實(shí)驗(yàn)一 金相分析操作指導(dǎo)書

1、金相檢驗(yàn)-低碳鋼和鑄鐵的組織的觀察與分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書XX大學(xué)（一）金相樣品的制備方法概述在用金相顯微鏡來(lái)檢驗(yàn)和分析材料的顯微組織時(shí)，需將所分析的材料制備成一定尺寸的試樣，并經(jīng)磨制、拋光與腐蝕工序，才能進(jìn)行材料的組織觀察和研究工作。一金相樣品的制備過程一般包括如下步驟：取樣、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光和腐蝕。分別敘述如下：1取樣（1）選取原則應(yīng)根據(jù)研究目的選取有代表性的部位和磨面，例如，在研究鑄件組織時(shí)，由于偏析現(xiàn)象的存在，必須從表層到中心，同時(shí)取樣觀察，而對(duì)于軋制及鍛造材料則應(yīng)同時(shí)截取橫向和縱向試樣，以便分析表層的缺陷和非金屬夾雜物的分布情況，對(duì)于一般的熱處理零件，可取任一截面。（2）取樣尺寸截取的

2、試樣尺寸，通常直徑為1215mm，高度和邊長(zhǎng)為1215mm的圓柱形和方形，原則以便于手握為宜。（3）截取方法視材料性質(zhì)而定，軟的可用手鋸或鋸床切割，硬而脆的可用錘擊，極硬的可用砂輪片或電脈沖切割。無(wú)論采取哪種方法，都不能使樣品的溫度過于升高而使組織變化。2鑲嵌當(dāng)試樣的尺寸太小或形狀不規(guī)則時(shí)，如細(xì)小的金屬絲、片、小塊狀或要進(jìn)行邊緣觀察時(shí)，可將其鑲嵌或夾持。見圖1所示。（1）熱鑲嵌用熱凝樹脂（如膠木粉等），在鑲嵌機(jī)上進(jìn)行。適應(yīng)于在低溫及不大的壓力下組織不產(chǎn)生變化的材料。（2）冷鑲嵌用樹脂加固化劑（如環(huán)氧樹脂和胺類固化劑等）進(jìn)行，不需要設(shè)備，在模子里澆鑄鑲嵌。適應(yīng)于不能加熱及加壓的材料。（3）機(jī)械夾

3、持通常用螺絲將樣品與鋼板固定，樣品之間可用金屬墊片隔開，也適應(yīng)于不能加熱的材料。（b）樹脂 墊片（a）模子 澆鑄液（c） （d）圖1 金相樣品的鑲嵌方法（a）（b）機(jī)械夾持 （c）冷鑲嵌 （d）熱鑲嵌樣品3粗磨取好樣后，為了獲得一個(gè)平整的表面，同時(shí)去掉取樣時(shí)有組織變化的部分，在不影響觀察的前提下，可將棱角磨平，并將觀察面磨平，一定要將切割時(shí)的變形層磨掉。一般的鋼鐵材料常在砂輪機(jī)上磨制，壓力不要過大，同時(shí)用水冷卻，操作時(shí)要當(dāng)心，防止手指等損傷。而較軟的材料可用挫刀磨平。砂輪的選擇，磨料粒度為40、46、54、60等號(hào)，數(shù)值越大越細(xì)，材料為白剛玉，棕剛玉、綠碳化硅、黑碳化硅等，代號(hào)分別為GB、GZ

4、、GC、TH、或WA、A、TL、C，尺寸一般為外徑×厚度×孔徑=250×25×32，表面平整后，將樣品及手用水沖洗干凈。4細(xì)磨以消除粗磨存在的磨痕，獲得更為平整光滑的磨面，是在一套粒度不同的金相砂紙上由粗到細(xì)依次進(jìn)行磨制，砂紙?zhí)枖?shù)一般為120、280、01、03、05、或120、280、02、04、06號(hào)，粒度由粗到細(xì)，對(duì)于一般的材料（如碳鋼樣品）磨制方式為：（1）手工磨制，將砂紙鋪在玻璃板上，一手按住砂紙，一手拿樣品在砂紙上單向推磨，用力要均勻，使整個(gè)磨面都磨到，更換砂紙時(shí)，要把手、樣品、玻璃板等清理干凈，并與上道磨痕方向垂直磨制，磨到前道磨痕完全消失

