铁碳合金相图及平衡组织分析

实验三铁碳合金相图及平衡组织分析

一、实验目的

1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征；

2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系

3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律

4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备

二、实验原理

通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。

按组织分区的Fe-Fe3C相图

（一）铁碳合金中的几种基本相和组织

（1）铁素体（F）。它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。

（2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量

为6.69%。用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。

（3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。因此，铁素体后，渗碳体薄。硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。

1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。

2）球状珠光体，其组织的特征是在亮白色的铁素体基体上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈现暗黑色。

），室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合（4）莱氏体（L

d

物，它是碳含量为4.3%的液态共晶白口铁在1148o C发生共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶体渗碳体），其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在727o C以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征实在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着黑色半点或者细条状的珠光体。

（二）、铁碳合金在室温下的显微组织特征

（1）工业纯铁。碳含量小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁，它为两相组织，即有铁素体和三次渗碳体组成。图2所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条为铁素体的晶界，亮白色基体是铁素体的多边形状等轴晶粒。

图2 工业纯铁显微组织图3 亚共析（45号）钢的显微组织（2）碳钢

1）亚共析钢，碳含量在0.0218%-0.77%范围内的铁碳合金，其组织由先共析铁素体和珠光体所组成，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，珠光体的数量则相应的增加，图3所示为亚共析钢的显微组织，其中亮白色为铁素体，暗黑色为珠光体。

2）共析钢，碳含量为0.77%的铁碳合金，其显微组织由单一的共析珠光体组成，如图4所示。

图4 共析钢的显微组织

3）过共析钢，碳含量在0.77%-2.11%之间的铁碳合金，其组织由先共析渗碳体（即二次渗碳体）和珠光体组成钢中碳含量越多，二次渗碳体数量就越多，图5所示为碳含量1.2%的过共析钢的显微组织，经4%硝酸酒精浸蚀后珠光体呈现暗黑色，而二次渗碳体则呈现白色网状（图5a），若用煮沸的苦味酸钠溶液来寝蚀，二次渗碳体被染成黑色网状，而铁素体仍为亮白色（图5b）。

图5过共析（T12）钢的显微组织，（a）浸蚀剂为4%硝酸酒精溶液；（b）浸蚀剂为碱性

苦味酸钠溶液

（3）白口铸铁，碳含量大于 2.11%的铁碳合金称为白口铸铁，其中碳以渗碳体的形式存在，断口呈现亮白色而得名。

1）亚共晶白口铸铁，碳含量小于4.3%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁，在室温下亚共晶白口铸铁的组织为：珠光体+二次渗碳体+莱氏体，如图6所示。用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现黑色枝晶的珠光体和斑点状莱氏体，其中二次渗碳体与共

晶渗碳体混合在一起，不容易分辨出来。

图6亚共晶白口铁铸铁显微组织

2）共晶白口铸铁，共晶白口铸铁的碳含量为4.3%，它在室温下的组织由单一的共晶莱氏体组成，经4%硝酸酒精浸蚀后，在显微镜下珠光体呈现黑色细条和斑点状，共晶渗碳体呈现亮白色，如图7所示。

图7 共晶白口铸铁显微组织图8 过共晶白口铸铁显微组织

3）过共晶白口铸铁，碳含量大于4.3%的白口铸铁称为过共晶白口铸铁，在室温时的组织由一次渗碳体和莱氏体组成，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下可观察到带有黑色斑点的莱氏体基体上分布着亮白色的粗大条状的一次渗碳体，其显微组织如图8所示。

