實(shí)驗(yàn)一鐵碳合金平衡組織的觀察及分析

1、-. z.實(shí)驗(yàn)一 鐵碳合金平衡組織的觀察與分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?認(rèn)識(shí)和熟悉鐵碳合金平衡狀態(tài)下的顯微組織特征；2了解含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織的影響。建立起Fe-Fe3C狀態(tài)圖與平衡組織的關(guān)系；3了解平衡組織的轉(zhuǎn)變規(guī)律并能應(yīng)用杠桿定律。二、概述 平衡狀態(tài)是指鐵碳合金在極為緩慢的冷卻條件下完成轉(zhuǎn)變的組織狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)條件下，退火狀態(tài)下的碳鋼組織可以看成是平衡組織。圖1是以組織組成物表示的鐵碳合金相圖。在室溫下碳鋼和白口鑄鐵的組織都是由鐵素體和滲碳體兩種根本相構(gòu)成。但是由于含碳量不同、合金相變規(guī)律的差異，致使鐵碳合金在室溫下的顯微組織呈現(xiàn)出不同的組織類型。表1列出各種鐵碳合金在室溫下的顯微組織。 表1 各種

2、鐵碳合金在室溫下的顯微組織合金分類含碳量/%顯微組織工業(yè)純鐵500倍電鏡下觀察時(shí)，能清晰地分辨珠光體中平行相間的寬條鐵素體和細(xì)片狀滲碳體，如圖3(a)所示。在300400倍光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí)，由于顯微鏡的鑒別能力小于滲碳體片厚度，這時(shí)所看到的滲碳體片就是一條黑線如圖3(b)所示。珠光體有類似指紋的特征。 圖3 共析鋼的珠光體組織(2)亞共析鋼含碳量為0.0218%0.77%的鐵碳合金稱為亞共析鋼，室溫下的顯微組織是鐵素體珠光體。鐵素體呈白色不規(guī)則塊狀晶粒，珠光體在放大倍數(shù)較低或浸蝕時(shí)間長(zhǎng)、浸蝕液濃度加大時(shí)，則為黑色塊狀晶粒，如圖4所示。 圖4亞共析鋼的顯微組織300在亞共析鋼的組織中，隨著含碳

3、量的增加，組織中的珠光體量也增加。在平衡狀態(tài)下，亞共析鋼組織中的鐵素體和珠光體的相對(duì)量可應(yīng)用杠桿定律計(jì)算。通過(guò)在顯微鏡下觀察組織中珠光體和鐵素體各自所占面積的百分?jǐn)?shù)，可以近似估算出鋼的含碳量。即鋼的含碳量P(面積%)0.77%(3)過(guò)共析鋼含碳量為0.77%2.11%的鐵碳合金稱為過(guò)共析鋼，室溫下的顯微組織為珠光體+二次滲碳體。二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布在原奧氏體的晶界上，隨著鋼的含碳量增加，二次滲碳體網(wǎng)加寬，用硝酸酒精溶液浸蝕時(shí)，二次滲碳體網(wǎng)呈亮白色，如圖5(a)所示。假設(shè)用煮沸的堿性苦味酸鈉溶液浸蝕，則二次滲碳體呈黑色，如圖5(b)所示。 圖5 過(guò)共析鋼的顯微組織3003.白口鑄鐵白口鑄鐵的含碳

4、量為2.11%6.69%。在白口鑄鐵的組織中含有較多的滲碳體相，其宏觀斷口呈白亮色，因而得名。按含碳量不同，其組織類型也分為3種：共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵和過(guò)共晶白口鑄鐵。1共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%，室溫顯微組織是低溫萊氏體。低溫萊氏體是珠光體和滲碳體的機(jī)械混合物，如圖6所示。其中白亮的基體是滲碳體，顯微組織中的黑色細(xì)小顆粒和黑色條狀的組織是珠光體。圖6共晶白口鑄鐵100* 圖7亞共晶白口鑄鐵100* 圖8過(guò)共晶白口鑄鐵200*2亞共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵的含碳量為2.11%4.3%，室溫的顯微組織是珠光體二次滲碳體萊氏體，如圖7所示。圖中較大塊狀黑色局部是珠光體，呈樹(shù)

5、枝狀分布，其周邊的白亮輪廓為二次滲碳體，在白色基體上分布有黑色細(xì)小顆粒和黑色細(xì)條狀的組織是萊氏體。通常二次滲碳體與共晶滲碳體即萊氏體中的滲碳體連在一起，又都是白亮色，因此難以明確區(qū)分。3過(guò)共晶白口鑄鐵過(guò)共晶白口鑄鐵的含碳量為4.3%6.69%，其室溫顯微組織為萊氏體 一次滲碳體，如圖8所示。圖中呈白亮色的大板條狀立體形態(tài)為粗大片狀的是一次滲碳體，其余局部為萊氏體。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 觀察八種試樣，根據(jù)鐵碳合金相圖判斷各組織組成物，區(qū)分顯微鏡下看到的各種組織。 工業(yè)純鐵試樣1個(gè)，亞共析鋼試樣2個(gè)、共析鋼試樣1個(gè)、過(guò)共析鋼試樣1個(gè)、亞共晶白口鑄鐵試樣1個(gè)、共晶白口鑄鐵試樣1個(gè)、過(guò)共晶白口鑄鐵試樣1個(gè)。

