金相实验报告

实验五铁碳合金平衡组织的显微观察

一．实验目的

1.观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。

2.掌握铁碳合金成分，组织性能之间的变化规律。

二、实验器材

1、金相显微镜

2、金相标准试样

四．实验原理

铁碳合金室温下基本相和组织组成物的基本特征

1.铁素体（F）是碳溶入α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构为体心立方晶格，具有良好的塑韧性，但强度硬度低，经4%硝酸酒精浸蚀呈白色多边形晶粒，在不同成分的碳钢中其形态为块状和断续网状。

2.渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的化合物，含碳量为6.69%。

晶格为复杂的八面体结构，硬度高，脆性大，用4%的硝酸酒精浸蚀后呈白色，用碱性苦味酸钠热蚀后呈黑色，用此法可以区分铁碳合金中的渗碳体和铁素体。由铁碳相图知，随着碳的质量分数的不同，渗碳体有不同的形态，一次渗碳体是由液态直接析出的渗碳体，呈白色长条状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的渗碳体，呈网状分布，三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体，沿晶界呈小片状，共晶渗碳体在莱氏体中为连续基体，共析渗碳体是同铁素体交替形成呈交替片状。

3.珠光体（P）是铁素体与渗碳体的机械混合物，在平衡状态下，铁素体和渗碳体是片层相间的层状组织。在高倍下观察时铁素体和渗碳体都呈白色，渗碳体周围有圈黑线包围着，在低倍下当物镜的鉴别能力小于渗碳体厚度的时候，渗碳体就成为一条黑线。见图3-1。

a（15000×）b（400×）

图2-1 不同放大倍数下珠光体的显微组织

五。实验内容及步骤

观察以下铁碳合金组织

在铁碳状态图上，根据碳的质量分数的不同，铁碳合金分为工业纯铁，碳钢及白口铸铁。

1.工业纯铁 碳的质量分数小于

0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。室温下的组织为单相的铁素体晶粒。用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体呈白色。当碳的质量分数偏高时，在少数铁素体晶界上析出微量的三次渗碳体小薄片，见图 3-2。

2.碳钢 碳的质量分数在0.0218～2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢，根据钢

中含碳量的不同，其组织也不同，钢又分为亚共析钢，共析钢，过共析钢三种。

1）亚共析钢 碳的质量分数在0.0218～0.77%范围内，室温下的组织为铁素体和珠光体，随着碳的质量分数的增加，先共析铁素体逐渐减少，珠光体数量增加。见图 3-3 。白色有晶界的为铁素体，黑色层片状的组织为珠光体。

在显微镜下，可根据珠光体所占面积的百分数估计出亚共析钢的碳的质量分数：

Wc ≈Wp%×0.77% Wc –碳的质量分数

Wp –珠光体所占面积的百分数

2) 过共析钢 碳的质量分数在0.77～2.11%范围的碳钢为过共析钢。室温下的组织

为层片状珠光体和二次渗碳体，见图 3-4。 用4%硝酸酒精浸蚀，二次渗碳体呈白色网状分布在珠光体周围。用碱性苦味酸钠溶液热蚀后，渗碳体呈黑色。

图 3-2 工业纯铁显微组织

a 用4%硝酸酒精浸蚀

b 用碱性苦味酸钠热蚀

图 3-4 T12钢显微组织

20钢 45钢 70钢

图 3-3 亚共析钢的显微组织

3、白口铸铁 含碳量在2.11～6.69%

范围内的铁碳合金为白口铸铁。根据含碳量的不同又分为亚共晶白口铸铁，共晶白口铸铁，过共晶白口铸铁三类。

1）亚共晶白口铸铁 碳的质量数为2.11～4.3%，室温组织为珠光体二次渗碳体和低温莱氏体，见图 3-5 。黑色树枝状为初生奥氏体转变的珠光体，其周围白色网状物为二

次渗碳体。其余为莱氏体，莱氏体中的黑色粒状或短杆状物为共晶珠光体。

2) 共晶白口铸铁 碳的质量分数为4.3%。室温组织为单一的莱氏体，见图 3-6。图中黑色的粒状短杆状为珠光体，白色基体为渗碳体。

3) 过共晶白口铸铁 碳的质量分数为4.3～6.6%之间。室温组织为一次渗碳体和莱氏体，见图 3-7。一次渗碳体呈白色长条状，贯穿在莱氏体基体上，其余为共晶莱氏体。

六。实验数据及处理

序号 样品名称 状态 浸蚀剂 显微组织

1 工业纯铁 退火 4%硝酸酒精 F

2 20钢 退火 4%硝酸酒精 F+P

3 45钢 退火 4%硝酸酒精 F+P

4 65钢 退火 4%硝酸酒精 F+P

5 T8钢 退火 4%硝酸酒精 P 6

T12钢

退火

4%硝酸酒精

P+Fe 3C Ⅱ

图3-5 亚共晶白口铸铁显微组织

图 3-6共晶白口铸铁组织

图 3-7过共晶白口铸铁组织