5、時(shí)才能更換砂紙，見圖2所示。也可用水砂紙進(jìn)行手工濕磨，即在序號(hào)為240、300、600、1000的水砂紙上邊沖水邊磨制。輕壓樣品圖2 砂紙上磨制方法砂紙玻璃板輕壓樣品（2）機(jī)械磨在預(yù)磨機(jī)上鋪上水砂紙進(jìn)行磨制與手工濕磨方法相同。5拋光目的是消除細(xì)磨留下的磨痕，獲得光亮無(wú)痕的鏡面。方法有機(jī)械拋光、電解拋光、化學(xué)拋光和復(fù)合拋光等，最常用的是機(jī)械拋光。（1）機(jī)械拋光是在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，靠極細(xì)的拋光粉和磨面間產(chǎn)生的相對(duì)磨削和滾壓作用來(lái)消除磨痕的，分為粗拋光和細(xì)拋光兩種。如圖3所示。圖3 樣品在拋光盤中心與邊緣之間拋光 ½半徑處輕壓樣品 拋光盤中心 半徑1）粗拋光粗拋光一般是在拋光盤上鋪

6、以細(xì)帆布，拋光液通常為Cr2O3、Al2O3等粒度為1-5的粉末制成水的懸浮液，一般一升水加入5-10克，手握樣品在專用的拋光機(jī)上進(jìn)行。邊拋光邊加拋光液，一般的鋼鐵材料粗拋光可獲得光亮的表面。2）細(xì)拋光是在拋光盤上鋪以絲絨，絲綢等，用更細(xì)的Al2O3、Fe2O3粉制成水的懸浮液，與粗拋光的方法相同。樣品磨面上磨痕變化見圖4所示。粗磨細(xì)磨拋光圖4 樣品磨面上磨痕變化示意圖切割痕粗磨痕細(xì)磨痕（2）電解拋光是利用陽(yáng)極腐蝕法使樣品表面光滑平整的方法，把磨光的樣品浸入電解液中，樣品作為陽(yáng)極，陰極可用鋁片或不銹鋼片制成，接通電源，一般用直流電源，由于樣品表面高低不平，在表面形成一層厚度不同的薄膜，凸起的部

7、分膜薄，因而電阻小，電流密度大，金屬溶解的速度快，而下凹的部分形成的膜厚，溶解的速度慢，使樣品表面逐漸平坦，最后形成光滑表面。電解拋光優(yōu)點(diǎn)是只產(chǎn)生純化學(xué)的溶解作用，無(wú)機(jī)械力的影響，所以能夠顯示金相組織的真實(shí)性，特別適應(yīng)于有色金屬及其它的硬度低、塑性大的金屬。如鋁合金、不銹鋼等，缺點(diǎn)是對(duì)非金屬夾雜物及偏析組織、塑料鑲嵌的樣品等不適應(yīng)。（3）化學(xué)拋光是靠化學(xué)試劑對(duì)樣品表面凹凸不平區(qū)域的選擇性溶解作用消除磨痕的一種方法?；瘜W(xué)拋光液，多數(shù)由酸或混合酸、過氧化氫、及蒸餾水組成，酸主要起化學(xué)溶解作用，過氧化氫提高金屬表面的活性，蒸餾水為稀釋劑?；瘜W(xué)拋光優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低，不需專門設(shè)備，拋光同時(shí)還兼有化

8、學(xué)浸蝕作用?？芍苯佑^察。缺點(diǎn)是樣品的平整度差，夾雜物易蝕掉，拋光液易失效，只適應(yīng)于低、中倍觀察。對(duì)于軟金屬如鋅、鉛等化學(xué)拋光比機(jī)械拋光、電解拋光效果更好。6腐蝕（浸蝕）經(jīng)過拋光的樣品，在顯微鏡下觀察時(shí)，除非金屬夾雜物、石墨、裂紋及磨痕等能看到外，只能看到光亮的磨面。要看到組織必須進(jìn)行腐蝕。腐蝕的方法有多種，如化學(xué)腐蝕、電解腐蝕、恒電位腐蝕等，最常用的是化學(xué)腐蝕法。下面分析化學(xué)腐蝕顯示組織的基本過程。（1）化學(xué)腐蝕法的原理化學(xué)腐蝕的主要原理是利用浸蝕劑對(duì)樣品表面引起的化學(xué)溶解作用或電化學(xué)作用（微電池作用）來(lái)顯示組織。（2）化學(xué)腐蝕的方式化學(xué)腐蝕的方式取決于組織中組成相的性質(zhì)和數(shù)量。純粹的化學(xué)溶解

