222铁碳合金的显微组织及分析-铸铁
摘要：在铁碳二元系中，含碳量大于2%的合金称为铸铁。铸铁具有较低的熔点、优良的铸造性能，生产工艺简单，成本低廉，是工程中最常用的金属材料之一。根据碳在铸铁中存在状态及形式的不同，可得到不同类型的铸铁。
关键词：石墨化；灰口铸铁；球墨铸铁；展性铸铁；麻口铁
0引言
铸铁为含碳量在2%以上的铁碳
合金。工业用铸铁一般含碳量为
2%～4%。碳在铸铁中多以石墨形态
存在，有时也以渗碳体形态存在。
除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁
还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、
钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微
组织和性能的主要元素。根据碳在
铸铁中得存在形式的不同，可将铸
铁分为白口铸铁、灰口铸铁、球墨
铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、蠕墨
铸铁。
铸铁的生产工艺简单，成本低廉。因此在机械制造、冶金、国防
工业等部门应用广泛。铸铁不仅可
以用来制造强度和韧性要求都不高
的一般部件，如机床机身、发动机
气缸体等；还可以用来制造某些要
求具备综合力学性能的重要零件如
柴油机曲轴、汽车后桥等。
铸铁的组织视化学成分和冷却
速度而异，当铸铁凝固的冷却速度
足够大时，得到白口铸铁组织，随
冷却速度减小，铸铁组织依次改变
为麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠
光体铁素体灰口铸铁和铁素体灰口
铸铁；球墨铸铁是在浇铸前向灰口
铸铁加入少量球化剂获得球状石墨
的铸铁。球墨铸铁具备优于灰铁的
强度、范性和韧性；可锻铸铁又叫展性铸铁，由白口铸铁经过石墨化
退火后制成，是一种强度韧性都较
高的铸铁。
1、铸铁组织的形成--石墨化
在铁碳系中，碳还能够以稳定
的石墨形式存在，这反映了铁与石
墨之间的稳定平衡关系。描述这个
平衡关系的图解就是铁-石墨相图，
把铁-石墨相图叠加在亚稳的铁-渗
碳体相图之上就得到所谓复线相图。相图中实线表示铁-渗碳体相图，虚
线表示铁-石墨相图，虚线跟实线重
合时用实线表示。
按照铁碳相图可将铸铁的石墨化
分为三个温度阶段。
第一阶段——从铸铁的液相中
结晶出一次石墨（过共晶合金）和
通过共晶反应结晶出共晶石墨。
中间阶段——奥氏体中直接析
出二次石墨，或通过渗碳体在共晶
温度和共析温度之间发生分解而形
成石墨。
第二阶段——从铸铁的共析转
变中析出石墨。或者通过渗碳体在
共析温度附近及其以下温度发生分
解形成石墨。
根据铸铁化学成分和凝固条件
的不同，在铸铁组织中石墨呈现出
不同的形状、大小和分布。
图1—铁碳复线相图
2、灰口铸铁
灰口铸铁中碳全部或部分以自
由碳-片状石墨形式存在，断口呈现
灰色。其显微组织根据石墨化程度
的不同分为铁素体或珠光体或铁素
体+珠光体灰口铸铁。而所有灰口铸
铁组织的共同特征是，在这些铸铁
的组织总有一个相当于钢的组织的
金属基体，在这基体上分布着片状
石墨。由于石墨片对钢基体产生割
裂作用，破坏了钢基体的连续性、
完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧
性近于零，属于脆性材料。灰口铸
铁不能承受加工变形，但是却具有
优良的铸造性能，同时切削加工性
能也很好。
（1）未经浸蚀的灰口铸铁
为了研究石墨的形状和分布，
一般均先观察未经腐蚀的样品。由
于片状石墨无反光能力，故试样未
经腐蚀即可看出灰黑色。石墨性脆，在磨制时容易脱落，在显微镜下表现为空洞。未经腐蚀的基体在显微
镜下呈现白亮色。
（2）铁素体基灰口铸铁
铸件结晶时共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段石墨化，然后
又在随炉缓慢冷却过程中使二次渗
碳体及共析渗碳体发生分解，即进
行中间和第二阶段石墨化，石墨化
的三个阶段在结晶时都得以充分进行。这样就可获得铁素体灰口铸铁。显微组织中长条粗大的为石墨片，
围绕石墨片的基体组织是匀质的铁
素体。
（3）珠光体基灰口铸铁
铸件结晶时共晶渗碳体发生分解，随后采用较快的冷却速度，第
二阶段石墨化由于温度低来不及进行，只进行第一阶段和中间阶段的
石墨化，最终获得珠光体基的灰口
铸铁。珠光体基灰口铸铁增加了铸
件的强度和耐磨性。显微组织中的
基体组织是珠光体，珠光体基体上
分布细小均匀的石墨。
（4）铁素体+珠光体基灰口铸铁
铁素体+珠光体基灰口铸铁结晶
时同铁素体灰口铸铁，第一阶段和
中间阶段石墨化都得以充分进行，
但第二阶段的石墨化只能部分进行。得到铁素体和珠光体基混合的基体。如图中显示，围绕石墨片是白色的
铁素体，石墨片和铁素体是连通的。其余黑色的部分为珠光体。
（5）变质灰口铸铁
灰口铸铁的孕育处理是为了提高灰口铸铁的强度、硬度，使石墨片细化，增加石墨结晶核心，得到的显微组织为细密珠光体基体上分布有细小的石墨片，提高了抗拉强度和硬度。孕育铸铁适用于较高强度，高耐磨性和气密性铸件。
3、麻口铸铁
麻口铸铁，是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰白相间的麻点状。麻口铸铁中的碳既以渗碳体形式存在，又以石墨状态存在，断口来杂着白亮的游离渗碳体和暗灰色的石墨。铸铁凝固时增大冷却速度不仅导致第二阶段渗碳体并且中间阶段甚至第一阶段石墨化也未能或未能充分进行，则会得到含有二次渗碳体甚至莱氏体的麻口铁。麻口铸铁脆性大性能不好，故极少应用。
4、球墨铸铁
球墨铸铁是近三十多年来发展
起来的一种优良的铸铁材料。球墨
铸铁是在浇铸前向灰口铸铁加入少
量球化剂获得球状石墨的铸铁。球
状石墨通常是孤立地分布在基体中。球状石墨对基体的分割作用较轻，
对应力集中的影响较小，能充分地
发挥基体的强度、韧性和塑性。其
