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1、铁碳合金平衡组织实验报告一、实验目的1、识别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，理解成分、组织与性能之间的相互关系。二、实验原理碳钢合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。碳钢合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态）所得到的组织，其相变过程均按 相图进行，因此可以根据该相图来分析碳钢合金的平衡组织。如图1所示，含碳量小于2.11的合金为碳钢，含碳量大于2.11的合金为白口铸铁。所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均有铁素体（Fe）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量及分布
2、形态有所不同，因而呈不同的组织形态。图1简化后的Fe-Fe3C状态图三、实验原理分析1、碳钢和白口的基本组织（1）铁素体(F) 是碳在铁中的固溶体。铁素体为体心立方格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用34硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒。（2）渗碳体（Fe3C）是铁与碳形成的一种化合物，含碳量为6.69。用34硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体呈黑色而铁素体仍为白色。 （3）珠光体(P) 是铁素体和渗碳体的机械混合物，其组织是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体与渗碳体的含量比为81。因此，铁素体厚，渗碳体薄。（4）莱氏体（Ld）奥氏体
3、和渗碳体的共晶混合物，其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在727以下分解为珠光体。2、铁碳体合金室温下显微组织（1）工业纯铁 含碳量0.0218，其显微组织为铁素体。（2）碳钢 共析钢 含钢量为0.77。其显微组织由单一地珠光体组成。如图2所示。 亚共析钢 含钢量在0.02180.77范围内的碳钢合金其组织由先共析铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应地增多，图3 、图4为亚共析钢的显微组织，其中亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。 过共析钢 含碳量在0.77与2.11之间。其组织由珠光体和先共析渗碳体（即二次渗碳体）组成。钢中含碳量越多，二次渗碳体
4、数量就越多。图5为含碳量1.2的过共析钢的显微组织。组织中存在片状珠光体和网络状二次渗碳体，经浸蚀后珠光体成暗黑色，而二次渗碳体则呈白色网络状。 图2 共析钢室温显微组织（500） 图3 20钢室温显微组织（250） 图4 60钢室温显微组织（250） 图5 过共析钢(1.2C)室温显微组织（3）白口铸铁含碳量大于2.11的铁碳合金。其中的碳以渗碳体的形式存在，断口成亮白色而得此名。 亚共晶白口铸铁 含碳量4.3，在室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体、二次渗碳体和莱氏体，如图6所示。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现黑色枝晶状的珠光体和斑点状莱氏体，其中二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，不易分
5、辨。 共晶白口铸铁 含碳量为4.3，其室温下的组织由单一的共晶莱氏体组成。经浸蚀后，在显微镜下，珠光体呈暗黑色细条或斑点状，共晶渗碳体呈亮白色，如图7所示。 过共晶白口铸铁 含碳量4.3，在室温时的组织由一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到在暗色斑点状的莱氏体基本上分布着亮白色的粗大条片状的一次渗碳体，其显微组织如图8所示。图6 亚共晶白口铁室温显微组织 （250） 图7 共晶白口铁室温显微组织 （250） 图8 过共晶白口铁室温显微组织250） 三、实验方法指导 1、实验设备和材料金相显微镜、金相图册、各种铁碳合金的显微样品（见下表）。 编 号 材 料 显 微 组
6、 织 浸 蚀 剂 1工业纯铁铁素体（F）34硝酸酒精溶液220钢铁素体（F）珠光体（P）34硝酸酒精溶液345钢铁素体（F）珠光体（P）34硝酸酒精溶液4T8钢珠光体（P）34硝酸酒精溶液5T12钢珠光体（P）二次渗碳体（FeC）34硝酸酒精溶液6T12钢珠光体（P）二次渗碳体（FeC）碱性苦味酸钠溶液7亚共晶白口铁莱氏体（ Ld）+珠光体（P）二次渗碳体（FeC）34硝酸酒精溶液8共晶白口铁莱氏体（ Ld）34硝酸酒精溶液9过共晶白口铁莱氏体（ Ld）一次渗碳体（FeC）34硝酸酒精溶液2、实验内容及步骤（1）实验前复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。（2）在显微镜下观察和分析表31中铁碳合金的平衡组织，识别钢和铸铁组织形态的特征；根据Fe-Fe3C相图分析各合金的形成过程；建立成分，组织之间相互关系的概念。（3）绘出所观察的显微组织示意图。（4）根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量C为： 式中：P和F分别为珠光体和铁素体所占面积的。四、实验报告要求（1）实验目的。（2）在直径为50mm的圆内画出所观察样品的显微组织示意图（用箭头和代表符号表明各组织组成物，并注明样品成分、腐蚀剂，放大倍数）。（3）根据所观察的组织，说明含碳量对铁碳合金的组织和性能的影响规律。（4）根据杠杆定律计算未知样品的碳含量。