06 金屬材料熱處理 實(shí)驗(yàn)六 碳鋼及鑄鐵的平衡組織觀察

實(shí)驗(yàn) 碳鋼及鑄鐵的平衡組織觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぬ间摷拌T鐵在平衡狀態(tài)下的顯微特征；分析鐵碳合金的平衡組織與含碳量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)說明鐵碳平衡相圖示分析鋼鐵材料性能的基礎(chǔ)，所謂平衡組織，是合金在極其緩慢冷卻條件下得到的組織。如圖5-1所示。

圖5-1 Fe-Fe3C由Fe-Fe3C碳合金室溫下基本組織特征1、鐵素體（F） 碳在α-Fe中的間隙固溶體，體心立方晶格，平衡態(tài)下含碳量低于0.02％。具有磁性及良好塑性，硬度低，經(jīng)3－4％硝酸酒精侵蝕后，呈白色等軸晶粒，晶界呈黑色，亞共析鋼時(shí)呈塊狀，當(dāng)含碳量接近于共析成分時(shí)，則呈連續(xù)網(wǎng)狀分布于珠光體周圍。2、滲碳體（Fe3C具有復(fù)雜晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物，平衡態(tài)下含碳量為6.69％，用3－4％硝酸酒精侵蝕后，呈亮白色，若用苦味酸鈉溶液熱侵后，呈黑褐色，由此可區(qū)分鐵素體與滲碳體。由于形成條件不同，滲碳體又可分為Fe3CⅠ(從液體中析出)、Fe3CⅡ（從奧氏體中析出）、Fe3CⅢ（從鐵素體中析出）。3、珠光體（P） 鐵素體與滲碳體組成的細(xì)密機(jī)械混合物，平衡態(tài)下其含碳量為0.77％。在高倍（600×）顯微鏡下，可看到珠光體中片層相間的滲碳體和鐵素體互相平行交替排列。在中等(400×左右)放大倍數(shù)下,由于物鏡的分辨率低于滲碳體層片厚度,滲碳體兩側(cè)邊緣線無(wú)法分辨而合成一條黑線。在放大倍數(shù)更低時(shí)（200×左右），鐵素體與滲碳體的片層間距都不能分辨，珠光體呈暗黑一片。4、低溫萊氏體（Ld′） 珠光體與滲碳體的機(jī)械混合物，在平衡狀態(tài)下，含碳量為4.3％，。其顯微組織特征為滲碳體（包括共晶滲碳體和二次滲碳體）白色基體上分布著暗黑色的珠光體。（二）鐵碳合金平衡組織的顯微分析根據(jù)組織特點(diǎn)及碳含量不同，合金可分為工業(yè)純鐵、鋼、和鑄鐵三大類。1、工業(yè)純鐵 含碳量低于0.02％的鐵碳合金。其顯微組織由單相鐵素體和沿晶界分布的少量三次滲碳體。2、碳鋼 含碳量0.02-2.11％的鐵碳合金為碳鋼?？煞譃閬喒参鲣?、共析鋼、過共析鋼。（1）亞共析鋼 含碳量為0.02-0.77％的鐵碳合金。室溫下顯微組織為鐵素體和珠光體，經(jīng)4％硝酸酒精侵蝕后，鐵素體呈白色塊狀，珠光體呈暗黑色。隨含碳量的增加，珠光體量增多，鐵素體量減少，當(dāng)含碳量大于0.60%時(shí),鐵素體呈網(wǎng)狀分布在珠光體邊界上. 根據(jù)亞共析鋼的平衡組織可用下式估算鋼的百分?jǐn)?shù): C%=P%×0.77% 式中: C%=鋼的含碳量 P%=珠光體所占面積（2）共析鋼 含碳量為0.77％的鐵碳合金。其室溫下的顯微組織為珠光體。（3）過共析鋼含碳量為0.77-2.11％范圍的鐵碳合金。其室溫下的組織為珠光體和二次滲碳體。經(jīng)4%硝酸酒精侵蝕后，二次滲碳體呈白色網(wǎng)狀分布在珠光體周圍。若經(jīng)苦味酸液煮沸侵蝕后，則二次滲碳體網(wǎng)呈黑褐色，而亞共析鋼中的鐵素體網(wǎng)仍呈白色，此方法可區(qū)分亞共析鋼和過共析鋼3、白口鑄鐵白口鑄鐵是含碳量在2.11-6.69％之間的鐵碳合金。