整体的力学性能均高于灰口铸铁。（1）铁素体基球墨铸铁
铁素体球墨铸铁的基体中铁素
体体积含量在80%以上，具有较高的塑性。它由铸造加退火获得。退火
过程中基体中的渗碳体分解出石墨，自奥氏体中析出石墨，这些石墨集
聚于原球状石墨周围，基体全转换
为铁素体。显微组织图中可以清晰
地看到球状的石墨，围绕球状石墨
的基体组织为铁素体。
（2）珠光体基球墨铸铁
珠光体球墨铸铁中珠光体体积
含量在80%以上，具有较高的强度和疲劳强度，耐磨性比较好，并具有
一定的范性和韧性。它可通过铸造
加正火获得。正火的目的是将基体
组织转换为细的珠光体组织。通过
加热基体为铁素体及珠光体的球墨
铸铁，使原铁素体及珠光体转换为
奥氏体，并有部分球状石墨溶解于
奥氏体，经保温后空冷奥氏体转变
为细珠光体，因此铸件的强度提高。显微组织图以石墨和珠光体为背景，围绕球状石墨的是珠光体。
（3）铁素体+珠光体基球墨铸铁
铁素体＋珠光体球墨铸铁的结
晶先经历球状石墨的形成，接着围
绕着石墨球形成贫碳区，这时候奥
氏体形核并生长、兼并和粗化，球
化继续进行最后形成一圈封闭晕圈。这层闭晕圈为多晶态的铁素体，围
绕在球状石墨周围的黑色基体组织
为珠光体。
5展性铸铁
展性铸铁又叫可锻铸铁，是一
种强度韧性都较高的铸铁，它是由
白口铸铁经过石墨化退火后制成的。展性铸铁因石墨呈团絮状，团絮状
石墨对金属基体的破坏比片状石墨
的轻，而使塑性和韧性均优于灰口
铸铁，它由含碳和硅不高的白口铸
铁经石墨化退火而成。退火的目的
在于使铸件中得渗碳体发生分解、
形成团絮状石墨。采取不同的工艺
得到铁素体基展性铸铁或珠光体基
铸铁。
（1）铁素体基展性铸铁
在铸铁的冷却过程当中石墨从
奥氏体中直接析出，退火速度稍慢，便可得到铁素体基展性铸铁。铁素
体基展性铸铁石墨含量少，强度虽
不怎么高，但韧性和塑性比较好。
显微组织中可以看到团絮状石墨周
围围绕的是铁素体。
（2）珠光体基展性铸铁
在铸铁的冷却过程当中石墨从
奥氏体中直接析出，退火速度稍快，便可得到珠光体基展性铸铁。珠光
体基展性铸铁虽然在韧性和塑性方
面赶不上铁素体基展性铸铁，但是
它的强度和硬度比较高，耐磨性好。显微组织中团絮状石墨周围围绕的
是珠光体。
（3）铁素体+珠光体基展性铸铁
铁素体+珠光体基展性铸铁在晶
界过程中纯的珠光体灰口铸铁发生
铁素体分解，得到石墨片加渗碳片。显微组织中可以清晰地看到围绕团
絮状石墨周围的是铁素体，外围是
珠光体。
参考文献：
（1）宋维锡.金属学.冶金工业出
版社.2011年8月
（2）吴承建、陈国良、强文江.金
属材料学.冶金工业出版
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（3）孟利.材料科学基础实验指导书.北京科技大学材料科学与
工程学院.2009.9
实验四：碳钢和铸铁的平衡组织的观察 一、实验目的： 1．识别不同成分的碳钢和各种铸铁平衡组织的特征； 2．建立铁碳合金成分、组织和性能之间的变化规律； 3．应用杠杆定律估算钢中的含碳量。 二、实验说明： 根据铁碳合金状态图，铁碳合金随着含碳量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢；白口铸铁可分为亚共晶、共晶和过共晶白口铸铁。 1．铁碳合金在平衡状态下的基本组织特征： 铁碳合金在平衡状态下的基本组织为铁素体、渗碳体、珠光体和莱氏体。它们在金相显微镜下（使用3～4%硝酸酒精溶液的浸蚀后）其组织的特征为： (1) 铁素体（F）呈白点的，其分布呈块状（当钢中含碳量较少时）或呈网状（当钢中含碳量接近共析成分时），铁素体的硬度很低，一般为HB80～120。强度也较低，但塑性、韧性好。 (2) 渗碳体（Fe3C）呈亮白色（但苦味酸溶液浸蚀后呈暗色），其分布一般呈网状分布在珠光体的周围（过共析钢中为Fe3CⅡ）。或呈长条状分布在莱氏体中（过共晶白口铸铁中的Fe3CⅠ）。渗碳体的硬度很高。HB达800，是一种硬而脆的相，所以强度、塑性却较差。 (3) 珠光体（P）是铁素体和渗碳体的混合物，它在低倍显微镜下观察无法分辨，呈暗色；而在高倍显微镜下观察呈黑白相间的片状分布。 片状珠光体硬度为HB190～230，随着间距的变小硬度升高。 (4) 莱氏体（Ld）是一种共晶组织，它是在亮色渗碳体的基底上分布着暗黑色点状或条状的珠光体。 莱氏体和珠光体不同，前者是在渗碳体的基体上分布着珠光体，后者是在铁素体的基体上分布着渗碳体。莱氏体的硬度很高，达HB700，性脆。它一般在含碳量大于2.11%的白口铁中存在，在某些高碳合金钢的铸造组织中也会出现。 2．亚共析钢的含碳量的估算： 了解了这些组织的特性后，就可以结合现实合金状态图，根据不同含碳量的碳钢和铸铁分析其在室温下的平衡组织（见表4-1）。 亚共析钢的平衡组织为铁素体+珠光体。已知珠光体的平均含碳量为0.8%，由于铁素体中含碳量极少，可以忽略，因而根据杠杆定律，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。例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%
工程材料学实验（常用金属材料的显微组织观察） 何艳玲编写 机电工程学院材料系
常用金属材料的显微组织观察 一、实验目的 1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。 2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。 二、概述 1．几种常用合金钢的显微组织 合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。 1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体，如图1、2所示。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织，如图3所示。 图1 16Mn淬火组织图2 40Cr钢调质后的组织 图3 GCr15钢淬火低温回火后组织图4 W18Cr4V淬火三次回火后的组织
