叶云铁碳合金组织观察实验
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叶云实验辅导材料
• 结果分析、讨论 • 一，之所以出现我们所看到的六个不同的组织 结果，原因之一是含碳量的不同所致； 二，由于含碳量的不一，导致我们所分析的材 料的析出的条件不一样，也是造成我们看到了 不同的结果； 三，我们今天所用的材料，其室温条件下的组 织基本构成是铁素体与渗碳体，从铁碳合金相 图中可知道，由于铁素体与渗碳体的相对含量 不一样，也是我们今天所看到的不同的六个组 织的结果。
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实验仪器与材料
• 仪器： XJP-2B( 单目 ) XJP-6A两种金相光学 显微镜； • 金相显微镜的主要构成是由物镜，目镜、光 源灯泡，调焦系统，载样台等构成，其中， 物镜与目镜是金相显微镜的最主要的部分， 它们决定着金相显微镜的放大倍数M（主要 的技术指标）： M=M物镜M目镜 • 材料：六种铁碳合金试样
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XJP-2B 金相显微镜构造
试样压片组 载物台 纵动手论 双筒目镜组 固定螺钉 调节螺钉 视场光栏 孔径光栏 横动手论 松紧调节手轮 粗动调焦手轮 微动调焦手轮 灯座 底座 电源开关 物镜转换器 物镜
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金相试样的制备过程
以夹具夹持的方法增大试样的尺寸，以便握持
在室温下L’d是P和Fe3C的机械混合物。由亮白色的Fe3C基体上 分布的是暗黑色斑点和细条状的P，这种组织统称为L’d 。而 Fe3C也是共晶Fe3C和Fe3CⅡ二者混合在一起。
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• 过共晶白口铁 4.3％ ＜Wc ≤6.69％
Fe3CⅠ Fe3CⅠ
L’d L’d
• 显微组织：L’d+Fe3CⅠ 400×
叶云实验辅导材料
Fe-C合金平衡组织实验
中北大学材料科学与工程学院
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实验目的
• • 观察识别铁碳合金在平衡状态下的显微组 织 了解Fe--C合金的成分、组织之间关系
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实验原理
• 本实验的原理如图所示：（要求每位学生 将本观察图画在自已的实验报告上，不需 用文字解释）
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表 1 铁碳合金平衡组织
编号 处理方 法 退火 退火 退火 退火 退火 铸态 铸态 铸态 放大倍数 400× 400× 400× 400× 400× 400× 400× 400×
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材 料 工业纯铁 20 钢 45 钢 T8 钢 T12 钢 亚共晶白口 铁 共晶白口铁 过共晶白口 铁
• 工业纯铁
Wc ＜0.0218
F F
• 显微组织：F + Fe3CⅢ 400× • F是呈亮白色的等轴状晶粒
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亚共析钢 0.0218%≤Wc＜0.77%
• 显微组织: P + F 由于Fe3C、F和P的体积质量都 很相近，因此截面比可视为质 量比，利用杠杆原理公式就可 以估算出一个未知亚共析钢合 金的Wc
• 亚共晶白口铁
2.11％ ＜Wc ≤4.3％
P P
L’d
L’d
• 显微组织：P+ L’d+Fe3CⅡ 400×
黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是L’d ，P呈暗黑色 枝晶状，Fe3CⅡ与共晶Fe3C混成一体。
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• 共晶白口铁 Wc =4.3％
P
L’d
L’d
Fe3C
• 显微组织：L’d 400×
本实验解释结束
现在请每位学生正式开始实验，实验中请大家 爱护实验设备，以及实验用金相试样的保护，多 谢大家的合作。
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F
20 钢
P
F P
Wc=QP×0.77%+QF×0.0008% ≈QP×0.77%
45 钢
400×
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F
F
P P
20钢 400×
45钢 400×
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共析钢
Wc =0.77 ％
F
• 材料： T8钢 • 显微组织：P P：是由F和Fe3C交替排 列而成的片层状组织。 其中，QF=88.5%， QFe3C=11.5%。
