冷加工实验指导书.doc

实验一实验一 金相显微镜的使用及铁碳合金平衡组织观察金相显微镜的使用及铁碳合金平衡组织观察一、实验目的1、 了解金相显微镜的构造，初步掌握金相显微镜的使用方法；2、 认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织；3、 加深理解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立起成分、组织和性能（硬度）之间的对应变化关系二、金相显微镜的构造和使用（一） 金相显微镜的构造－100 型金相显微镜的光学系统如图 1－1 所示，由灯泡 1 发出的光线经聚光透镜组 2 及反光镜 7 集中到孔径光栏 8，再经过聚光镜组 3 聚集到物镜的后焦面，最后通过物镜组 6 平行照射到试样的表面从试样反射回来的光线复经物镜组 6 和辅助透镜5，由半反射镜 4 转向，经过辅助物镜 10 等以及棱镜造成一个被观察物体的倒立的放大的实像－100 型金相显微镜的外形如图 1－2 所示，现分别介绍其各部件的功能和使用照明系统：讲电源开关 18 按到“ON”位置，移动光亮度调节纽 20，可获得各种照明亮度聚光镜、孔径光栏及反光镜等装置均安装在方形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安装在支架上，它们组成显微镜的照明系统使试样表面获得充分、均匀的照明。

试样台：讲磨好的金相样品放在载物台 1 中心，载物台移动范围 8×8mm，移动结构采用粘性油膜联结，在手的推动下可引导试样台在一定范围内作十字定向移动，以改变试样的观察部位调焦装置：在显微镜的两侧有粗动和微动手轮，两者同一部位， 9 是粗调手轮，通过内部齿轮传动，使支架上下运动，调节物镜和试样之间的距离，使试样组织大致成像当影像刚能看到后，再用微动手轮 10 继续调焦距，直至影像清楚为止在微调手轮上刻有分度，每一小格表示微动升降 0.002mm微调的旋转是有一定限度的，千万不可先用微调，以免损坏部件2孔径光栏：孔径光栏 16 装在照射反射镜座上，刻有分度线表示孔径大小的毫米数调整孔径光栏，应根据物镜不同放大倍数，调节到最佳象质为度图 1－1 －100 型金相显微镜的光学系统图 1－2 －100 型金相显微镜外形结构图视场光栏：视场光栏 15 装在物镜支架下面，可调范围 Ф10～Ф30 可以旋转直纹套筒圈来调节视场的大小，使目镜中所见视场照亮而无阴影在直纹套筒圈上还有两个3调节螺钉用来调节光栏中心滤色片：滤色片放在孔径光栏上即可，它可让所需要的颜色光通过，增加金相照片上组织衬度有助于鉴别有色组织中的细微部分，提高鉴别能力。

滤色片的种类很多，一般采用绿色或黄色为好物镜转换盘：6 是物镜转换盘，呈球形上面有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜旋转转换盘可使各物镜头分别进入光路，可与不同的目镜搭配使用，即可获得相应放大倍数二） 金相显微镜的使用1、 在开启电源之前，应将光亮度旋钮置于亮度最低位置，以避免大电流直接冲击照明灯泡2、 在开启电源后，再慢慢推进光亮度调节钮，直到得到所需亮度为止关机时亦应将光亮度调节钮退到最低位3、 根据放大倍数选用所需的物镜和目镜，物镜和目镜分别安装在物镜座上及目镜筒内并使转换盘将所需要物镜转到固定位置（由定位器定位） 显微镜的放大倍数就是物镜和目镜的放大倍数的乘积见表 1－1表 1－1 －100 型显微镜放大倍数光学系统干燥系统油浸系统物镜总放大倍数目镜10X40X100X5X50X200X500X10X100X400X1000X12.5X125X500X1250X显微镜的有效放大倍数范围：显微镜的同一放大倍数可由不同倍数的物镜和目镜来组合但是，存在着如何合理选用物镜的问题44、 将试样放在试样台的中心，使观察面朝下，转动粗调手轮先使支架上升，并尽可能接近试样表面（但不得与试样相碰）然后反向转动粗调手轮，同时从目镜筒观察，当视场镜亮度增强并有影像出现时再改用微动手轮调节。

