实验一 铁碳合金平衡组织观察
实验目的 概述 实验内容 实验方法 实验报告 思考题
一、实验目的
1. 观察和识别铁碳合金(碳钢和白口铸铁)在平衡状态下的显微组织特征； 2. 认识铁碳合金中成分、组织和性能之间的变化规律； 3. 应用杠杆定律计算碳钢中的含碳量； 4. 了解金相显微镜的原理及其使用方法； 5. 了解金相试样的制作过程。
TOP
二、概述
1. 铁碳合金的平衡组织
合金在极缓慢冷却条件(如退火状态)下得到的组织为平衡组织。铁碳合金的平衡组织可 以根据Fe-Fe3C状态图来分析。从状态图可知，所有碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素
体相和渗碳体相组成。但由于含碳量的不同，结晶条件的差异，铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布和混合情况不一样，因而将组成各种不同特征的组织。
图1-1 Fe-Fe3C合金状态图
2. 各种基本组织特征
① 铁素体(F) 是碳溶入a-Fe中的间隙固溶体，有良好的塑性，硬度低(HB80～100)，经3%～5%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈白色大颗粒状或块状(如图1-2)。随着钢中含碳量的增加，铁素体量减少。铁素体量较多时呈块状分布(如图1-3、1-4)；当含碳量接近于共析成分时，往往呈断续网状，分布在珠光体的周围(如图1-5)。
图1-2 工业纯铁的显微组织(250×) 1-3 20钢的显微组织(400×)
组织一全部为F 组织一F(白块)+P(黑块))
图1-4 45钢的显微组织(200×) 图1-5 60钢的显微组织(400×) 组织一F+P 组织一P(黑色)+F(白色网状)
② 渗碳体(Fe3C)：是铁与碳的化合物，含碳量为6.69％，抗浸蚀能力较强。经3%～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色(如图1-6、1-7)。若用苦味酸钠溶液热侵蚀则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别开铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度很高，达到HB800以上，脆性很大，强度和塑性很差。平衡状态下，渗碳体可以呈片状、断续网状或针状。(如图1-6、1-7、1-8 1-11所示)
图1-6 T8钢的显微组织(400×) 图1—7 T8钢的显微组织(1000×)
组织一P(片状) 组织一P(片状)
图1-8 T10钢的显微组织(400X) 图1-9 亚共晶白口铸铁显微组织(150X)
3％硝酸酒精溶液腐蚀 组织一P(黑色树枝状)+Ld 组织一Fe3CⅡ(白色网状)+P(片层状) (小黑条、块和白色基体)
③ 珠光体(P)：是铁素体和渗碳体的机械混合物。有片状珠光体和球状珠光体之分。且片状珠光体(P) 一般经退火得到，是铁素体和渗碳体交替分布的层片状组织，疏密程度不同。经3%～5%硝酸酒精溶液浸蚀后，铁素体和渗碳体皆呈白亮色。在不同放大倍数下观察时，珠光体组织具有不太一样的特征。样的特征。样的特征。
在高倍（600倍以上）下观察时，珠光体中平行相间的宽条为铁素体，凸起细条为渗碳体它们皆白亮色，而边界为黑色阴影(如图1-7所示)。在中倍(400倍左右)观察时，白亮色的渗碳体细条被两边黑色边界所“吞噬”。而成为细黑色层片状。此时珠光体是宽白条的铁素体和细黑条的渗碳体相间的混合物(如图1-6、1-8所示)。在低倍(200倍以下)观察时，由于显微镜的放大倍率低，连白亮色的宽条铁索体和黑色细条的渗碳体也难以分辨，此时珠光体是呈暗黑色多边形块状组织(如图1-3、1-4所示)。
④ 变态莱氏体(Ld′)：是珠光体和渗碳体的混合物。此时，渗碳体中包括共晶渗碳体和二次渗碳体两种，但它们相连在一起而分辨不开。经3%～5%硝酸酒精溶液浸蚀后，变态莱氏体的组织特征是，在白亮色的渗碳体基体上均匀分布着许多黑点(块)状或条状珠光体(如图1-10)。
图1-10 共晶白口铸铁显微组织400X 图1-11 过共晶白口铸铁显微组织200X
组织一Ld′ 组织一Fe3CⅠ+Ld′
(黑色块、点为P+白色为Fe3C基体) (白色宽长条)+(小黑色条、点和白色基体)
变态莱氏体组织硬度很高，达到HB700，脆性大。一般存在于含碳量大于2.11%的白口铸铁中，在某些高碳合金钢的铸造组织中也常可见到。
亚共晶白口铸铁的组织是变态莱氏体、呈黑色大块树枝状的珠光体及珠光体周围白亮圈的二次渗碳体(如图1—8)。二次渗碳体与变态莱氏体中的渗碳体相连、无界线，无法区分。 过共晶白口铸铁的组织：变态莱氏体和针状的一次渗碳体(如图1—11所示)。
图1-10（a）铁碳合金中组织组成物的相对变化
图1-10（b）铁碳合金中相组成物的相对变化
3．含碳量及组织（或相）的百分比含量计算
在每一类组织中，当含碳量不同时，其中组成物的数量发生相对增减，其数量关系如图1-10所示。利
用杠杆定律可计算钢的含碳量，可计算各组织(或相)的百分比含量。
例①： 求室温下含碳量为0.45％的碳钢 组织中组织组成物 P与F百分比含量?
