實驗十鐵碳合金顯微組織的觀察與分析

1、精選文檔 試驗十 鐵碳合金顯微組織的觀看與分析前言鐵碳合金是以鐵為主，加入少量碳而形成的合金，具有多種相結(jié)構(gòu)和組織。其價格低，易加工，在實際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。而鐵碳合金的顯微組織是爭辯和分析貼碳材料性能的基礎(chǔ)。本次試驗在進一步生疏鐵碳相圖的基礎(chǔ)上，達到把握珠光體、鐵素體、萊氏體、滲碳體等相和組織的成分、形貌特征的目的，同時學分分析各組織的形成過程，了解碳含量對各相及組成物的形貌和相對量的影響。摘要在充分理解Fe-Fe3C相圖的基礎(chǔ)上，對不同成分鐵碳合金的顯微組織進行觀看，并全面的分析了碳鋼、白口鑄鐵不同顯微組織的形成過程及鐵碳合金的進本組織的形貌特征，對鐵碳合金和Fe-Fe3C進行了概括

2、性的分析與總結(jié)。關(guān)鍵詞鐵碳合金 Fe-Fe3C相圖 鋼 白口鑄鐵 一、 試驗設(shè)備與材料試驗設(shè)備：光學顯微鏡試驗材料匯總于下表中：序號合金類型及狀態(tài)含碳量（%）侵蝕劑1純鐵、退火<0.024%硝酸酒精2碳 鋼亞共析鋼20鋼，退火0.020.774%硝酸酒精335鋼，退火4%硝酸酒精445鋼，退火4%硝酸酒精560鋼，退火4%硝酸酒精6共析鋼T8鋼，退火0.774%硝酸酒精7過共析鋼T12鋼，退火0.772.144%硝酸酒精8T12鋼，退火堿性苦味酸染色9T12鋼，退火4%硝酸酒精10白口鑄鐵亞共晶白口鐵2.144.34%硝酸酒精11共晶白口鐵4.34%硝酸酒精12過共晶白口鐵4.36.67

3、4%硝酸酒精二、 Fe-Fe3C相圖及典型鐵碳合概述鐵碳合金相圖是爭辯鐵碳合金的基礎(chǔ)，由于碳含量高于6.69%的鐵碳合金脆性大，因而只爭辯Fe-Fe3C部分。如下圖所示的Fe-FeC體系相圖中，存在液相、固溶體相(Fe),(Fe),(Fe)及Fe3C相。依據(jù)組織特征則有奧氏體(A),鐵素體(F), 鐵素體、滲碳體或夜析滲碳體(Fe3C)、二次滲碳體(Fe3C)、三次滲碳體(Fe3C)、珠光體(P)、萊氏(Ld)、變態(tài)萊氏體(Ld)和液體(L)。相圖中三條平衡線表示三個恒溫反應(yīng)。1493發(fā)生包晶反應(yīng)，此次試驗不做爭辯。1148發(fā)生共晶反應(yīng)：LA+Fe3C 共晶反應(yīng)形成奧氏體與滲碳體的共晶混合物，

4、稱為萊氏體(Ld)。冷卻至室溫后萊氏體中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，此時萊氏體為變態(tài)萊氏體(Ld)。共晶反應(yīng)發(fā)生于全部碳含量處于2.14%6.67%的鐵碳合金中。727發(fā)生共析反應(yīng)：AF+Fe3C，共析反應(yīng)生成鐵素體與滲碳體的共析混合物即珠光體(P)。含碳量超過0.022%的鐵碳合金可發(fā)生共析反應(yīng)。鐵碳合金相圖上的各種合金可以依據(jù)其含碳量和組織的不同分為三類：工業(yè)純鐵(C<0.022%);鋼(0.022%2.14%)包括亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵。三、 鐵碳合金基本組織用浸蝕蝕劑顯露的碳鋼和白口鑄鐵，在金相顯微鏡下有如下幾種金相組織：鐵素體(F)，即碳在-Fe中形成的固溶體。

