低碳贝氏体钢的组织性能研究分析
摘要
本文通过光学显微镜观察了Q550D与SM570-H的光学显微金相组织，通过扫描电镜观察其微观组织并利用能谱分析其夹杂物的成分。得到了两种钢的组织精细结构以及非金属夹杂物的形貌及成分，分析了这些夹杂物对低碳贝氏体钢性能的影响。
通过在显微镜下观察到Q550D组织为板条状的上贝氏体组织，在大致平行的铁素体板条中镶嵌着很多细小的不易辨认的渗碳体。而SM570-D的组织属于粒状贝氏体组织，在板条状的铁素体基体上弥散分布着由残余奥氏体和马氏体组成的小岛（也称M/A 岛），从微观组织上观察，SM570-H的组织比Q550D更为细小。
通过扫描电镜图，可以观察到在两种钢中都含有非金属夹杂物，这些非金属夹杂物大多都分布在奥氏体晶界处，主要是一些复杂的钙铝酸盐和硫化物，其导致组织的不均匀，从而使得钢的性能出现不均匀，除了钙铝酸盐和硫化物之外，组织中也有一些细小的颗粒，这些颗粒主要是合金元素通过过饱和固溶体的时效处理而沉淀出来，从而提高钢的强度。钢中其它的一些微量元素如钛、铝等，这些元素的第二相弥散分布在铁基体中，形成弥散强化。
低碳贝氏体钢的性能还与轧制工艺有着密切的关系，特别是控制终轧温度能够明显改善低碳贝氏体钢的组织，一般把低碳贝氏体钢的终轧温度降低到1000℃左右能够明显提高低碳贝氏体钢的强韧性。
研究发现低碳贝氏体钢由于贝氏体组织结构精细，分布均匀，且碳当量小，因而贝氏体钢具有良好强韧性和焊接性能。
关键词：贝氏体组织, 金相组织,贝氏体转变,非金属夹杂
Research on the Microstructure Property of Low-carbon Bainite Steel
Abstract
The microstructure of Q550-D and SM570-H were studied by optical microscope and electron microscope in this paper, and the compositions was analyzed by energy spectrum. The microstructures of the two steels and the compositions of nonmetallic inclusions were obtained, also the effections of nonmetallic inclusions for the steels’ property was analyzed.
Through observation by microscopy we can get that there are parallel bainite-ferrite strip distributed in microstructure of Q550-D. And more fine cementites are inlayed in the bainite-ferrite strip, It’s uneasy to identify. It belongs to upper bainite. the microstructure of SM570-H belongs to granular bainite, the sand island consisted of retained austenite and martensite distributed in the lath-like ferrites,observing in the microstructure, The microstructure of SM570-H is finer than Q550D.
We can observed there were more nonmetallic inclusions in the Bainitic steels, and these nonmetallic inclusions always distributed in austenite grain boundary and always some calcium-aluminate and sulfides. These nonmetallic inclusions can decrease the strength of steels because of uneven microstructure. besides the calcium-aluminate, there were some partical of alloys in the microstructure, these micro alloying elements can improve the s trength of alloys because of solid solution strengthening and dispersion strengthening., such as Ti, Al. the second phase of these elements distributed in the lath-like ferrites.
The property of low-carbon Bainitie steel is in association with Rolling Technology Parameters.especially in the finishing temperature. The property is more superior If the finishing temperature is controlled about 1000℃.
The microstructure of the low-carbon Bainite steel is very fine, and well-distributed, and carbon equivalent is lower, so low-carbon Bainite steels have excellent strength and toughness and good welding properties.