500×
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P
共析钢 400×
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• 过共析钢
0.77%＜Wc＜2.11%
P
P
Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
• Fe3CⅡ呈网状分布在原奥氏体晶界上。并且随着Wc 增加， Fe3CⅡ数量增加，网壁增厚。
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材料： T12钢显微组织：Fe3CⅡ+P 400×
取样 镶嵌 磨制 抛光 浸蚀
取样的大小为Φ12×12mm或12mm的立方体，取样的部位应具代表性 机械夹持法
冷 热
镶 镶
采用环氧树脂固化 采用镶嵌机，镶嵌材料选用胶木粉或电玉粉
粗磨 采用锉刀等将取样时留下的倒角等去除 金相砂纸由粗到细，200 400 600 800 1000，每次换砂纸应 细磨 旋转90°后再磨
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当铁碳合金的Wc >2.11％时，碳主要是以Fe3C 的方式存在，因其断口呈白色，又称为白口铸 铁。根据含碳量的不同又分为亚晶白口铁、共 晶白口铁和过共晶白口铁。
亚共晶白口铁 2.11％~4.3％
白口铸铁
共晶白口铁
4.3％
过共晶白口铁 4.3％~6.69％
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显微组织 F F + P F + P P P+ Fe3CⅡ P +Ld‘+ Fe3CⅡ Ld' Ld' + Fe3CⅠ
浸 蚀 剂 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液
两者经硝酸酒精浸蚀后均呈 亮白色，但F电极电位低，易 受腐蚀，略呈凹陷；而Fe3C 电极电位高，不易溶解而凸 起。
Fe3C
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在不同的放大倍数下珠光体呈现出不同的组织形态 • 1000倍以上的显微镜下观察 • 400~500的显微镜下观察 • 200倍以下的显微镜下观察
珠光体
在抛光机上进行，抛光前应配好抛光液或使用抛光膏。抛光时间不应 过长，2~5min为宜。 根据试样的不同选择不同的腐蚀剂，如碳钢选择3%~4%的硝酸酒 精溶液。方法是用竹筷夹棉花蘸硝酸酒精擦拭试样表面，直到发灰 发暗为止，再用清水冲洗并烘干。
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什么是平衡组织?
• 铁碳合金在极缓慢冷却条件下得到的组织称为平衡 组织 • 由于碳的质量分数不同，呈现出不同的组织状态
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• 参考文献 • 要求每位学生在正行完本实验任务时，最终 要写出参考文献来(不得低于两篇），参考文 献的书写格式如下： [1]作者姓名《书名或文献名》出版社名，年月 日，Px-y [2]作者姓名《书名或文献名》出版社名，年 月日，Px-y
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黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是L’d ，亮白色宽 白直条状的是Fe3CⅠ。
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Wc对力学性能的影响：
HBS(硬度) Wc↑ HBS ↑ σb（抗拉强度）： Wc≤0.9% Wc↑ σb ↑ Wc＞0.9% Wc↑ σb↓ 塑性 Wc↑ 塑性↓ 这主要是由于铁素体是软韧相渗碳体 是硬脆相，脆性的二次渗碳体沿奥氏体 晶界呈网状析出所致,降低了材料的强度。 所以对于过共析钢一般要采用一定的热 处理工艺消除网状Fe3CⅡ ，转变成粒状 Fe3CⅡ ，使之降低硬度，改善切削工艺 性。
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铁碳合金平衡相图
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F
Fe3CⅡ
P P 亚共析钢400× P P Ld′ 共析钢400× Ld′ 过共析钢400×
Ld′ 亚共晶白口铸铁400× 共晶白口铸铁400×
Fe3CⅠ
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过共晶白口铸铁400×
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铁碳合金的的分类
名称 工业纯铁 ＜0.0218% 碳钢 铁碳合金 0.02％~2.11％ 含C量
亚共析钢 共析钢 过共析钢
0.0218％~0.77％ 0.77％ 0.77％~2.11％
