实验二、 铁碳合金平衡组织-精品资料

实验二、铁碳合金平衡组织
一、实验目的：
1、用金相显微镜观察及研究碳钢在平衡状态下的组织特征，（包括白口铸铁）并建立组织与铁碳状态图间的关系。

2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，加深铁碳合金成分、组织与性能之间的相互关系。

二、实验内容：
铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极其缓慢的冷却条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。

我们可根据Fe—Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态的显微组织。

铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢及白口铸铁的组织其中碳钢是工业上广泛使用的金属材料，它们的性能与其显微组织密切相关。

另外碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe—Fe3C相图的理解。

从Fe—Fe3C相图上可以看出，碳钢和白口铸铁的室温显微组织由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组织。

但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条
类别含碳量（%）显微组织浸蚀剂工业纯铁C<0.02铁素体（F）4%硝酸酒精溶液碳
钢
亚共析钢0.02<C<0.77铁素体+珠光体4%硝酸酒精溶液
共析钢=0.77珠光体（P）4%硝酸酒精溶液
过共析钢0.77<C<2.03珠光体+二次渗碳体（网状）4%硝酸酒精溶液白口
铸铁
亚共晶白口铸铁 2.03<C<4.30珠光体+二次渗碳体+莱氏体4%硝酸酒精溶液
共晶白口铸铁=4.30莱氏体4%硝酸酒精溶液
过共晶白口铸铁 4.30<C<6.67一次渗碳体+莱氏体4%硝酸酒精溶液
Fe—Fe3C相图
铁素体（F）—是碳在α—Fe中的固溶体。

铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低。

用4%的硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈明亮的等轴状的晶粒；在纯铁和亚共析钢中呈多边形块状分布，当含碳量接近共析成分时，铁素体呈现不连续的网状
分布于珠光体周围。

渗碳体（Fe3C）—铁与碳形成的一种化合物，含碳量为6.67%，硬度高而脆，耐蚀性强，用4%的硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体会被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色。

可由此区分铁素体和渗碳体。

按成分和是形成条件不同，渗碳体可呈不同形态：一次渗碳体（初生相）是直接从液态中析出的，所以在过共晶白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿高温下的奥氏体晶界分布，在室温下的过共析钢中沿珠光体呈网络状分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续的片状存在于铁素体晶界处，数量极微，一般可忽略不计。

珠光体—是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体交错排列的层片状混合组织。

经硝酸酒精浸蚀后，在高的放大倍数下能较清晰地看到平行相间的组织，相对较宽的为铁素体，细条的为渗碳体，当放大倍数较低时，珠光体的片层则不能分辩清，而呈黑色。

性能组成物硬度（HB）抗拉强度σb
（MN∕m2）
断面收缩率
ψ（%）
相对延伸率
δ∕（%）
冲击韧性
A K（J）
铁素体60―90120—23060—7540—50160
片状珠光体190—230860—90010—159—1224—32
渗碳体750—82030—35——≈0
莱氏体（Ld‵）—是在室温是珠光体及渗碳体以及二次渗碳体组成的机械混合物。

含碳量为4.3%的共晶白口铸铁1147℃时形成的奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在723℃以下时分解为珠光体，。

莱氏体的显微组织特征是在白色的渗碳体的基底分布着黑色斑点及细条的珠光体。

二次渗碳体和共晶渗碳体混在一起，从形态上难以区分。

根据组织特点及含碳量不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类：
（一）、工业纯铁
纯铁在室温下具有单相铁素体组织。

含碳量<0.02%的铁碳合金一般称为工业纯铁，它为两相组织即由铁素体和少量三次渗碳体组成。

黑色网络线条是铁素提的晶界，白色不规则块状是铁素体，在某些晶界处有不连续的薄片状的三次渗碳。

二）、钢
1、亚共析钢：
亚共析钢含碳量大于0.02%而小于0.77%，其组
织由铁素体和珠光体组成。

随着含碳量的增加，铁素
体的数量逐渐减少，而珠光体数逐渐相应增加，两者
的相对量可由杠杆定理求得。

例如：含碳量为0.45%
的钢（45钢）珠光体的相对量为
P%=45/0.8×100%=56%。

铁素体的相对量
（工业纯铁 F%=08-045/08×100=44%。

另外，也可以通过在显微镜下观察珠光体和铁素体各自所占视场面积的百分数，近似的计算出钢的含碳量，即C≈P×0.8%，（P为珠光体占视场面积的百分数）例如；在显微镜下观察珠光体所占视场面积的百分数为50%，则该钢的含碳量C%≈50×0.8%≈0.4%（因室温下铁素体的含碳量极微，约为0.008%则可忽略不计）。

相当于40#钢。

20#钢退火45#钢退火
60#钢退火 T8钢退火
2、共析钢：
含碳量为077%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体组成，是由铁素体与渗碳体交错排列的层片状混合组织。

3、过共析钢：
含碳量超过0.77%而小于2.06%的钢称为过共析钢，它在室温下的组织由二次渗碳体和珠光体组成。

当钢中含碳量越多网状的二次渗碳体也越多。

组织形态为片层珠光体和网络状的渗碳体，经硝酸酒精浸蚀后珠光体呈暗黑色，而二次渗碳体呈白色细，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则体会被染成暗黑色。

T12#钢退火 4%硝酸酒精溶液浸蚀 T12#钢退火苦味酸钠溶液浸蚀
（三）白口铸铁
1、亚共晶白口铸铁：
含碳量大于2.06%小于4.30%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁。

在室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体、二次渗碳体和莱氏体。

经硝酸酒精浸蚀后珠光体呈暗黑的树枝状的组织，。

莱氏体的显微组织特征是在白色的渗碳体的基底分布着黑色斑点及细条的珠光体。

二次渗碳体和共晶渗碳体混在一起，从形态上难以区分。

2、共晶白口铸铁：
共晶白口铸铁的含碳量等于 4.30%，在室温下共晶白口铸铁的组织由单一的莱氏体组成。

经硝酸酒精浸蚀后在显微镜下黑色斑点及细条状的珠光体分布在白亮色的渗碳体的基体上的组织就是莱氏体
3、过共晶白口铸铁：
含碳量大于4.30%的白口铸铁称为过共晶白口铸铁。

在室温下过共晶白口铸铁的组织为一次渗碳体和莱氏体组成。

经硝酸酒精浸蚀后在显微镜下黑色斑点及细条状的莱氏体的基体上分布着亮白色粗大条片状的一次渗碳体。

亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁
三、实验步骤：
1、观察工业纯铁、20#、45#、60#、T8、T12钢及亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁的显微组织分析及仔细辨认组织组成物。

2、分析工业纯铁、20#、45#、60#、T8、T12钢及亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁的中随含碳量增加组织与性能的关系。

四、实验报告要求：
1、认真仔细地观察分析每个试样的显微组织特征。

2、分别绘出一个亚共析钢、（20#或45#）共析钢（T8）、一个过共析钢的组织。

3、分别绘出一个亚共晶白口铸铁、一个共晶白口铸铁、一个过共晶白口铸铁的组织。

用引线标注出各组织组成物的名称，并在每个图的下面标明；材料、状态、组织组成物、放
大倍数、浸蚀剂。

4、根据组织随含碳量变化的特征，分析组织及性能的关系。