Key Words：Bainitie microstructure，metallographic structure
Bainite transformation，nonmetallic inclusions
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
引言 (1)
1文献综述 (3)
1.1国内外低碳贝氏体钢的研究现状 (3)
1.1.1国外低碳贝氏体钢的研究现状 (3)
1.1.2国内低碳贝氏体钢的研究现状 (4)
1.2低碳贝氏体钢的发展前景 (6)
1.2.1市场需求前景 (6)
1.2.2低碳贝氏体钢的品种发展方向 (7)
1.2.3低碳贝氏体钢的研发方向 (7)
2研究贝氏体组织的意义与分类 (8)
2.1贝氏体组织的定义 (8)
2.2 研究贝氏体组织的意义 (9)
2.3贝氏体组织的分类 (11)
2.3.1上贝氏体 (11)
2.3.2 下贝氏体 (12)
2.3.3粒状贝氏体 (13)
2.4 低碳贝氏体钢的强化机制 (14)
2.4.1 细晶强化 (14)
2.4.2 析出强化 (15)
2.4.3 固溶强化 (15)
2.4.4 位错和亚晶强化 (16)
2.4.5 相变强化 (16)
2.5 钢中各种元素的作用 (17)
2.5.1 C含量的控制范围 (17)
2.5.2 B在低碳贝氏体钢中的作用 (17)
2.5.3 Mn在低碳贝氏体钢中的作用 (17)
2.5.4 Cu在低碳贝氏体钢中的作用 (18)
2.5.5 Nb、Ti在低碳贝氏体钢中的作用 (18)
2.6 低碳贝氏体钢的控制轧制 (19)
2.6.1 控制轧制的概念 (19)
2.6.2 低碳贝氏体钢终轧温度的控制 (20)
2.6.3 轧后控冷对组织的影响 (20)
2.6.4 加热温度对控轧效果的影响 (21)
3 研究内容与方案 (21)
3.1 研究内容 (21)
3.2 试验内容及研究步骤 (22)
3.2.1试验设备 (22)
3.2.2取样说明 (22)
3.2.3实验步骤 (22)
3.3 金相组织分析 (24)
3.4 非夹杂物形貌分析 (29)
3.5贝氏体中的碳化物 (33)
结论： (33)
参考文献 (34)
附录A (37)
附录B原文 (38)
附录C译文 (43)
致谢 (51)
引言
材料是现代文明的支柱，人类文明的每一个脚印都与材料科学的进步密不可分。随着现代工业的发展，对材料性能的要求也越来越高。现代材料的研究有两个大的趋势：①不断开发新技术、新工艺、新设备，以研制各种具有特殊性能要求或优异性能的新型材料；②对传统材料(如钢铁材料)采用先进的工艺，以期大幅度提高其使用性能，有效合理地利用资源。钢铁材料作为传统的结构材料，是创造现代文明的基础材料，足够数量的优质钢铁是各国实现工业化的必要条件，因而，开发新一代钢铁材料己经引起了世界各国的高度重视，研究新一代钢铁材料己是当今国际上科技发展的重要方向之一。
低碳贝氏体钢是近20年来发展起来的具有高强度、高韧性、优良的焊接性能的新钢系，被誉为21世纪环保绿色钢种，目前己成为与传统的铁素体－珠光体钢、马氏体淬火回火钢并列的一大新钢种。
我国海洋权利不断遭到周边国家的骚扰，特别是南海海域的领海纠纷问题，为了更好的保护我国的海洋主权，建造大型航空母舰是迫在眉睫的，而建造大型航母除了需要强大的经济实力外，对材料的性能也有极高的要求，而低碳贝氏体钢是建造航母最好的材料选择，我国的邯钢，宝钢，首钢在研制生产宽厚板方面已经具备了制造大型船体的能力。
现代社会随着人类的自然社会的破坏，使得自然灾害越来越多，比如2008年发生在中国四川汶川的5.12大地震，以及沿海城市的台风，这就对未来的建筑用钢了更高的要求，要求材料的性能更加的优良，具有一定的抗震能力。
综上所述，低碳贝氏体钢在现代工程建筑，军事，桥梁，船体等方面的应用越来越多，而且性能的要求也越来越高，所以开发更高性能的低碳贝氏体钢是现代材料界的新的方向。然而材料的性能是由其内部组织决定的，只有更详细的了解低碳贝氏体的组织特征之后，才能更好的提高低碳贝氏体钢的性能。
本课题来自实验室自拟，材料来自国内某钢厂生产的Q550D和SM570-H。
Q550D是钢的屈服强度大约在550MPa左右，SM570-H是其钢的抗拉强度大约在
570MPa左右。两种钢均是低碳贝氏体钢。
