金属学原理实验指导书 - 图文(4)

图3 魏氏组织

四、实验组织运行要求

分组集中进行，由指导老师首先讲解有关实验原理和实验方法，然后学生动手操作实验。实验要求学生做课前预习并做实验记录，实验结束后撰写实验报告。 五、实验条件

(1)硝酸银、砂纸、硝酸、小烧杯、玻璃片、容器等； (2)金相显微镜；

(3)宏观缺陷样品一套、显微缺陷样品一套； 六、实验步骤

（1）观察硝酸银的结晶，并画出结晶组织示意图； （2）观察热加工显微缺陷，分析其特征，画下组织示意图； 七、思考题

1．如何识别锻造裂纹和淬火裂纹？ 2．冷却速度大小对铸锭组织有何影响？ 八、实验报告

1．简述实验目的、实验内容； 2．画出硝酸银晶体结晶过程；

3．画出缺陷组织示意图，指出缺陷的主要特征、形成原因及防止办法。

实验3：铁碳合金平衡组织观察

实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：必修 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、组织与性能之间相互

关系。 二、实验内容 (1)

在显微镜下观察和分析铁碳合金显微样品的平衡组织，识别钢和铸铁组织形态的特征。 (2)

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) (4)

绘出所观察的显微组织示意图。

根据显微组织近似确定亚共析钢的含碳量。

三、实验原理、方法和手段

铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。铁碳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Fe-Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。

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由铁素体(F)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、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态。 1、碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织

(1)铁素体(F) 是碳在α-Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3～4%硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：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。

图1 按组织分区的Fe-Fe3C相图

(2)渗碳体(Fe3C) 是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6.69%。当用3—4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色（如图2网状Fe3C呈白亮色），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（如图3网状Fe3C呈黑色）。由此可区别铁素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体中析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布；经球化退火，渗碳体呈颗粒状。

图2网状Fe3C呈白亮色

图3网状Fe3C呈黑色

(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8：1。因此，铁素体厚，渗碳体薄。硝酸酒精浸蚀后可观察到两种不同的组织形态：

①片状珠光体 它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具有不同特征的层片状组织。在高倍放大时（图4），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体。当放大倍数较低时（图5），由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时就只能看到一条黑线，它实际上就表示渗碳体。当组织较细而放大倍数更低时，珠光体片层就不能分辨，而呈黑色。

图4片状珠光体显微组织 2000×(电镜)

② 球状珠光体 球状珠光体组织的特征是在亮白色的铁素体基体上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈暗黑色，如图3-6照片。

图5片状珠光体显微组织 500×

图6粒状珠光体组织

上述各类组织组成物的机械性能见表1。

表1 各类组织组成物的机械性能

性能 组成物硬 度 HB 抗拉强度 σb(MN／m2) 断面收缩率 ψ(％) 60～75 — 10～15 18～25 相对延伸率 δ(％) 40～50 — 9～12 18～25 冲击韧性 αk(J) 160 ≈0 24～32 32～27 铁素体 60～90 120～230 渗碳体750～820 30～35 片状珠光体 190～230 860～900 铁碳合金室温下显微组织特征： 球状珠光体 160～190 650～750 1. 工业纯铁 (4)莱氏体(Ld) 室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。它是由含碳量为4.3%的液态共晶白口铸铁在1148℃ 共晶反应所形成的共晶体(奥氏体和共晶渗碳体)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。因此，莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。

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