2)高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。 高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。 高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)(图4)。 3)不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9即18-8钢。它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织。这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体+(Cr，Fe)23C6。为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理。为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织，如图5所示。 但是1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低。目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力很强的元素Ti，Nb等。因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8Ni9Ti 等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。 200× 500× 图5 1Crl8Ni9钢固溶处理后的组织 2．几种常用有色金属的显微组织 1）铝合金应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类。依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。
铸铁的分类及特性 从铁碳相图中知道，含碳量大于 2.06%的铁碳合金称为铸铁 尽管铸铁强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造，但它具有优良的铸造性、减摩性、切削加工等一系列性能特点；另外其生产设备和工艺简单、价格低廉，因此得到了广泛的应用。 1.铸铁的分类 铸铁的常用分类方法有两种：一是按石墨化程度；二是按石墨结晶形态。 按石墨化程度可分为： ①灰口铸铁：即在第一和第二阶段石墨化过程中都得到了充分石墨化的铸铁，其断口呈暗灰色。 ②白口铸铁：即第一、二和三阶段的石墨化全部被抑制，完全按Fe—Fe s C相图进行结晶而得到的铸铁。 ③麻口铸铁：即在第一阶段的石墨化过程中便未得到充分石墨 化的铸 铁。 按石墨结晶形态分： ①灰口铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈片状结晶。 ②可锻铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈固絮状。 ③球墨铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈球状。 2.铸铁的编号基本性能及用途
(1)灰口铸铁：根据GB976 —67所规定的编号、牌号用“HT 表示灰口铸铁，后面两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。女口HT20 —40表示抗拉强度和抗弯强度最低值为200MN/m2 和 400MN/m2。 灰口铸铁具有优良的铸造性、切削加工性，优良的减摩性。 良好的消震性和缺口敏感性，故而灰口铸铁主要用于制造各种承受压力和要求消震性的床身、机架、复杂的箱体、壳体和经受磨擦的导轨、罐体等。 （2）可锻铸铁：按GB978 —67规定牌号以“ KT”和 “ KTZ ” 表示可锻铸铁，其中“ KT”表示铁素体可铸铸铁， “ KTZ ”表示珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字表示其最低抗拉强度和延伸率。 可锻铸铁的机械性能，特别是冲击韧性普遍较灰口铸铁高，但由于其成本高，故而应用不是很广泛，主要用于制造一些小型铸铁。 （3）球墨铸铁：按GB1348—78规定，球墨铸铁以“ QT” 表示，后面数字同可锻铸铁一样。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁的优点，如良好的减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性，甚至可与锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球墨铸铁还可适应各种热处理，使其机械性能提高到更高的水平。 球铁主要用来代替钢，如铁素体球墨铁可代替35、40#钢，珠 35CrMo、40CrMnMo 及20CrMnTi。 光体铸铁可代替
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 3. 了解平衡组织的转变规律并能应用杠杆定律。 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。 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（C n ） 白口铸铁 亚共晶白口铸铁 2.11 ?4.3 P+ C n +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 l ） 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 概述 Fe-Fe 3C 状态图与平衡组织的关系; 在实验条件下, A+Lc*Fe^C A*F C ^C B 9000- “匕 F+ F +FejC ■
