《工程材料与成形技术基础》课程 实验指导书 朱凌云编 王顺花审 兰州交通大学机电工程学院 材料系 2013.05.01
实验一铁碳合金平衡组织分析 一、实验目的 L.观察和分析侠碳合金在平衡状态下的显微组织。 2.了解铁碳合金中的相及组织组成物的本质、形态及分布特征 3.熟悉金相显微镜的使用。 二、概述 碳铜和特铁是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与组织有密切的联系，因此熟悉 并举握它们的组织是对钢铁材料的使用者最基本的要求。 1,碳钢和白口铸铁的平衡组织 半衡组织一最是指合金在极为缓慢冷知的条件下（根火状态）所得到的组织。铁误合 金在平衡状态下的显微组织可以根据Fe-FCC相图来分机，如图1-l为标注组织的Fe-FcC 相图 L+8 1200 THFeC+Ld FeC+Ld S/YHFe-C 6 P+Fe.Cn P+FeC+Ld FeC+Ld' 200 Ld' P! Fe 66 图1-1标注组织的Fe-Fe.C相图 从相图可知，所有碳钢和白口待铁在室温时的显微组织均山铁素体(F)相和渗碳体杆 所组成。但是，山于碳含量的不同，结品条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、分布和 混合情况不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。碳钢和白口特铁在室温下的显微组 织见表1-1 表1-1各种侠碳合金在室温下的显微组织 合金分类 碳含量(%) 显微组织 工业纯铁 <0.0218 铁素体 亚共析钢 0.0218-0.77 铁素体+珠光体 共析钢 0.77 殊光体 过共析银 07-2 珠光体 二次渗碳体 亚共品白口铸铁 2.11-4.3 珠光体+二次渗碳体+莱氏体 共品白口铸铁 4.3 莱氏体 过共品白口特铁 4.3-6.69 次渗碳体+莱氏体 2 各种组成相或组织组成物的特征
(1)铁素体(F) 铁者体是碳容于a-F的隙固溶体。供素体为体心立方品格，具有磁性和良好的塑性 硬度较低，一般为HB80-120,经3-5%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色品粒 1-2).随者钢中碳含量的增加， 铁素体量减少。铁素体量较多时呈块状分布（图13）。 当银 中碳舍量接进共厂成分时，铁素体往往早断续的树状，分于珠光体的周围（图1-4）。 图1-2工业纯铁的显微组织图 图1-3含0.4%C碳钢的显微组织 (2)渗碳休 渗碳体是铁与碳形成的间隙化合物（℉，C),它的碳含量为6.69%，抗浸蚀能力较强 经3一5%硝酸酒精溶液侵蚀后呈白亮色（图15） 图1-4含0.6%C碳钢的显微组织 图15含1,2%C碳钢的显微组纷 次渗候体(C)是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在莱氏体之间：二次海 碳体(C)是山奥氏体(A)中析出的，数量较少，背沿奥氏体品界析出，在奥氏体转变 成珠光体后，它呈树状分行在珠光体的边界上。另外，经不同的热处理后，渗碳体可以呈片 状、粒状或断续状 渗碳体的硬度很高 ,可达HB8O0以上。它是一种硬而胞的相，强度和塑性都很 (3)床光体(P) 珠光体是铁素体和渗碳体的共析机械混合物。它是山佚素体片和渗候体片相互交替排列 形成的层片状组织。经3-5%硝酸酒精溶液或苦味酸溶液浸蚀后，试样磨面上的条状铁素体 和参张体因边界被浸饨早照色线条，在不同放大倍数的显微镜下观察时.且有小太一一样的结 征。在600倍以上的高倍下观察时，每个珠光体团中是平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体 它们都呈白亮色，而其边界呈黑色（图16）：在40左右的中倍观察时，白亮的渗候体细 条被两边黑色的边界线所“吞食”，而变成黑条，这时所看到的珠光体是宽白条的供素体利 细黑条的渗碳体相间的混合物（图17）：在200倍以下的低倍观察时，山于显微镜的鉴别 2
