铁碳合金的显微组织及分析实验报告Word文件下载.docx
《铁碳合金的显微组织及分析实验报告Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁碳合金的显微组织及分析实验报告Word文件下载.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
随着含碳量的增加，组织中的铁素体量逐渐减少，而珠光体的量不断增加；
当含碳量大于0.60%时，铁素体由块状变成网状分布在珠光体的围。
根据含碳量，可以由杠杆定律求得铁素体和珠光体的相对量。
另外，由显微镜中观察铁素体和珠光体各自所占面积的百分数，可近似地计算出钢的含碳量，即，碳含量≈P×
0.77%，其中P为珠光体所占面积百分数。
⑶共析钢含碳量为0.77%的碳钢称为共析钢，它由单一的珠光体组成。
⑷过共析钢过共析钢的含碳量在0.77%～2.11%，它在室温下的组织由珠光体和二次渗碳体组成。
钢中含碳量越多，二次渗碳体数量就越多。
经硝酸酒精浸蚀后，二次渗碳体呈亮白色网分布在珠光体的围。
⑸亚共晶白口铸铁含碳量是2.11%～4.3%，在室温下的组织由珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体所组成。
经硝酸酒精浸蚀后，组织呈现：
暗黑色的树枝状的珠光体〔枝晶态〕和斑点状变态莱氏体，二次渗碳体的空间位置是在珠光体的围，但形态上与共晶渗碳体无法区分。
⑹共晶白口铸铁含碳量为4.3%，室温下的组织由单一的变态莱氏体组成。
经浸蚀后，显微组织为暗黑色粒状或条状珠光体分布在亮白色的渗碳体的基底上。
有时通俗地称为“斑点组织〞。
⑺过共晶白口铁含碳量为4.3%～6.69%，在室温下的组织是一次渗碳体和变态莱氏体。
经浸蚀后，一次渗碳体呈亮白色的粗大条片状分布于斑点状的变态莱氏体的基底上。
2.4铸铁的分类及分类标准
根据碳在铸铁中存在形式的不同，铸铁可分为
1.白口铸铁碳除少数溶于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其断口呈银白色，故称白口铸铁。
目前白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。
2.灰口铸铁碳全部或大局部以片状墨存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。
3.麻口铸铁碳一局部以墨形式存在，类似灰口铸铁；
另一局部以自由渗碳体形式存在，类似白口铸铁。
断口中呈黑白相间的麻点，故称麻口铸铁。
这类铸铁也具有较大硬脆性，故工业上也很少应用。
根据铸铁中墨形态不同，铸铁可分为
1.灰口铸铁铸铁中墨呈片状存在。
2.可锻铸铁铸铁中墨呈团絮状存在。
它是由一定成分的白口铸铁经高温长时间退火后获得的。
其机械性能〔特别是韧性和塑性〕较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。
3.球墨铸铁铸铁中墨呈球状存在。
它是在铁水浇注前经球化处理后获得的。
这类铸铁不仅机械性能比灰口铸铁和可锻铸铁高，生产工艺比可锻铸铁简单，而且还可以通过热处理进一步提高其机械性能，所以它在生产中的应用日益广泛
铸铁经不同程度墨化后所得到的组织
名称
墨化程度
显微组织
第一阶段
第二阶段
第三阶段
灰口铸铁
充分进展
局部进展
不进展
F＋G
F＋P＋G
P＋G
麻口铸铁
Le'
＋P＋G
白口铸铁
Le'
＋P＋Fe3C
2.5金相侵蚀原理及常用侵蚀剂
纯金属及单相合金的腐蚀是一个化学溶解的过程。
由于晶界上原子排列不规那么，具有较高自由能，所以晶界易受腐蚀而呈凹沟，使组织显示出来，在显微镜下可以看到多边形的晶粒。
假设腐蚀较深，那么由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蚀后的显微平面与原磨面的角度不同，在垂直光线照射下，反射进入物镜的光线不同，可看到明暗不同的晶粒。
两相合金的腐蚀主要是一个电化
学腐蚀过程。
两个组成相具有不同的
电极电位，在腐蚀剂中，形成极多微小的局部电池。
具有较高负电位的一
相成为阳极，被溶入电解液中而逐渐凹下去；
具有较高正电位的另一相为阴极，保持原来的平面高度。
因而在显微镜下可清楚地显示出合金的两相。
常用侵蚀剂
硝酸酒精溶液
适用围:
碳钢及低合金钢，能清晰的显示铁素体晶界
苦味酸酒精溶液:
适用围：
碳钢及低合金钢，能清晰的显示珠光体和碳化
3实验过程
观察如下合金的显微组织图并画出示意图
序号
类别
合金牌号
浸蚀剂
1
工业纯铁
4%硝酸酒精溶液
2
亚共析钢
20
3
45
4
60
5
共析钢
T8
6
过共析钢
T12
碱性苦味酸溶液
7
亚共晶白口铸铁
8
共晶白口铸铁
9
过共晶白口铸铁
4实验结果及讨论
1α-Fe显微组织图
热处理：
退火态
显微组织：
α-固溶体
侵蚀条件：
原放大倍数：
400倍
凝固过程：
Wc≤0.0218%的奥氏体,缓冷至GS线对应的温度时,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下
降,由于铁素体的不断析出,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS
线变化,冷至GP线,奥氏体全部转化为铁素体.