亚共晶白口铁 2.11％~4.3％ 铸铁 >2.11％ 共晶白口铁 4.3％
过共晶白口铁 4.3％~ 6.69％
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• 结果分析、讨论 • 一，之所以出现我们所看到的六个不同的组织 结果，原因之一是含碳量的不同所致； 二，由于含碳量的不一，导致我们所分析的材 料的析出的条件不一样，也是造成我们看到了 不同的结果； 三，我们今天所用的材料，其室温条件下的组 织基本构成是铁素体与渗碳体，从铁碳合金相 图中可知道，由于铁素体与渗碳体的相对含量 不一样，也是我们今天所看到的不同的六个组 织的结果。
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实验仪器与材料
• 仪器： XJP-2B( 单目 ) XJP-6A两种金相光学 显微镜； • 金相显微镜的主要构成是由物镜，目镜、光 源灯泡，调焦系统，载样台等构成，其中， 物镜与目镜是金相显微镜的最主要的部分， 它们决定着金相显微镜的放大倍数M（主要 的技术指标）： M=M物镜M目镜 • 材料：六种铁碳合金试样
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XJP-2B 金相显微镜构造
试样压片组 载物台 纵动手论 双筒目镜组 固定螺钉 调节螺钉 视场光栏 孔径光栏 横动手论 松紧调节手轮 粗动调焦手轮 微动调焦手轮 灯座 底座 电源开关 物镜转换器 物镜
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金相试样的制备过程
以夹具夹持的方法增大试样的尺寸，以便握持
在室温下L’d是P和Fe3C的机械混合物。由亮白色的Fe3C基体上 分布的是暗黑色斑点和细条状的P，这种组织统称为L’d 。而 Fe3C也是共晶Fe3C和Fe3CⅡ二者混合在一起。
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• 过共晶白口铁 4.3％ ＜Wc ≤6.69％
Fe3CⅠ Fe3CⅠ
L’d L’d
• 显微组织：L’d+Fe3CⅠ 400×
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Fe-C合金平衡组织实验
中北大学材料科学与工程学院
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实验目的
• • 观察识别铁碳合金在平衡状态下的显微组 织 了解Fe--C合金的成分、组织之间关系
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实验原理
• 本实验的原理如图所示：（要求每位学生 将本观察图画在自已的实验报告上，不需 用文字解释）
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表 1 铁碳合金平衡组织
编号 处理方 法 退火 退火 退火 退火 退火 铸态 铸态 铸态 放大倍数 400× 400× 400× 400× 400× 400× 400× 400×
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材 料 工业纯铁 20 钢 45 钢 T8 钢 T12 钢 亚共晶白口 铁 共晶白口铁 过共晶白口 铁
• 工业纯铁
Wc ＜0.0218
F F
• 显微组织：F + Fe3CⅢ 400× • F是呈亮白色的等轴状晶粒
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亚共析钢 0.0218%≤Wc＜0.77%
• 显微组织: P + F 由于Fe3C、F和P的体积质量都 很相近，因此截面比可视为质 量比，利用杠杆原理公式就可 以估算出一个未知亚共析钢合 金的Wc
• 亚共晶白口铁
2.11％ ＜Wc ≤4.3％
P P
L’d
L’d
• 显微组织：P+ L’d+Fe3CⅡ 400×
黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是L’d ，P呈暗黑色 枝晶状，Fe3CⅡ与共晶Fe3C混成一体。
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叶云实验辅导材料
• 共晶白口铁 Wc =4.3％
P
L’d
L’d
Fe3C
• 显微组织：L’d 400×
本实验解释结束
现在请每位学生正式开始实验，实验中请大家 爱护实验设备，以及实验用金相试样的保护，多 谢大家的合作。
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F
20 钢
P
F P
Wc=QP×0.77%+QF×0.0008% ≈QP×0.77%
45 钢
400×
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F
F
P P
20钢 400×
45钢 400×
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共析钢