例 ②：求室温下含碳量为0.45％碳钢的组 织中相组成物 F与Fe3C百分比含量?
例 ③： 从显微镜视场中观察到显微组织中有60%的面积为珠光体，40%的是F时，估算钢的含碳量。
TOP
三、实验内容
观察分析铁碳合金平衡状态下的七种典型组织；绘制组织示意图。
TOP
四、实验方法
1. 仔细观察所列试样，研究每个样品组织特征，注意含碳量与金相组织之间的关系； 2. 描绘试样显微组织的示意图；
3. 估测未知含碳量的亚共析钢试样中组织相对量，计算该试样的含碳量。
TOP
五、实验报告
1. 写出实验目的；
2. 绘制试样组织示意图，用箭头标明各组织的名称，并在每个试样示意图下面注明试样成分，处理工艺、腐蚀剂，放大倍数；
3. 分析未知试样，指出其合金名称、组织、用杠杆定律估算未知牌号样品的含碳量； 4. 根据所观察的组织，分析铁碳合金在平衡状态下含碳量变化对其组织的影响。
TOP
六、思考题
1. 珠光体组织在高倍镜下和低倍镜下观察时有什么不同？为什么？
2. 在铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体有哪几种形态（形状）？它们分别在哪几种情况下出现？ 3. 何为相？何为组织？结合本次实验举例说明两者的区别与联系。
实验二 碳钢的热处理及硬度测定
实验目的 概述 实验内容 实验方法 实验报告 思考题
一、实验目的
1. 熟悉碳钢的几种基本热处理(退火、正火、淬火及回火)操作方法；
2. 了解含碳量、加热温度、冷却速度、回火温度等主要因素对碳钢热处理后性能(硬度)的
影响；
3. 了解洛氏硬度计的原理及使用方法。
TOP
二、概述
不改变合金的化学成分，只是通过不同的加热、保温、和冷却，使合金内部组织发生变化，从而达到改变合金性能的目的，这种方法称为热处理。热处理在改善钢材性能，提高工件使用寿命方面起着重要的作用。
普通热处理的基本操作有退火、正火、淬火及回火等。
钢的退火通常是将钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上，保温后缓慢地随炉冷却的一种工艺。钢经过退火处理后，其组织比较接近平衡状态，硬度较低（约180～220HB），有利于进行切削加工。
钢的正火是将钢加热到Ac3或Accm线以上30～50℃保温后在空气中冷却的一种热处理工艺。由于冷却速度稍快，与退火组织相比，所形成的珠光体层片细密，固硬度有所提高，对低碳钢来说，正火后提高了硬度可改善其切削加工性能，提高表面粗糙度。对高碳钢来说，正火可消除网状渗碳体，为球化退火和淬火作准备。
钢的淬火是将钢加热到Ac3或Ac1线以上30～50℃保温后在不同介质中快速冷却，从而获得马氏体和（或）贝氏体组织的一种热处理工艺。马氏体的硬度和强度都很高，特别适用于有较高耐磨性能要求的工模具材料。淬火工艺包括3个重要的参数，淬火加热温度、保温时间和冷却速度。淬火加热温度过高时晶粒容易长大，而且还会产生氧化脱碳等缺陷，加热温度过低则会因组织中存在铁素体和珠光体而导致材料硬度不足；保温时间与钢的成分、工件的形状、尺寸及加热介质的因素有关；保温时间过长或过短都会对钢的组织及性能造成不利影响。冷却是淬火的关键工序，它直接影响到淬火后的组织和性能。
热处理操作中，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个关键工序，也称热处理三要素。正确选择这三种工艺参数，是热处理成功的基本保证。Fe—Fe3C相图和C曲线是制定碳钢热处理工艺的重要依据。
1. 加热温度
① 退火加热温度：完全退火加热温度，适用于亚共析钢，Ac3+(30～50℃)；球化退火加热温度，适用于共析钢和过共析钢，Ac1+(30～50℃)。
② 正火加热温度：对亚共析钢是Ac3+(30～50℃)；过共析钢是Accm。+(30～50℃)，也就是加热到单相奥氏体区。
退火和正火的加热温度范围见图2-1所示。
③ 淬火加热温度：对亚共析钢是Ac3+(30～50℃)；对共析钢和过共析钢是Ac1+(30～50℃)，见图2-2所示。
图2-1 退火与正火的加热温度范围 图2-2 淬火加热温度范围
百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库材料实验指导在线全文阅读。
相关推荐：