9、是很少的。一般把純金屬和均勻的單相合金的腐蝕主要看作是化學(xué)溶解過程，兩相或多相合金的腐蝕，主要是電化學(xué)溶解過程。1）純金屬或單相合金的化學(xué)腐蝕它是一個(gè)純化學(xué)溶解過程，由于其晶界上原子排列紊亂，具有較高的能量，故易被腐蝕形成凹溝。同時(shí)由于每個(gè)晶粒排列位向不同，被腐蝕程度也不同，所以在明場(chǎng)下顯示出明暗不同的晶粒。2）兩相合金的侵蝕主要是一個(gè)電化學(xué)的的腐蝕過程。由于各組成相具有不同的電極電位，樣品浸入腐蝕劑中，就在兩相之間形成無(wú)數(shù)對(duì)微電池。具有負(fù)電位的一相成為陽(yáng)極，被迅速溶入浸蝕劑中形成低凹，具有正電位的另一相成為陰極，在正常的電化學(xué)作用下不受浸蝕而保持原有平面。當(dāng)光線照到凹凸不平的樣品表面上時(shí)，由

10、于各處對(duì)光線的反射程度不同，在顯微鏡下就看到各種的組織和組成相。3）多相合金的腐蝕一般而言，多相合金的腐蝕，同樣也是一個(gè)電化學(xué)溶解的過程，其腐蝕原理與兩相合金相同。但多相合金的組成相比較復(fù)雜，用一種腐蝕劑來(lái)顯示多種相難于達(dá)到，只有采取選擇腐蝕法等專門的方法才行。（3）化學(xué)腐蝕劑是用于顯示材料組織而配制的特定的化學(xué)試劑，多數(shù)腐蝕劑是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)歸納出來(lái)的。一般腐蝕劑是由酸、堿、鹽以及酒精和水配制而成，鋼鐵材料最常用的化學(xué)腐蝕試劑是35%硝酸酒精溶液，各種材料的腐蝕劑可查閱有關(guān)手冊(cè)。（4）化學(xué)腐蝕方法圖5 化學(xué)腐蝕方法（a）浸蝕法 （b）滴蝕法 （c）摖蝕法樣品 腐蝕劑 滴管樣品 沾腐蝕劑棉

11、花一般有浸蝕法、滴蝕法和摖蝕法。見圖5所示。1）浸蝕法：將拋光好的樣品放入腐蝕劑中，拋光面向上，或拋光面向下，浸入腐蝕劑中，不斷觀察表面顏色的變化，當(dāng)樣品表面略顯灰暗時(shí)，即可取出，充分沖水沖酒精，再快速用吹風(fēng)機(jī)充分吹干。2）滴蝕法：是一手拿樣品，表面向上，用滴管吸入腐蝕劑滴在樣品表面，觀察表面顏色的變化情況，當(dāng)表面顏色變灰時(shí)，再過23秒即可充分沖水沖酒精，再快速用吹風(fēng)機(jī)充分吹干。3）摖蝕法：用沾有腐蝕劑的棉花輕輕地?fù)犑脪伖饷?，同時(shí)觀察表面顏色的變化，當(dāng)樣品表面略顯灰暗時(shí)，即可取出，充分沖水沖酒精，再快速用吹風(fēng)機(jī)充分吹干。經(jīng)過上述操作后，腐蝕完成，金相樣品的制備即告結(jié)束，這時(shí)候要將手和樣品的所有

12、表面都完全干燥后，方可在顯微鏡下觀察和分析金相樣品的組織。（二） 金相樣品的制備一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 初步學(xué)會(huì)金相樣品制備的基本方法。2分析樣品制備過程中產(chǎn)生的缺陷及防止措施。二金相樣品制備的基本方法金相樣品的制備過程一般包括取樣、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光和腐蝕步驟。雖然隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，樣品制備的設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，自動(dòng)化的程度越來(lái)越高，有預(yù)磨機(jī)、自動(dòng)拋光機(jī)等，但目前在我國(guó)手工制備金相樣品的方法，由于有許多優(yōu)點(diǎn)仍在廣泛使用。（1）常用金相樣品制備的要點(diǎn)如下：1）取樣時(shí)，按檢驗(yàn)?zāi)康拇_定其截取部位和檢驗(yàn)面，尺寸要適合手拿磨制，若無(wú)法做到，可進(jìn)行鑲嵌。并要嚴(yán)防過熱與變形，引起組織改變。2）對(duì)尺寸太小，或形狀不

