根據(jù)FeFe3C相圖分析各合金的形成過程；建立成分，組織之間相互關(guān)系的概念。 （3）繪出所觀察的顯微組織示意圖，畫時(shí)應(yīng)抓住組織形態(tài)的典型特征，并在圖中表示出來。 （4）根據(jù)顯微組織近似確定亞共析鋼的含碳量：C1000008. 0F1008 . 0P 式中：P和F分別為珠光體和鐵素體所占面積（）。 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 （1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?（2）采集出所觀察顯微組織示照片，并注明材料名稱、含碳量、浸蝕劑和放大倍數(shù)，并將組成物名稱以箭頭引出標(biāo)明。 （3）根據(jù)所觀察的顯微組織近似確定一種亞共析鋼的含碳量。 （4）分析和討論： 含碳量對(duì)鐵碳合金的組織和性能的影響。 （5）實(shí)