其中的碳除極少量固溶于鐵素體中外，幾乎全部與鐵形成滲碳體。這種鑄鐵的斷口呈白亮色，故稱之為白口鑄鐵。按其含碳量及平衡組織不同，又可分為亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵三種。（1）亞共晶白口鑄鐵 含碳量為2.11-4.3％之間的鐵碳合金.室溫下組織為珠光體、二次滲碳體和萊氏體，經(jīng)4％硝酸酒精侵蝕后，暗黑色塊狀或樹枝狀的珠光體（保留處境奧氏體的枝晶形態(tài)）被一圈白色二次滲碳體所包圍，在其周圍分布著暗黑色散粒狀變態(tài)萊氏體。（2）共晶白口鑄鐵含碳量為4.3％的鐵碳合金。其室溫下的顯微組織為變態(tài)萊氏體，即白色滲碳體基體上分布著暗黑色粒狀或棒狀珠光體。（3）過共晶白口鐵含碳量為4.3-6.69％的鐵碳合金。其室溫下顯微組織為白色板條狀一次滲碳體分布在變態(tài)萊氏體基體上?；铱阼T鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵含碳量大于2.11％的鐵碳合金。碳除少量溶解于基體外，大部分以游離態(tài)的石墨形式存在。金屬基體分為珠光體、鐵素體和珠光體＋鐵素體三種，形狀大小不同的石墨分布在鋼的基體上。（1）灰口鑄鐵 碳以部分或全部片狀石墨狀態(tài)分布在三種基體上。斷口呈暗灰色，澆注的冷卻速度越慢，越有利于促進(jìn)石墨化。(2)球墨鑄鐵 在熔化的鑄鐵液中加入一定量的球化劑（鎂、鈣、稀土等）后再澆注，是石墨呈球狀析出。球狀石墨分布在三種不同類型基體上，石墨呈黑色，鐵素體呈白色，珠光體呈墨色。（3）可鍛鑄鐵白口鑄鐵經(jīng)退火而成。只有鐵素體和珠光體兩種基體?；w上分布著團(tuán)絮狀石墨，石墨由滲碳體分解而得。（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料1、金相顯微鏡；2、按表5-1所給金相試樣。表5-1平衡狀態(tài)下碳鋼和鑄鐵的顯微組織特征類型含碳量（%）顯微組織侵蝕劑處理狀態(tài)工業(yè)純鐵0.02F+少量Fe3C4%硝酸酒精退火碳鋼亞共析鋼<0.77F+P4%硝酸酒精退火共析鋼0.77P4%硝酸酒精退火過共析鋼0.77~2.11P+Fe3C4%硝酸酒精或苦味酸鈉退火白口鑄鐵亞共晶2.11~6.67P+Ld′4%硝酸酒精鑄態(tài)共晶2.11~6.67Ld′4%硝酸酒精鑄態(tài)過共晶2.11~6.67Ld′+Fe3C4%硝酸酒精鑄態(tài)灰口鑄鐵F基體2.11~6.67F+片狀石墨4%硝酸酒精鑄態(tài)F+P基體2.11~6.67F+P+片狀石墨4%硝酸酒精鑄態(tài)P基體2.11~6.67P+片狀石墨4%硝酸酒精正火球墨鑄鐵F基體2.11~6.67F+球狀石墨4%硝酸酒精鑄態(tài)F+P基體2.11~6.67F+P+球狀石墨4%硝酸酒精鑄態(tài)P基體2.11~6.67P+球狀石墨4%硝酸酒精正火可鍛鑄鐵F基體2.11~6.67F+團(tuán)絮狀石墨4%硝酸酒精可鍛化退火P基體2.11~6.67P+團(tuán)絮狀石墨4%硝酸酒精可鍛化退火實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟一人一組，在顯微鏡上觀察上述試樣的顯微組織；估測(cè)未知含碳量的亞共析鋼中珠光體所占視場(chǎng)百分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)