13、規(guī)則和要檢驗(yàn)邊緣的樣品，可進(jìn)行鑲嵌或機(jī)械夾持。根據(jù)材料的特點(diǎn)選擇熱鑲嵌或冷鑲嵌與機(jī)械夾持。3）粗磨時(shí)，主要要磨平檢驗(yàn)面，去掉切割時(shí)的變形及過熱部分。同時(shí)，要防止又產(chǎn)生過熱。并注意安全。4）細(xì)磨時(shí)，要用力大小合適均勻，且使樣品整個(gè)磨面全部與砂紙接觸，單方向磨制距離要盡量的長(zhǎng)，更換砂紙時(shí)，不要將砂粒帶入下道工序。5）拋光時(shí)，要將手與整個(gè)樣品清洗干凈，在拋光盤邊緣和中心之間進(jìn)行拋光。用力要均勻適中，少量多次地加入拋光液。并要注意安全。6）腐蝕前，樣品拋光面要干凈干燥，腐蝕操作過程銜接要迅速。7）腐蝕后，要將整個(gè)樣品與手完全沖洗干凈，并充分干燥后，才能在顯微鏡下進(jìn)行觀察與分析工作。（2）金屬材料常用腐

14、蝕劑見表11，其它材料的腐蝕劑可查閱有關(guān)手冊(cè)。（3）金相樣品制備方法見表12。表11 金屬材料常用腐蝕劑序號(hào)腐蝕劑名稱成分ml（g）腐蝕條件適應(yīng)范圍1硝酸酒精溶液硝酸 15酒精 100室溫腐蝕數(shù)秒碳鋼及低合金鋼，能清晰的顯示鐵素體晶界2苦味酸酒精溶液苦味酸4酒精 100室溫腐蝕數(shù)秒碳鋼及低合金鋼，能清晰的顯示珠光體和碳化物3苦味酸鈉溶液苦味酸25苛性鈉2025蒸餾水100加熱到60ºC腐蝕5到30分鐘滲碳體呈暗黑色，鐵素體不著色4混合酸酒精溶液鹽酸 10硝酸 3酒精 100腐蝕210分鐘高速鋼淬火及淬火回火后晶粒大小5王水溶液鹽酸 3硝酸 1腐蝕數(shù)秒各類高合金鋼及不銹鋼組織6氯化鐵、

15、鹽酸水溶液三氯化鐵5鹽酸 10水 100腐蝕12分鐘黃銅及青銅的組織顯示7氫氟酸水溶液氫氟酸0.5水 100腐蝕數(shù)秒鋁及鋁合金的組織顯示序號(hào)步驟方法注意事項(xiàng)1取樣在要檢測(cè)的材料或零件上截取樣品，取樣部位和磨面根據(jù)分析要求而定，截取方法視材料硬度選擇，有車、刨、砂輪切割機(jī)，線切割機(jī)及錘擊法等，尺寸以適宜手握為宜。無(wú)論用哪種方法取樣，都要盡量避免和減少因塑性變形和受熱所引起的組織變化現(xiàn)象。截取時(shí)可加水等冷卻。2鑲嵌若由于零件尺寸及形狀的限制，使取樣后的尺寸太小、不規(guī)則，或需要檢驗(yàn)邊緣的樣品，應(yīng)將分析面整平后進(jìn)行鑲嵌。有熱鑲嵌和冷鑲嵌及機(jī)械夾持法。應(yīng)根據(jù)材料的性能選擇。熱鑲嵌要在專用設(shè)備上進(jìn)行，只適

