铁碳合金的显微组织及分析实验报告.doc

铁碳合金的显微组织及分析实验报告摘要：依据铁碳相图分析了不同成分铁碳合金及其形貌特征,解释了如何鉴别细网状铁素体和网状渗碳体，冷却速度对组织形貌和相对量有无影响，各类铸铁的组织对性能有何影响等问题关键词：铁碳合金组织形貌铁碳相图. >.1 实验设备与材料光学显微镜，标准试验样品假设干2 实验原理2.1 铁碳相图2.2铁碳组织组成物铁素体:碳在体心立方铁中的固溶体 δ–Fe〔C〕和 α-Fe〔C〕，通常也成δ铁素体和 α铁素体奥氏体 :碳在面心立方铁的固溶体γ-Fe〔C〕珠光体:奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物广义则包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁素体层片要比渗碳体厚得多.在球化退火条件下,珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体莱氏体:莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为ωc＝4.3％。

当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示在低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld’表示，称为变态莱氏体渗碳体: Fe 和C 形成的化合物2.3含碳量不同情况下的析出相及其组织形貌根据组织特点及含碳量的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和铸铁三大类钢又可根据含碳量分为亚共析钢、共析钢、过共析钢；铸铁根据含碳量也可分为亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁⑴工业纯铁纯铁在室温下具有单相铁素体组织含碳量＜0. 02 %的铁碳合金通常称为工业纯铁，它为两相组织，即由铁素体和极少量的三次渗碳体组成显微组织中的黑色线条是铁素体的晶界，亮白色的基底是铁素体的不规则等轴晶粒，在*些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体⑵亚共析钢亚共析钢的含碳量在0.02%～0.77%围，其显微组织是由铁素体和珠光体组成用4%的硝酸酒精浸蚀后，铁素体为亮白色，珠光体为暗黑色随着含碳量的增加，组织中的铁素体量逐渐减少，而珠光体的量不断增加；当含碳量大于0.60%时，铁素体由块状变成网状分布在珠光体的周围根据含碳量，可以由杠杆定律求得铁素体和珠光体的相对量另外，由显微镜中观察铁素体和珠光体各自所占面积的百分数，可近似地计算出钢的含碳量，即，碳含量≈P×0.77%，其中P为珠光体所占面积百分数。

⑶共析钢含碳量为0.77%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体组成⑷过共析钢过共析钢的含碳量在0.77%～2.11%，它在室温下的组织由珠光体和二次渗碳体组成钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多经硝酸酒精浸蚀后，二次渗碳体呈亮白色网分布在珠光体的周围⑸亚共晶白口铸铁含碳量是2.11%～4.3%，在室温下的组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体所组成经硝酸酒精浸蚀后，组织呈现：暗黑色的树枝状的珠光体〔枝晶态〕和斑点状变态莱氏体，二次渗碳体的空间位置是在珠光体的周围，但形态上与共晶渗碳体无法区分⑹共晶白口铸铁含碳量为4.3%，室温下的组织由单一的变态莱氏体组成经浸蚀后，显微组织为暗黑色粒状或条状珠光体分布在亮白色的渗碳体的基底上有时通俗地称为"斑点组织〞⑺过共晶白口铁含碳量为4.3%～6.69%，在室温下的组织是一次渗碳体和变态莱氏体经浸蚀后，一次渗碳体呈亮白色的粗大条片状分布于斑点状的变态莱氏体的基底上2.4铸铁的分类及分类标准根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为1.白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。

2.灰口铸铁碳全部或大局部以片状石墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁3.麻口铸铁碳一局部以石墨形式存在，类似灰口铸铁；另一局部以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用根据铸铁中石墨形态不同，铸铁可分为1.灰口铸铁铸铁中石墨呈片状存在2.可锻铸铁铸铁中石墨呈团絮状存在它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的其机械性能〔特别是韧性和塑性〕较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁3.球墨铸铁铸铁中石墨呈球状存在它是在铁水浇注前经球化处理后获得的这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛. >.铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织名称石墨化程度显微组织  第一阶段第二阶段第三阶段    灰口铸铁充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展充分进展局部进展不进展F＋G F＋P＋G P＋G 麻口铸铁局部进展局部进展不进展Le'＋P＋G 白口铸铁不进展不进展不进展  Le'＋P＋Fe3C 2.5金相侵蚀原理及常用侵蚀剂. >.纯金属及单相合金的腐蚀是一个化学溶解的过程。