直至物象调整到最清晰程度为止5、 适当调节孔径光栏，以获得最佳质量的物象6、 如使用油浸物镜时，可在物镜的前透镜上滴一滴松柏油，也可将松柏油直接滴在试样上，操作同时，油镜头用后应立即用棉花沾取二甲苯溶液擦静，再用镜头纸擦净7、 使用显微镜时的注意事项1） 操作时必须特别细心，所有镜头均经校验，不允许自行拆开观察结束应及时关闭电源2） 显微镜镜头的玻璃部分严禁与手指接触，若镜头上落有灰尘，可用镜头纸或软毛刷轻轻擦拭3） 在旋转粗调（或微调）手轮时动作要慢，碰到某种阻碍应立即报告或检查原因，不得用力强行转动，以免损坏机件三、铁碳合金平衡组织概述1、 铁碳合金的组织形态及识别方法铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态） ，其相变过程均按 Fe-Fe3C 相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织碳钢和白口铸铁的室温组织都是由铁素体和渗碳体两个基本相所组成只是因含碳量不同和析出的条件区别，所以铁素体和渗碳体的相对数量、分布情况、大小和形状也不相同，因而呈现各种不同的组织形态1）铁素体（F）是碳在 α－Fe 中的间隙固溶体，体心立方晶格，具有磁性和良好的塑性，硬度较低 80～120HBS，经 3～5％硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下呈白亮的多边形晶粒，在碳钢中当含碳量较少时铁素体较多，呈块状分布，而含碳量接近共析成分时，铁素体减少呈断续网状分布于珠光体5周围。

2）渗碳体（Fe3C）是铁和碳组成的一种间隙化合物，碳含量为 6.69％渗碳体硬度很高，800HB 以上，塑性较低，非常脆渗碳体的抗腐蚀能力较强，经 3～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色3）奥氏体（A）是碳在 γ－Fe 中的间隙固溶体，它的最大溶碳量是 2.11％，碳钢中奥氏体仅能在高温下（高于 727℃）存在，在高温金相显微镜下才能观察到4）珠光体（P）是铁素体和渗碳体的共析混合物，有片状和球状两种①片状珠光体 一般经退火得到，是铁素体和渗碳体交替分布的层片状组织，疏密程度不同，经 3～5％硝酸酒精溶液或苦味酸溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆呈白亮色，在不同放大倍数下观察时，组织是具有下列的特征在高倍下观察时，珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而其边界呈黑色如图 1－3a 所示在中倍观察时，看到的珠光体是宽白条铁素体和细黑条渗碳体的相间混合物如图 1－3b 所示在低倍观察时，连宽白条铁素体和细黑条渗碳体也很难分清，这时珠光体为黑块组织如图 1－3c 所示②球状珠光体 共析钢或过共析钢经球化退火后，得到球状渗碳体，经 3～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，球状珠光体为白亮色铁素体基体上均匀分布着白色渗碳体小颗粒，其边界为黑圈如图 1－3d 所示6图 1－3a 4000X 图 1－3b 400X图 1－3c 400X 图 1－3d 400X图 1－3 共析钢的组织5）莱氏体①高温莱氏体（Le）：是由液体在 1147℃共晶转变形成的奥氏体和渗碳体的机械混合物。

②室温莱氏体（Le’ ）：高温莱氏体中奥氏体在 727℃时发生共析转变，形成珠光体所以室温莱氏体下所观察的莱氏体组织是珠光体和渗碳体组成的机械混合物，渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体，后者由于同共晶渗碳体连在一起而分辨不开，经 3～5％硝酸酒精浸蚀后，莱氏体的组织特征是在白亮色渗碳体基体上分布着许多黑色点状或条状的珠光体莱氏体的硬度很高，700HB，很脆2、 铁碳合金的分类及组织图1） 含碳量0.5％时，淬火后总有一定量的奥氏体不能转变成马氏体，它不易受硝酸酒精腐蚀剂的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态，淬火后未经回火的残余奥氏体很难区分，都呈白亮色，只有马氏体回火后能分辨出马氏体间的残余奥氏体2） 用连续冷却 “C”曲线来分析 45﹟钢热处理后的组织①45﹟钢退火，经过 860℃加热保温后随炉冷却，冷速相当于图 2－9 中的 V1，其组织为珠光体和铁素体②45﹟钢正火，经过 860℃加热保温后空冷，冷速相当于图 2－9 中的 V2，其组织比退火的细密而均匀，原因在于正火的冷速大于退火，所以组织不同，见图 2－8 所示 17图 2－8 45# 钢正火组织 400X 图 2－9 45# 钢的连续冷却转变图③45﹟钢加热到 760℃（Ac1以上但低于 Ac3）然后在水中冷却，这种淬火称为不完全淬火，根据铁碳相图可知，由于加热温度不足部分铁素体尚未溶入奥氏体中，经淬火后奥氏体转变成马氏体，而铁素体仍保留下来，淬火后的组织是马氏体加铁素体，因铁素体抗浸蚀能力强，在金相显微镜中观察到的呈暗色针状马氏体基体上分布着白色块状铁素体，见图 2－10 所示。