率较低，宽白条的侠素体和细黑条的渗碳体也很难分辨，这时的珠光体是一片暗黑，成为黑 块的组织。图13中的黑块即是珠光体组织。 图1-6高倍下的珠光体 图17中倍下的殊光体 (4)莱氏体(Le') 莱氏体在室温时是珠光体和接碳体的机械混合物.浚碳体中包括共品接碳体和一次浚碳 体，两种渗碳体相连在一起，没有边界线，无法分辨开。经3-5%硝酸酒精浸蚀后，茱氏体 的组织特征是，在白高伍的参送休甚木上分若许多电色占（块）状或条状的洗光公（图 110)。莱氏体硬度很高 达HB700,性脆 它一般存在于含碳量大于2.11%的白口特铁中， 在某些高碳合金钢的特造组织中也常有出现 图1-8亚共品白口铸铁的显微组织 图19过共品白口铸铁的显微组织 在亚共品白口铸铁中，莱氏体被黑色粗树枝状 所分割，而日可看到在珠光体周围有一圈白亮的 次渗碳体（图1-8）。 在过共品白口铸铁中 ,菜氏体被相大的白色长 条状的一次渗碳体所分割（图19）。 3.亚共析钢的含碳量估算 亚共析钢的碳含量在0.0218%-0.77%范国内，￥ 衡状态下组织为铁素体和珠光体。随者碳含量的增 铁素体的数量逐渐减少 而珠光体的数量则桥 应地增多，两者的相对币量可山杠杆定律求得。例 图110共品白口铸铁的显微组织 ,碳含量为0.45%钢(45钢)，其珠光体的相对重量为： P(%)=0.45/0.77×100=58%,铁素体的相对重量为P(%)=0.77-0.45)/0.77×100-42% 31
:反过来，因珠光体、铁素体和渗碳体的比重相近，也可以通过在显微镜下观察到的珠光体 和铁素体各自所占面积的百分数近似地计算出钢的念碳量。例，在显微镜下视察到的有 50%的面积为珠光体，50%的面积为铁素体，则此钢的碳含量C%=50%×0.77-0.4%,即 当于40钢（铁素体在室温下含碳量极微为0.008%，可忽略不计） 三、实验方法指导 1。实验内容及步理 (1)在本实验中，学生应根据铁碳合金相图分析各类成分合金的组织形成过程，并通 过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉钢和铸铁的金相组织和形态特征，以进一步建立 成分与组织之间相互关系的概念 (2)实验前学生应复习讲课中的有关部分并阅读实验指导书，为实验做好理论方面的 准备 (3)在显微镜下对各种试样进行观察和分析，并确定其所属类型。 (4)绘出所观察到的显微组织图。画图时应抓住组织形态的特征，并在图中表示出来 (5)根据显微组织近似地确定亚共析铜(20或45钢)中的半均含碳量。 2.实验设备及材料 (1)金相显微镜： (2)金相图谱： (3)各种铁碳合金显微组织样品 3.注意事项 (1)在观察显微组织时，可先用低倍全面地进行观察，找出典型组织，然后再用高倍 放大，对部分地区进行详细的观察。 (2)在移动金相试样时，不得用手指触摸试样表面或将试样重叠起来，以免引起显微 组织模糊不清，影响观察。 (3)画组织图时应抓住组织形念的特点，画出典型区城的组织，注意不要将磨痕或夹 杂画图上 四、实验报告要求 1.明确本次实验目的。 2.回出所观察过的组织，并注明材料名称、含碳量、浸蚀剂和放大倍数。显微组织图 回在直径为30m的圆内，并将组织组成物名称以箭头引出标明。 3.根据所观察的显微组织近似地确定和估算一种亚共析钢的含碳量 五、思考问题 1.珠光体组织在低倍观察和高倍观察时有何不同？为什么？ 2.渗碳体有哪几种？它们的形态有什么差别？ .4