工程材料实验指导书..doc

1.2 铁碳合金显微组织分析 1.2.1 实验目的 （1）观察和了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织； （2）分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织和性能之间的相互关系； （3）学会使用金相显微镜。 1.2.2 金相显微镜的结构和工作原理 由于被观察的物体是不透明的金属表面，因此，金相显微镜设有人工光源进行试样表面的照明，如图1-1所示。 由灯泡1发出一束光线，经过聚光镜2及反光镜7被汇聚在孔径光阑8上，随后经过聚光镜3、视场光阑9再度将光线聚集在物镜6的后焦面上，最后，光线通过物镜，用平行光照明标本，使其表面得到充分均匀的照明。从物体反射回来的光线复经物镜6、辅助透镜5、半反射镜4、辅助透镜10以及棱镜11、12，造成一个物体的倒立放大实象，该象被场镜13和接目镜14所组成的目镜放大。 图1-1 金相显微镜的光学系统 1.2.3 实验原理 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，其室温组成相由铁素体和渗碳体这两个基本相组成。由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件及分布状况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态，见表1-1。 表1-1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 类型 含碳量/% 显微组织 碳钢 亚共析钢 0.02～0.77 铁素体+珠光体 共析钢 0.77 珠光体 过共析钢 0.77～2.11 珠光体+二次渗碳体 白口铸铁 亚共晶白口铁 2.11～4.3 珠光体+二次渗碳体+莱氏体 共晶白口铁 4.3 莱氏体 过共晶白口铁 4.3～6.69 莱氏体+一次渗碳体 工业纯铁 ＜0.02 铁素体 注：以上试样均由4％硝酸酒精溶液侵蚀 从表中看出，铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本组织： （1）铁素体（F）：它是碳溶解于α－中的间隙固溶体。铁素体是体心立方晶格，有磁性，塑性好，硬度低 。工业纯铁试样在金相显微镜下观察，可见白色等轴晶粒。随着含碳量的增加，铁素体减少，增加了新的组织（珠光体），铁素体呈块状分布。当碳的含量接近共析钢的质量分数时，铁素体呈断续的网状分布在珠光体周围。 （2）渗碳体（F3C）：它是碳与铁形成的化合物，其碳的质量分数为6.69％，质硬而脆，耐腐蚀，显微镜下呈亮白色，而铁素体呈灰白色。渗碳体可以有多种形态；一次渗碳体直接由液体中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体是由奥氏体中析出，常呈网状分布在珠光体的边界上；此外，还有球粒状，小条块状等形态的渗碳体，它们的硬度高，是硬而脆的相，强度和塑性差。 （3）珠光体（P）：它是铁素体和渗碳体的机械混合物。渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体。两者相连无界线，无法分辨开。 （4）莱氏体（L′e）：在金相显微镜下观察，莱氏体的组织特征是在亮白色的渗碳体上分布着许多黑色点状或条状的珠光体。莱氏体硬度高，性脆。一般存在于碳的质量分数大于2.1％的白口铸铁中，高合金钢的铸造组织中也出现。在亚共晶白口铸铁中，莱氏体机体上分布着黑色树枝状和豆粒状的珠光体。其周围常有一圈白亮的二次渗碳体，但与L′中的渗碳体混为一体，分辨不清。在过共晶白口铸铁中，莱氏体基体上，分布着宽直白条状的一次渗碳体。 根据含碳量及组织特点的不同，铁碳合金分为工业纯铁、钢和铸铁三大类。 1.2.4 实验内容 （1）用金相显微镜观察表1-2所列试样的显微组织 。 （2）在Φ36mm圆内绘制观察到的金相组织图，标明组织构成物名称，注明侵蚀剂名称、放大倍数。 表1-2 碳钢和白口铸铁的显微样品 序号 材料 热处理 组织说明 1 工业纯铁 退火 铁素体（白色等轴晶为铁素体，黑色网络为晶界。） 3 亚共析钢 45 退火 铁素体及珠光体（白色晶粒为铁素体，黑色块状为片状珠光体，由于放大倍数不够，珠光体的片状结构不明显。） 5 共析钢T8 退火 珠光体（白色铁素体与黑色渗碳体成层状排列。） 7 过共析钢 T12 退火 珠光体与二次渗碳体（黑白相间的层片状基体为珠光体，晶界上的白色网络为二次渗碳体。） 8 亚共晶生铁 铸态 珠光体与二次渗碳体及莱氏体（斑点状基体为莱氏体，黑色枝晶为珠光体，成大块黑色。二次渗碳体与莱氏体中的渗碳体连成一片，均为白色，不能分辨。） 9 共晶生铁 铸态 共晶莱氏体（黑色圆粒及长条为珠光体，二次渗碳体与共晶渗碳体均为白色，连在一起，无法分辨。） 10 过共晶生铁 铸态 一次渗碳体和共晶莱氏体（白色粗大的板条状为一次渗碳体，黑白相间的斑点状基体为共晶莱氏体。） 备注：表中试样所用侵蚀剂均为4%硝酸酒精溶液。 11.1 碳素钢的热处理及硬度测定综合实验 11.1.1 实验目的 （1）了解碳素钢的基