5、鐵素體為體心立方晶體，用4% 的硝酸酒精溶液浸蝕后，在顯微鏡下呈現(xiàn)光明的等軸晶粒，黑色網(wǎng)是晶界，這是由于晶粒界面耐腐蝕性不同，而且各晶粒的位向呈現(xiàn)不同的顏色；亞共析鋼中鐵素體成塊狀分布；當含碳量接近共析成分時，鐵素體呈現(xiàn)斷續(xù)的網(wǎng)狀分布于珠光體四周。滲碳體(Fe3C)是鐵與碳形成的化合物，經(jīng)4%硝酸酒精溶浸液蝕后，滲碳體呈現(xiàn)亮白色。依據(jù)成分和形成條件的不同，滲碳體呈不同形態(tài)。珠光體(P)是鐵素體和滲碳體的機械混合物，在一般的退火處理狀況下，是由鐵素體和滲碳體相互混合交替形成的層片狀組織。經(jīng)硝酸酒精浸蝕后，在高倍放大時能看到珠光體平行相間的寬條鐵素體和細條滲碳體：當放大倍數(shù)較低時，珠光體中的滲碳體

6、就只只能看到一條黑線。萊氏體(Ld)是在室溫時珠光體、二次滲碳體和滲碳體所組成的機械混合物，含碳量為4.3%共晶白口鐵在1148對形成由奧氏體和滲碳體組成的共晶的機械混合物稱為萊氏體。奧氏體冷卻時析出二次滲碳體，并在723下分解為珠光體，稱為低溫萊氏體。四、 純鐵、鋼和白口鑄鐵結(jié)晶過程分析1、 純鐵純鐵在室溫下具有單相鐵素體組織。碳的質(zhì)量分數(shù)小于0.0218的鐵碳合金稱為工業(yè)純鐵，其光學顯微組織如下圖所示。當其冷到碳a-Fe中的固溶度線PQ以下時，將沿Figure 1 工業(yè)純鐵的顯微組織 100X鐵素體晶界析出少量三次滲碳體，鐵素體的硬度在80HBS左右，而滲碳體的硬度高達800HBS，因工業(yè)

7、純鐵中的滲碳體量很少、故硬度、強度不高而塑性、韌性較好。2、 剛共析鋼的結(jié)晶過程分析：碳的質(zhì)量分數(shù)wC在0.02182.11之間的鐵碳合金稱為碳素鋼、碳鋼。依據(jù)合金在相圖中的位置可分為亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼。共析鋼wC0.77，在727以上的組織為奧氏體，冷至727C時發(fā)生共析反應(yīng)：將鐵素體與滲碳體的混合物稱珠光體P。室溫下珠光體中滲碳體的質(zhì)量分數(shù)約為12。慢冷所得珠光體呈片狀。在一般光學顯微鏡下觀看時、只能看到F片成條條細黑線分布在鐵素體上，見圖Figure 2。位向相同的一組鐵素體加滲碳體片層稱為一個共析領(lǐng)域。當放大倍數(shù)低，珠光體組織細密或浸蝕過深時，珠光體中的片層難以辨別，呈一片暗色

8、區(qū)域。接受電子顯微鏡高倍放大能看出Fe3C薄層的厚度，見圖Figure 2，圖中窄條為Fe3C，寬條為F基體，兩者有明顯的分界線。 Figure 2 光學顯微鏡下的珠光組織和珠光體的電鏡組織亞共析鋼成分為0.0218wC0.77，組織為鐵素體F加珠光體P。在顯微鏡下鐵素體呈亮色，珠光體為暗色。鐵素體的形態(tài)隨合金所含碳量即鐵素體量的多少而變，如wC0.2%時，其組織為等軸鐵素體基體與少量主觀體分布在鐵素體晶界上或三叉晶界上呈不規(guī)章島狀。當含碳量增加，組織中珠光體的量增多，至wC0.4，珠光體與鐵素體的量各占一半；wC0.5珠光體成為鋼的基體，鐵素體呈連續(xù)或斷續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀圍圍著珠光體分布。這是由于先

9、共析鐵素體是沿原奧氏體邊界優(yōu)先析出，至肯定量后，剩余奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。不同含碳量的亞共析鋼的顯微組織見Figure 3。Figure 3 亞共析鋼的顯微組織 500X (a-20鋼,b-40鋼,c-60鋼)過共析鋼成分為0.77wC2.11，但有用鋼的含碳量只到1.3，因碳量再高，二次滲碳體量增多，使鋼的性能變脆。 過共析鋼的組織由珠光體及二次滲碳體所組成，二次滲碳體呈網(wǎng)狀。碳量愈高，滲碳體網(wǎng)愈多、愈完整。與先共析鐵素體網(wǎng)很簡潔區(qū)分，若經(jīng)硝酸酒精溶液浸蝕后，兩者雖均為亮色，但二次滲碳體網(wǎng)要細得多；若用堿性苦味酸鈉溶液熱浸蝕后，滲碳體變成暗色，鐵素體仍為亮色。經(jīng)不同方法浸蝕后的T12鋼組織見