6、四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、畫(huà)出你觀察到的試樣的組織圖，標(biāo)明各組織組成物名稱、材料名稱、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)。3、計(jì)算碳鋼亞共析鋼試樣2個(gè)、共析鋼試樣1個(gè)、過(guò)共析鋼試樣1個(gè)室溫下各組織組成物的相對(duì)重量。4、討論鐵碳合金含碳量與組織的關(guān)系。五、考前須知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。顯微鏡是精細(xì)的光學(xué)儀器，使用時(shí)一定要留神。制備試樣很費(fèi)時(shí)間，所以我們要保護(hù)制好的試樣外表，不要用手直接觸摸試樣外表，更要防止被硬物劃傷，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要用手去動(dòng)試樣。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄：材料

7、牌號(hào)： 材料牌號(hào)： 處理狀態(tài)： 處理狀態(tài)： 浸蝕劑： 浸蝕劑： 放大倍數(shù)： 放大倍數(shù)： 材料牌號(hào)： 材料牌號(hào)： 處理狀態(tài)： 處理狀態(tài)： 浸蝕劑： 浸蝕劑： 放大倍數(shù)： 放大倍數(shù)： 材料牌號(hào)： 材料牌號(hào)： 處理狀態(tài)： 處理狀態(tài)： 浸蝕劑： 浸蝕劑： 放大倍數(shù)： 放大倍數(shù)： 材料牌號(hào)： 材料牌號(hào)： 處理狀態(tài)： 處理狀態(tài)： 浸蝕劑： 浸蝕劑： 放大倍數(shù)： 放大倍數(shù)： 實(shí)驗(yàn)二 金相分析及熱處理綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蟊緦?shí)驗(yàn)為綜合性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，包括：原材料檢測(cè)金相組織、硬度 熱處理淬火 終檢金相組織、硬度的全過(guò)程并得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1、熟悉金相分析根本方法金相試樣的制備、觀察、

8、金相顯微鏡的使用2、熟悉鋼的熱處理工藝及操作淬火工藝、熱處理爐的使用3、熟練掌握洛氏硬度計(jì)的操作，了解工業(yè)生產(chǎn)中常用硬度檢測(cè)方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1、設(shè)備： 金相顯微鏡 熱處理爐及控溫儀表 洛氏硬度計(jì) 砂輪機(jī) 預(yù)磨機(jī) 拋光機(jī) 吹風(fēng)機(jī)2、試樣材料：20 45 T10(任選一種)3、消耗材料：Cr203拋光液 4硝酸酒精溶液 棉花 水砂紙 金相砂紙 拋光布 水三、實(shí)驗(yàn)步驟及方法每人一個(gè)試樣，做完該試樣實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程。第1步：粗磨 用砂輪機(jī)或銼刀將試樣待觀察面制成平面，再用粗砂紙磨制，得到平整磨面為止。第2步：沖洗 清水洗凈并擦干第3步：細(xì)磨 消除粗磨后的磨痕，得到平整而光滑的磨面。依次在由粗到細(xì)的三

9、種不同粒度的砂紙上把磨面磨光。 方法：將砂紙放在玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，并使磨面朝下，均勻用力沿直線向前推行，返回時(shí)試樣要離開(kāi)砂紙，如此反復(fù)，直至磨面上的磨痕被去掉，新的磨痕均勻一致時(shí)為止。每換一種砂紙，試樣的磨制方向轉(zhuǎn)動(dòng)90，即與上一道磨痕方向垂直。第4步：沖洗 清水洗凈第5步：拋光 去除細(xì)磨時(shí)留下來(lái)的細(xì)微磨痕和變形層，是靠極細(xì)的拋光粉末與磨面間產(chǎn)生相對(duì)磨削和滾壓作用來(lái)消除磨痕，使其成為光滑的鏡面。拋光時(shí)應(yīng)在拋光盤(pán)上不斷滴注拋光液，拋光液采用Cr2O3細(xì)粉末在水中的懸浮液。第6步：沖洗 清水洗凈第7步：浸蝕 浸蝕劑為3-5硝酸酒精溶液 方法：將試樣磨面浸入浸蝕劑中，或用棉花沾上

10、浸蝕劑擦拭外表。時(shí)間要適當(dāng)，一般磨面發(fā)暗時(shí)就可停頓，如浸蝕缺乏可重復(fù)浸蝕；如浸蝕過(guò)度，則需重新拋光后，再來(lái)一次。 第8步：沖洗 先用清水沖洗，再用酒精沖洗。第9步：吹干 用吹風(fēng)機(jī)吹干試樣或用棉球擦干后即可進(jìn)展觀察。第10步：顯微觀察*JP-200金相顯微鏡 要求畫(huà)出觀察到的組織示意圖，標(biāo)明材料牌號(hào)、放大倍率、浸蝕劑及所觀察到的組織組成物的名稱。第11步：硬度測(cè)試HR-150A洛氏硬度計(jì)或HRD-150電動(dòng)洛氏硬度計(jì)或TH320全洛氏硬度計(jì) 要求記錄測(cè)試的數(shù)據(jù)，每個(gè)試樣(在不同部位)測(cè)三個(gè)點(diǎn)，取其平均值。第12步：熱處理S*系列或SG系列或RJM系列熱處理爐 同種牌號(hào)試樣放同一熱處理爐進(jìn)展熱處理