1文献综述
1.1国内外低碳贝氏体钢的研究现状
1.1.1国外低碳贝氏体钢的研究现状
低碳贝氏体钢是一类高强度、高韧性、焊接性能优良的新一代钢种，是化学冶金及物理冶金最新研究成果相结合的产物。由于低碳贝氏体钢具有高强度，良好的韧性，使得低碳贝氏体钢在造船业和石油天然气输送管线中得到较快发展。作为船体和石油天然气管线用钢，显示出该钢种高的强度和优异的低温韧性，以及很高的社会经济效益，从而引起世界各国研究者和钢铁工业界的重视。
20世纪50年代，英国人P.B.pickering[1]发明了Mo-B系空冷贝氏体钢。Mo与B的结合可以使钢在相当宽的连续冷却范围内获得贝氏体组织[1]。但是由于生产成本较高，因此该钢种的发展受到一定的限制。
日本东京钢公司研制了低碳含V贝氏体非调质钢[2]，该钢锻后空冷得到以贝氏体为主及少量铁素体和珠光体的显微组织，其抗拉强度达到800～1000MPa，室温冲击韧性为50J/cm2，而-40℃冲击韧性仍高达40J/cm2。日本新日铁公司在贝氏体非调质钢的研发中多添加微合金化元素，这类钢在很宽的冷却范围内都可以获得贝氏体组织，并可获得更好的低温性能，适合于强度高、韧性好的汽车行走系部件。
F.G.Caballelo等[3]在设计高强度贝氏体钢的研究中，设计了Fe-0.2C-2Si-3Mn和Fe-0.4C-2Si-4Ni两种钢成分。研究发现，Fe-0.2C-2Si-3Mn贝氏体钢表现出良好的断裂韧性，强度可以达到1375～1440Mpa，其断裂韧性稍低，但仍然要高于高强度马氏体钢[4]。这两种钢均需回火处理。美国联邦铁路管理局与Tuskegee大学联合开发的低碳贝氏体钢轨钢[5]，其极限强度、屈服强度、延伸率分别为1500MPa、1100MPa和13%，比相同条件下的珠光体钢性能要高，且具有良好的断裂韧性，其值是相同条件下珠光体钢断裂韧性的1.5倍。
低碳微合金化控轧控冷贝氏体钢研制成功后，受到工程界的注意。逐步得以推广应用。在此基础上发展了超低碳的控轧控冷贝氏体钢（ULCB钢，含碳量小于0.05%）。McEvily于1967年研制出采用Mn、Mo、Ni、Nb合金化的ULCB钢，经
热机械控制（TMCP）处理后，屈服强度达到700MPa，且具有良好的低温韧性和焊接性能，日本钢铁公司研制了X70和X80超低碳控轧贝氏体钢，其屈服强度高于500MPa，脆性转变温度（FATT）小于-80℃，它既可以作为低温管线钢，也可作为舰艇系列用钢。DeArDo[6]开发出ULCB-100型超低碳贝氏体中厚钢板（含碳量低于0.03%），通过控轧控冷处理和高度合金化实现细晶强化、弥散强化与位错强化的综合作用。该钢种以80%累计变形量进行精轧并随后空冷，其屈服强度可高达700MPa，且FATT可提高到-50℃。巴西学者[7·8]通过模拟高强度低合金贝氏体钢的控轧控冷工艺过程，研究了控轧控冷工艺参数对其微观组织和力学性能的影响，发现轧制后冷却速率与终轧温度是主要的控制工艺参数。波兰学者[9]研究了在热轧、淬火及回火加工条件下超低碳贝氏体钢的微观组织与力学性能，研究表明，可以获得屈服强度大于650MPa、低温冲击性能为200J（213K）的应用于造船、海洋石油钻采平台、压力容器及高性能结构部件的超低碳贝氏体钢板。
近代工业发展对热轧非调质钢板的性能要求越来越高，除了具有高强度外，还要具有良好的韧性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上许多国家都利用（超）低碳的控轧控冷贝氏体钢生产高寒地区使用的输油、输气管道用钢板、低碳含铌的低合金高强度钢板、高韧性钢板，以及造船板、桥梁钢板、压力容器钢板及工程机械用钢板等。
1.1.2国内低碳贝氏体钢的研究现状
我国低碳贝氏体钢的控轧控冷研究与应用相对较晚，目前我国鞍钢、武钢、舞钢、济钢和宝钢等企业均生产过不同级别的低碳贝氏体钢板。
武钢在1999年开始试制板厚为12mm-30mm，抗拉强度为590Mpa，685Mpa级别的低碳贝氏体结构钢，济钢开发了一种新型的贝氏体高强钢（C2Si2Mn2Cr系），其特点是不加入昂贵的N、Mo、B。宝钢生产了620MPa，690MPa，780MPa等三个级别的钢板[12]。采用奥氏体再结晶，未再结晶，奥氏体与铁素体两相区三段控轧工艺并配合压下率，舞钢试制成功了低碳贝氏体钢WDB620，DB690及WH70[13].