220钢显微组织图
α-铁素体+珠光体
说明：
黑色局部为珠光体，白色局部为铁素体。
由于放大倍数不够，珠光体片层构造不明显。
Wc≈0.20%的奥氏体,缓冷至GS线对应的温度时,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化,冷至PSK线对应的温度（727℃）时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.当冷至PSK线对应温度时,发生共析转变,生成珠光体.。
由杠杆原理知，铁素体含量约为75.9%。
345钢显微组织图
Wc≈0.45%的奥氏体,缓冷至GS线对应的温度时,开场从奥氏体中析出铁素体.随着温度的下降与铁素体的不断析出,奥氏体的含碳量逐渐增多.铁素体和奥氏体的含碳量分别沿GP线和GS线变化,冷至PSK线对应的温度（727℃）时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.当冷至PSK线对应温度时,发生共析转变,生成珠光体.。
由杠杆原理知，铁素体含量约为42.0%。
460钢显微组织图
由杠杆原理知，铁素体含量约为25.7%。
5T8钢
珠光体
从图中可以看出珠光体片层构造
Wc=0.76%的奥氏体,缓冷至S点对应的温度（727℃）时,奥氏体发生共析转变,生成珠光体.
6T12钢
图中片层状构造为珠光体，白色线为晶界
Wc≈1.2%的奥氏体,缓冷至ES线对应的温度时,奥氏体中的含碳量到达饱和而开场析出二次渗碳体.随着温度的下降,二次渗碳体不断析出,致使奥氏体的含碳量逐渐减少,奥氏体的含碳量沿ES线变化.当冷却到PSK线对应的温度时奥氏体碳质量分数减至0.77%,发生共析转变,生成珠光体。
由于硝酸酒精溶液侵蚀，显示出白色晶界。
7T12钢
图中黑线为晶界
由于碱性苦味酸染色，图中只显示出晶界。
8亚共晶白口铁
珠光体+低温莱氏体
基体为黑白相间分布的变态莱氏体，黑色树枝状为初晶奥氏体转变成的珠光体，白色为二次渗碳体与共晶渗碳体连在一起，不易分辨。
11%<
Wc<
4.3%的液态合金,由液体缓冷到AC线对应的温度时,从液相中开场结晶出奥氏体.随温度的降低,不断结晶出奥氏体,其成分沿固相线AE线变化,液相的成分沿液相线AC线变化.冷至ECF线对应的温度（1148℃）时,奥氏体中Wc=2.11%,在随后的冷却过程中奥氏体析出二次渗碳体,其成分沿ES线变化.冷至PSK线对应的温度（727℃）时,发生共析转变,生成珠光体.液相冷至ECF线对应的温度（1148℃）时,到达共晶点（Wc=4.3%）,发生共晶转变,生成高温莱氏体,再冷至PSK线对应的温度（727℃）时,高温莱氏体转变为低温莱氏体.
