機(jī)械制造 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 鐵碳合金平衡組織觀察與分析

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：鐵碳合金平衡組織觀察與分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┩ㄟ^觀察和分析，熟悉鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織，熟悉金相顯微鏡的使用；了解鐵碳合金中的相及組織組成物的本質(zhì)、形態(tài)及分布特征；分析并掌握平衡狀態(tài)下鐵碳合金的組織和性能之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）2.1概述碳鋼和鑄鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬材料，它們的性能與組織有密切的聯(lián)系，因此熟悉掌握它們的組織，對(duì)于合理使用鋼鐵材料具有十分重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。碳鋼和白口鑄鐵的平衡組織平衡組織一般是指合金在極為緩慢冷卻的條件下(如退火狀態(tài))所得到的組織。鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的顯微組織可以根據(jù)Fe—Fe3C相圖來分析。從相圖可知，所有碳鋼和白口鑄鐵在室溫時(shí)的顯微組織均由鐵素體(F)和滲碳體(Fe3表1各種鐵碳合金在室溫下的平衡組織合金類型碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，ω(C)顯微組織工業(yè)純鐵≤0.0218%鐵素體(F)碳鋼亞共析鋼共析鋼過共析鋼0.0218%---0.77%0.77%0.77%---2.11%鐵素體(F)+珠光體(P)珠光體(P)珠光體(P)+二次滲碳體(Fe3CⅡ)白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵2.11%---4.3%4.3%4.3%一6.69%珠光體(P)+二次滲碳體(Fe3CⅡ)+萊氏體(Ld＇)萊氏體(Ld＇)一次滲碳體(Fe3CⅠ)+萊氏體(Ld＇)工業(yè)純鐵——室溫時(shí)的平衡組織為鐵素體(F)，F(xiàn)為白色塊狀（如圖1所示）；亞共析鋼——室溫時(shí)的平衡組織為鐵素體(F)+珠光體(P)，F(xiàn)呈白色塊狀，P呈層片狀，放大倍數(shù)不高時(shí)呈黑色塊狀(如圖2所示)。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6％的亞共析鋼，室溫平衡組織中的F呈白色網(wǎng)狀包圍在P周圍(如圖3所示)；共析鋼——室溫時(shí)的平衡組織是珠光體(P)，其組成相是F和Fe3C過共析鋼——室溫時(shí)的平衡組織為Fe3CⅡ+P。在顯微鏡下，F(xiàn)e3C亞共晶白口鑄鐵——室溫時(shí)的平衡組織為P+Fe3CⅡ+Ld＇。Fe3CⅡ網(wǎng)狀分布在粗大塊狀的P的周圍，Ld＇則由條狀或粒狀P和Fe共晶白口鑄鐵——室溫時(shí)的平衡組織為Ld＇，由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C過共晶白口鑄鐵——室溫時(shí)的平衡組織為Fe3CⅠ+Ld＇，F(xiàn)e3CⅠ呈長條狀，Ld＇則由條狀或粒狀P和Fe各種組成相或組織組成物的特征鐵素體(F)是碳溶于α-Fe的固溶體。鐵素體為體心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度較低，一般為80HB～120HB，經(jīng)3％～5％硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下觀察呈白色晶粒，見工業(yè)純鐵的組織(如圖1所示)。亞共析鋼中，隨著鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，珠光體量增加而鐵素體量減少。鐵素體量較多時(shí)，呈塊狀分布(如圖2所示)。當(dāng)鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近共析成份時(shí)，鐵素體往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布于珠光體的周圍(如圖3所示)。滲碳體(Fe3C一次滲碳體(Fe3CⅠ)是直接從液體中析出的，呈長白條狀，分布在萊氏體中；二次滲碳體(Fe3C滲碳體的硬度很高，可達(dá)800HB以上，它是一種硬而脆的相，強(qiáng)度和塑性都很差。珠光體(P)是鐵素體和滲碳體的共析機(jī)械混合物，它是由鐵素體片和滲碳體片相互交替排列形成的層片狀組織。經(jīng)3％～5％硝酸酒精溶液浸蝕后，試樣磨面上的條狀鐵素體和滲碳體因邊界被浸蝕呈黑色線條，在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下觀察時(shí)，具有不太一樣的特征。