三、实验设备及材料

（1）金相显微镜

（2）碳钢（亚共析钢、共析钢、过共析钢）试样

（3）白口铸铁（亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁）试样

四、实验内容与方法

（1）按照表1的要求制备试样，并观察各试样的纤维组织特征。

（2）根据Fe-C、Fe-FeC双重相图，详细分析各试样的纤维组织。

五、实验数据处理

（1）画出所观察样品的纤维组织示意图，注明合金成分、状态、放大倍数及各组织组成物的名称，并在组织图上用箭头标明组成物和组织组成物的名称。

（2）画出Fe-C相图，并以所观察的任一样品为例，分析其结晶过程。

（3）根据观察的组织，说明碳含量对铁碳合金的组织和性能的影响规律。

铁碳合金相图全面分析

铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相

1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。

第六章 铁碳合金状态相图的分析及平衡组织观察

第六章铁碳合金状态相图分析及组织观察 一、概述 铁碳合金状态图是研究铁碳合金的组织与性能关系的重要工具。了解和掌握铁碳合金状态图对于制定钢铁材料的各种工艺有很重要的指导意义。下面分别讨论纯Fe；共析钢；亚共析钢；过共析钢；共晶白口铁；亚共晶白口铁；过共晶白口铁等几个典型合金的结晶过程，以深入了解铁碳合金相合肥组织的形成规律及其组织特征。 1、含0.01％C合金的结晶过程及组织特征 含碳0.01％的合金为工业纯铁，其结晶过程如下（参照图1中的合金①）。液态金属在1～2点温度区间按匀晶转变结晶出单相δ固溶体。δ固溶体冷却导 3点时，开始发生固溶体的同素异构转变 A δ→ 。由于δ相晶界上的能量转高， 因此，奥氏体的晶核优先在δ相的晶界上形成，然后长大。这一转变在4点结束，合金全部转变为单相奥氏体。奥氏体冷却到5～6之间又发生同素异构转变 γα →，转变为铁素体。铁素体也同样是在奥氏体晶界上优先形核，然后长大。铁素体冷到7点时，碳在铁素体中的溶解度达到饱和。冷到7点以下，将从铁素体中析出过剩的渗碳体。这种渗碳体一般沿铁素体晶界析出，称为三次渗碳体。因此，工业纯铁室温下的组织为铁素体和三次渗碳体所组成。 铁碳平衡状态图 2、共析合金的结晶过程及组织特征 当温度在1点以上时，合金全部为液态。当合金降温至1点，并稍微过冷，

开始从液体中析出奥氏体。继续降温从液体汇总析出奥氏体，液相的浓度沿BC 线变化，奥氏体的浓度沿JE 线变化。两相相对重量的比值可由杠杆定律求出： QL aO QA Ob ＝ 奥氏体初次晶在液态金属中自由长大，一般呈树枝状。降温至2点结晶终了，变成了单相的奥氏体组织。在2－3点温度区间，为单相奥氏体，相的浓度等于合金的成分，没有成分和组织的变化。在3点共析成分的奥氏体发生共析转变，形成的转变产物为珠光体。 平衡条件下所得的珠光体组织是一层铁素体和一层渗碳体交替排列的机械混合物。用3％硝酸酒精溶液浸蚀后，窄的条纹为渗碳体，宽的白色条纹危房铁素体，这是因为浸蚀时，铁素体被均匀浸蚀，而渗碳体叫铁素体硬，不易被浸蚀，故凸出于铁素体之外。铁素体与渗碳体交界处，由于电化学作用，浸蚀剧烈，因而凸凹不平。当高倍观察时，渗碳体被分辨，可看到渗碳体片的真实形态。如显微镜的放大倍率低时，珠光体的渗碳体与铁素体不易分辨，珠光体则呈黑色或灰色。 珠光体的另一形态是渗碳体呈球状分布在白色的铁素体基础上。这种珠光体组织形态是钢经球化退火后的产物。 3、亚共析合金的结晶过程及组织特征 参看图1的合金③，在1点温度以上的合金为液体。降温到1点，开始从液相中析出δ固溶体。在1－2点区间为L ＋δ。冷到2点时，δ固溶体的含碳量为0.09％，液相的含碳量为0.53％。此时液相L 和δ固溶体发生包晶转变：0.530.17L A δ→0.09＋。由于合金的含碳量大于0.17％，所以包晶转变终了以后，仍有过剩的液相。这些液相在冷却到3点时，合金全部结晶完了，变成了单相奥氏体。合金冷却到4点，开始从奥氏体中析出铁素体，随着温度的降低，从奥氏体中不断析出铁素体。奥氏体的浓度沿GS 线变化，铁素体的浓度沿GP 线变化。当温度达到5点时，剩余奥氏体的含碳量达到0.77％，发生共析转变成珠光体。在5点以下，先共析铁素体汇总将析出三次渗碳体，但其数量很少，一般可忽略。该合金的室温组织为铁素体和珠光体所组成，白色部分为铁素体，黑色部分为珠光体。用较高的放大倍率进行观察时，黑色区域就能分辨出为很细的片层珠光体。 所有亚共析合金，冷却到室温后均匀铁素体和珠光体组织。合金的含碳量越高，室温下的珠光体量越多。因此，亚共析钢在显微分析中，常以珠光体与铁素体的相对量来估算亚共析钢的含碳量。 4、过共析合金的结晶过程及组织特征 参看图1中合金④，并以此为例，说明过共析钢的结晶过程及组织特征。 1点温度以上为液相。合金冷至1点，开始从液相中析出奥氏体，知道2点凝固完毕，合金为单相奥氏体组织。2－3区间为单相奥氏体区，合金组织没变化。合金降温到3点，开始从奥氏体中析出过剩渗碳体，渗碳体多在奥氏体晶界处形核并长大，沿着奥氏体晶界析出的渗碳体称做二次渗碳体。在金相显微镜下观察多呈网状，故称为网状渗碳体。在3－4区间，随着温度的降低，二次渗碳体的数量增多，奥氏体的含碳量逐渐减少，奥氏体的含碳量沿着FS 线变化。 当温度降至机4点时，合金中的奥氏体发生共析转变，即奥氏体转变为珠光体。4点以下至室温，合金组织无显著变化。

