實驗A 鐵碳合金平衡組織分析

PAGEPAGE1實驗二鐵碳合金平衡組織分析1．實驗目的1)通過觀察和分析，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；2)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；3)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系。2．概述碳鋼和鑄鐵是工業(yè)上應用最廣的金屬材料，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，對于合理使用鋼鐵材料具有十分重要的實際指導意義。1)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的顯微組織均由鐵素體(F)和滲碳體(Fe3C)所組成。但是，由于碳含量的不同，結晶條件的差別，鐵素體和滲碳體的相對數(shù)量、形態(tài)、分布和混合情況均不一樣，因而呈現(xiàn)各種不同特征的組織組成物。碳鋼和白口鑄鐵在室溫下的顯微組織見表3(1)工業(yè)純鐵——室溫時的平衡組織為鐵素體(F)，F(xiàn)為白色塊狀(圖3-1)。(2)亞共析鋼——室溫時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)不高時呈黑色塊狀(圖3-2)。碳質(zhì)量分數(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(圖3-3)。(3)共析鋼——室溫時的平衡組織是珠光體(P)，其組成相是F和Fe3C(圖3-4、圖3-(4)過共析鋼一一室溫時的平衡組織為Fe3CⅡ+P。在顯微鏡下，F(xiàn)e3CⅡ呈網(wǎng)狀分布在層片狀P周圍(圖3(5)亞共晶白口鑄鐵——室溫時的平衡組織為P+Fe3CⅡ+Le’。網(wǎng)狀分Fe3CⅡ布在粗大塊狀的P的周圍，Le'則由條狀或粒狀P和Fe3C(6)共晶白口鑄鐵——室溫時的平衡組織為Le’，由黑色條狀或粒狀P和白色Fe3C基體組成(圖3-(7)過共晶白口鑄鐵——室溫時的平衡組織為Fe3CI+Le’，F(xiàn)e3CI呈長條狀，Le'則由條狀或粒狀P和Fe3C基體組成(圖3-2)各種組成相或組織組成物的特征(1)鐵素體(F)是碳溶于a-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(圖3-1)。亞共析鋼中，隨著鋼中碳質(zhì)量分數(shù)的增加，珠光體量增加而鐵素體量減少。鐵素體量較多時，呈塊狀分布(圖3-2)。當鋼中碳質(zhì)量分數(shù)接近共析成分時，鐵素體往往呈斷續(xù)的網(wǎng)狀，分布于珠光體的周圍(圖3-3)。(2)滲碳體(Fe3C)是鐵與碳形成的化合物(Fe3C)，它的碳質(zhì)量分數(shù)為6.69％，抗浸蝕能力較強。經(jīng)3％～5％硝酸酒精溶液浸蝕后呈白亮色(圖3一次滲碳體(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(Fe3CⅡ滲碳體的硬度很高，可達800HB以上，它是一種硬而脆的相，強度和塑性都很差。(3)珠光體(P)是鐵素體和滲碳體的共析機械混合物，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，具有不太一樣的特征。在600倍以上的高倍顯微鏡下觀察時，每個珠光體團中是平行相間的寬條鐵素體和細條滲碳體，它們都呈白亮色，而其邊界呈黑色(圖3-5)。在400倍左右的中倍顯微鏡下觀察時，白亮的滲碳體細條被兩邊黑色的邊界線所“吞食”，而變成為黑條，這時所看到的珠光體是寬白條的鐵素體和細黑條的滲碳體相間的混合物(圖3-4)。在200倍以下的低倍顯微鏡下觀察時，由于顯微鏡的鑒別率較低，寬白條的鐵素體和細黑條的滲碳體也很難分辨，這時的珠光體是一片暗黑，成為黑塊的組織。圖3-2中的黑塊即是珠光體組織。(4)萊氏體(Le’)是一個兩相組織。在727~C以上是奧氏體和滲碳體的機械混合物在727~C時，萊氏體中奧氏體發(fā)生共析反應而變成珠光體，所以在室溫時萊氏體組織是珠光體和滲碳體的機械混合物。滲碳體中包括共晶滲碳體和二次滲碳體，兩種滲碳體相連在一起，沒有邊界線，無法分辨開。經(jīng)3％-5％硝酸酒精浸蝕后，萊氏體的組織特征是，在白亮色的滲碳體基本上分布著許多黑色點(塊)狀或條狀的珠光體(圖3-7)。萊氏體硬度很高，達700HB，性脆。它一般存在于碳質(zhì)量分數(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常有出現(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(圖3-8)。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(圖3-9)。3)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、100ml水)煮沸15min，滲碳體被染成黑色，鐵素體仍為白色(圖3-10)，這樣就可區(qū)別F和Fe34)亞共析鋼碳的質(zhì)量分數(shù)的估算亞共析鋼的碳的質(zhì)量分數(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)量分數(shù)的增加，鐵素體的數(shù)量逐漸減少，珠光體的數(shù)量則相應地增多，兩者的質(zhì)量分數(shù)可由杠桿定律求得。例如，碳的質(zhì)量分數(shù)為0.45％的鋼(45鋼)，其珠光體、鐵素體的質(zhì)量分數(shù)分別為W(P)=0.45/0.77×100%=56%W(F)=(0.77-0.45)/0.77×100%=44％反過來，因珠光體、鐵素體和滲碳體的密度相近，也可以通過在顯微鏡下觀察到的珠光體和鐵素體各自所占面積的百分數(shù)近似地計算出鋼的碳質(zhì)量分數(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)量分數(shù)為w(C)＝50％×0.77＝0.4％，即此鋼相當于40鋼(鐵素體在室溫下碳含量極微，可忽略不計)。3．實驗內(nèi)容1)觀察表3-2中所列樣品的顯微組織，研究每一個樣品的組織特征，并聯(lián)系鐵碳相圖分析其組織形成過程。2)用鉛筆繪出所觀察樣品的顯微組織示意圖。畫圖時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標出各組織組成物。3)分析一個未知試樣。指出它是何種鋼，是什么組織，用杠桿定律估算出大致的碳質(zhì)量含量，根據(jù)相圖形狀和性能的對應規(guī)律求出大致的硬度(HB)。4．實驗報告要求1)寫出實驗目的。2)畫出所觀察樣品的顯微組織示意圖(用箭頭和代表符號標明各組織組成物