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。 (A) SOTx (b) 300 x 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报告 一、实验目的 （1）观察和识别铁碳和金（碳素钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织特征; （2）了解铁碳合金成分（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、性能之间的关系； （3）熟悉金相显微镜的使用。 二、实验原理 状态图是研究铁碳合金组织与成分关系的重要工具，了解和掌握状态图，对于制定钢铁材料的各种加工工艺有着很重要的指导意义。 所谓平衡状态的显微组织是指合金在极缓慢的条件下冷却到室温所得到的组织。铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的缓慢冷却到室温得到的组织，它们是（特别是碳钢）工业上应用最广泛的金属材料，它们的性能与其显微组织有密切的关系。 三、使用的仪器设备 金相显微镜 四、实验方法、步骤 （1）实验前，阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备； （2）在老师的指导下调节好金相显微镜； （3）在金相显微镜下分别观察工业纯铁、20钢、45钢、65钢、T8钢、T12钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁等9种铁碳合金的平衡组织，识别钢和铁的组织形态的特征；根据相图分析各合金的形成过程；建立成 分，组织之间相互关系的概念； （4）画出所观察金相样品的显微组织示意图。 五、实验结果分析 （1）根据所观察并画出的金相样品的显微组织示意图，在图中标出组织，在图下标出：含碳量、组织、放大倍数、侵蚀剂。 样品名称：1.2%碳钢 状态：退火 显微组织：珠光体和网状渗碳体 放大倍数：500倍 侵蚀剂：3%硝酸酒精溶液 样品名称：共晶白口铁 状态：铸造 含碳量：4.3% 显微组织：莱氏体 放大倍数：400倍；侵蚀剂：3%酒精溶液 样品名称：工业纯铁 含碳量：C%小于0.02%
铸铁的显微组织分析 储万熠 冶金1302 实验材料及方法 一、实验目的 1.各种类型铸铁的纤维组织观测，并画出石墨的基本形貌。 2.学会如何辨别白扣铸铁，灰口铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁（展性铸铁，玛钢）， 麻口铸铁。 3.学会如何利用Fe-C和Fe-Fe3C相图理解铸铁的显微组织，包括石墨的形状，基体 显微组织的类型（Ferrite铁素体，珠光体，贝氏体等）。显微组织与性能之间的 关系。 4.独立撰写，提交实验报告，讨论部分必须包括以下主题：不同类型铸铁的显微组 织，以及如何得到这些显微组织；石墨化势，微量元素（Ce/Mg），变质处理，在 共析间隙的冷速，和石墨化退火对铸铁显微结构的影响。 二、实验设备与材料 1.光学显微镜 2. 三、分析讨论
墨，其基体组织为铁素体，灰口铸铁的化学成分主要是 内的基本相主要有两种，即铁素体和石墨。 从组织可以看出灰口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形式存在， 基体上加上片状石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）会得到灰铸铁。 体中许多小的裂纹。 体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多。但也有许多钢没有的优良性能：良好的切削加工性，良好的铸造性能，良好的减磨性，较低的缺口敏感性。 保留相当一部分莱氏体。 分主要是 的基本组织主要有三种，即珠光体、变态莱氏体和石墨。 亮的游离渗碳体和暗黑色的石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）或者只进行孕育处理会得到麻口铸铁。
片状的石墨，其基体组织为铁素体，变质灰口铸铁的化学成分主要是 等。灰口铸铁内的基本相主要有两种，即铁素体和石墨。 色。 全部以细小片状石墨形式存在， 当于钢基体上加上片状石墨。 较慢的冷却（相较于白口铸铁的获得）并加入孕育剂进行孕育处理会得到变质灰口铸铁。 体中许多小的裂纹。 体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多。但也有许多钢没有的优良性能：良好的切削加工性，良好的铸造性能，良好的减磨性，较低的缺口敏感性。 铸铁， 成的。 生分解，形成团絮状石墨。 体，富碳相为石墨，石墨为团絮状存在。 比片状石墨的轻，所以，可锻铸铁的强度和范性与灰口铸铁的相比有明显提高。 基体可锻铸铁虽然在范性、 铁素体可锻铸铁， 高，耐磨性好。