铁碳合金相图分析

第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下,一种元素的 晶体结构 随温度发生变化的 现象. 特点： 是形核与长大的过程重结晶 将导致体积变化产生内应力 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相定义力学性能溶碳量 铁素体 F碳在α-Fe中的 间隙固溶体强度,硬度低,塑性, 韧性好 最大% 奥氏体 A碳在γ-Fe中的 间隙固溶体 硬度低,塑性好最大% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化 合物 硬而脆 800HBW,δ↑=αk=0 %

第二节铁碳合金相图一、相图分析 两组元：Fe、 Fe3C 上半部分图形二元共晶相 图 共晶转变： 1148℃ 727℃ → + Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形共析相图 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ → + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类： 三条重要的特性曲线

① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶入奥氏体的终 了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之为二次渗碳 体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727oC时达到最大值%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300oC以下溶碳量小于%.因此当铁素体从727oC冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁<%C 钢——亚共析钢、共析钢%C、过共析钢 白口铸铁——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → PF+Fe3C L → L+A → A → A+F →P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ

实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析

实验一铁碳合金平衡组织的观察与分析 一、实验目的 1．认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征； 2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响。建立起Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系；3．了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。 二、概述 平衡状态是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下完成转变的组织状态。在实验条件下，退火状态下的碳钢组织可以看成是平衡组织。 图1是以组织组成物表示的铁碳合金相图。在室温下碳钢和白口铸铁的组织都是由铁素体和渗碳体两种基本相构成。但是由于含碳量不同、合金相变规律的差异，致使铁碳合金在室温下的显微组织呈现出不同的组织类型。表1列出各种铁碳合金在室温下的显微组织。 表1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 合金分类含碳量/% 显微组织 工业纯铁<0.0218 铁素体（F） 碳钢亚共析钢0.0218～0.77 F+珠光体(P) 共析钢0.77 P 过共析钢0.77～2.11 P+二次渗碳体(CΠ) 白口铸铁亚共晶白口铸铁 2.11～4.3 P+ CΠ+莱氏体（L e）共晶白口铸铁 4.3 L e 过共晶白口铸铁 4.3～6.69 L e+二次渗碳体(C I) 铁碳合金显微组织中，铁素体和渗碳体两种相经硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，而它们之间的相界则呈黑色线条。采用煮沸的碱性苦味酸钠溶液浸蚀，铁素体仍为白色，而渗碳体则被染成黑色。 图1 以组织组成物表示的铁碳合金相图

铁碳合金的各种基本组织特征如下： 1.工业纯铁 含碳量小于0.0218％的铁碳合金称为工业纯铁，其显微组织为单相铁素体或铁素体+极少量三次渗碳体。为单相铁素体时，显微组织由亮白色的呈不规则块状晶粒组成，黑色网状线即为不同位向的铁素体晶界，如图2(a)所示。当显微组织中有三次渗碳体时，则在某些晶界处看到呈双线的晶界线，表明三次渗碳体以薄片状析出于铁素体晶界处，如图2(b)所示。 （a）250X （b）700X 图2 工业纯铁的显微组织 2.碳钢 碳钢按含碳量的不同，将组织类型分为3种：共析钢、亚共析钢和过共析钢。其组织特征如下： (1)共析钢 含碳量为0.77％的铁碳合金称为共析钢，其显微组织是珠光体。珠光体是层片状铁素体和渗碳体的机械混合物。两相的相界是黑色的线条，在不同放大倍数条件下观察，则具有不同的组织特征，在高倍数（>500倍）电镜下观察时，能清晰地分辨珠光体中平行相间的宽条铁素体和细片状渗碳体，如图3(a)所示。在300～400倍光学显微镜下观察时，由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时所看到的渗碳体片就是一条黑线．如图3(b)所示。珠光体有类似指纹的特征。 图3 共析钢的珠光体组织 (2)亚共析钢 含碳量为0.0218%～0.77%的铁碳合金称为亚共析钢，室温下的显微组织是铁素体＋珠光体。铁素体呈白色不规则块状晶粒，珠光体在放大倍数较低或浸蚀时间长、浸蚀液浓度加大时，则为黑色块状晶粒，如图4所示。

