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机械工程材料实验与实践教学

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1 《机械工程材料》实验与实践教学 实验一 铁碳合金平衡组织分析 一、实验目的 1. 熟练运用铁碳合金相图,提高分析铁碳合金平衡凝固过程及组织变化的能力。 2. 掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。 二、原理概述 铁碳合金相图是研究碳钢组织、确定其热加工工艺的重要依据。按组织标注的铁碳相图见图。铁碳合金在室温的平衡组织均由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)两相按不同数量、大小、形态和分布所组成。高温下还有奥氏体(A)和 固溶体相。 利用铁碳合金相图分析铁碳合金的组织时,需了解相图中各相的本质及其形成过程,明确图中各线的意义,三条水平线上的反应及反应产物的本质和形态,并能做出不同合金的冷却曲线,从而得知其凝固过程中组织的变化及最后的室温组织。 根据含碳量的不同,铁碳合金可分为工业纯铁、碳钢及白口铸铁三大类,现分别说明其组织形成过程及特征。 1 . 工业纯铁 碳的质量分数小于 0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。见图 1-1。当其冷到碳在 -Fe中的固溶度线 PQ 以下时,将沿铁素体晶界析出少量三次渗碳体,铁素体的硬度在 80HB 左右,而渗碳的硬度高达 800HB,因工业纯铁中的渗碳体量很少,故硬度、强度不高而塑性、韧性较好。 2 图1 -1 工业纯铁组织 2 . 碳钢 碳的质量分数Cw在(0.0218~2.11)%之间的铁碳合金称为碳钢,根据合金在相图中的位置可分为亚共析、共析和过共析钢。 (1 )共析钢 成分为%77.0Cw,在727℃以上的组织为奥氏体,冷至 727℃时发生共析反应: CFeFACC3%0218.0%77.0 将铁素体与渗碳体的机械混合物称珠光体(P)。室温下珠光体中渗碳体的质量分数约为12%,慢冷所得的珠光体呈层片状。 图1 -2 珠光体电镜组织 图1 -3 珠光体光镜组织 采用电子显微镜高倍放大能看出 Fe3C 薄层的厚度,图1-2 中窄条为Fe3C, 3 宽条为 F 基体,两者有明显的分界线。在普通光学显微镜下观察时,只能看到Fe3C 成条条细黑线分布在铁素体上,见图 1-3。位向相同的一组铁素体加渗碳体片层,称一个共析领域。当放大倍数低,珠光体组织细密或浸蚀过深时,珠光体中的片层难以分辨,呈一片暗色区域。 (2 )亚共析钢 成分为 0.0218%

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