Wc =0.77 ％
F
• 材料： T8钢 • 显微组织：P P：是由F和Fe3C交替排 列而成的片层状组织。 其中，QF=88.5%， QFe3C=11.5%。
500×
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P
共析钢 400×
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• 过共析钢
0.77%＜Wc＜2.11%
P
P
Fe3CⅡ
Fe3CⅡ
• Fe3CⅡ呈网状分布在原奥氏体晶界上。并且随着Wc 增加， Fe3CⅡ数量增加，网壁增厚。
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材料： T12钢显微组织：Fe3CⅡ+P 400×
取样 镶嵌 磨制 抛光 浸蚀
取样的大小为Φ12×12mm或12mm的立方体，取样的部位应具代表性 机械夹持法
冷 热
镶 镶
采用环氧树脂固化 采用镶嵌机，镶嵌材料选用胶木粉或电玉粉
粗磨 采用锉刀等将取样时留下的倒角等去除 金相砂纸由粗到细，200 400 600 800 1000，每次换砂纸应 细磨 旋转90°后再磨
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当铁碳合金的Wc >2.11％时，碳主要是以Fe3C 的方式存在，因其断口呈白色，又称为白口铸 铁。根据含碳量的不同又分为亚晶白口铁、共 晶白口铁和过共晶白口铁。
亚共晶白口铁 2.11％~4.3％
白口铸铁
共晶白口铁
4.3％
过共晶白口铁 4.3％~6.69％
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显微组织 F F + P F + P P P+ Fe3CⅡ P +Ld‘+ Fe3CⅡ Ld' Ld' + Fe3CⅠ
浸 蚀 剂 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液 3%～4% 硝酸酒精溶液
两者经硝酸酒精浸蚀后均呈 亮白色，但F电极电位低，易 受腐蚀，略呈凹陷；而Fe3C 电极电位高，不易溶解而凸 起。
Fe3C
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在不同的放大倍数下珠光体呈现出不同的组织形态 • 1000倍以上的显微镜下观察 • 400~500的显微镜下观察 • 200倍以下的显微镜下观察
珠光体
在抛光机上进行，抛光前应配好抛光液或使用抛光膏。抛光时间不应 过长，2~5min为宜。 根据试样的不同选择不同的腐蚀剂，如碳钢选择3%~4%的硝酸酒 精溶液。方法是用竹筷夹棉花蘸硝酸酒精擦拭试样表面，直到发灰 发暗为止，再用清水冲洗并烘干。
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什么是平衡组织?
• 铁碳合金在极缓慢冷却条件下得到的组织称为平衡 组织 • 由于碳的质量分数不同，呈现出不同的组织状态
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• 参考文献 • 要求每位学生在正行完本实验任务时，最终 要写出参考文献来(不得低于两篇），参考文 献的书写格式如下： [1]作者姓名《书名或文献名》出版社名，年月 日，Px-y [2]作者姓名《书名或文献名》出版社名，年 月日，Px-y
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黑色的斑点和细条以及亮白色的基体是L’d ，亮白色宽 白直条状的是Fe3CⅠ。
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Wc对力学性能的影响：
HBS(硬度) Wc↑ HBS ↑ σb（抗拉强度）： Wc≤0.9% Wc↑ σb ↑ Wc＞0.9% Wc↑ σb↓ 塑性 Wc↑ 塑性↓ 这主要是由于铁素体是软韧相渗碳体 是硬脆相，脆性的二次渗碳体沿奥氏体 晶界呈网状析出所致,降低了材料的强度。 所以对于过共析钢一般要采用一定的热 处理工艺消除网状Fe3CⅡ ，转变成粒状 Fe3CⅡ ，使之降低硬度，改善切削工艺 性。
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铁碳合金平衡相图
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Fe3CⅡ
P P 亚共析钢400× P P Ld′ 共析钢400× Ld′ 过共析钢400×
Ld′ 亚共晶白口铸铁400× 共晶白口铸铁400×
Fe3CⅠ
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铁碳合金的的分类
名称 工业纯铁 ＜0.0218% 碳钢 铁碳合金 0.02％~2.11％ 含C量
亚共析钢 共析钢 过共析钢
0.0218％~0.77％ 0.77％ 0.77％~2.11％
亚共晶白口铁 2.11％~4.3％ 铸铁 >2.11％ 共晶白口铁 4.3％
过共晶白口铁 4.3％~ 6.69％