合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察 一、实验目的 1. 观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。 2. 了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。 二、观察下列合金试样的组织 编 号 钢号处理过程显微组织腐蚀剂 1 W18Cr4V 铸造屈氏体+莱氏体4%硝酸酒精 2 W18Cr4V 退火碳化物+索氏体∥ 3 W18Cr4V 1280℃油淬马氏体+初生碳化物+A，∥ 4 W18Cr4V 1280℃油淬560℃ 回火 回火马氏体+碳化物∥ 5 1Cr18Ni9Ti 1100℃固溶处理奥氏体（内有孪晶）王水 6 灰口铸铁（基P）铸造4%硝酸酒精P+片状石墨 7 可锻铸铁（F基）可锻化退火4%硝酸酒精F+团絮石墨 8 球墨铸铁（F+P 基） 铸造4%硝酸酒精牛眼睛 9 硅铝明（ZL102）铸造未变质0.5HF水溶液（Si +α）共晶1 硅铝明（ZL102）铸造变质0.5HF水溶液α+（Si+α） 1 1 单相黄铜（H70）冷加工退火 3%FeCl3+10%HCl 水溶液 单相α（孪晶） 1 2 两相黄铜（H63）铸造退火 3%FeCl3+10%HCl 水溶液 α+β′ 1 3 锡基巴比合金 ZChSnSb11—6 铸造4%硝酸酒精 α（黑基体）+ β′（方块） +Cu3Sn星状 三、实验内容讨论（一）合金钢
合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在的基本相有：合金铁素 体、合金奥氏体、合金碳化物（包括合金渗碳体、特殊碳化物）及金属间化 合物等。其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳 钢中的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不 同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。 1.高速钢 高速碳是高合金工具钢，具有良好的红硬性，即使工作温度达到600℃ 时，仍保持高的硬度和切削性能。经常用它来制造各种刀具。这里以典型的 W18Cr4V （简称18—4—1）钢为例加以分析研究。 W18Cr4V 的化学成分为：0.7~0.8%C ，17.5~19%W ，3.8~4.4%Cr ， 1.0~1.4%V ，﹤0.3%Mo 。由于钢中存在大量合金元素（大于20%），因此除 了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe 4W 2C 、 VC 等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。 A.高速钢的铸态组织：按组织特点分类，高速钢属莱氏体钢，在一般铸造 条件下存在以具有鱼骨状碳化物为特征的共晶莱氏体组织。图1所示为 W18Cr4V 钢的铸态组织。在显微镜下观察时，除共晶莱氏体外还有部分呈 暗黑色的δ共析体组织和少量马氏体（呈亮白色部分）。 B.高速钢的退火组织：高速钢铸态组织极不均匀，特别是共晶组织中粗大 碳化物的存在，使钢的性能显著降低，因此，高速钢铸造后必须经过锻造、 退火，以改善碳化物的分布状况。图2所示为W18Cr4V 钢经锻造及退火后 的显微组织，组织中呈亮白色较大块状为一次碳化物，较细小块状为二次碳化物，基体组织是索氏体。 C.高速钢淬火组织：高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及 回火后才能获得。W18Cr4V 钢通常采用较高的淬火温度（1270~1280℃） ， 图1 W18Cr4V 钢铸造状态的 显微组织（800X ） 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液 图2W18Cr4V 钢经锻造及退火后 的显微组织（500X ） 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
铸铁 牌 号 （白心）可锻铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：(白心)可锻铸铁 牌号：KTB450-07
标准：GB 9440-88 ●特性及适用范围： 坯料在氧化性介质中进行脱碳退火，焊接性较好，只适宜铸造壁厚在15mm以下的铸件。国内应用较少，国外有用作水暖管件的 ●化学成份：wC=2.2%～2.8%,wSi=1.0%～1.8%,wMn=0.3%～0.8%,wS≤0.2%,wP≤0.1%. ●力学性能： （1）抗拉强度σb (MPa) 当试棒直径：d=9mm时，≥400；d=12mm时，≥450；d=15mm时，≥480 （2）条件屈服强度σ0.2 (MPa） 当试棒直径：d=9mm时，≥230；d=12mm时，≥260；d=15mm时，≥280 （3）伸长率δ (％) 当试棒直径：d=9mm时，≥10；d=12mm时，≥7；d=15mm时，≥4 （4）硬度：≤220HB （5）试样尺寸，试棒直径：d=9mm；d=12mm；d=15mm ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定） 金相组织：小断面尺寸：铁素体。大断面尺寸：表面区域－－铁素体；中间区域－－珠光体＋铁素体＋退火碳；心部区域－－珠光体＋退火碳 中日美部分不锈钢化学成分对比表 '); //-->
球墨铸铁性能及相关数据 '); //--> 材料名称：球墨铸铁 牌号：QT600-3 标准：GB 1348-88 ●特性及适用范围： 为珠光体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。能通过各种热处理改变其性能。主要用于各种动力机械曲轴、凸轮轴、连接轴、连杆、齿轮、离合器片、液压缸体等零部件 ●化学成份： 碳 C ：3.56～3.85 硅 Si：1.83～2.56 锰 Mn：0.49～0.70 硫 S ：0.016～0.045 磷 P ：0.035～0.058 镁 Mg：0.041～0.067 注：RxOy:0.033～0.049 ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥600 条件屈服强度σ0.2 (MPa)：≥370 伸长率δ (％)：≥3 硬度：190～270HB ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：（由供方定，以下为某试样的热处理规范，供参考） 930℃，2h正火空冷， 600℃，2h，回火空冷 金相组织：珠光体＋铁素体