铁碳合金平衡组织观察

实验五铁碳合金平衡组织观察 一、实验目的： 1. 了解典型成份的铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。 2. 分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成份、组织和 性能之间的相互关系。 二、实验原理： 1. 铁碳合金平衡状态图 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图（如图5-1所示），来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 图5-1 Fe－Fe3C相图 铁碳合金主要包括碳钢和白口铸铁，其室温组织是由铁素体和渗碳体这两个基本相所组成，由于含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量，析出条件及分布均有所不同，因而呈现各种不同的形态。 2. 铁碳合金在室温下的组织 不同成份的铁碳合金在室温下的显微组织见表5-1。 5-1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 类型含碳量（%）显微组织浸蚀剂

工业纯铁＜0.02 铁素体4%硝酸酒精溶液 碳钢亚共析钢 0.02～0.77 铁素体+珠光体4%硝酸酒精溶液共析钢0.77 珠光体4%硝酸酒精溶液过共析钢 0.77～2.11 珠光体+二次渗碳体 苦味酸钠溶液，渗碳 体变黑或呈棕红色 白口铸铁 亚共晶白口铁2.11～4.3 珠光体+二次渗碳体+莱氏体4%硝酸酒精溶液 共晶白口铁 4.3 莱氏体4%硝酸酒精溶液 过共晶白口铁4.3～6.69 莱氏体+一次渗碳体4%硝酸酒精溶液 铁碳合金在金相显微镜下具有下面四种基本相和组织。 铁素体（F）铁素体是碳溶解于α-Fe中的间隙式固溶体。工业纯铁用4% 硝酸酒精溶液浸蚀后，显微镜下呈现白亮色的多边形等轴晶粒；亚共析钢中的铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体周围。 渗碳体（Fe3C）渗碳体是铁与碳形成的金属间化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经4%硝酸酒精浸蚀后，渗碳体呈亮白色，而铁素体浸蚀后呈灰白色，由此可区别铁素体和渗碳体。渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体直接由液态中结晶出，呈粗大的片状；二次渗碳体由奥氏体中的出，常呈网状分布于奥氏体的晶界；三次渗碳体由铁素体中析出，呈不连续片状分布于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 珠光体（P）珠光体是铁素体和渗碳体呈片状交替排列的机械混合物。经4%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。在高倍放大时能清楚地看到珠光体中平行相间的宽片铁素体和细片渗碳体；当放大倍数较低时，由于显微镜的鉴别率小，渗碳体片很薄，这时珠光体中的渗碳体就只能看到的是一条黑线；当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不容易分辨出来，而呈黑色块状。

铁碳相图详解

三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。 ⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶 界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3 C III 量不断增加，室温下Fe 3 C III 的最大 量为： % 31 .0 % 100 0008 .0 69 .6 0008 .0 0218 .0 3 = ⨯ - - = Ⅲ C Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。 工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe 3 C III 。

铁碳合金相图分析及应用

第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）： C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相） 强度低，易塑性变形 三、渗碳体

Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L →A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：

铁碳合金相图详细讲解

第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是 Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为2/m kg 3107.87?。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变），即： δ-Fe （体心）γ-Fe （面心）α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度 b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的 几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中

铁碳合金相图详解

第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为 2/m kg 3107.87⨯。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变） ，即： δ-Fe （体心） γ-Fe （面心） α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2 Fe -C Fe 3相图 3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义 Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。

铁碳合金相图

第二节 Fe-Fe3C 相图 相图：表示在平衡条件下（极其缓慢加热和冷却）合金成分、温度、组织状态之间的关系图形称为合金相图，又称合金状态图。本节主要讨论铁碳合金相图。 相图测定方法：最常用的相图测定方法为热分析法，即对合金系中不同成分的合金进行加热熔化，观察在极其缓慢加热和冷却过程中内部组织的变化，测出其相变临界点，并标于“温度——成分”坐标中，绘成相图。（以Cu-Ni相图为例,点击此处可观看Cu-Ni合金相图测定原理） 由于Wc>6.69%的铁碳合金脆性极大，加工困难，生产中无实用价值，并且Fe3C（Wc = 6.69%）可以作为一个独立组元。因此，我们仅研究Wc为0%~ 6.69%的Fe-Fe3C相图部分。为便于研究，将相图左上角部分简化，得到简化后的Fe-Fe3C相图。 一、Fe-Fe 3 C相图分析 相图分析思路：特性点--- →特性线--- →相 区 简化后的Fe-Fe3C相图可看作由两个简单组元组成的典型二元相图，图中纵坐标表示温度，横坐标表示成分。左端原点Wc=0%，即纯铁；右端点Wc=6.69%，即Fe3C。横坐标上任何一个固定的成分均代表一种铁碳合金。例如S点，表示Wc=0.77%的铁碳合金。