由于晶界上原子排列不规则，具有较高自由能，所以晶界易受腐蚀而呈凹沟，使组织显示出来，在显微镜下可以看到多边形的晶粒假设腐蚀较深，则由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蚀后的显微平面与原磨面的角度不同，在垂直光线照射下，反射进入物镜的光线不同，可看到明暗不同的晶粒两相合金的腐蚀主要是一个电化学腐蚀过程两个组成相具有不同的电极电位，在腐蚀剂中，形成极多微小的局部电池具有较高负电位的一相成为阳极，被溶入电解液中而逐渐凹下去；具有较高正电位的另一相为阴极，保持原来的平面高度因而在显微镜下可清楚地显示出合金的两相常用侵蚀剂硝酸酒精溶液适用围:碳钢及低合金钢，能清晰的显示铁素体晶界苦味酸酒精溶液:适用围：碳钢及低合金钢，能清晰的显示珠光体和碳化. >.3实验过程观察如下合金的显微组织图并画出示意图序号类别合金牌号浸蚀剂1工业纯铁4%硝酸酒精溶液2亚共析钢204%硝酸酒精溶液3454%硝酸酒精溶液4604%硝酸酒精溶液5共析钢T84%硝酸酒精溶液6过共析钢T124%硝酸酒精溶液T12碱性苦味酸溶液7亚共晶白口铸铁4%硝酸酒精溶液8共晶白口铸铁4%硝酸酒精溶液9过共晶白口铸铁4%硝酸酒精溶液. >.4实验结果及讨论1 α-Fe 显微组织图热处理：退火态显微组织：α-固溶体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍凝固过程：Wc≤0. 0218 %的奥氏体 ,缓冷至 GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降 ,由于铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿 GP 线和 GS线变化,冷至 GP线 ,奥氏体全部转化为铁素体.2 20钢显微组织图热处理：退火态显微组织：α-铁素体+珠光体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体。

由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显凝固过程：Wc≈0.20%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 ℃)时 ,奥氏体发生共析转变 ,生成珠光体.当冷至 PS K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.由杠杆原理知，铁素体含量约为75.9%3 45钢显微组织图热处理：退火态显微组织：α-铁素体+珠光体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显凝固过程：Wc≈0.45%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 ℃)时 ,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.当冷至 PS K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.由杠杆原理知，铁素体含量约为42.0%。

4 60钢显微组织图热处理：退火态显微组织：α-铁素体+珠光体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍说明：黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显凝固过程：Wc≈0.45%的奥氏体 ,缓冷至GS 线对应的温度时 ,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出 ,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP 线和 GS 线变化, 冷至 PS K 线对应的温度(727 ℃)时 ,奥氏体发生共析转变 ,生成珠光体.当冷至 PS K 线对应温度时 ,发生共析转变 ,生成珠光体.由杠杆原理知，铁素体含量约为25.7%5 T8 钢热处理：退火态显微组织：珠光体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍说明：从图中可以看出珠光体片层构造凝固过程：Wc = 0. 76 %的奥氏体,缓冷至 S点对应的温度(727 ℃ )时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.6 T12钢热处理：退火态显微组织：珠光体侵蚀条件：4%硝酸酒精溶液原放大倍数：400倍说明：图中片层状构造为珠光体，白色线为晶界凝固过程：Wc≈1.2%的奥氏体 ,缓冷至 ES线对应的温度时 ,奥氏体中的含碳量到达饱和而开场析出二次渗碳体.随着温度的下降 ,二次渗碳体不断析出 ,致使奥氏体的含碳量逐渐减少 ,奥氏体的含碳量沿 ES 线变化.当冷却到 PS K线对应的温度时奥氏体碳质量分数减至 0. 77 % ,发生共析转变 ,生成珠光体。

由于硝酸酒精溶液侵蚀，显示出白色晶界7 T12钢热处理：退火态显微组织：珠光体侵蚀条件：碱性苦味酸溶液原放大倍数：400倍说明：图中黑线为晶界凝固过程：Wc≈1.2%的奥氏体 ,缓冷至 ES线对应的温度时 ,奥氏体中的含碳量到达饱和而开场析出二次渗碳体.随着温度的下降 ,二次渗碳体不断析出 ,致使奥氏体的含碳量逐渐减少 ,奥氏体的含碳量沿 ES 线变化.当冷却到 PS K线对应的温度时奥氏体碳质量分数减至 0. 77 % ,发生共析转变 ,生成珠光体由于碱性苦味酸染色，图中只显示出晶界。