金相组织.docx

金相组织.docx

《金相组织.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金相组织.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

金相组织

（一）组织特征

显微组织特征是指晶粒、相、组织的形状、大小、数量和分布。

对于纯金属来说，指的是晶粒的形态、大小和分布，对于合金来说还要研究相和组织特征。

铁碳合金的平衡组织是研究和分析钢铁材料的基础，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。

铁碳合金的平衡组织主要指碳钢和白口铸铁组织。

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）这两个基本相所组织。

但由于含碳量不同，铁素体（F）和渗碳体（Fe2C）相对数量、析出条件以及分布情况均有所不同，因为呈现各种不同的组织形态。

在金相显微镜下平衡组织一般有下面几种基本组成物。

（1）铁素体（F）——是碳α—Fe中的固溶体。

铁素体为体心立方晶格、具有磁性及良好塑性，硬度低。

用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒，亚共折钢中铁素体呈块状分布，当含碳量接近于共折成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。

图1铁素体

（2）渗碳体（Fe3C）——是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量为6.69%，质硬而脆。

耐腐蚀性强，经4%硝酸酒清溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钢深液浸蚀。

则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体仍为白色。

由此可区别铁素体与渗碳体。

按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态。

一次渗碳体（初生相）是直接由液体中析出的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状：

二次渗碳体（次生相）是从奥氏体中析出物，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；共晶渗碳体是由液体在发生共晶反应时得到的，呈层片状结构，与铁素体共同构成珠光体。

三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状或粒状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。

图2渗碳体

（3）珠光体（P）——是铁素体和渗碳体的机械混合物，在一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片组织。

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珠光体组织。

在高倍放大进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，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度而无法分辩，因此，当组织较细而放大倍数低时，珠光体的片层不能分辩，而呈黑色。

图3珠光体

（4）莱氏体（Ld）——是在室温时珠光体及二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。

含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727℃以下分解为珠光体。

菜氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基体上相间地分布着暗黑色班的点状或细条状的珠光体。

二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。

图4莱氏体

（二）分类

1．1．     工业纯铁（含碳量<0.0218%）室温下为单相铁素体组织，呈白亮色多边形晶粒，块状分布，有时在晶界处可观察到不连续的薄片状三次渗碳体。

图

5工业纯铁

2．碳钢（含碳量0.0218～2.11%）

（1）亚共析钢（含碳量0.0218～0.77%）室温组织为铁素体和珠光体。

当碳的质量分数较低时，白色的铁素体量多，随着碳质量分数的增加，组织中铁素体的量逐渐减小，珠光体的量逐渐增多。

图

6亚共析钢

（2）共析钢（含碳量为0.77%）室温组织全部为珠光体，在显微镜下看到铁素体和渗碳体呈片状交替排列，若显微镜放大倍数低，则分辨不出层状结构时，珠光体呈黑色块状组织。

图

7共析钢

图8过共析钢

（3）过共析钢（含碳量0.77～2.11%）室温组织为珠光体和二次渗碳体，经4％硝酸酒精溶液浸蚀后，Fe3C为白色细网状，暗黑色的是珠光体。

若采用苦味酸钠溶液浸蚀，渗碳体被染成黑色，铁素体仍保留白色。

3．白口铸铁（含碳量2.11～6.69%）

（1）亚共晶白口铁（含碳量2.11～4.3%）室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温荣氏体。

在显微镜下，珠光体呈黑色块状或树枝状，荣氏体则在呈白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在珠光体枝晶的边缘。

图9亚共晶白口铁

图10共晶白口铁

（2）共晶白口铁（含碳量为4.3%）室温组织为低温莱氏体，显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散布在白色渗碳体基体上。

（3）过共晶白口铁（含碳量4.3～6.69%）由先结晶的一次渗碳体与低温莱氏体组成，显微镜下看到的是一次渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。