Fe-Fe C相图 3 C相图的特性点 1、Fe-Fe 3 Fe-Fe3C相图中特性点的成分和温度与被测材料纯度和测试条件有关，故在不同资料中，各特性点位置略有不同。各特性点的温度、成分及含义见下表。 Fe-Fe3C相图特性点 特性点温度t/℃Wc/% 含义 A1538 0 纯铁的熔点 C1148 4.3 共晶点，LC→ld D1227 6.69 渗碳体的熔点（计算值） E1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶解度 G912 0 纯铁的同素异晶转变点，α-Fe→γ-Fe

铁碳合金室温下平衡组织

铁碳合金室温下平衡组织 一、引言 铁碳合金是一种广泛应用的金属材料，其中最常见的是钢。钢具有高强度、耐磨性、可塑性等优良特性，广泛应用于建筑、机械制造、船舶制造等领域。而钢的性能取决于其组织结构，因此了解铁碳合金室温下的平衡组织对于优化钢材性能具有重要意义。 二、铁碳相图 铁碳相图是描述铁和碳在不同温度下的相变规律的图表。在室温下，固态铁碳合金主要由两种组织结构组成：珠光体和费氏体。 1. 珠光体 珠光体是一种由球形或半球形晶粒组成的组织结构，在低碳含量时容易形成。珠光体具有较高的韧性和可塑性，但强度较低。 2. 费氏体 费氏体是一种由长条状或板条状晶粒组成的组织结构，在高碳含量时容易形成。费氏体具有较高的强度和硬度，但韧性较差。 三、珠光体的形成 珠光体的形成与铁碳合金中碳含量和冷却速率密切相关。在低碳含量

下，如果冷却速率较慢，则会形成珠光体。珠光体的晶粒由铁原子和少量的碳原子组成，晶界处会出现一些夹杂物，这些夹杂物会对材料的性能产生影响。 四、费氏体的形成 费氏体的形成与铁碳合金中碳含量和冷却速率密切相关。在高碳含量下，如果冷却速率较快，则会形成费氏体。费氏体的晶粒由铁原子和大量的碳原子组成，硬度和强度都很高，但韧性较差。 五、珠光体和费氏体共存 在一定范围内，珠光体和费氏体可以共存于同一块钢材中。这种组织结构称为珠光体-费氏体组织。珠光体-费氏体组织既具有较高的强度和硬度，又具有较好的韧性和可塑性。 六、影响平衡组织结构的因素 铁碳合金室温下的平衡组织结构受到多种因素的影响，包括碳含量、合金元素、冷却速率等。 1. 碳含量 碳含量是影响钢材组织结构最重要的因素之一。在低碳含量下，珠光体容易形成；在高碳含量下，费氏体容易形成。 2. 合金元素

铁碳合金平衡组织观察

铁碳合金平衡组织观察 铁碳合金是一种重要的金属材料，具有广泛的应用前景。铁碳合金的平衡组织观察是 了解其性质和应用的基础。本文对铁碳合金平衡组织观察进行详细的介绍，包括铁碳相图、铁碳合金平衡组织的表征方法和其微观结构。 一、铁碳相图 铁碳相图是用来描述铁碳合金在不同温度下的相组成和组织形态的图表。在铁碳相图中，纵坐标代表温度，横坐标代表碳的含量。铁碳相图的铁基部分是由α铁和γ铁组成 的固溶体区域，随着温度的升高，γ铁的比例逐渐增加。铁碳相图中还包括铁碳化合物的区域，包括Fe3C和Fe2C两种化合物。Fe3C是铁碳化合物中最重要的一种，也是铁碳相图中最重要的一个组成部分之一。在铁碳相图中，α铁和Fe3C之间的线称为共析线，表示 这两种组成的混合物在一定温度下达到平衡，形成的组织为珠光体。铁碳相图中还包括了 一些其他的组织形态，例如珠光体+渗碳体的奥氏体、珠光体+耐热铁素体的混合组织等。 铁碳合金的平衡组织表征方法包括金相分析、显微组织分析和扫描电子显微镜分析。 其中，金相分析是最常用的方法。金相分析需要进行金相样品的制备，首先是将样品打薄 或抛光，使其表面光滑，然后进行腐蚀，使得组织结构得以显现。显微组织分析可以增加 对样品的了解和理解，对于铁碳合金的深入研究非常有帮助。扫描电子显微镜分析可以进 行更为精细的结构分析，可以分析材料中微观结构的分布和组成，对铁碳合金的机械性能 和工艺制备有较大的帮助。 铁碳合金的平衡组织中，包含了多种微观结构，其中最为重要的是珠光体、渗碳体和 贝氏体。珠光体是铁碳合金中最为普遍的组织形态，其由铁素体和Fe3C交替构成，呈现出光泽和条纹状。渗碳体是由碳元素在铁中扩散形成的一种组织形态，通常出现在低碳铁碳 合金中，具有均匀光泽。贝氏体是由铁素体和Fe3C组成的一种组织形态，常常出现在高碳铁碳合金中，具有相对较大的强度和韧性。

