实验四 显微镜的使用及铁碳合金平衡组织观察与分析

一、实验目的

1、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。

2、分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分，组织与性能之间的相互关系。

二、实验概述

铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下（如退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。可根据以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织，如图4—１所示。

图4—1以组织组成物标注的Fe-Fe3C合金相图

铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁组织，其中碳钢是工业上应用最广的金属材料，它们的性能与其显微组织密切有关。此外，对碳钢和白口铸铁显微组织的观察和分析，有助于加深对Fe-Fe3C相图的理解。

从Fe-Fe3C相图上可以看出，所有碳钢和白口铸铁的室温组织均由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）这两个基本相所组成。但是由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因而呈现各种不同的组织形态。

（一）工业纯铁

图4－2 工业纯铁（100×）铁素体

腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

1、亚共析钢

(a) 20钢（100×） （b）45钢（100×）

块状铁素体+片状珠光体 块状铁素体+片状珠光体

图4－3 亚共析钢显微组织；腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

2、共析钢

片状珠光体 （500×）

图4－4 共析钢显微组织；腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

3、过共析钢

片状珠光体和二次渗碳体（500×）

网状细白色晶界：二次渗碳体；黑色组织：片状珠光体

图4－5 过共析钢（T12）显微组织；腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

（三）白口铸铁

1、亚共晶白口铸铁

500× 珠光体+低温莱氏体+二次渗碳体 100×

图4－6 亚共晶白口铸铁显微组织；腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

2、共晶白口铸铁

共晶低温莱氏体（500×）

图4－7 共晶白口铁显微组织；腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

3、过共晶白口铸铁

100× 低温莱氏体+ 亮白色粗大条片状的一次渗碳体 500×

图4－8 过共晶白口铸铁显微组织 ； 腐蚀剂：4%硝酸酒精溶液

三、实验方法

（一）实验内容及步骤

1、在熟悉4X型金相显微镜的构造及使用方法的基础上来观察和研究铁碳合金的平衡组织；

2、在本实验中，学生应根据铁碳合金相图分析各类成份合金的组织形成过程，并通过对铁碳合金平衡组织的观察和分析，熟悉钢和铸铁的金相组织和形态特征，以进一步建立成份与组织之间相互关系的概念；

3、在显微镜下对各种试样进行观察和分析，并确定其所属类型；

4、绘出所观察到的显微组织，画图时应抓住组织形态的特征，并在图中表示出来；

5、根据显微组织近似地估算一种亚共析钢的含碳量。

（二）实验设备及材料

1、4X型金相显微镜； 2、金相照片； 3、各类铁碳合金的金相显微试样：①工业纯铁；②15钢、45钢；③T8钢；④T12钢；⑤亚共晶白口铸铁；⑥共晶白口铸铁；⑦过共晶白口铸铁。

（三）注意事项

1、观察显微组织时，可先用低倍全面观察，找出典型组织，再用高倍放大，对部分地区进行详细的观察；

2、试样表面不得用手指接触或将试样重迭起来，以免引起显微组织模糊不清，影响观察；

3、画组织图时应抓住组织形态特征，画出典型区域的组织，注意不要将磨痕或杂质画上。

四、实验报告要求

1、绘出Fe－Fe3C状态图，并标出组织组成物；

2、在Φ25～30圆内画出所有观察过的组织，组织按含碳量增加顺序排列，并注明材料名称、含碳量、腐蚀剂、放大倍数及组织名称，并把组织名称与图中相应组织用箭头连接；

3、估算一种亚共析钢的含碳量。