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材料科学基础实验2 ------铁碳合金平衡组织的观察 院系：机械工程学院 班级：09材科班 姓名：范文金 学号：0904505001 铁碳合金平衡组织的观察 一、实验目的1、观察铁碳合金在室温下平衡状态的显微组织。 2、分析典型的铁碳合金显微组织特征，加深理解化学成分、组织与力学性能之间的关系。 二、实验原理 1. 铁碳合金平衡状态图 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图，来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组织是由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成，由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量，析出条件及分布均有所不同，因而呈现各种不同的形态。 2. 铁碳合金在室温下的组织 铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本相和组织。 铁素体（F）铁素体是碳溶解于α-Fe中的间隙式固溶体。工业纯铁用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，显微镜下呈现白亮色的多边形等轴晶粒；亚共析钢中的铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。 渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液态中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中的出，常呈网状分布于奥氏体的晶界；三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体呈片状交替排列的机械混合物。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具有不同特征的珠光体组织。在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽片铁素体和细片渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别率小，渗碳体片很薄，这时珠光体中的渗碳体就只能看到的是一条黑线；当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不容易分辨出来，而呈黑色块状。 莱氏体（Ld＇）莱氏体在室温时是珠光体和渗碳体所组成的机械混合物。其组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状珠光体。 三、实验分析 根据含碳量及组织特征的不同，铁碳合金可分为工业纯铁，钢和铸铁三大类。 工业纯铁含碳量＜0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁。它为两相组织，即由铁素体和少量三次渗碳体所组成。图1所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条是铁素体的晶界，而亮白色基底则是铁素体的不规则等轴晶粒，在某些晶界处可以看到不连续的薄片状三次渗碳体。 图1工业纯铁的显微组织图 2 45钢的显微组织 3. 碳素钢的组织 ⑴ 亚共析钢 亚共析钢的含碳量在0.0218%～＜0.77%范围内，其组织由铁素体和珠光体所组成。随着钢中含碳量的增加铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多。图2为亚共析钢45钢的显微组织，其中亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。 ⑵ 共析钢的组织 含碳量0.77%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体所组成。即由铁素体和渗碳体呈层片状交替排列的机械混合物。如图4所示即是T8钢的珠光体显微组织。通过金相显微观察可知，珠光体晶粒之间没有明显的晶界，片层排列方向大致相同的部分就是一个珠光体晶粒。 图3 T8钢的珠光体显微组织。 图4 T12钢的显微组织 ⑶ 过共析钢的组织 含碳量超过0.77%的碳钢称为过共析钢，它在室温下的组织由珠光体和二次渗碳体所组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就愈多。图4所示为T12钢的显微组织。组织形态为层片相间的珠光体和细小的亮白色的网络状渗碳体。 4. 铸铁的组织 ⑴ 亚共晶白口铸铁 含碳量＜4.3%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁。在室温下亚共晶白口铸铁的组织由珠光体、二次渗碳体和莱氏体组成，如图5所示。用硝酸酒精溶液浸蚀后在显微镜下，斑点状莱氏体为基体，黑色枝晶组织为珠光体。 图5 亚共晶白口铸铁显微组织图 图6共晶白口铸铁显微组织 ⑵ 共晶白口铸铁 共晶白口铸铁的含碳量为4.3%，经在室温下的组织由单一的共晶莱氏体所组成。在显微镜下，白亮色的基体是渗碳体，暗黑色的斑点状与细条状是珠光体。如图6所示。 ⑶ 过共晶白口铸铁 含碳量＞4.3%的白口铸铁。在室温下的组织由一次渗碳体和莱氏体所组成。在显微下可观察到在暗色斑点状的莱氏体的基底上分布着亮白色粗大条片状的一次渗碳体，如图7所示。 图7过共晶白口铸铁显微组织图 图8 未知含碳量显微组织图 5.未知含碳量：经对比为工业纯铁，F+Fe3CⅢ，含碳量≤0.0218%