清华大学方鸿生等[10]在研究中发现，Mn在一定含量时，可使过冷奥氏体等温转变曲线上存在明显的上、下C曲线分离。发明了Mn-B系空冷贝氏体钢。他突破
了空冷贝氏体钢必须加入Mo、W的传统设计思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn-B系列贝氏体钢。
西北工业大学康沫狂等[11]通过多年的研究提出了由贝氏体和残余奥氏体组成的准（非典型或无碳化物）贝氏体，并成功研制了系列准贝氏体钢。与一般结构钢相比，新型准贝氏体钢具体更好的强韧性配合，其力学性能超过了典型贝氏体钢、调质钢和超高强度钢。
山东工业大学李风照等[12]根据贝氏体相变原理，通过合理控制成分和优化冷却制度，并运用细晶强化、弥散强化等主要强韧化机制及其迭加效应，采用微合金变质处理，开发了隐晶或细针状贝氏体的高品质贝氏体或高级贝氏体体钢。此外北京科技大学的贺信莱，杨善武，王学敏等[13]人在低碳贝氏体钢的理论与实际应用方面也有着很好的业绩。
我国低碳贝氏体钢的控轧控冷研究和应用相对较晚，在20世纪80年代初才开始这方面的工作。武钢[14，15]于1999年开始试制板厚12～30mm，抗拉强度达到590MPa、685MPa级别的低（超低）碳贝氏体结构板，产品采用铁水预脱硫、RH 真空处理工艺降低C含量，增添Mo-B-V-Nb等合金元素，且需热处理。济钢[16]研制开发了一种新型的贝氏体高强钢（C-Si-Mn-Cr系），其特点是钢中不加入昂贵的Ni、Mo、B等元素，而用少量普通元素V、Mn、Cr合金化，以低廉的合金成本代价就能使钢板TMCP处理后空冷自硬，从而节约大量热处理费用，降低了生产成本和生产难度。攀枝花钢铁公司与清华大学、二汽合作开发的贝氏体微合金非调质钢12Mn2VB代替45调质钢制造汽车前轴，效果良好。
宝钢[17]研究了Mn-Mo-Nb-B系超低碳贝氏体钢的钢坯加热、控制轧制、控制冷却、时效处理诸因素与钢力学性能的关系，生产了620MPa、690MPa等两个级别的钢板。鞍钢[18]采用控轧控冷工艺试制了HQ590DB低碳贝氏体钢板。其终轧温度为800～850℃，控制终冷温度为590～630℃，获得铁素体和板条状贝氏体组织，钢板抗拉强度达650～690MPa，屈服强度达490～590MPa，延伸率为20%，并具有良好的成形性能。
采用奥氏体再结晶、未再结晶、奥氏体与铁素体两相区三段控制工艺并配合相
应的压下率，舞钢试制成功了低碳贝氏体钢WDB620、DB690及WH70[19]。
实践证明，采用合金化与控轧控冷工艺技术是生产强度高、韧性好、可焊性优良且成本低的贝氏体钢板的最好方法。国内对低碳贝氏体钢的研发大部分停留在试验研究阶段，只有个别厂家成功生产出低碳贝氏体钢。
1.2低碳贝氏体钢的发展前景
1.2.1市场需求前景
高强度低碳贝氏体钢被国际上公认为21世纪钢种，国外在20世纪80年代才开始进行研制。与普通低合金钢相比，该钢种由于碳含量下降，在保证高强度的条件下，仍能保持很高的韧性，并在恶劣环境下能满足焊接性能，其应用范围广泛，可用于石油管线、舰船、大型结构件及海洋设施等方面。
近些年，在机械、汽车等行业，非调质钢替代传统的调质钢已经获得了广泛的应用。制造大型贮罐及运输船都采用非调质处理钢和微合金化中厚板钢。汽车工业发达的日本，其非调质钢发展最为活跃，川崎制铁开发出具有耐大气腐蚀性的非调质低碳贝氏体型中厚钢板。
空冷贝氏体钢属于非调质钢中的一类。在生产中可将热加工成型工序与热淬火工序合并，空冷自硬，省去了淬火工序，不仅节约了能源，简化了工艺，提高了生产效率，而且可以避免由于淬火引起的变形、开裂及氧化、脱碳等热处理缺陷。空冷贝氏体钢具有良好的综合力学性能，不仅提高了产品的质量，而且延长了产品的使用寿命，应用前景非常广阔。
空冷贝氏体钢应用于制造汽车前轴，由于其热加工性能良好，同时由于具有优良的强韧度配合，故可提高前轴的质量及寿命。因此，对汽车前轴这类关键的保安件来说，采用空冷贝氏体钢制造，不仅经济效益显著，而且对保证汽车质量具有重要意义。1998年重汽集团公司与唐山贝氏体钢总厂联合开发了斯太尔汽车前轴用贝氏体钢，其性能优良，力学性能可达到:屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥900MP a，延伸率≥17%，断面收缩率≥61%。