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。
常用球墨铸铁的性能和特点 ①灰口铸铁。灰口铸铁的组织由石墨和基体两部分组成。基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，相当于钢的组织。因此铸铁的组织可以看成是钢基体上分布着石墨。 灰口铸铁包括普通灰FI铸铁和孕育铸铁两种。灰口铸铁价格便宜、应用最广泛，在各类铸铁的总产量中，灰口铸铁占 80.o％以上。影响灰口铸铁组织和性能的因素主要是化学成分和冷却速度。灰口铸铁中的碳、硅含量一般控制在碳 2.5％～ 4.0％，硅 1.0％～ 3.0％。 ②球墨铸铁管。球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合机械洼能接近于钢，因铸造性能很好、成本低廉、生产方便，在工业中得到了广泛的应用。 球墨铸铁的成分要求比较严格，与灰口铸铁相比，它的含碳量较高，通常在 4.5％～ 4.7％范围内变动，以利于石墨球化。 球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰口铸铁，而与钢相当。因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁比铸钢还节省材料，而且重量更轻。不同基体的球墨铸铁，性能差别很大，球墨铸铁具有较好的疲劳强度，实验表明，球墨铸铁的扭转疲劳强度甚至超过459钢。
在实际应用中，大多数承受动载的零件是带孔或带台肩的，囡此用邀墨铸铁来岱益钢制造某些重要零件，如曲轴、连杆和凸轮轴等。 ③焉基铸铁。蠕墨铸铁是近十几年来发展起来的一种新型高强铸铁材料。它的强度接近于球墨铸铁，并具有一定的韧性和较高的耐磨性；同时又有灰口铸铁良好的铸造性能和导热性。蠕墨铸铁是在一定成分的铁水中加入适量的蠕化剂经处理而炼成的。蠕化剂目前主要采用镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。蠕墨铸铁在生产中主要用于生产汽缸盖、汽缸套、钢锭模和液压阀等铸件。 ④可锻铸铁。可锻铸铁是由白口铸铁通过退火处理得到的一种高强铸铁。它有较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。按退火方法不同，这种铸铁有黑心和自心两种类型。黑心可锻铸铁依靠石墨化退火来获得；白心可锻铸铁利用氧化脱碳退火来制取。 可锻铸铁常用来制造形状复杂、承受冲击和振动荷载的零件，如管接头和低压阀门等。这些零件用铸钢生产时，因铸造性能不好，工艺上困难较大，而用灰口铸铁时，又存在性能不能满足要求的问题。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有成本低、质量稳定、工 艺处理简单等优点。尤其对于薄壁件，球墨铸铁还容易生成白口，需要进行高温退火，这时采用可锻铸铁更为适宜。 ⑤耐磨铸铁。在铸铁中加入某些合金元素而得到。耐磨铸铁是在磨粒磨损条件下工作的铸铁，应具有高而均匀的硬度。白口铸铁就属这类耐磨铸铁。但白口铸铁脆性较大，不能承受冲击荷载，因此在生产上常采用激冷的办法来获得耐磨铸铁。 ⑥耐热铸铁。耐热铸铁是在高温下工作的铸件，如炉底板、换热器、坩埚、热处理炉内的运输链条等。在灰口铸铁中加入铝、硅和镉等元素，一方面在铸件表面形成致密的氧化膜，阻碍继续氧化；另一方面提高铸铁的临界温度，使基体变为单相铁素体，不发生石墨化过程，因此铸铁的耐热性得到改善。
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。 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。
各种元素对铸铁组织性能的影响 1.C 碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。提高含C量可以减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。但是含C量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。 2.Si 硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围
内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。Si是Fe-C 合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。Si提高共析转变温度，且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。 HT中C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。但是降低碳当量会导致铸造性能降低、铸件断面敏感性增加，硬度上升加工困难等问题。 3.Mn 锰是铸铁的常存五元素之一，除少量固溶于铁素体以外，大部分溶入共析碳化物和渗碳体中，以复合碳化物的形态存在，加强了碳化物的形成，因此是阻碍石墨化的元素，故增加锰量会增大基体组织中的珠光体数量。在灰铸铁中，锰的质量分数控制在0.5%-1.4%的范围内，主要作用有二，一是中和硫的有害作用，生成MnS及（F e、Mn）S 化合物，以颗粒状分布于机体中。这些化合物的熔点在1600℃以上，不仅无阻碍石墨化的作用，而且还可以作为石墨化非自发性晶核。二是稳定和细化珠光体，在此含量范围内，随锰含量的增加，铸铁的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低。 在QT中Mn的作用是形成碳化物和珠光体。对于厚大断面的QT件来