图11过共晶白口铁

（三）金相试样的制备

金相试样的制备过程包括取样、磨制、抛光、浸蚀等几个步骤。

制备好的试样应能观察到真实组织、无磨痕、麻点与水迹，并使金属组织中的夹杂物、石墨等不脱落。

否则将会严重影响显微分析的正确性。

1.取样

取样的部位及磨面的选择，根据检验金属材料或零件的特点，加工工艺及研究目的进行选择，取其具有代表性的部位。

试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料（如淬火钢）则可采用砂轮片切割或电脉冲加工。

但不论用哪种方法取样，都应避免试样受热或变形从而引起金属组织变化，为防止受热，必要时应随时用冷水冷却试样。

试样的尺寸一般不要过大，应便于握持和易于磨制，其尺寸通常采用直径φ12-15mm的园形试样。

对形状特殊或尺寸较小不易握持的试样，或为了试样不发生倒角。

可采用的镶嵌或机械装夹法。

镶嵌法是将试样镶在镶嵌材料中见图12，目前使用的镶嵌材料有热固性塑料（如胶木粉）及热塑性材料（聚乙烯聚合树脂）等，还可将试样放在金属圈内，然后注入低熔点物质，如硫磺、松香、低熔点合金等。

图12金相试样的镶嵌方法

（a）（b）机械镶嵌（c）低熔点合金镶嵌（d）塑料镶嵌

2.磨制

磨制分为粗磨和细磨。

粗磨可使用砂轮机或锉刀锉平，目的是为了将试样修整成平面。

细磨分手工和机械磨制（在予磨机上磨制），目的是消除粗磨留下的磨痕，为抛光作好准备。

细磨时，将粗磨好的试样用水冲洗并擦干后，手持试样同一个方向在砂纸上向前推时磨制，回程时提起试样不与砂纸接触，磨制时，依次由粗到细的各号金相砂纸上把磨面磨平，每更换一道砂纸，应将试样上磨屑和砂粒清除干净并将试样的研磨方向调转90°，与上一道磨痕方向垂直，直到磨痕全部消除。

按砂纸的粗细程度，由粗到细更换4~5道砂纸即可。

有色金属应在金相砂纸上制备，用汽油、机油或肥皂水等作润滑剂。

3.抛光

抛光的目的在于去除细磨时磨面上遗留下来的细微磨痕和变形层，以获得光滑的镜面。

常用的抛光方法有机械抛光，电解抛光和化学抛光三种，其中以机械抛光应用最广。

机械抛光是在专用的抛光机上进行。

抛光机主要由电动机和抛光圆盘（φ200~300mm）组成，抛光盘转速为200~600转/分。

抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等，抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。