耐磨钢球是广泛用于矿山、冶金、电力、建材和化工等行业的重要易耗件，国内年耗量高达100万吨，国际市场容量在500万吨。目前使用的各种材料不仅成本
高，而且由于硬度高、韧性差而使破碎率高。低碳贝氏体耐磨钢球从表面到心部都具有高硬度、高韧性、低破碎率，且工艺简单，低成本，生产效率高。低碳贝氏体钢还可应用于制作塑料模具、模块、贝氏体钢弹簧、建筑用高强度钢筋、铁路道岔、油田用抽油杆和作为工程结构及标准件用钢等。
总之，低碳贝氏体钢种的研制与开发越来越引起材料界和工业行业的极大兴趣。目前国内各特殊钢厂都相继研制开发出一系列低碳贝氏体钢。低碳贝氏体钢的应用也正在不断深入国内各工业行业，所产生的经济效益也日益得到人们的认可。
1.2.2低碳贝氏体钢的品种发展方向
随着国际、国内经济的飞速发展和我国产业结构的调整，国内外钢材市场消费发生了较大的变化，其中低合金高强度钢的市场需求增加幅度越来越大。
目前，邯钢中板生产线已能大量生产普碳钢、Q345，也能生产少量的船板、容器板、锅炉板等系列产品，并取得了良好的技术经济指标，但生产低合金高强度钢板的品种较为单一。《邯钢―十一五‖钢材品种生产及科技发展规划》指出邯钢中长期钢材品种的发展方向和目标:到2007年板带比由50%提升至80%，板带材以建筑、造船、工程机械用热轧中厚钢板和板卷，汽车、家电、集装箱用薄板系列为主体的品种结构;到20.0年实现板带比达85%，最终形成以自主知识产权为主导的板带品种研发基地。邯钢新近引进了大板坯连铸机与新中板轧机等新设备，以调整产品结构，提高工艺设备水平，为提高邯钢产品的市场竞争力提供了设备保证。
很明显，低碳贝氏体钢的研发符合邯钢中长期钢材品种的发展方向和目标，对于提高邯钢钢材产品的市场竞争力、形成以自主知识产权为主导的板材品种研发平台具有积极的推动作用。
除此之外，宝钢、首钢、鞍钢、济钢等国内大型钢铁集团都对低碳贝氏体钢的生产制定了明确的规格和生产工艺，已及低碳北市钢的长期发展计划。
1.2.3低碳贝氏体钢的研发方向
低碳贝氏体钢以其性能价格比方面具有的明显优势，在我国的应用前景将十分广阔。贝氏体系列钢的研究目前仍处于贝氏体相变机理研究与贝氏体钢的开发与推广应用阶段。
在研发低碳贝氏体钢方面，应开展以下两方面的研究工作:
(1)低碳贝氏体钢产品品种的开发除对现有低碳贝氏体钢的生产工艺进行完善与优化外，还应不断开发新的低碳贝氏体钢品种，扩大贝氏体钢产品的应用范围。低碳贝氏体钢在模具用钢、耐磨耐冲击钢、工程构件用钢等领域的开发研究将进一步深入，同时研究开发低碳贝氏体钢在弹簧、建筑用高强度钢筋、齿轮、标准件等方面的使用。
(2)加强控轧控冷低碳贝氏体钢的研制从低碳贝氏体钢的发展趋势来看，开发研制控轧控冷贝氏体钢是十分必要的。低碳贝氏体钢中厚板通过控轧控冷不仅可以充分细化组织，大幅度提高钢的综合性能，而且控轧控冷贝氏体钢勿需热处理工序，节能又节省合金资源，因此生产成本明显降低，从而具有广阔的应用前景。
2研究贝氏体组织的意义与分类
2.1贝氏体组织的定义
20世纪年代末，Robertson[20]首次在钢种发现后来被命名为贝氏体的中温转变产物，事实上Ronertson当时对此未给予足够重视。20世纪30年代初，Dabenport和bain[21]在研究奥氏体于150℃（马氏体形成温度）-550℃（珠光体形成温度）之间等温冷却转变时，发现奥氏体分解产生一种新的组织，该组织形态呈针状，每个针是由易腐蚀聚合物组成，但由于分析手段限制，当时无法对此聚合物进行组织结构鉴定。此外，在同一材料中，与珠光体和马氏体组织对比可知，它们之间存在着显著差别。共析钢在不同温度等温时，其分解产物是不同形态的组织，720℃等温时，其分解产物是层片状珠光体组织，290℃等温时，获得针状组织，180℃等温时，获得马氏体组织。
观察上述针状组织时发现[22]，针状组织在侵蚀剂中的腐蚀速度显著高于马氏体，但比屈尸体(细珠光体)低，因此当时曾被称为马氏体-屈尸体（简称M-T组织），即后来被称为贝氏体的组织。
尽管于1934年，Bain实验室工作人员为纪念Bain，已经提出了贝氏体这个术语，但随后的一段时间，Bain及其同事[23]，通常仍谨慎地将这种组织称之为未命名
的、易侵蚀的、在某种程度上与马氏体像是的针状聚合物。
由于在贝氏体相变这个问题上，国内和国外的贝氏体研究专家有很大的分歧，特变是关于贝氏体的相变原理，表面浮凸等，所以关于贝氏体的定义不同学派的学者有各自不同的定义。