9共晶白口铁
变态莱氏体中白色基体为渗碳体〔共晶渗碳体和二次渗碳体〕，黑色圆粒及条状为珠光体
Wc=4.3%的液态合金具有从L直接结晶出奥氏体的能力,又具有从L直接结晶出Fe3C的能力,生成高温莱氏体.继续冷却,莱氏体中的奥氏体将不断析出二次渗碳体,奥氏体的成分沿ES线变化.冷至PSK线对应的温度（727℃）时,奥氏体的含碳量为0.77%,发生共析转变,生成珠光体,高温莱氏体转变为低温莱氏体.
10过共晶白口铁
一次渗碳体+低温莱氏体
基体为黑白相间的变态莱氏体，白色板条局部为一次渗碳体
Wc>
4.3%的铁碳合金,由液体缓冷到CD线对应的温度时,从液相中开场结晶出一次渗碳体.冷至ECF线对应的温度（1148℃）时,剩余液相成分到达共晶点成分（Wc=4.3%）,发生共晶转变,生成高温莱氏体,再冷至PSK线对应的温度（727℃）时,高温莱氏体转变为低温莱氏体.
5思考题
5.1怎样鉴别0.7wt%C合金的网状铁素体和1.3wt%C合金的网状渗碳体。
1化学试剂侵蚀法：
在碱性苦味酸钠水溶液中，将被测试样浸入其中煮沸5min左右，取出水冲干净并吹干，假设白色网变为黑色或更深的黑色，那么确定为碳化物，假设其颜色不变仍呈白色〔不受浸蚀〕为铁素体相。
2硬度法：
铁素体的硬度为80HBS,渗碳体的硬度为800HBW，通过测量硬度可鉴别铁素体和渗碳体。
5.2冷却速度对组织形貌和相对量有无影响？
并举例说明。
有。
例如，在强磁场下冷却速度对Fe一0．12％C合金显微组织的影响的研究中。
在12T强磁场作用下Fe一0．12％C合金中的珠光体团的长轴向沿磁场向平行且伸长的程度随其冷却速度增大而减弱，因为冷却速度大的试样的先共析铁素体晶核的形核率较高，使其先共析铁素体晶核之间的距离较小，导致铁素体晶粒沿磁场向伸长且呈链状排列的程度减弱．
强磁场热处理试样中的珠光体组织的面积分数低于非磁场热处理试样中的珠光体组织的面积分数，而且随冷却速度降低这种差异愈加明显.
5.3铸铁的组织对性能的影响。
铸铁各类组织的力学性能如下：
[铁素体性能]：
铁素体的力学性能特点是塑性、韧性好，而强度、硬度低。
〔δ=30%~50%，AKU=128~160J〕σb=~280MPa，50~80HBS〕。
[奥氏体性能]：
具有一定的强度和硬度〔σb=400MPa，~220HBS〕，塑性和韧性也好〔δ=40%~50%〕。
奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度围为727~1394℃，显微组织为多边形晶粒，晶粒常可见到孪晶〔昌粒的平行的直线条〕，生产中利用奥氏体塑性好的特点，常将钢加热到高温奥氏体状态进展塑性加工。
[渗碳体性能]：
其力学性能特点是硬度高，脆性大，塑性几乎为零。
渗碳体是钢中的强化相，根据生成条件不同渗碳体有条状、网状、片状、粒状等形态，它们的大小、数量、分布对铁碳合金性能有很大影响。
[珠光体性能]：
力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好〔σb=770MPa、180HBS、δ=20%~35%、AKU=24~32J〕
[莱氏体性能]：
莱氏体的力学性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零。
微观组织的不同对铸铁性能造成的如下影响：
1.白口铸铁：
根据室温下组织的不同，白口铸铁可分为以下三类：
1.亚共晶白口铸铁碳的质量分数为.11%-4.3%，其组织是珠光体，二次渗碳体与莱氏体