16、應(yīng)于加熱對(duì)組織不影響的材料。若有影響，要選擇冷鑲嵌或機(jī)械夾持。3粗磨用砂輪機(jī)或挫刀等磨平檢驗(yàn)面，若不需要觀察邊緣時(shí)可將邊緣倒角。粗磨的同時(shí)去掉了切割時(shí)產(chǎn)生的變形層。若有滲層等表面處理時(shí)，不要倒角，且要磨掉約1.5mm，如滲碳。4細(xì)磨按金相砂紙?zhí)栱樞颍?20、280、01、03、05或120、280、02、04、06將砂紙平鋪在玻璃板上，一手拿樣品，一手按住砂紙磨制，更換砂紙時(shí)，磨痕方向應(yīng)與上道磨痕方向垂直，磨到前道磨痕消失為止，砂紙磨制完畢，將手和樣品沖洗干凈。每道砂紙磨制時(shí)，用力要均勻，一定要磨平檢驗(yàn)面，轉(zhuǎn)動(dòng)樣品表面，觀察表面的反光變化確定，更換砂紙時(shí)，勿將砂粒帶入下道工序。5粗拋光用綠粉（

17、Cr203）水溶液作為拋光液在帆布上進(jìn)行拋光，將拋光液少量多次地加入到拋光盤上進(jìn)行拋光。注意安全，以免樣品飛出傷人。初次制樣時(shí)，適宜在拋光盤約半徑一半處拋光，感到阻力大時(shí)，就該加拋光液了。6細(xì)拋光用紅粉（Fe2O3）水溶液作為拋光液在絨布上拋光，將拋光液少量多次地加入到拋光盤上進(jìn)行拋光。同上7腐蝕拋光好的金相樣品表面光亮無(wú)痕，若表面干凈干燥，可直接腐蝕，若有水分可用酒精沖洗吹干后腐蝕。將拋光面浸入選定的腐蝕劑中（鋼鐵材料最常用的腐蝕劑是35%的硝酸酒精），或?qū)⒏g劑滴入拋光面，當(dāng)顏色變成淺灰色時(shí)，再過23秒，用水沖洗，再用酒精沖洗，并充分干燥。這步動(dòng)作之間的銜接一定要迅速，以防氧化污染，腐蝕完

18、畢，必須將手與樣品徹底吹干，一定要完全充分干燥，方可在顯微鏡下觀察分析。否則顯微鏡鏡頭損壞。表12 金相樣品的制備方法（4）樣品腐蝕（即浸蝕）的方法金相樣品腐蝕的方法有多種，最常用的是化學(xué)腐蝕法，化學(xué)腐蝕法是利用腐蝕劑對(duì)樣品的化學(xué)溶解和電化學(xué)腐蝕作用將組織顯示出來(lái)。其腐蝕方式取決于組織中組成相的數(shù)量和性質(zhì)(a)腐蝕后平面 腐蝕后傾斜 (b)圖1 單相均勻固熔體浸蝕示意圖 (a) 浸蝕效果 (b) 鐵素體之晶界組織觀察1）純金屬或單相均勻的固溶體的化學(xué)腐蝕方式見圖1所示。其腐蝕主要為純化學(xué)溶解的過程。例如工業(yè)純鐵退火后的組織為鐵素體和極少量的三次滲碳體，可近似看作是單相的鐵素體固溶體，由于鐵素體

19、晶界上的原子排列紊亂，并有較高的能量，因此晶界處容易被腐蝕而顯現(xiàn)凹溝，同時(shí)由于每個(gè)晶粒中原子排列的位向不同，所以各自溶解的速度各不一樣，使腐蝕后的的深淺程度也有差別。在顯微鏡明場(chǎng)下，即垂直光線的照射下將顯示出亮暗不同的晶粒。2）兩相或兩相以上合金的化學(xué)腐蝕方式對(duì)兩相或兩相以上的合金組織，腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕過程。例如共析碳鋼退火后層狀珠光體組織的腐蝕過程，層狀珠光體是鐵素體與滲碳體相間隔的層狀組織。在腐蝕過程中，因鐵素體具有較高的負(fù)電位而被溶解，滲碳體具有較高的正電位而被保護(hù)，在兩相交界處鐵素體一側(cè)因被嚴(yán)重腐蝕而形成凹溝。因而在顯微鏡下可以看到滲碳體周圍有一圈黑，顯示出兩相的存在，見圖2所示。