10、圖Figure 4a、b。 Figure 4 不同方法浸蝕后的T12鋼組織(a-4%硝酸酒精溶液浸濕、b-堿性苦味酸鈉溶液熱浸蝕。)3、 白口鑄鐵 共晶白口鐵（wC=4.3）合金由液態(tài)冷卻到1148，全部發(fā)生共晶反應(yīng)所得產(chǎn)物稱萊氏體（Ld），呈豹皮狀，其中奧氏體呈短棒或、條狀分布在滲碳體基體上。在以后連續(xù)冷卻的過程中，只有奧氏體原地發(fā)生轉(zhuǎn)變，先析出二次滲碳休，后在727形成珠光體。沿奧氏體邊界析出的二次滲碳體，常與共晶滲碳體連成一片不易辨別。室溫共晶體是由奧氏體轉(zhuǎn)變來的二次滲碳體、珠光體及原共晶滲碳體所組成。稱為變態(tài)菜氏體（Ld）。所謂變態(tài)的實質(zhì)是指共晶內(nèi)部組成物（合金相）轉(zhuǎn)變，并非形貌改觀，

11、在顯微鏡下觀看變態(tài)萊氏體仍呈豹皮狀。見圖7-7a。亞共晶白口鐵（wC=2.11%4.3%）合金凝固時先析出初生奧氏體，呈樹枝狀，剩余液體在1148發(fā)生共晶反應(yīng)得到萊氏體。連續(xù)冷卻時初生奧氏體及共晶體中的奧氏體各在原地發(fā)生相同的轉(zhuǎn)變，即先析出二次滲碳體，后形成珠光體，室溫組織是由初生奧氏體轉(zhuǎn)變所得二次滲碳體加珠光體（Fe3CP）及變態(tài)萊氏體Ld所組成；見圖7-7b。過共晶白口鐵（wC=4.36.69）的組織為粗大片狀的一次滲碳體加變態(tài)萊氏體（Fe3C Ld），見圖Figure 5。Figure 5 白口鑄鐵的顯微組織(a-共晶，b-亞共晶，c-過共晶)五、 試驗分析與思考1、網(wǎng)狀鐵素體及網(wǎng)狀滲碳

12、體的形態(tài)比較60鋼與T12鋼含網(wǎng)狀鐵素體與網(wǎng)狀滲碳體，二者較難區(qū)分，若用煮沸的堿性苦味酸鈉溶液做浸蝕劑，則可將滲碳體網(wǎng)染成黑色，而鐵素體仍為亮白色。因此這種實際可以將接近共析成分的亞共析鋼與過共析鋼區(qū)分開來。2、共析組織與共晶組織的比較共析組織是寬條狀的鐵素體及細條狀的滲碳體相互交叉排列而成；共晶組織為萊氏體，即黑白細條狀及斑點狀的珠光體和亮白色的滲碳體組成。4、冷卻速度對組織形貌和相對量的影響冷卻速度對工業(yè)純鐵的影響：冷卻速度越慢，析出的滲碳體就越細小彌散。當冷卻速度不夠緩慢時，滲碳體析出的過程往往進行的不充分，因而室溫下鐵素體的含碳量往往是過飽和的。在亞共析鋼進行奧氏體共析分解時，若冷卻很慢，恭喜分解產(chǎn)生的鐵素體就附加到已經(jīng)存在的先共析鐵素體上生長，最終把滲碳體留在晶界處，冷卻越緩慢，這種晶界滲碳體越簡潔產(chǎn)生。連續(xù)冷卻時，一鐵素體析出的三次滲碳體又會在附加到已經(jīng)存在的工析滲碳體上。滲碳體分布在晶界將引起晶界脆性，使低碳鋼的工藝性能變壞，也使鋼的綜合力學性能降低，應(yīng)避開這種狀況。六、 試驗總結(jié)鐵碳合金中含碳量