目前被普遍认可的贝氏体定义[24]是指过冷奥氏体在中温形成的片状或板条状产物。板条或片状形态均值铁素体，碳化物分布于铁素体条片间或其内部，碳化物也可能延迟析出。此时，贝氏体只由铁素体组成，有色合金贝氏体则由单相组成。贝氏体转变至少伴随如下特征。
（1）呈板条状或条状；
（2）相变过程伴随形成规则的表面浮凸，但浮凸形态上不具有不变平面应变特征，常呈帐篷形。
需要指出的是粒状贝氏体在SEM下观察发现，其内部铁素体也呈板条状。
由于贝氏体的形成温度范围宽，钢的化学成分对组织的形态影响复杂，使得贝氏体组织形态多样化。一般而言，贝氏体由铁素体和渗碳体两相构成。在转变温度较高时，相变产物在光学显微镜下呈羽毛状的上贝氏体，转变温度较低时，相变产物呈针状的下贝氏体。
50年代后期，Habraken[25]发现低碳及中碳合金钢中的粒状贝氏体组织。
除了上述几种形态的贝氏体组织外，还有无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、块状贝氏体等概念。
2.2 研究贝氏体组织的意义
自二十世纪三十年代初Davenport和Bain发现贝氏体组织以来，很多学者对贝氏体组织的精细结构进行了深入研究和分析通过对低碳贝氏体钢组织性能的研究，不但有助于深入了解贝氏体相变形成的机制，而且有力于建立组织和性能的关系，从而分析低碳贝氏体钢的强化机制，以及合金元素的影响，从而在实际生产中得到性能更好的低碳贝氏体钢，因此研究低碳贝氏体钢组织性能有重要的理论与实际意义。
表2-1与贝氏体组织命名相关的术语
铁碳合金平衡组织观察实验报告23
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%
铁碳合金平衡组织观察与分析
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。
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 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。
Q650低碳贝氏体钢的研制
万方数据
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第４期饶静等：Ｑ６５０低碳贝氏体钢的研制?３９? 图ｌ工业生产Ｑ６５０钢板的组织形貌：（ａ）Ｇ８（粒状贝氏俸）＋ＰＦ（多边形铁素体）＋Ｍ／Ａ（马氏体／奥氏体岛）；（ｂ）Ｌａ（板条贝氏体）＋ＧＢ＋ＰＦ＋Ｍ／Ａ；（ｃ）ＬＢ＋ＧＢ；（ｄ）ＧＢ；（ｅ）ＩＪＢ Ｆｉｇ．１Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｒｏｄｕｃｅｄｐｌａｔｅｏｆｓｔｅｅｌ ０６５０：（ａ）ＧＢ（ｇｒａｎｕｌａｒｂ，ｌｉｎｉｔｅ）＋ＰＦ（ｐｏｌｙｇｏｎａｌｆｅｒｒｌｔｅ）＋Ｍ／Ａ（ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ／ａｕｓｔｅｎｉｔｅ）；（ｂ）ＬＢ（１ａｔｈｂａｉｎｉｔｅ）＋ＧＢ＋ＰＦ＋Ｍ／Ａ）（ｃ）ＬＢ＋ＧＢ；（ｄ）ＧＢ；（ｅ）ＬＢ 速度最大的条件下生成ＬＢ。组织中获得的６０％的ＧＢ通常能够得到较好的综合力学性能。 目前低碳贝氏体钢Ｑ６５０已经实现批量生产，产品性能符合要求，指标逐渐趋于稳定（表３）。合性能。 国家自然科学基金资助项目（５０８７４０８３）ｌ 表３低碳贝氏体钢Ｑ６ｓｏ产品力学性能 Ｔａｂｌｅ３Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｏｗｃａｒｂｏｎｂａｌｍ＇ｔｉｃｓｔｅｅｌ２Ｑ６ＳＯ 批号劂Ｍ腿Ｐａ度／抗臀／屈强比伸篆彰一琵防功３９０１９６９０８０００．８６３１．０１７３１９５２０９４９０２０７５０８７００．８６２８．０２３０２１１１９６ ９０２ｌ７５０８５００．８８３０．０１１０１２１１４４ ‘ ９０２２７３０８３５０．８７３０．５２８ｌ３０１２７２ ９０２３７２５８１５０．８９２６．０１６１１８０１５６，９０２４６８５８１００．８５２８．０１６６２１３１３９ ” ９０２５７３０８６５０．８４２８．０１２５１５０１３９——————————————————————————————————一７４结论８Ｑ６５０钢加热温度控制在１１５０—１２００℃。再 结晶区开轧温度１０５０一ｌ１００ｏＣ，未再结晶区开轧 温度９５０℃以下。