铁碳合金平衡组织观察实验报告

一、    实验目的

（1）    观察和识别铁碳和金（碳素钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织特征;

（2）    了解铁碳合金成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织、性能之间的关系；

（3）    熟悉金相显微镜的使用。

二、    实验原理

状态图是研究铁碳合金组织与成分关系的重要工具，了解和掌握状态图，对于制定钢铁材料的各种加工工艺有着很重要的指导意义。

所谓平衡状态的显微组织是指合金在极缓慢的条件下冷却到室温所得到的组织。铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的缓慢冷却到室温得到的组织，它们是（特别是碳钢）工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织有密切的关系。

三、        使用的仪器设备

金相显微镜

四、        实验方法、步骤

（1）    实验前，阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备；

（2）    在老师的指导下调节好金相显微镜；

（3）    在金相显微镜下分别观察工业纯铁、20钢、45钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁等9种铁碳合金的平衡组织，识别钢和铁的组织形态的特征；根据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；

（4）    画出所观察金相样品的显微组织示意图。

五、实验结果分析

（1）根据所观察并画出的金相样品的显微组织示意图，在图中标出组织，在图下标出：含碳量、组织、放大倍数、侵蚀剂。

样品名称：1.2%碳钢

状态：退火

显微组织：珠光体和网状渗碳体

放大倍数：500倍

侵蚀剂：3%硝酸酒精溶液

 

样品名称：共晶白口铁

状态：铸造

含碳量：4.3%

显微组织：莱氏体

放大倍数：400倍；  侵蚀剂：3%酒精溶液

样品名称：工业纯铁

含碳量：C%小于0.02%

状态：退火

显微组织：铁素体

放大倍数：500倍 ；侵蚀剂：3%硝酸酒精溶液   

（2）根据观察的组织，说明含碳量对铁碳合金的组织和性能影响的大致规律

含碳量越高，强度，硬度越高，而塑韧性变差，反之，强度，硬度越低，塑韧性越好。

随着含碳量的增加，铁碳合金依次有工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的平衡组织形态。并且，碳含量的微小变化也会对某组织产生影响，随着含碳量的增加，工业纯铁中的三次渗碳体的量增加;亚共析钢中的铁素体量减少；过共析钢析钢中的二次渗碳体量增加；亚共晶白口铸铁的珠光体和二次渗碳体量也减少；共晶渗碳体量增加；过共晶白口铁中的一次渗碳体和共晶渗碳体量增加。

五、    本次实验的体会

通过本次实验，我学会了使用金相显微镜，以及通过对铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征，我了解了铁碳合金成分对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织、性能之间的关系，进一步巩固了课堂知识，同时也提高了我观察和分析问题的能力，以便今后更进一步的学习。

 

第二篇：铁碳合金平衡组织的显微分析及观察

实验一    铁碳合金平衡组织的显微分析及观察

    一．实验目的

    1．认识不同成分的铁碳合金在平衡状态下的组织形态。

    2．加深理解铁碳合金的化学成分－组织－性能之间的关系。

3．分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响。

    二．实验原理

    在金相显微镜下观察到的金属内部结构称为显微组织，平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁。从铁碳合金状态图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温均由铁素体（F）和渗碳体(Fe₃C)这两个基本相所组成。但由于碳的质量分数不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现出各种不同的组织状态。

    在金相显微镜下铁碳合金的几种基本组织：

    1．铁素体（F） 它是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体。在金相显微镜观察为白色晶粒，亚共析钢中的铁素体呈块状分布，随着钢中含碳量的增加，铁素体数量减少，其形状也由多边形块状逐渐变成在珠光体边界呈断续网状分布。

    2．渗碳体（Fe₃C） 它是铁和碳形成的化合物，其碳的质量分数为6.69%，抗浸蚀能力较强，经3-5%硝酸酒精溶液浸市蚀后呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则被染成暗黑色。由此可以区别铁素体和渗碳体。

    3．珠光体（P）  它是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理下，是由铁素体和渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织，经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素体和条状渗碳体；当放大倍数较低时，这时所观察到的珠光体中的渗碳体呈一条黑线。当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。

4．莱氏体（L＇d）  它是在室温时,由珠光体、共晶渗碳体及二次渗碳体所组成的机械混合物。经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，莱氏体的组织特征氏，在白亮色的渗碳体基体上分布着许多黑色点（块）状或条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，没有边界线无法分辨开。

    三．实验内容

观察给出试样的显微组织，画出所观察到组织的示意图。

    四．实验设备及材料

    1．金相显微镜。

    2．金相试样：20钢、45钢、T8钢、T12钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁等七块试样。

3．  金相图谱。

    五．实验要求

    1．根据设备条件，1~2人为一组，每组备有显微镜一台、试样七块、金相图谱一本。

    2．按观察要求，选择物镜和目镜，并装在显微镜上。按照金相显微镜的操作程序，将其调节到所看见的组织最为清晰为止。

3．完成实验报告（格式如下）。

    六．金相显微镜的结构和使用

金相显微镜通常由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。现以XJB-1型台式金相显微镜为例说明。

XJB-1型金相显微镜的光学系统如图1所示，灯泡发出的光线经聚光透镜组及反光镜聚集到孔径光栏，再经过聚光竟聚集到物竟的后焦面，最后通过物镜平行照射到试样的表面。从试样表面反射回来的光线经物镜组和辅助透镜，由半反射经转向，经过辅助透镜及棱镜形成一个倒立的放大实像，该像再经过目镜放大，就成为在目镜视场中能看到的放大映像。

XJB-1型金相显微镜的外形如图2所示。现将分别介绍其各部件的功能及使用。

     照明系统：在底座内装有一低压灯泡作为光源，聚光镜、孔径光栏及反光镜等均安置在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上，她们组成显微镜的照明系统，使试样表面获得充分均匀的照明。

显微镜调焦装置：在显微镜的两侧有粗调焦和微调焦手轮，粗调手轮的转动可使栽物台的弯臂作上下移动，微调手轮使显微镜沿滑轮缓慢移动，在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下移动0.002mm。

载物台：用于放置金相样品，观察面须向下。载物台和下面托盘之间有导架，用手推动，可使载物台栽水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察部位。

孔径光栏和视场光栏：孔径光栏装在照明反射镜座上面，调整孔径光栏能够控制入射光束的粗细，以保证物像达到清晰的程度。视场光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视场明亮而无阴影。

物镜转换器：转换器呈球面状，上面有三个螺孔，可安装不同放大倍数的物镜，转动转动器可使各物镜镜头进入光路，与不同的目镜搭配使用，以获得各种放大倍数。

目镜筒：目镜筒呈45°倾斜安装在附有棱镜的半球座上 ，还可将目镜转向45°呈水平状态以配合照相装置进行金相摄影。

图1  XJB-1型金相显微镜的光学系统            图2  XJB-1型金相显微镜外形结构图