实验-铁碳合金平衡组织观察

实验-铁碳合金平衡组织观察

实验 Fe－Fe3C相图观察 一、实验目的 1．认识铁碳合金的平衡组织。 2．了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响规律。 3．加深对平衡状态下碳钢的成分、组织、性能间关系的认识。 二、实验原理 铁碳合金的显微组织是研究和分析铁碳材料性能的基础，所谓平衡状态的显微组织是指合金在极为缓慢的冷条件下（退火状态，即接近平衡状态）所得到的组织。因此我们可以根据Fe－Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（图1-1所示）。 图1-1 Fe－Fe3C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泛的金属材料，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）这两个基本相组成。但是由于含碳量不同，因而呈现各种不同的组织形态。 用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织。 1．铁素体（F）——碳在α-Fe中形成的固溶体。铁素体为体心立方晶体，具有磁性及良好塑性，硬度较低。用3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒，黑色网是晶界，这是因为晶粒晶界耐腐蚀性不同，而且各晶粒的位向不同呈现不同的颜色；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。 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3-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可呈现不同的形态：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）是从奥氏体中析出的，往往呈网状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常是不连续薄片状存在于铁素体晶界处，数量极微，可忽略不计。 3．珠光体（P）一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形成的层片状组织。经硝酸酒精溶液侵蚀后，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。在高倍放大时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厚度，这时珠光体中的渗碳体就只能看到是一条黑线，当组织较细而放大倍数较低时，珠光体的片层就不能分辨，而呈黑色。 4．低温莱氏体（Le）——是在室温时珠光体十二次渗碳体十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1147℃对形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体机械合物，称为莱氏体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳

铁碳合金平衡组织的显微分析

第九章铁碳合金平衡组织的显微分析Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些在平衡状态或接近平衡 状态下显微组织的基础。根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大 于2.11%的合金称为白口铸铁。在室温下铁碳合金的基本组成相为铁素体与渗碳体，不同含碳量的合金，在组织上差异是这两个基本的相对量、形态及分布不同。在铁碳合金中渗碳体的相对量，存在形态以及分布状况，对合金的性能影响很大，在碳钢中渗碳体一般可以认为是一个强化相。见图9-1。 图9-1 按组织分区的Fe-Fe3C相图 一、工业纯铁在退火状况下的显微组织 含碳量低于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。工业纯铁在含碳量小于0.008%时，其显微组织为单相铁素体。如图9-2所示。 图9-2 工业纯铁的显微组织图200x 图9-3 含碳量0.4%的亚共析钢的显微组织200x

图中有的晶粒呈暗色，这是由于不同晶粒受腐蚀的程度不同造成的。在含碳量大于0.008%时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。 二、碳钢在退火状态下的显微组织 含碳量在0.0218~2.11%范围的铁碳合金称为碳钢。碳钢按含碳量与平衡组织的不同可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三种。 1．亚共析钢 含碳量在0.0218~0.77%之间的铁碳合金称为亚共析钢，所亚共析钢冷却到室温后显微组织均为先共析铁素体和珠光体组成。随着含碳量的增加珠光体所占的比例也不断增加，当增加到0.77时(铁素体在珠光体周围呈网状分布)，整个组织为珠光体。用显微镜观察放大倍数低于400×时，先析出铁素体呈亮白色，珠光体呈暗黑色如图9-3所示。由于铁素体和珠光体比重相近，若忽略铁素体中所含的微量碳，根据杠杆定理和亚共析钢显微组织中先共析铁素体与珠光体所占的相对面积，就可以估算出该钢的含碳量。例如：当不珠光体和铁素体的面积各占一半时，钢的含碳量为0.77%0.50.4% ⨯≅，由此可定此钢为40#碳素钢。但须注意，如果亚共析钢从奥氏体相区以较快的速率冷却下来，而因共析转变时过冷度增大，共析体含碳量偏低，故其显微组织中珠光体的含量就要比缓冷时增加，此时若仍用上述方法来估算出的结果其含碳量将会偏高。 2．共析钢 含碳量为0.77%的铁碳合金称为共析钢。其组织为共析转变得到的珠光体，即片状铁素体和渗碳体的机械混合物。由杠杆定理可以求得铁素体与渗碳体的重量比约为7.9:1，因此铁素体厚，渗碳体薄。用硝酸酒精腐蚀后，由于珠光体中铁素体比渗碳体的电极电位低，在正常浸蚀下，铁素体为阳极被溶解，而渗碳体被溶解为凸出相(用DIC方法可以验证)。而此于铁素体和渗碳体对光的反射能力相近，因此在明视场照明条件下二者都是明亮的。只有相界呈暗灰色，当放大倍数较高时，上述情况才能看清楚如图9-4所示。如放大倍数较低时，渗碳体片两侧相界已无法分辨，而呈黑色条状图9-5所示。将放大倍数降到更低时，则渗碳体片都无法分辨，整个珠光体组织无法分辨而呈暗黑色一片。 图9-4 经高倍放大后的珠光体3000x 图9-5 经中倍放大后的珠光体500x 3．过共析钢 含碳量在0.77~2.11%之间的铁碳合金称为过共析钢，其组织为先共析渗碳体和珠光体。先共析渗碳体由奥氏体中沿晶界析出，故呈网状分布在随后发生共析转变形成的珠光体周围。其室温组织为网状二次渗碳体和珠光体。随着含碳量增加，先共析渗碳体的量也增加，网状略有加宽。图9-6为T12钢(含碳量约1.2%)退火后的显微组织，这种组织有时较难以接近共析成分的亚共析钢区别。如果用煮沸的碱性若味酸钠溶液腐蚀，会使渗碳体呈暗黑色而铁素体仍保持白色如图9-7所示。因此有管种腐蚀剂可以将接近共析成分的过共析钢与亚共析钢区分开。 三、白口铸铁的显微组织 铸铁在铸造时，如果冷却速度快，或者含碳量较低时则生成白口铁，白口铁中碳均以