20、 1 221滲碳體 2鐵素體 (a)(b)圖2 兩相組織浸蝕示意圖 (a) 浸蝕效果 b)層片狀珠光體組織三實(shí)驗(yàn)設(shè)備金相顯微鏡數(shù)臺(tái)、拋光機(jī)、吹風(fēng)器、樣品、不同號(hào)數(shù)的砂紙、玻璃板，拋光粉懸浮液、4%的硝酸酒精溶液、酒精、棉花等。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的有關(guān)部分及認(rèn)真聽取教師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等的介紹。 2每位同學(xué)領(lǐng)取一塊樣品，一套金相砂紙，一塊玻璃板。按上述金相樣品的制備方法進(jìn)行操作。操作中必須注意每一步驟中的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。3將制好的樣品放在顯微鏡上觀察，注意顯微鏡的正確使用，并分析樣品制備的質(zhì)量好壞，初步認(rèn)識(shí)顯微鏡下的組織特征。五實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1簡(jiǎn)述金相樣品的制備步驟。2分析自己在實(shí)際制樣中出現(xiàn)

21、的問題。并提出改進(jìn)措施。 （三） 低碳鋼和鑄鐵的組織觀察與分析一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察和分析低碳綱和鑄鐵的顯微組織。2分析含碳量對(duì)鐵碳合金的組織的影響，加深理解成分、組織和性能之間的相互關(guān)系。二實(shí)驗(yàn)概述鐵碳合金的顯微組織是研究鋼鐵材料的基礎(chǔ)。所謂鐵碳合金平衡狀態(tài)的組織是指在極為緩慢的冷卻條件下，比如退火狀態(tài)所得到的組織，其相變過程按FeFe3C相圖進(jìn)行，此相圖是研究組織，制定熱加工工藝的重要依據(jù)。其室溫平衡組織均由鐵素體F和滲碳體Fe3C兩個(gè)相按不同數(shù)量、大小、形態(tài)和分布所組成。高溫下還有奧氏體A，固溶體相。用金相顯微鏡分析鐵碳合金的組織時(shí)，需了解相圖中各個(gè)相的本質(zhì)及其形成過程，明確圖中各線的意義，三

22、條水平線上的反應(yīng)產(chǎn)物的本質(zhì)及形態(tài)，并能作出不同合金的冷卻曲線，從而得知其凝固過程中組織的變化及最后的室溫組織。在上述的鐵碳合金中，碳除了少數(shù)固溶于鐵素體和奧氏體外，其余的均以滲碳體Fe3C方式存在，即按FeFe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶。除此之外，碳還可以以另一種形式存在，即游離狀態(tài)的石墨，用G表示，所以，鐵碳合金的結(jié)晶過程存在兩個(gè)相圖，即上述的FeFe3C相圖和FeC相圖。這兩個(gè)相圖常畫在一起，就稱為鐵碳雙重相圖。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于化學(xué)成分、冷卻速度等的不同，常得到三種不同的鑄鐵，即灰口鑄鐵、白口鑄鐵和麻口鑄鐵?；铱阼T鐵是第一階段和第二階段石墨化過程充分進(jìn)行而得到的鑄鐵，其中碳全部或大部分以石墨形式存

23、在，斷口為灰暗色而得名。在工業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。白口鑄鐵是第一階段和第二階段石墨全部被抑制，完全按照FeFe3C相圖進(jìn)行結(jié)晶而得到的鑄鐵，其中碳幾乎全部以Fe3C形式存在，斷口呈白色而得名，這類鑄鐵組織中因存在大量萊氏體，即硬又脆，不易加工，在工業(yè)上很少應(yīng)用。麻口鑄鐵是第一階段石墨化過程部分進(jìn)行而得到的鑄鐵，其中碳一部分以Fe3C形式存在，另一部分以石墨形式存在，組織介于灰口鑄鐵和白口鑄鐵之間，斷口上黑白相間成麻點(diǎn)而得名。因組織中含有不同程度的萊氏體，性硬而脆，在工業(yè)上也很少應(yīng)用。鐵碳合金經(jīng)過緩慢冷卻后，所獲得的顯微組織，基本上與鐵碳相圖上的各種平衡組織相同，但碳鋼的不平衡狀態(tài)，即在快速冷卻時(shí)的