在600倍以上的高倍顯微鏡下觀察時(shí)，每個(gè)珠光體團(tuán)中是平行相間的寬條鐵素體和細(xì)條滲碳體，它們都呈白亮色，而其邊界呈黑色(如圖5所示)。在400倍左右的中倍顯微鏡下觀察時(shí)，白亮的滲碳體細(xì)條被兩邊黑色的邊界線所“吞食”，而變成為黑條，這時(shí)所看到的珠光體是寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體相間的混合物(如圖4所示)。在200倍以下的低倍顯微鏡下觀察時(shí)，由于顯微鏡的鑒別率較低，寬白條的鐵素體和細(xì)黑條的滲碳體也很難分辨，這時(shí)的珠光體是一片暗黑，成為黑塊的組織。萊氏體(Ld＇)是一個(gè)兩相組織。在727℃以上是奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。在727萊氏體硬度很高，達(dá)700HB，性脆。它一般存在于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11％的白口鑄鐵中，在某些高碳合金鋼的鑄造組織中也有出現(xiàn)。在亞共晶白口鑄鐵中，萊氏體被黑色粗樹枝狀的珠光體所分割，而且可看到在珠光體周圍有一圈白亮的二次滲碳體(如圖7所示)。在過共晶白口鑄鐵中，萊氏體被粗大的白色長條狀的一次滲碳體所分割(如圖9所示)。鐵素體與滲碳體的區(qū)別鐵碳合金平衡組織都是由鐵素體和滲碳體兩相組成。F和Fe3C經(jīng)3％～5％硝酸酒精溶液浸蝕后均呈白亮色，有時(shí)為了區(qū)別晶界網(wǎng)狀是鐵素體還是滲碳體，可用堿性苦味酸鈉水溶液(2g苦味酸、25g氫氧化納、l00ml水)煮沸15min，滲碳體被染成黑色，鐵素體仍為白色(圖10)，這樣就可區(qū)別F和Fe3亞共析鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的估算亞共析鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0218％～0.77％范圍內(nèi)，平衡狀態(tài)下組織為鐵素體和珠光體，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，珠光體的數(shù)量則相應(yīng)地增多，兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可由杠桿定律求得。例如，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45％的鋼(45鋼)，其珠光體、鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：反之，因珠光體、鐵素體和滲碳體的密度相近，也可以通過在顯徽鏡下觀察到的珠光體和鐵素體各自所占面積的百分?jǐn)?shù)近似地計(jì)算出鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如，在顯微鏡下觀察到約有50％的面積為珠光體，50％的面積為鐵素體，則此鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：即此鋼相當(dāng)于40鋼（鐵素體在室溫下碳含量極微，可忽略不計(jì)）。2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)金相顯微鏡的構(gòu)造原理及操作使用方法。學(xué)習(xí)金相試樣的制備步驟和方法。學(xué)習(xí)碳鋼和白口鐵金相試樣的制備。利用金相顯微鏡進(jìn)行試樣組織觀察與分析。主要儀器設(shè)備金相顯微鏡操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟觀察樣品的顯微組織，研究每一個(gè)樣品的組織特征，并聯(lián)系鐵碳相圖分析其組織形成過程。用鉛筆繪出所觀察樣品的顯微組織示意圖。畫圖時(shí)要抓住各種組織組成物形態(tài)的特征，并用箭頭和代表符號(hào)標(biāo)出各組織組成物。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1045A3HTKTQTT8T12實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）根據(jù)所觀察組織說明含碳量對(duì)鐵碳合金的組織和性能的影響的大致規(guī)律。答：含碳量很低（<0.0218%）時(shí)，鐵碳合金顯微組織為單相鐵素體，硬度、強(qiáng)度低，塑性、韌性好。隨著含碳量的升高，強(qiáng)度先增大后減小，硬度增加，塑性、韌性減小。珠光體組織在低倍觀察和高倍觀察時(shí)有何不同?為什么?答：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為珠光體。其顯微結(jié)構(gòu)為鐵素體與滲碳體層片相間。它經(jīng)溶液浸蝕后，其組織中的鐵素體和滲碳體都呈白亮色，而鐵素體和滲碳體的相界被浸蝕后呈黑色線條。當(dāng)放大倍數(shù)較高時(shí)，可以