铁碳合金相图及平衡组织分析

实验三铁碳合金相图及平衡组织分析 一、实验目的 1.认识和熟悉铁碳合金平衡状态下的显微组织特征； 2.了解含碳量对铁碳合金平衡组织的影响，建立Fe-Fe3C状态图与平衡组织的关系 3.了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律 4.掌握金相显微镜用铁碳合金样品的制备 二、实验原理 通常将碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的Fe-C合金称为铁，根据铁碳二元相图（图1），它们在室温下组成相都是铁素体和渗碳体，但是它们在纤维组织上却有很大的差异。 按组织分区的Fe-Fe3C相图 （一）铁碳合金中的几种基本相和组织 （1）铁素体（F）。它是碳在α-Fe中的固溶体，为体心立方晶格。具有磁性及良好的塑性，硬度较低。用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的多边形晶粒。亚共析钢中，铁素体呈现块状分布；当碳含量接近共析成分时，铁素体则呈现断续的网状分布于珠光体（共析体）周围。 （2）渗碳体（Fe3C，又称Cementite），它是铁与碳形成的一种化合物，其碳含量

为6.69%。用3%-4%的硝酸酒精溶液寝蚀后，呈现亮白色；若用热苦味酸钠溶液寝蚀，则渗碳体呈现黑色而铁素体仍为白色，由此可以区别铁素体与渗碳体。此外，按铁碳合金成分和形成条件不同，渗碳体呈现不同的的形态：一次渗碳体，从液相中析出，呈现条状；二次渗碳体（次生相），从奥氏体中析出，呈现网络状，沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈现颗粒状；三次渗碳体，从铁素体中析出，常呈现颗粒状；共晶渗碳体与奥氏体同时生长，称为莱氏体；共析渗碳体与铁素体同时生长，称为珠光体。 （3）珠光体（P），它是铁素体和渗碳体的机械混合物，是共析转变的产物。由杠杆定律可以求得铁素体和渗碳体的含量比为8:1。因此，铁素体后，渗碳体薄。硝酸酒精寝蚀后可观察到两种不同的组织形态。 1）片状珠光体，它是由铁素体与渗碳体交替排列形成的层状组织，腈硝酸酒精溶液寝蚀后，在不同放大倍数下，可以观察到具有不同特征的层片状组织。 2）球状珠光体，其组织的特征是在亮白色的铁素体基体上，均匀分布着白色的渗碳体颗粒，其边界呈现暗黑色。 ），室温时是珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合（4）莱氏体（L d 物，它是碳含量为4.3%的液态共晶白口铁在1148o C发生共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶体渗碳体），其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在727o C以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征实在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着黑色半点或者细条状的珠光体。 （二）、铁碳合金在室温下的显微组织特征 （1）工业纯铁。碳含量小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁，它为两相组织，即有铁素体和三次渗碳体组成。图2所示为工业纯铁的显微组织，其中黑色线条为铁素体的晶界，亮白色基体是铁素体的多边形状等轴晶粒。 图2 工业纯铁显微组织图3 亚共析（45号）钢的显微组织（2）碳钢