11、，并依據(jù)鐵碳相圖上的臨界溫度確定好熱處理溫度及保溫時(shí)間。淬火時(shí)，試樣用鉗子夾好，出爐、入水迅速，并不斷在水中攪動(dòng)，以保證熱處理質(zhì)量。取放試樣時(shí)爐子要斷電。第13步：熱處理后的試樣用砂紙磨去兩端氧化皮。第14步：重復(fù)第1步至第11步進(jìn)展操作。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄材料的牌號(hào)：熱處理工藝：加熱溫度保溫時(shí)間冷卻方式熱處理前熱處理后硬度值：硬度值：組織組成：組織組成：處理狀態(tài)：處理狀態(tài)：示意圖： 放大倍率： 浸蝕劑：示意圖： 放大倍率： 浸蝕劑：五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)過(guò)程；3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，示意圖上應(yīng)標(biāo)明組織組成物名稱；3、根據(jù)熱處理原理，分析熱處理前后的組織變化情況，比照熱處理前后

12、的硬度值，分析硬度值變化的原因；4、本次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)。六、考前須知1、本實(shí)驗(yàn)加熱所用的設(shè)備都為電爐，由于爐內(nèi)電阻絲距離爐膛較近，容易漏電，所以電爐一定要接地。在取、放試樣時(shí)必須先切斷電源。2、往爐中放、取試樣必須使用夾鉗，夾鉗必須擦干，不得沾有油和水。開(kāi)關(guān)要迅速，爐門(mén)翻開(kāi)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。3、試樣在淬火液中應(yīng)不斷攪動(dòng)，以免因冷卻不均而出現(xiàn)軟點(diǎn)。4、在觀察顯微組織時(shí)，可先用低倍全面地觀察，找出典型組織，再用高倍放大，局部詳細(xì)觀察。移動(dòng)金相試樣時(shí)，不得用手指觸摸試樣外表，以免影響觀察。5、硬度測(cè)試時(shí)，試樣兩端要平行，外表應(yīng)平整，假設(shè)有油污或氧化皮，可用砂紙打磨；如測(cè)試圓柱形試樣的側(cè)面，應(yīng)放在帶有V型槽的

13、工作臺(tái)上操作，以防試樣滾動(dòng)。6、加載應(yīng)細(xì)心操作，以免損壞壓頭，假設(shè)加載阻力太大，應(yīng)停頓加載，立即報(bào)告。7、測(cè)完硬度值，卸掉載荷后，必須使壓頭完全離開(kāi)試樣后再取下試樣。8、金剛石壓頭系貴重物件，質(zhì)硬而脆，使用時(shí)要小心慎重，嚴(yán)禁與試樣或其它物件碰撞。附件1：硬度計(jì)操作方法指導(dǎo)硬度是材料對(duì)另一較硬的物體壓入外表抵抗塑性變形的一種能力，硬度試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，又無(wú)損于零件，故應(yīng)用較廣。常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏硬度用于黑色、有色金屬的原材料檢驗(yàn)，也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測(cè)驗(yàn)和洛氏硬度用于熱處理后的金屬產(chǎn)品的性能檢測(cè)。HR-150A洛氏硬度計(jì)：檢測(cè)洛氏硬度HRC，所用壓頭為120金剛石圓錐，負(fù)荷1500

14、N，是根據(jù)壓痕深度來(lái)確定硬度值指標(biāo)，測(cè)定時(shí)，需要兩次施加載荷預(yù)載荷和主載荷。方法：將試樣放在試樣臺(tái)上，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣與壓頭緩慢接觸，直至表盤(pán)小指針指到0為止，將表盤(pán)大指針調(diào)整至零點(diǎn)，此時(shí)已預(yù)加載荷10kgf，其目的是使壓頭與試樣外表接觸良好，以保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。然后旋轉(zhuǎn)搖柄加上主載荷，當(dāng)表盤(pán)中大指針?lè)聪蛐D(zhuǎn)假設(shè)干格并停頓時(shí)，持續(xù)34秒，再反向旋轉(zhuǎn)搖柄，直至自鎖為止，即卸除主載荷，此時(shí)大指針退回假設(shè)干格，由表盤(pán)可直接讀取洛氏硬度值HRC讀外圈黑刻度。TH320全洛氏硬度計(jì)： 本硬度計(jì)功能設(shè)置方法詳見(jiàn)其操作規(guī)程。將試樣放置在樣品臺(tái)中央，順時(shí)針平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使樣品臺(tái)上升，試樣與壓頭接觸。此時(shí)屏幕上出現(xiàn)壓頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖，最后一格表示加載初試驗(yàn)力終止位置。平緩轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，