铸铁材料的显微组织及分析 铸铁为含碳量在2%以上的铁碳合金，俗称生铁。工业用铸铁一般含碳量为2%～4%。由于碳在铁中固溶量有限，且渗碳体不稳定，适当条件下即会分解为铁和碳单质即石墨，因此在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁材料没有严格的分类，可按铸铁的使用性能、断口特征或成份特征进行分类。较为方便和常用的则是将铸铁分为七大类（见下表）。 铸铁的组织视化学成分和冷却速度而异，当铸铁凝固的冷却速度足够大时，得到白口铸铁组织，随冷却速度减小，铸铁组织依次改变为麻口铸铁、珠光体灰口铸铁、珠光体铁素体灰口铸铁和铁素体灰口铸铁；球墨铸铁是在浇铸前向灰口铸铁加入少量球化剂获得球状石墨的铸铁。球墨铸铁具备优于灰铁的强度、范性和韧性；可锻铸铁又叫可锻铸铁，由白口铸铁经过石墨化退火后制成，是一种强度韧性都较高的铸铁。
以下对生产中应用较多的铸铁成分、显微组织及其性能进行分析。 1、灰口铸铁 灰口铸铁应用最广泛，占铸铁总产量的80%以上。其中碳全部或部分以自由碳-片状石墨形式存在，因此断口呈现灰色。其显微组织根据石墨化程度的不同分为铁素体、珠光体、铁素体+珠光体灰口铸铁。而所有灰口铸铁组织的共同特征是，在这些铸铁的组织总有一个相当于钢的组织的金属基体，在这基体上分布着片状石墨。 由于石墨片对钢基体产生割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰口铸铁不能承受加工变形，但是却具有优良的铸造性能，同时切削加工性能也很好。 灰铸铁的化学成分范围一般为：w（C）=2.7%～3.6%，w（Si）=1.0%～2.5%，w（Mn）=0.5%～1.3%，w（P）≤0.3%，w（S）≤0.15%。 （1）未经浸蚀的灰口铸铁 为了研究石墨的形状和分布，一般均先观察未经腐蚀的样品。由于片状石墨无反光能力，故试样未经腐蚀即可看出灰黑色。石墨性脆，在磨制时容易脱落，在显微镜下表现为空洞。 未经腐蚀的基体在显微镜下呈现白亮色，黑色条状物即为石墨。
铁碳合金平衡组织观察与 分析 材料工程1601 实验者：王XX 学号：1703XXXXX
一实验目的 1、区别和研究铁碳合金（碳钢和白口铸铁）在平衡状态下的显微组织； 2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二概述 铁碳合金的显微组织是研究钢铁材料性能的基础。铁碳合金平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下(如退火状态)所得到的组织，其相变过程均按Fe—Fe3C相图进行，所以我们可以根据该相图来分析铁碳合金的平衡组织。 图3-1 Fe-Fe3C相图 如图3—1所示，所有碳钢和白口铸铁在室温下的组织均由铁素体（F）和渗碳体（FeC）这两个基本相所组成。只是因含碳量不同，铁素体和渗碳体的相对数量、析出条件以及分布情况各有所不同，因而呈各种不同的组织形态，见表4—1。 碳钢和白口铸铁在金相显微镜下具有下面几种基本组织：
表4—1 各种铁碳合金在室温下的显微组织 及良好的塑性，硬度较低。用3—4％硝酸酒精熔液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮色的多边形晶粒：亚共析钢中，铁素体呈块状分析；当含碳量接近于共析成分时，铁素体则呈断续的网状分布于珠光体周围。 （2）渗碳体（FeC）是铁与碳形成的一种化合物，其含碳量为6．67％。当用3～4％硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳
体呈黑色而铁素体仍为白色。由此可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，渗碳体呈观不同的形态：一次渗碳体(初生相)直接由液体中析出，在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体(次生相)从奥氏体巾析出，呈网络状沿奥氏体晶界分布，经球化退火，渗碳体呈颗粒状。 （3）珠光休（P）是铁素体和渗碳体的机械混合物，浸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休与渗碳体交替排列形成的层片状组织，经硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下，可以看到具存不同特征的层片状组织。在高倍放大时（照片4—1），能清楚地看到珠光体中平行相间的宽条铁素休和细条渗碳体。当放大倍数低时（照片4—2），由于显微镜的鉴别能力小于渗碳体片厚度，这时就只能看到一条黑线，它实际上就表示渗碳体。当组织较细而放大倍数更低时，珠光体片层就不能分辨，而呈黑色。 2）球状珠光体球状珠光休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，其边界呈暗黑色，如照片4—3。 上述各类组织组成物的机械性能见表4—2。 （4）莱氏体（L）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物。它是由含碳量为4.3％的液态共晶白口铸铁在1147℃共晶反应所形成的共晶体（奥氏体和共晶渗碳体）其中奥氏体在继续冷却时析出二次渗碳体，在723℃以下分解为珠光体。因此，莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。 表4—2 各类组织组成物的机械性能
( 实验报告) 姓名：____________________ 单位：____________________ 日期：____________________ 编号：YB-BH-053836 铸铁组织的显微观察实验报告An experimental report on Microstructure of cast iron