24、顯微組織應(yīng)由過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖，即C曲線來(lái)確定。1碳鋼和鑄鐵的平衡組織根據(jù)FeFe3C相圖中含碳量的不同，鐵碳合金的室溫顯微組織可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三類。按組織標(biāo)注的FeFe3C相圖見圖21。F P P+Fe3C P+Fe3C+ Ld' Ld' Fe3C+Ld' F+ Fe3C 230 Fe3CFe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69C%圖21 FeFe3C相圖溫度C16001500140013001200110010009008007006005004003002001000 +AAA+FA+Fe3C0.77L+A11481227L

25、+Fe3C2.11 4.3A+ Fe3C+Ld Ld Fe3C+Ld 727LL+ 1495（1）工業(yè)純鐵含碳量小于0.0218%的鐵碳合金，室溫顯微組織為鐵素體和少量三次滲碳體，鐵素體硬度在80HB左右，而滲碳體硬度高達(dá)800HB，工業(yè)純鐵中的滲碳體量很少，故塑性、韌性好，而硬度、強(qiáng)度低,不能用作受力零件。（2）碳鋼含碳量在（0.02182.11）%之間的鐵碳合金，高溫下為單相的奧氏體組織，塑性好，適應(yīng)于鍛造和軋制，廣泛應(yīng)用于工業(yè)上，根據(jù)含碳量和室溫組織，可將其分為三類：亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。1）亞共析鋼含碳量在（0.02180.77）%之間的鐵碳合金，室溫組織為鐵素體和珠光體，隨著含

26、碳量的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，而珠光體的數(shù)量則相應(yīng)的增加，顯微組織中鐵素體呈白色，珠光體呈暗黑色或?qū)悠瑺睢?）共析鋼含碳量為0.77%，其顯微組織由單一的珠光體組成，即鐵素體和滲碳體的混合物，在光學(xué)顯微鏡下觀察時(shí)，可看到層片狀的特征，即滲碳體呈細(xì)黑線狀和少量白色細(xì)條狀分布在鐵素體基體上，若放大倍數(shù)低，珠光體組織細(xì)密或腐蝕過深時(shí)，珠光體片層難于分辨，而呈現(xiàn)暗黑色區(qū)域3）過共析鋼含碳量在（0.772.11）%之間，室溫組織為珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體，含碳量越高，滲碳體網(wǎng)愈多、愈完整。當(dāng)含碳量小于1.2%時(shí)，二次滲碳體呈不連續(xù)網(wǎng)狀，強(qiáng)度、硬度增加，塑性、韌性降低，當(dāng)含碳量大于或等于1.2%時(shí)，二次

27、滲碳體呈連續(xù)網(wǎng)狀，使強(qiáng)度、塑性、韌性顯著降低，過共析鋼含碳量一般不超過（1.31.4）%，二次滲碳體網(wǎng)用硝酸酒精溶液腐蝕呈白色，若用苦味酸鈉溶液熱腐蝕后，呈暗黑色。（3）白口鑄鐵含碳量在（2.116.69）%之間，室溫下碳幾乎全部以滲碳體形式存在，故硬度高，但脆性大，工業(yè)上應(yīng)用很少。按含碳量和室溫組織將其分為三類。1）亞共晶白口鑄鐵含碳量在（2.114.3）%之間，室溫組織為珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體Ld'組成。用硝酸酒精溶液腐蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)枝晶狀的珠光體和斑點(diǎn)狀的萊氏體，其中二次滲碳體與共晶滲碳體混在一起，不易分辨。2）共晶白口鑄鐵含碳量為4.3%，室溫組織由單一的萊氏體組

28、成，經(jīng)腐蝕后，在顯微鏡下，變態(tài)萊氏體呈豹皮狀，由珠光體，二次滲碳體及共晶滲碳體組成，珠光體呈暗黑色的細(xì)條狀及斑點(diǎn)狀，二次滲碳體常與共晶滲碳體連成一片，不易分辨。呈亮白色。3）過共晶白口鑄鐵是含碳量大于4.3%的白口鑄鐵，在室溫下的組織由一次滲碳體和萊氏體組成，經(jīng)硝酸酒精溶液腐蝕后，顯示出斑點(diǎn)狀的萊氏體基體上分布著亮白色粗大的片狀的一次滲碳體。（4）灰口鑄鐵鐵碳雙重相圖如圖22所示，由鐵碳雙重相圖可知，鑄鐵凝固時(shí)碳可以以兩種形式存在，即以滲碳體的形式Fe3C和石墨G的形式存在碳大部分以滲碳體Fe3C形式存在的，因其斷口呈白色。而稱白口鑄鐵，如前所述，白口鑄鐵硬而脆，很少用做零件。而碳大部分以石墨