④45﹟钢正常淬火应加热到 Ac3以上 30～50℃，经保温后在水中快冷，冷速相当于图2－9 中的 V2，经淬火后得到细针状马氏体组织如图 2－11 所示 图 2-10 铁素体和马氏体 400X 图 2-11 细针状马氏体 400X由于针状马氏体非常细小，在显微镜下不易分清当温度提高到 1000℃时，由于高温加热获得粗大的奥氏体晶粒，经淬火后将得到粗针状马氏体组织如图 2－12 所示显然这种粗大马氏体组织会使钢的性能恶化⑤若将 45﹟钢加热到 860℃，然后在油中进行冷却，冷速相当于图 2－9 中的 V3，小于临界冷速 Vk，因此得到的组织是马氏体、屈氏体和极少量贝氏体，由于屈氏体为两相混合物，容易被腐蚀，冷却时屈氏体先在奥氏体晶界形成，因此在显微镜下观察时呈黑色网状分布，其中白亮色或暗灰色是马氏体，如图 2－13 所示18图 2－12 粗大马氏体 400X 图 2－13 马氏体和屈氏体 400X3、钢的回火钢经过淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定组织，它们具有向稳定的铁素体和渗碳体的两相混合物转变的倾向，但在室温下由于原子活动能力较弱，转变较难进行，通过回火将钢加热，提高原子活动能力就可促进这个转变过程的进行。

①回火马氏体，将淬火钢在 150～250℃之间进行低温回火时，其中在马氏体内过饱和的碳原子脱溶沉淀析出与母相保持着共格关系的 ε 碳化物，这种组织成为回火马氏体此外，残余奥氏体在此温度也开始转变为回火马氏体，在进行显微镜下观察时回火马氏体仍保持片针状形态，但容易被浸蚀，所以比淬火马氏体颜色要深些，即成黑暗色针状组织回火马氏体具有高的强度和硬度韧性和塑性较马氏体有明显提高②回火屈氏体，将淬火钢在 350～500℃之间进行中温回火时，所得的组织铁素体与粒状渗碳体组成极细密混合物，称为回火索氏体，组织特征是：由针状 α 相和无共格关系的细粒状渗碳体组成渗碳体呈细小的颗粒状质点，在光学显微镜下不易分清故呈暗黑色，通过电镜可以观察到颗粒状的渗碳体如图 2－14 所示③回火索氏体，将淬火钢在 500～650℃之间进行高温回火（又称调质处理）时，所得的组织是回火索氏体在金相显微镜下可观察到已经聚集长大了的渗碳体颗粒均匀分布在铁素体基体上，如图 2－15 所示19图 2－14 回火屈氏体 400X 图 2－15 回火索氏体 400X五、实验中的注意事项1、 试样装炉前检查加热炉的指示温度是否准确；2、 装、取试样前，加热炉应断电，以保证安全，保温时要经常观察控制仪表是否正常以免跑温；3、 淬火时从热处理炉中取出试样要迅速放入油或水中冷却，并要不断地搅动试样，防止露出液面，这是保证淬火质量的关键。

油冷后的试样及试样夹应用废纸将油擦净，以免污染环境；4、 实验完成后应将物品放归回原位，将场地整理干净六、实验报告要求1、 写出实验目的；2、 简述实验内容；3、 指出所选择零件的性能要求，使用钢种，画出该钢种预备热处理及最终热处理工艺曲线；根据试样热处理前后实。