终轧温度８００ｏＣ。终冷温度５００ ℃以上。再结晶区道次变形量≥１５％，累积变形量 ≥５０％。中间坯厚度控制在成品厚度的２～３倍，未 再结晶区道次累积变形量≥６０％，可获得良好的综 参考文献 贺信莱．２ｌ世纪新钢种一超低碳贝氏体钢．金属世界，１９９６，６８（６）；３ 贺信莱．高性能低碳贝氏体钢－成分、工艺、组织、性能与应用．北京：冶金工业出版社，２００８ 陈文满，李利，肖亚，等．５５０ＭＰａ级低合金高强度钢板的研制与开发．重钢技术，２００９，５２（４）：２９ 张华国．低碳高强度贝氏体钢板ＰＣＳＯＱ的研制．特钢技术，２００６，１２（３）：１５ 毛新平．薄板坯连铸连轧技术微合金化技术．北京：冶金工业出版社，２００８ 刘健，张开坚，陆建生，等．微合金元素钒在钢板中的强化机理及应用．四川冶金，２００９．３１（２）：１５ 康永林．薄板坯连铸连轧钢的组织性能控制．北京：冶金工业出版社，２００６ 杨善武，王学敏．贺信莱．超低碳钢在铁索体生长过程中砑分布的变化．钢铁研究学报，１９９９，１１（４）：４０ 饶静（１９７６．），女，硕士生，工程师，２０００年武汉科技大学 毕业，金属材料组织、性能研究。 收稿日期：２０１０－０３－０５万方数据
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：
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。 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与分析实验报告
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
超低碳贝氏体钢中合金元素的作用
超低碳贝氏体钢中合金元素的作用 含碳量很低的贝氏体钢具有优良的强韧综合性能，主要原因是极低含碳量能降低或消除贝氏铁素基体中的渗碳体，因此钢的韧性能得到改善。为了保证贝氏体转变的充分性，同时尽量避免产生马氏体，低碳贝氏体钢中应该适量添加其他合金元素。大量的研究推进了这种认识，并导致所谓的 ULCB(ultralowcarbonbainite)钢的发展。该类钢具有优良的韧性，强度和焊接等综合性能，并已经应用于极地和海底环境的高强管线。 ULCB钢起源于瑞典实验室开发出来的“强可焊性钢”，最初这类钢的典型成分是0.10～0.16C，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多边形铁素体的形成，但对转变动力学有一定的影响。结果使得“强可焊性钢”在较宽的冷速范围内可获得完全贝氏体组织。 C含量控制到0.01%～0.03%，保证了ULCB钢的成功开发。低的C含量应该能够确保不会由于贝氏体相变不完全而形成马氏体的前提下，又足以与微合金元素Nb发生反应形成NbC。有研究表明，由于C 含量降低造成的马氏体体积分数的减少而改善了钢材的韧性，从而不会造成大的强度损失。然而，应该注意到C含量不应当低于0.01%，否则将不能形成足够的NbC，致使韧性恶化。 由于C含量的大幅降低，最新开发的ULCB钢都采用了Nb、Ti和B复合微合金化。研究表明，单独加入B时，通常会在轧后奥氏体晶界沉淀析出Fe23(CB)6，从而显著降低B的强化效果，造成γ→α的转变不能得到有效抑制，因此钢中加入Nb来阻止Fe23(CB)6的形成，因为Nb更易与C结合，随着溶解的Nb含量的增加，形成贝氏体的倾向也大大增加了。Nb的适量溶解可以稳定奥氏体并表现出和B复合添加促进贝氏体转变的效果。 Nb和B的联合作用机理可以这样描述：首先，Nb可以有效地阻碍变形γ的再结晶，如此通过阻止由于再结晶而形成新的晶界来使γ晶界稳定，这就使得B有足够的时间扩散到γ晶界附近，从而增加了γ的淬透性。其次，Nb能够降低C在γ中扩散率及活度，因此，γ中溶解的Nb可以保护B，而不至于形成B的碳化物，如Fe23(CB)6。第三是γ中溶解Nb本身对于抑制γ→α转变有相当大的影响。由于Nb在γ中的溶解极限是0.03%，故典型的ULCB钢中Nb含量通常高于0.04%。 在ULCB钢中，Ti完全固定了钢中的N，因此，所有加入的B在轧制前的加热中得到了溶解。随着B含量的增加，强度得到提高，结果组织中的贝氏体体积分数增加，而且，当B含量超过0.002%时的抗拉强度指标趋于稳定。但是，当B含量超过0.001%时，低温韧性急剧恶化。产生这种结果的原因被推断是由于随着B含量的增加引起了在γ晶粒边界和γ晶粒内的B偏析造成的。在添加0.003%B的钢中可以观察到Fe23(CB)6的沉淀析出。因此，可以认为当加入B含量超过0.003%时是无效的。 合金元素Cu对ULCB钢的相变点Ac1、Ac3有明显的影响，随着钢中Cu的增加，相变点Ac1、Ac3均呈下降趋势；贝氏体转变开始温度(Bs)及转变完成温度(Bf)也显著降低。这主要是由于Cu的加入推迟钢的γ→α转变所致。