29、形式存在的，因其斷口呈灰色，而稱灰口鑄鐵。Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69C%圖22 FeC雙重相圖溫度C16001500140013001200110010009008007006005004003002001000L+ 1495 +AAA+F0.77(0.68)L+A1148(1154)1227L+G F+Fe3C(實(shí)線) F F+G (虛線) Fe3C 2.11(2.08) 4.3（4.26）A+ Fe3C(實(shí)線) A+G (虛線)727(738) L工業(yè)生產(chǎn)中常采用調(diào)整鑄鐵成分，加入石墨化形成元素如C、Si、P、Al、CU及球化劑，或進(jìn)行石墨化退火等措施，

30、生產(chǎn)各種灰口鑄鐵零件。雖然灰口鑄鐵的強(qiáng)度、塑性和韌性比鋼差，但具有優(yōu)于鋼的減震性，耐磨性、鑄造性和可切削性，生產(chǎn)工藝和熔化設(shè)備簡(jiǎn)單，因而在工業(yè)上得到普遍應(yīng)用?；铱阼T鐵的顯微組織可簡(jiǎn)單的看成是鋼基體和石墨夾雜物共同構(gòu)成。按石墨形態(tài)可將灰口鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵三種。按基體的不同又可分為三類，即鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體?；铱阼T鐵具有優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能、耐磨性和減磨性，在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。2碳鋼和鑄鐵的非平衡組織由碳鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線知，不同的冷卻條件，過冷奧氏體將發(fā)生不同類型的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)各不相同。共析碳鋼的C曲線見圖23所示。溫度C70060050

31、0400300200100-100A1 1 10 102 103 104 105 時(shí)間（秒）圖23 共析碳鋼C曲線P型B型M型 MSMZ （1）退火組織碳鋼經(jīng)退火后獲得上述的平衡組織，共析鋼和過共析鋼經(jīng)球化退火后，獲得由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體組織。（2）正火組織碳鋼經(jīng)正火后的組織比退火細(xì)，相同成分的亞共析鋼，正火后珠光體含量比退火后的多。（3）淬火組織經(jīng)淬火或等溫淬火后獲得不平衡組織。碳鋼淬火后的組織為馬氏體和殘余奧氏體，低碳鋼淬火后組織為板條馬氏體和少量的殘余奧氏體，隨含碳量的增加，殘余奧氏體量增多，淬火馬氏體是碳在Fe中的過飽和固溶體，其形態(tài)取決于馬氏體中的含碳量，低碳馬氏體呈

32、板條狀，強(qiáng)而韌，高碳馬氏體呈針葉狀，硬而脆，而中碳鋼淬火后得到板條馬氏體和針葉狀馬氏體的混合組織。（4）等溫淬火組織碳鋼等溫淬火后獲得貝氏體組織，在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，等溫溫度較高時(shí)，獲得上貝氏體，呈羽毛狀，它由過飽和的鐵素體片和分布片間的斷續(xù)細(xì)小的碳化物組成的混合物，塑性、韌性較差，應(yīng)用較少。而等溫溫度較低時(shí)，獲得下貝氏體，呈黑色的針葉狀，它是由過飽和的鐵素體和其上分布的細(xì)小的滲碳體粒子組成的混合物，下貝氏體強(qiáng)而韌，等溫淬火的溫度視鋼的成分而定。三實(shí)驗(yàn)儀器及材料1. 基本組織的概念與特征見表222. 金相顯微鏡3. 鑄鐵和低碳鋼序號(hào)材料名稱處理狀態(tài)腐蝕劑放大倍數(shù)顯微組織1工業(yè)純鐵退火40%硝酸酒精400XF+Fe3C220鋼退火40%硝酸酒精400X F+P340鋼退火4%硝酸酒精400XF+ P460鋼退火4%硝酸酒精400XF+P5T8退火4%硝酸酒精400XP6T12退火4%硝酸酒精400XP+Fe3C7T12退火苦味酸鈉溶液400XP+Fe3C（Fe3C呈黑色）8T12球化退火4%硝酸酒精400XP球（F+ Fe3C球）9亞共晶白口鑄鐵鑄態(tài)4%硝酸酒精400XP+Fe3C+Ld10