2.共晶白口铸铁碳的质量分数为4.3%，其组织是莱氏体
3.过共晶白口铸铁碳的质量分数大于4.3%，其组织为一次渗碳体和莱氏体
白口铸铁性质很脆，不能锻造，不能进展切削加工，可制造承受强烈挤压和磨损的零件，如拉丝模、球磨机、轧辊等。
2.合金铸铁
所谓合金铸铁是在普通铸铁有意识地参加一些合金元素，如镍、铬、锰、钛等配制而成的铸铁。
参加的合金元素可改善热处理组织，从而提高基体强度和耐磨性。
。
3.球墨铸铁
碳的质量分数为3.5%-3.9%，基体组织为铁素体、珠光体。
其主要特点
a.必须经过球化处理，即在铸铁液中，参加球化剂〔镁或镁合金〕，使墨成球状存在。
b.具有很高的强度，其抗拉强度高达400MPa-600MPa
c.具有一定的韧性和塑性，经过热处理后，其力学性能可进一步得到改善
d.球墨铸铁主要用于制造曲轴、轴套、轧辊和齿轮等
4.可锻铸铁
碳的质量分数为2.2%-2.8%，其基体组织为铁素体、珠光体、少量渗碳体和微量墨。
a.必须经过高温长时间退火，即白口铸铁在900℃-1000℃下经2-9d退火处理而成
b.具有较高的韧性和塑性，但因含碳和含硅量高，因此并不能锻造
c.可锻铸铁中，墨呈团絮状存在，综合力学性能较好，可制造形状复杂的零件，如管子接头、大炮上的零件
5.灰铸铁
灰铸铁碳的质量分数为2.7%-3.6%，其基体组织分为铁素体、珠光体、及珠光体+铁素体，其主要特点如下
a.铸铁组织中的墨以片状形式存在，其断面成暗灰色
b.熔点低，流动性好，冷却凝固时收缩量小，具有优良的铸造性能
c.抗拉强度小，容易拉断，塑性差，不宜进展压力加工
d.硬度低，性质娇软，容易切削，主要用于制造机架、床身、轴承盖、减速箱等
5.4如改变灰口铸铁的性能。
1灰口铸铁的热处理：
热处理只能改变灰口的铸铁的基体组织，不能改变墨的形状和分布，故对提高力学性能的作用不大，因此灰口铸铁的热处理一般用于消除铸件的应力及改善切削加工性。
灰口铸铁的热处理法有以下几种：
〔1〕去应力退火。
将铸件加热到500-600℃，保温一段时间，然后随炉缓冷至150-200℃以下出炉空冷。
目的是消除应力，防止铸件产生变形和裂纹。
〔2〕降低硬度，改善切削性能退火。
将铸件加热到850-950℃，保温一定时间，然后随炉冷却至400-500℃，出炉空冷。
目的是降低硬度，改善切削加工性能。
〔3〕外表淬火。
目的是提高铸件外表硬度和耐磨性。
常用的法有火焰加热外表淬火、高〔中〕频外表淬火和接触电阻加热淬火等。
如对机床导轨进展接触电阻加热淬火，能显著提高机床导轨的硬度和耐磨性，使用寿命约提高1.5倍。
2低温气体多元共渗法
利用一种转化装置,实现了多种元素以气体式进入炉体,对灰口铸铁外表进展低温气体氮、碳、氧多元共渗试验;
利用SEM对共渗层进展成分分析,并对渗层的硬度和力学性能进展测试。
结果说明:
灰口铸铁外表形成的渗层由钝化层和白亮层组成,厚约50μm。
最外层钝化层中氧含量显著高于基体,且渗层中氮元素的含量明显提高,在试样外表形成了弥散分布的氮化物;
灰口铸铁外表显微硬度显著提高,到达750HV。
6总结
通过这次实验，学会了依据铁碳相图分析了不同成分铁碳合金及其组织形貌特征,解释了如鉴别细网状铁素体和网状渗碳体，冷却速度对组织形貌和相对量有无影响，各类铸铁的组织对性能有影响等问题。
类似实验也可依照相图，对不同成分的合金组织进展显微镜下观察，分析成分。
7参考文献
[1]凯申超英.灰口铸铁低温气体多元共渗力学性能的变化研究.?
热加工工艺?
2009
.[2]鹏志.铁碳合金相图分析.?
职业技术学院学报?
