金相试样制备及显微组织观察

金相试样制备及显微组织观察 指导教师：何力力

一、实验目的： 1. 掌握一般金相显微样品的制备过程和基本方法。 2. 熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特征及识别方法。

二、实验内容 • 每人制备一块显微观察样品。用机械抛光法及一般化学浸蚀法制备金相显微样品。 2. 在光学显微镜下，对制备好的样品进行组织观察与分析 • 在光学显微镜下对样品进行观察，研究每一个样品的组织特征，并联系铁碳相图了解其组织形成的过程。注意含碳量与金相组织之间的关系。 • 待认识了各种组织之后，抓住特征，描绘每个样品显微组织的示意图。 • 对未知亚共析钢样品进行含碳量的估算。

三、实验要求： 1. 实验材料及设备： • 碳钢试样 • 各号金相砂纸 • 金属试样预磨机、抛光机 • 腐蚀剂：4%硝酸酒精 • 棉花球、竹夹子、电热吹风机 • 金相显微镜

四、实验步骤 1.样品制备： 1、试样的截取： 2、磨光 3、抛光（1）机械抛光（2）电解抛光（3）化学抛光（4）化学机械抛光 4、组织显露（浸蚀）

2.组织观察 • 铁碳合金的基本组织及特征奥氏体（A）铁素体（F）渗碳体（Fe3C）珠光体（P）莱氏体（Ld） • 铁素体与渗碳体的区别 • 亚共析钢的含碳量估算

五、实验内容讨论： • 根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量及加热温度的变化，可出现十几种不同的固态组织，其中，奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体是最常遇到的基本组织，它们对确定碳钢和白口铁平衡状态（退火）和近平衡状态（正火）的组织和性能具有实际意义。

1.碳钢显微组织观察与分析 图1 Fe-C二元相图

奥氏体（A） • 碳钢中的高温奥氏体组织，在光学显微镜下呈多边形晶粒，基晶粒内部往往出现平行的孪晶带，这是由于加热和冷却过程中所产生的热应力使奥氏体发生塑性变形所致。 • 奥氏体的硬度较低，约为HB170—220，塑性好，所以钢在压力加工时，都要加热到形成奥氏体温度。

铁素体（F） • 碳溶解在α—Fe中的间隙固溶体。它的溶碳量随着温度的改变而变化，其最大溶碳量在723℃为0.02%。 • 经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白色的多边形晶粒，黑色网是晶粒边界。重浸蚀后晶粒呈现明暗不同的颜色，这是由于各晶粒的位向不同，显示出各晶粒具有不同的耐腐蚀性。亚共析钢中，随着含碳量的增加，珠光体量增加而铁素体量减少，当铁素体量多时，它呈块状分布，而当钢的含碳量接近共析成分时，F在P的边界上呈网状分布。

渗碳体（Fe3C） • 渗碳体（Fe3C）铁和碳的一种化合物，含碳量为6.67%，在铁碳合金中，当碳含量超过其溶解度时，多余的碳就以Fe3C出现。 • 渗碳体的抗腐蚀能力较强，经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。Fe3CⅠ直接从液体中析出，呈粗大条状分布在莱氏体中。Fe3CⅡ由奥氏体中析出，由于量少而沿奥氏体晶界析出，随后奥氏体变成珠光体，故Fe3CⅡ呈网状分布在P的边界上。

珠光体（P） • 是由高温奥氏体冷却到723℃发行共析反应所得到的F和Fe3C交替形成的层片状组织。经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后，在低的倍数下观察，其中铁素体与渗碳体无法分辨，呈现黑色乌云状，在中等倍数下观察，片状珠光体中铁素体呈白亮色，而渗碳体呈黑色条纹状，这是因为在片状珠光体中铁素体片宽。

莱氏体（Ld） • 是一个两相共晶组织，在723℃以上是奥氏体和渗碳体共晶的机械混合物。在723℃时，莱氏体发生共析反应，而变成珠光体，所以室温下所观察的莱氏体组织是渗碳体+珠光体的机械混合物，渗碳体中包括共晶Fe3C和Fe3CⅡ，但由于连在一起而分辨不开，经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后，Ld的组织特征是在白亮色Fe3C基体上分布着许多黑色点状或条状的P。

2. 典型Fe-C合金平衡组织照片 图3 20号钢显微组织图2 工业纯铁显微组织

45钢 图5 60钢图4 45钢图6 T12

图8 共晶白口铸铁 图7 亚共晶白口铸铁图9 过共晶白口铸铁

3、铁素体与渗碳体的区别 • 铁碳合金平衡组织都是由铁素体和渗碳体两相组成。F和Fe3C经3~5%硝酸酒精溶液浸蚀后均呈白亮色，有时为了区别晶界网状铁素体和渗碳体，可选用染色剂着色，通常用碱性苦味酸钠水溶液（2克苦味酸、25克氢氧化钠、100毫升水）煮沸15分钟，渗碳体被染成黑色，铁素体仍为白色。由此可区别F和Fe3C，这说明同一组织不同的浸蚀剂浸蚀可显示不同的特征。

4、亚共析钢的含碳量估算 • 亚共析钢平衡组织为铁素体+珠光体。已知珠光体平均含碳量为0.8%，如果忽略铁素体中的碳份（723℃0.02%到室温0.006%的变化），根据杠杆定律，从显微镜下观察到珠光体含量面积百分数乘上0.8%即为碳钢的含碳量。如显微组织中珠光体面积百分数约占75%，则该试样含碳量约为75%×0.8=0.6%。

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