《工程材料及热处理》实验指南(15页).doc

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《工程材料及热处理》
实验指导书
机械与能源工程系
实验6 铁碳合金平衡状态的显微组织分析
一、实验目的
1、认识铁碳合金平衡组织的特征,初步识别各种铁碳合金在平衡状态下的显微组织。
2、分析和认识碳钢的含碳量与其平衡组织的关系。
3、进一步认识对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能间的关系。
二、实验原理
碳钢和铸铁是工业上最重要、最基本、应用最广的金属材料,通常把钢和铸铁统称为铁碳合金,他们的性能与组织有着密切的关系,因此熟悉并掌握它们的组织,对于合理使用钢铁材料具有十分重要的实际指导意义,也是对钢铁材料使用者最基本的要求。
1、碳钢和白口铸铁的平衡组织
平衡组织一般是指合金在极为缓慢冷却的条件下(如退火状态)所得到的组织。铁碳合金在平衡状态下的显微组织可以根据Fe-Fe3C相图来分析。由相图可知,所有碳钢和白口铸铁在室温时的显微组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)组成。但是,由于碳质量分数的不同、结晶条件的差别,铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布的混合情况均不一样,因而呈现各种不同特征的组织组成物。
2、各种相组分或组织组分的特征
碳钢和白口铸铁的金相试样经浸蚀后,其平衡组织中各种相组分或组织组分的形态特征和性能如下所述。
铁素体:铁素体是碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体。经3%~5%的***酒精溶液浸蚀后,在显微镜下为白亮色多边形晶粒。在亚共析钢中,铁素体呈块状分布;当含碳量接近于共析成分时,铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。铁素体具有良好的塑性及磁性,硬度较低,一般为80HBS~120HBS。
渗碳体:抗浸蚀能力较强,经3%~5%酒精溶液浸蚀后,在显微镜下观察同样呈白亮色。一次渗碳体呈长白条状分布在莱氏体之间;二次渗碳体呈网状分布于珠光体的边界上;三次渗碳体分布在铁素体晶界处;珠光体中的渗碳体一般呈片状。另外,经不同的热处理后,渗碳体可以呈片状、粒状或断续网状。渗碳体的硬度很高,可达800HV以上,但其强度、塑性都很差,是一种硬而脆的相。
珠光体:是由铁素体片和渗碳体片相互交替排列形成的层片状组织。经3%~5%酒精溶液浸蚀后,在显微镜下观察其组织中的铁素体和渗碳体都呈白亮色,而铁素体和渗碳体的相界被浸蚀后呈黑色线条。实际上,珠光体在不同放大倍数的显微镜下观察时,具有不大一样的特征。在高倍(600×以上)下观察时,珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈亮白色,而其边界呈黑色;在中倍(400×左右)下观察时,白亮色的渗碳体被黑色边界所“吞食”,而成为细黑条,这时看到珠光体是宽白条铁素体和细黑条渗碳体的相间混合物;在低倍(200×以下)下观察时,连宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体也很难分辨,这时珠光体为黑色块状组织。
由此可见,在其他条件相同情况下,当放大倍数不同时,同一组织所呈现的特征会不一样,所以在显微镜下鉴别金相组织首先要注意放大倍数。珠光体硬度为190~230HBS,且随层间距的变小硬度升高。强度较好,塑性和韧性一般。
莱氏体:在室温下是珠光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,两种渗碳体相联在一起,没有边界线,无法分辨开来。经3%~5%酒精溶液侵蚀后,其组织特征是在白亮色渗碳体基体上分布着许多黑色点〔块〕状或条状珠光体。莱氏体硬度为700HV,性脆。%的白口铸铁中,在某些高碳合金钢的铸造组织中也常出现。
三、实验仪器和用具
1、光学金相显微镜
2、各种铁碳合金的平衡组织标准金相试样
四、实验方法与步骤
1、在显微镜下仔细观察辨认下表中所列试样组织,研究每个样品的组织特征,并结合铁碳相图分析其组织形成过程。
表5-1