内容发布更新时间 : 2024/11/7 15:47:23星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析

一、实验目的

1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；

2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系； 3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。

二、概述

平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。在实验条件下，

退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。

图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。

表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 合金分类 工业纯铁 碳钢 白口铸铁 亚共析钢 共析钢 过共析钢 亚共晶白口铸铁 共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 含碳量/% <0.0218 0.0218～0.77 0.77 0.77～2.11 2.11～4.3 4.3 4.3～6.69 显微组织 铁素体（F） F+珠光体(P) P P+二次渗碳体(CΠ) P+ CΠ+莱氏体（Le） Le Le+二次渗碳体(CI) 铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。

图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图

铁碳合金的各种基本组织特征如下：

1.工业纯铁

含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。

（a）250X （b）700X 图2 工业纯铁的显微组织

2.碳钢

碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。其组织特征如下： (1)共析钢

含碳量为0.77％的铁碳合金称为共析钢，其显微组织是珠光体。珠光体是层片状铁素体和渗碳体的机械混合物。两相的相界是黑色的线条，在不同放大倍数条件下观察，则具有不同的组织特征，在高倍数（>500倍）电镜下观察时，能清晰地分辨珠光体中平行相间的宽条铁素体和细片状渗碳体，如图3(a)所示。在300～400倍光学显微镜下观察时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时所看到的渗碳体片就是一条黑线．如图3(b)所示。珠光体有类似指纹的特征。

图3 共析钢的珠光体组织

(2)亚共析钢

含碳量为0.0218%～0.77%的铁碳合金称为亚共析钢，室温下的显微组织是铁素体＋珠光体。铁素体呈白色不规则块状晶粒，珠光体在放大倍数较低或浸蚀时间长、浸蚀液浓度加大时，则为黑色块状晶粒，如图4所示。

图4亚共析钢的显微组织（300×）

在亚共析钢的组织中，随着含碳量的增加，组织中的珠光体量也增加。在平衡状态下，亚共析钢组织中的铁素体和珠光体的相对量可应用杠杆定律计算。通过在显微镜下观察组织中珠光体和铁素体各自所占面积的百分数，可以近似估算出钢的含碳量。即钢的含碳量≈P(面积%)×0.77%

(3)过共析钢

含碳量为0.77%～2.11%的铁碳合金称为过共析钢，室温下的显微组织为珠光体+二次渗碳体。二次渗碳体呈网状分布在原奥氏体的晶界上，随着钢的含碳量增加，二次渗碳体网加宽，用硝酸酒精溶液浸蚀时，二次渗碳体网呈亮白色，如图5(a)所示。若用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，则二次渗碳体呈黑色，如图5(b)所示。

图5 过共析钢的显微组织（300×）

3.白口铸铁

白口铸铁的含碳量为2.11%～6.69%。在白口铸铁的组织中含有较多的渗碳体相，其宏观断口呈白亮色，因而得名。按含碳量不同，其组织类型也分为3种：共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁。

（1）共晶白口铸铁

共晶白口铸铁的含碳量为4.3%，室温显微组织是低温莱氏体。低温莱氏体是珠光体和渗碳体的机械混合物，如图6所示。其中白亮的基体是渗碳体，显微组织中的黑色细小颗粒和黑色条状的组织是珠光体。