实验名称： 铁碳合金平衡组织的显微分析实验 实验类型： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、实验步骤与实验结果必填） 五、讨论、心得（必填）

一、实验目的

1.熟悉室温时碳钢与白口铸铁平衡状态下的平衡组织，明确成分、组织之间的关系； 2.熟悉金相显微镜的操作。

二、实验原理

在室温下铁碳合金的基本相是铁素体和渗碳体，不同碳含量的合金，在组织上差异仅是这两个基本相的相对量、形态及分布的不同。

(一)铁碳合金室温下基本组织组成物的显微组织特征 1.铁素体是碳溶于α-Fe的间隙固溶体。在室温下其溶碳量几乎等于零，所以其显微组织与纯铁相同，浸蚀后呈白色多边形晶粒，晶界呈黑色网络状。

2.渗碳体是具有复杂晶格结构的间隙化合物，其含碳量为6.69%。浸蚀后呈亮白色。

3.珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密机械混合物。在平衡状态下，其含碳量为0.77%。珠光体有片层状和球状两种，片层状珠光体的显微组织不同的放大倍数下观察到的情况有所不同。

4.低温莱氏体是珠光体和渗碳体组成的机械混合物，在平衡状态下，其含碳量为7.3%。低温莱氏体中白色基体为渗碳体（包括共晶渗碳体和二次渗碳体），而珠光体的片层状组织因无法分辨而成黑色。 (二)铁碳合金平衡组织的显微分析

铁碳合金按碳含量和平衡组织的不同，可分为工业纯铁、碳钢和白口铸铁。

1.工业纯铁 含碳量小于0.0218%，显微组织为单相的铁素体(F)，F为白色块状。

2.碳钢 含碳量在0.0218-2.11%之间，按碳含量和平衡组织的不同，可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。

(1)亚共析钢 含碳量在0.0218-0.77%之间，室温下的显微组织为铁素体(F)和珠光体(P)组织。铁素体呈白色多边形块状，珠光体在放大倍数较低时呈暗黑色,放大倍数高时,可见其片层状结构。

(2)共析钢 含碳量为0.77%，室温下的显微组织为珠光体(P)组织。

(3)过共析钢 含碳量在0.77-2.11%之间，室温下的显微组织为二次渗碳体(Fe3C)和珠光体(P)组织。二次渗碳体呈网状分布于晶界上，用3-5%的硝酸酒精溶液浸蚀后渗碳体呈亮白色，而珠光体呈暗黑色。

3.白口铸铁 含碳量在2.11-6.69%之间，按碳含量和平衡组织的不同，可分为亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。

(1)亚共晶白口铸铁 含碳量在2.11-7.3%之间，其室温下的显微组织为珠光体(P)和二次渗碳体(Fe3CⅡ)和低温莱氏体(Le’)组织。组织中黑色块状或树枝状分布的是珠光体，白色底上散布着暗黑色粒状的基体是低温莱氏体，二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起难以分辨。 (2)共晶白口铸铁 含碳量为7.3%，室温下的显微组织为低温莱氏体(Le’)。其中白色基体为渗碳体，暗黑色粒状或棒状组织为珠光体，二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起难以分辨。 (3)过共晶白口铸铁 含碳量在7.3-6.69%之间，室温下的显微组织为一次渗碳体(Fe3CⅠ)和低温莱氏体(Le’)，一次渗碳体呈亮白色板条状分布在莱氏体基体上。 (三)平衡状态下碳钢的成分、组织、性能之间关系

在铁碳合金中，随着碳含量的增加，不仅组织中渗碳体相对量增加，而且其形态和分布情况也发生变化，不同碳含量的合金具有不同的组织，这正是它们具有不同性能的原因。

在亚共析钢中铁素体和渗碳体组成片层状珠光体，使钢的强度、硬度增高，随着钢中碳含量的增加，组织中珠光体量增多，故其强度、硬度增高，而塑性、韧性却相应降低。在过共析钢中，二次渗碳体呈网

状分布于晶界上，随着钢中碳含量的增加，二次渗碳体网逐渐加宽，而且由断续变为连续。所以，当钢中含碳量大于0.9%时，不仅钢的塑性、韧性将进一步降低，而且强度、硬度也开始下降。

三、主要仪器设备

金相显微镜、铁碳合金平衡状态金相试样一套、金相图谱

四、实验步骤

1.每人领取金相试样一套和金相图谱一本，认真观察各种合金的显微组织，识别各种组织的特征（各相或组织组成物的数量、形态、分布）。

2.在金相显微镜下选择各种合金的显微组织的典型区域，并根据其特征绘制显微组织示意图。

3.记录所观察合金的名称、显微组织、放大倍数及浸蚀剂。并在显微组织示意图中标明组织组成物。

五、实验数据及结论

分别画出20、45、T8、T12钢和亚共晶白口铸铁的显微组织，并用引线指明各组织组成物。说明浸蚀剂和放大倍数。 材料：20号钢 材料： 45号钢 材料：T8钢 状态：退火 状态：退火 状态：退火 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：40×10 放大倍数：40×10 放大倍数：50×10 金相组织：铁素体+珠光体 金相组织：铁素体+珠光体 金相组织：片状珠光体 材料：亚共晶白口铸铁 材料：T12钢 状态：铸造 状态：退火 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 放大倍数：40×10 放大倍数：40×10 金相组织：珠光体+二次渗碳体 金相组织：莱氏体+树枝状珠光体+二次渗碳 体

六、讨论、心得

通过本实验过程，熟悉了室温时碳钢与白口铸铁平衡状态下的平衡组织，明确了成分、组织之间的关系并熟悉了金相显微镜的操作。通过实际动手操作使理论联系实践，更能加深理论知识的理解。 思考题

（1）所观察的金相试样中，珠光体的形态为何有不同？

答：珠光体是铁素体和渗碳体组成的细密机械混合物，有片层状和球状两种，片层状珠光体的显微组织不同的放大倍数下观察到的情况有所不同。在放大倍数较低时珠光体的片层状组织因无法分辨而呈暗黑色,放大倍数高时,可见其片层状结构。

（2）在所观察的铁碳合金的组织中，渗碳体有几种形态？分别对材料的性能有什么影响？ 答：在所观察的铁碳合金的组织中，渗碳体有两种形态，在亚共析钢中铁素体和渗碳体组成片层状珠光体，使钢的强度、硬度增高，随着钢中碳含量的增加，组织中珠光体量增多，故其强度、硬度增高，而塑性、韧性却相应降低。在过共析钢中，二次渗碳体呈网状分布于晶界上，随着钢中碳含量的增加，二次渗碳体网逐渐加宽，而且由断续变为连续。所以，当钢中含碳量大于0.9%时，不仅钢的塑性、韧性将进一步降低，而且强度、硬度也开始下降。

（3）用什么方法可以区别亚共析钢中的铁素体和过共析钢中的渗碳体？

答：在亚共析钢中铁素体和渗碳体组成片层状珠光体；在过共析钢中二次渗碳体呈网状分布于晶界上，随着钢中碳含量的增加，二次渗碳体网逐渐加宽，而且由断续变为连续。