铁碳合金相图及结晶组织变化

铁碳合金相图及结晶组织变化 铁碳合金的组元和相 一、基本概念 铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 碳钢：含碳量为0.0218%〜2.11%的铁碳合金 铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各 种热加工工艺的依据。 注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69% ）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是F e-Fe3C 二、组元 1. 纯铁 纯铁指的是室温下的a-Fe,强度、硬度低，塑性、韧性好。 2. 碳 碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。 3. 碳在铁碳合金中的存在形式有三种：C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； C以游离态的石墨存在于合金中。 C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体； A. 铁素体：C溶于a-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F或“a表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。 B. 奥氏体：C溶于Y-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”“表示，奥氏体强度低、塑性好，钢 材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。 C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C , Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6. 69 %。以“Fe3C或“ Cm符号表示，渗碳体的熔点为1227 C，硬度很高（HB = 800）而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在 钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在 a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 铁碳合金相图的分析 1. 铁碳合金相图由三个相图组成：包晶相图、共晶相图和共析相图； 2. 相图中有五个单相区：液相L、高温铁素体3、铁素体a奥氏体Y渗碳体Fe3C ;

铁碳合金平衡组织观察精讲实验报告

实验四铁碳合金平衡组织观察 一、实验目的： 1．了解铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 2．分析成分对铁碳合金显微组织的影响，从而理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二、实验原理及内容： 铁碳合金的显微组织是研究和分析钢铁材料性能的基础，平衡组织指合金在极其缓慢的冷却速度下得到的组织。在实验条件下，退火态的铁碳合金组织可以看成平衡组织。铁碳合金平衡组织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，它们性能与其显微组织密切相关。 1. 铁碳合金平衡状态图 铁碳合金的平衡组织是指铁碳合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。可以根据铁碳相图（如图5-1所示），来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织。 图5-1 Fe－Fe C相图 3 从—相图上可以看到所有的碳钢和白口铸铁在室温时的组织均由铁素体（F）和渗碳体（）这两个基本相组成，但是由于含碳量的不同，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，其性能也各不相同。 2.几种基本组织组成物 用侵蚀剂显露的碳钢和白口铸铁，在金相显微镜下具有下面几种基本组织组成物。 表1 各种铁碳合金在室温下的平衡组织 3、 各种组成相或组织组成物的特征 a) 铁素体(F)是碳溶于α-Fe 的固溶体。铁素体为体心立方晶格。 具有磁性及良好的塑性，硬度较低，一般为80HB ～120HB ，经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下观察呈白色晶粒，见工业纯铁的组织(如图1所示)。亚共析钢中，随着钢中碳质量分数的增加，珠光体量增加而铁素体量减少。铁素体量较多时，呈块状分布(如图2所示)。当钢中碳质量分数接近共析成份时，铁素体往往呈断续的网状，分布于珠光体的周围(如图3所示)。 合金类型 碳质量分数，ω(C) 显 微 组 织 工业纯铁 ≤0.0218% 铁素体(F) 碳 钢 亚共析钢 共析钢 过共析钢 0.0218%---0.77% 0.77% 0.77%---2.11% 铁素体(F)+珠光体(P) 珠光体(P) 珠光体(P)+二次渗碳体(Fe3C Ⅱ) 白 口 铸 铁 亚共晶白口铸铁 共晶白口铸铁 过共晶白口铸铁 2.11%---4.3% 4.3% 4.3%一6.69% 珠光体(P)+二次渗碳体(Fe3C Ⅱ)+莱氏体(Ld ＇) 莱氏体(Ld ＇) 一次渗碳体(Fe3C Ⅰ) +莱氏体 (Ld ＇)

铁碳合金平衡组织观察及分析

实验四铁碳合金平衡组织观察与分析 一、实验目的 1、熟悉掌握铁碳合金（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、实验原理 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相关。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。 在Fe-Fe3C相图中，ABCD为液相线，AHJECF为固相线。相图中各特征点的温度、成分及其含义见表4–１。 表4–１铁碳相图中各特征点的说明 Fe- Fe3C相图中有二条水平线（此处不介绍包晶线及包晶反应）： ECF水平线（1148︒C）为共晶线，在该线温度下将发生共晶转变：L4.3→A2.11 + Fe3C。转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称高温莱氏体（Ld）。 PSK水平线（727︒C）为共析线，在该线温度下将发生共析转变：A0.77→F0.0218+ Fe3C。转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称珠光体（P）。共析线又称为A1线。 Fe- Fe3C相图中还有固态转变线：GS为A体⇋F体固溶体转变线，又称为A3线；ES线为碳在A体中的固溶线。称为A cm线；PQ线为碳在F体中的固溶线。