铸铁组织的显微观察实验报告范文 兰州理工大学学生实验报告 学院实验室课程名称实验类型实验名称学生姓名学生学号实验日期指导教师 材料科学与工程学院实验中心金属学与热处理验证性合金钢、铸铁、有色金属的 显微组织观察 魏玉鹏 合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察 实验报告 一、实验目的 二、使用的设备仪器 三、实验方法、步骤 四、画出下列材料的显微组织示意图，并用箭头标明示意图中所示组织的名称 1 材料名称：W18C
r4V处理状态：铸造组织：腐蚀剂：放大倍数：材料名称：灰口铸铁处理状态：铸造组织：腐蚀剂：放大倍数： 材料名称：W18Cr4V 处理状态：淬火+高温回火 组织：腐蚀剂：放大倍数： 材料名称：球墨铸铁处理状态：铸造 组织：腐蚀剂：放大倍数： 2 材料名称：ZL102（未变质）材料名称：ZL102（变质）处理状态：处理状态： 组织：组织：腐蚀剂：腐蚀剂：放大倍数：放大倍数： 五、实验结果讨论 1. 根据显微组织观察，试分析高速钢性能和热处理特点，说明为什么？ 2.将以上灰口铸铁的组织与性能同球墨铸铁进行比较，说明为什么？ 3.试分析变质处理对硅铝明合金的作用。 4. 简述巴氏合金组织与性能的特点。 ：常用金属材料显微组织观察实验报告 一、实验目的 1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。 2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。 二、金属材料的显微组织观察及分析 1．几种常用合金钢的显微组织 合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为
碳钢及铸铁平衡组织地观察与分析实验报告 学院：专业：班级： 姓名学号实验组 3 实验时间指导教师成绩 实验项目名称碳钢及铸铁平衡组织地观察与分析 实 验目地（一）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地能力. （二）掌握碳钢和白口铸铁地显微组织特征. 实 验要求1、学生对试样均需逐个观察 2、分析并用铅笔绘出组织示意图. 实验 原理 图4-1 铁碳相图 铁碳合金相图是研究碳钢组织.确定其热加工工艺地重要依据.按组织标注地铁碳相图见图4-1.铁碳合金在室温地平衡组织均由铁素体（F）及渗碳体（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）及δ固溶体相. 利用图4-1分析铁碳合金地组织时,需了解相图中各相地本质及其形成过程,明确图中各线地意义,三条水平线上地反应及反应产物地本质和形态,并能作出不同合金地冷却曲线,从而得知其凝固过程中组织地变化及最后地室温组织. 根据含碳量不同,铁碳合金可分为工业纯铁.钢及白口铸铁三大类.
（一）工业纯铁：碳地质量分数小于0.0218%地铁碳水化合物合金称为工业纯铁. （二）钢：碳地质量分数W C在（0.0218~2.11）%之间地铁碳合金称为碳钢. 1.共析钢W C＝0.77%,在727℃以上地组织为奥氏体,冷至727℃时发生共析反应： 2.亚共析钢成分为0.0218% 组织：铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成的。 铸铁的基体组织：珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。 铸铁名称与铸铁显微组织： 1.灰口铸铁F+G片，F+P+G片，P+G片 2.球墨铸铁F+G球，F+P+G球，P+G 3.蠕墨铸铁F+G蠕虫，F+P+G蠕虫 4.可锻铸铁F+G团絮，P+G团絮 由于铸铁中的碳主要是以石墨的形态存在，所以铸铁的组织是由金属基体和石墨所组成的。铸铁的金属基体可以是铁素体、珠光体或铁素体加珠光体，经热处理后还可以是马氏体或贝氏体等组织，它们相当于钢的组织，因此可以把铸铁理解为在钢的组织基体上分布有不同形状、大小、数量的石墨。铸铁中石墨的形态可分为6种：片状、蟹状、开花状、蠕虫状、团絮状和球状，如下图所示。 普通灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成的。根据不同阶段石墨化程度的不同金属基体可分为铁素体，铁素体＋珠光体和珠光体三种，相应地便有三种不同基体组织的灰铸铁，它们的显微组织如下图所示。 8.2.1 灰铸铁的成分、组织与性能特点 1．灰铸铁的化学成分 ?化学成分范围一般为：w C=2.7%~3.6%，w Si=1.0%~2.5%，w Mn=0.5%~1.3%， w P≤0.3%，w S≤0.15%。 2．灰铸铁的组织 三种不同基体组织的灰铸铁： （1）铁素体灰铸铁 （2）珠光体灰铸铁 （3）珠光体+铁素体灰铸铁 3．灰铸铁的性能特点 （1）力学性能 ?铸铁的强度、塑性与韧性低。 ?灰铸铁的抗压强度σbc、硬度与耐磨性接近钢（主要取决于基体，石 墨的存在对其影响不大）。 （2）其它性能 ?铸造性能良好熔点低，流动性好，收缩率小。 ?减摩性好摩擦系数小。 ?减振性强 ?切削加工性良好 ?缺口敏感性小 8.2.2 灰铸铁的孕育处理 ?孕育处理：向出炉的铁水中加入孕育剂。 ?人工形核：细化晶粒工艺。 ?孕育剂：含硅75%的硅铁。 8.2.3 灰铸铁的牌号和应用 1．灰铸铁的牌号 ?HT100、HT150、HT200等 2．灰铸铁的应用 ?形状复杂，静载荷，减摩的床身、箱体、座架类零件。 8.2.4 灰铸铁的热处理 ?可以进行消除内应力退火、改善切削加工性退火、表面淬火等热处理工艺 改善工艺性能和使用性能。铸铁组织
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