抛光液通常采用Al2O3、MgO或Cr2O3等细粉末（粒度约为0.3~1

）在水中的悬浮液Al2O3机械抛光是靠极细的抛光粉对磨面的机械作用消除磨痕而使其成为光滑的镜面。

4.浸蚀

抛光后的试样在显微镜下仅能看到某些非金属夹杂物、石墨、孔洞和裂纹等。

无法辨别出各种组成物及其形态特征。

必须经过适当的浸蚀，才能使显微组织正确地显示出来。

目前，最常用的浸蚀方法是化学浸蚀法。

化学浸蚀常用的化学试剂有硝酸、盐酸、苦味酸、过氧酸铵等，根据材料的不同来选择浸蚀剂配方。

钢铁材料常用4%的硝酸酒精溶液进行浸蚀。

试样浸蚀前用酒精棉擦净，浸蚀方法可采用浸入法或擦试法，浸蚀时间一般为试样表面发暗即可。

浸蚀后立即用水冲洗，酒精擦洗，吹干后在显微镜下进行观察。

【实验设备】

金相图谱。

1.金相显微镜。

2.研究金相显微组织的光学显微镜称为金相显微镜。

金相显微镜可分为台式、立式和卧式三大类，构造由光学系统、照明系统和机械系统三大部分组成。

有的显微镜还附有摄影装置。

现以本室使用的4X型台式金相显微镜为例加以说明。

（1）光学系统

4X型金相显微镜的光学系统如图13所示。

由灯泡1发出的光线经聚光透镜组2及反光镜8聚集到孔径栏9，再经过聚光镜3聚集到物镜的后焦面，最后通过物镜平行照射到试样7的表面。

从试样反射回来的光线复经物镜组6和辅助透镜5，由半反射镜4转向，经过辅助透镜以及棱镜造成一个被观察物体的倒立的放大实象。

该象再经过目镜15的放大，就成为在目镜视物中能看到的放大映象。

图134X型金相显微镜的光学系统

（2）照明系统

在金相显微镜的底坐内装有一低压（6～8V、15W）灯泡作为光源，由变压器降压供电，靠调节次级电压（6～8V）来改变灯光的亮度。

聚光镜，孔径光栏及反光镜等装置均安装在圆形底座上，视场光栏及另一聚光镜则安在支架上。

它们组成显微镜的照明系统，使试样表面得到充分、均匀的照明见图14。

（3）机械系统

图144X型金相显微镜构造

显微镜调焦装置：

在显微镜体的两侧有粗动和微动调焦手轮，两者在同一部位。

随粗调手轮的转动，支承载物台的弯臂作上下。

运动在粗调手轮的一侧有制动装置，用以固定调焦正确后载物台的位置。

微调手轮使显微镜本体沿着滑轨缓慢移动。

在右侧手轮上刻有分度格，每一格表示物镜座上下微动0.002mm。

与刻度盘同侧的齿轮箱上刻有二条白线，用以指示微动升降范围，当旋到极限位置时，微动手轮就自动被限制住，此时，不能再继续旋转而应倒转回来使用。

载物台（样品台）：

用于放置金相试样，载物台和下面托盘之间有导架，用手推动，可使载物台在水平面上作一定范围的十字定向移动，以改变试样的观察位置。

孔径光栏和视物光栏：

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，以保证物象达到清晰的程度。

视物光栏设在物镜支架下面，其作用是控制视场范围，使目镜中视物明亮而无阴影，在刻有直纹的套圈上还有两个调节螺钉，用来调整光栏中心。

物镜转换器：

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

目镜筒：

目镜筒呈45°倾斜安装在有棱镜的半球形座上，还可将目镜转向90°，呈水平状态以配合照相装置进行摄影。

【实验步骤】

1．实验前复习Fe－Fe3C相图并详细阅读本书附录“金相显微分析基础知识”，了解显微镜的操作过程。

2．按观察要求，选择目镜和物镜装在显微镜上。

3．将试样磨面对着物镜放在显微镜载物台上。

4．接通电源。

5．用手慢旋显微镜的粗调焦手轮，视场由暗到亮，调至看到组织，然后再旋转微调焦手轮，直到图象清晰为止，调节动作要缓慢，不允许试样与物镜接触。

6．逐个观察全部试样。

【注意事项】

金相显微镜是一种精密的光学仪器，使用时要求细心谨慎。

在使用显微镜工作之前首先应熟悉其构造特点及各主要部件的相互位置和作用，然后按照显微镜的使用规程进行操作。

（1）将试样置放在载物台上，从目镜上观察，用双手旋转粗细调手轮，当视场亮度增强或看到组织后，再调节微调手轮直到图像清晰为止。

（2）当微调手轮转不动时，不可强力旋转，而应向反方向旋转几圈后再重新调焦。

（3）需要变换观察部位时，用手推动载物台，可使载物台在水平面上作一定范围的移动，不可把试样在载物台上来回拉动。

【实验报告要求】

1.简述金相显微镜试样的制备过程。

2.以自己制备的试样为例说明其显微组织形态。

3.写出在实验中所发现的问题和体会。

【成绩评定标准】

1.实验成绩，总分100分，由两部分组成，一是填写完成实验报告，80分；二是实验操作部分，20分。

2.实验操作部分评分标准：

（1）20钢渗碳层深度的测定，并确定其组织构成（10分）。

能正确测定渗碳层深度，并能正确确定其组织构成者得满分；渗碳层深度测定不正确者扣1～5分；不能正确确定其组织构成者扣1～5分。

（2）根据金相组织观察，能正确区分不同的金相试样（10分）。

全部正确得满分；每错一个扣2分，直至全部扣完本项目分值为止。