2006
[3]宋建宇骧宫明龙守晶左良.强磁场下冷却速度对Fe一0.12％C合金显微组织的影响.?
材料研究学报?
[4]运炎.?
金相图谱?
.高等教育,1994
金属及合金凝固组织的观察及分析
材科0905琼40930364
描绘了铝锭组织形貌图并依据金属结晶的一般规律对铝锭组织形貌进展分析，总结影响铝锭组织形貌的因素。
观察并描绘匀晶类型，共晶类型，包晶类型的二元合金及三元合金组织形貌并依据相图进展分析
铸锭三晶区二元合金三元合金组织形貌
1实验原理
1.1金属结晶的一半规律
1..晶核的形成
在一定的过冷度下,当F体≥F表时,晶核就形成。
临界形核半径〔假设球形〕随过冷度增大而减小。
当过冷液体中出现晶坯时，一面由于原子由液态的聚集状态转变为固态的排列状态，使体系的自由能降低〕；
另一面，由于晶坯构成新的外表，又会引起外表自由能的增加。
r<
r*时，晶胚长大将导致系统自由能的增加，这种晶胚不稳定，瞬时形成，瞬时消失。
r>
r*时，随晶胚长大，系统自由能降低，凝固过程自动进展。
晶核形成的形式:
*自发形核〔均质形核〕△T=200℃
*非自发形核〔异质形核〕△T=20℃
2晶核的长大
晶核的长大有两种：
平面生长，树枝状生长。
3影响晶体形核率和晶体长大率的影响因素
1过冷度：
2未熔杂质的影响
2实验结果及讨论
2.1铸锭三晶区的形貌特征及形成条件
1.表层细晶区的
形貌特征：
随机取向的等轴细晶
形成条件：
紧靠模壁，过冷区窄，正温度梯度，非均匀成核，形核率高，互相碰撞，形成细晶区
2.柱状晶区的形成
平行于热流向排列的柱状晶粒
过冷度减小，形核率低，生成垂直模壁生长的柱状景区，成份过冷，树枝状生长
3中心等轴粗晶区的形成
较粗大的随机取向等轴晶粒
在凝固过程中，开场凝固的等轴激冷晶游离以及枝晶熔断而产生大量游离自由细晶体，它们随溶液对流漂移到铸锭中心局部。
如果中心局部溶液有过冷，那么这些游离细晶体作为籽晶最终长成中心的等轴晶区。
即：
成核过冷理论.籽晶成核理论
2．2三种不同条件下铸锭三晶区的组织形貌及其形成原因。
样品编号
A
b
c
浇注温度
780℃
680℃
658℃
模壁材料
金属模
砂模
〔a〕所视金属膜导热快，并且浇注温度较高，〔比熔点高100℃〕，因此在铸模中会有大的温度梯度，故形成的全部为柱状晶，〔b〕所示砂模导热慢，并且浇注温度低〔比熔点高22℃〕，不易造成浇注熔体中较大的温度梯度，整体较均与冷却，全部形成大等轴晶；
〔c〕虽然金属膜导热快，但浇注温度较低〔比熔点高22℃〕，冷却条件介于〔a〕和〔b〕之间，开场凝固时，存在一定的正温度梯度，形成柱状晶，最后中心区域整体过冷，形成中心等轴晶。
2.3总结：
影响铸锭组织的因素
1模壁材料：
金属膜导热快，如果浇注温度较高，模中会有大的温度梯度，故较易形成柱状晶。
如果浇注温度较低，开场凝固时，存在一定的正温度梯度，形成柱状晶，最后中心区域整体过冷，形成中心等轴晶。
如〔a〕〔c〕样品
砂模导热慢，不易造成浇注熔体中较大的温度梯度，整体较均与冷却，易形成大等轴晶，如〔b〕
2浇注温度：
浇注温度较高，模中会有大的温度梯度，故较易形成柱状晶。
2.4不同类型合金组织形貌图
2.4.1匀晶合金
125%Ni+75%Cu〔铸造〕
铸造
氯化铜氨水溶液
树枝状局部为先析出的α-固溶体，呈枝晶偏析
125%Ni+75%Cu〔退火〕
退火
20%过硫酸铵
经退火处理
升级会员 