机械工程材料实验与实践教学VIP专享

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%