铁碳合金平衡组织显微分析
铁碳合金平衡组织显微分析 金相试样的制备 一、实验目的 1.熟悉金相显微试样的制备过程 2.了解掌握金相显微试样的制备方法 二、概述 在利用金相显微镜作金相显微分析时，必须首先制备金相试样，我们在显微镜中所观察到的显微组织，是靠光线从试样观察面上的反射来实现的。若试样观察面上的反射光能进入物镜。我们就可以从目镜中观察到反射的象，否则就观察不到。 图2-1 光线在不同表面上的反射情况 由图2-1所示可见，未经制备的试样的表面相当于无数多个与镜筒不垂直的平滑表面，这是不能成象的。因此，我们要先把试样观察面制备成光滑平面。但是光滑平面在显微镜下只看到光亮一片，而不能看到显微组织结构特征，故还须用一定的浸蚀剂浸蚀试样观察面，使某些耐浸蚀弱的区域不同程度地受到浸蚀而呈现微观察的凸凹不平。这些区域的反射光线被散射而呈暗色。由于明暗相衬，在显微观察中就能表示试试样磨面组织结构的特征了。 金相试样的制备包括试样的切取、镶嵌、磨制抛光、锓蚀等五个步骤。 1. 取样 试样应根据分析目的和要求在有代表的位置上截取。一般地说，取横截面主要观察：1、试样边缘到中心部位显微组织的变化。2、表层缺陷的检验、氧化、
过滤、折叠等。3、表面处理结果的研究，如表面淬火、硬化层、化学热处理层、镀层等。4、晶粒度测定等。通过纵截面可观察：1、非金属夹杂；2、测定晶粒变形程度；3、鉴定带状组织及通过热处理消除带状组织的效果等。试样一般可用手工切割、机床切割、切片机切割等方法截取(试样大小为φ12×12mm圆柱体或12×12×12mm的立方体)。不论采用哪种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。 2. 镶嵌 当试样的尺寸太小(如金属丝、薄片等)时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料(如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等)中，如图2-2所示。 图2-2 试样的镶嵌（见实验室挂图） 3. 磨制 试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。 a. 粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面，钢铁材料试样的粗磨可用锉刀锉平，也可在砂轮机上磨制。但应注意：试样对砂轮压力不宜过大。否则会在试样表面形成很深的磨良，增加精磨和抛光的困难，要随时用水冷却试样，以免受热引起组织交化；试样边缘的棱角若无保存必要，可先行磨圆(倒角)，以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。 b. 细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的痕(如图2-3)所示。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步
超低碳贝氏体(ULCB)钢的研究
超低碳贝氏体（ULCB）钢的研究 众所周知，具有低的C含量的贝氏体钢可以获得优良的强韧综合性能，主要原因是极低的C含量能降低或消除了贝氏铁素基体中的渗C体，因此钢的韧性能得到进一步的改善。为了保证贝氏体转变的淬透性良好，而马氏体转变的淬透性相对较低，应该适量添加其它合金元素。大量的研究推进了这种认识，并导致了所谓的ULCB钢的发展。该类钢具有优良的韧性，强度和焊接等综合性能，并已经应用于极地和海底环境的高强管线。 ULCB钢起源于“强可焊性钢”，在瑞典的实验室得到发展。最初这类钢的典型成分是0.10～0.16C，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多边形铁素体的形成，但对贝氏体转变动力学有一定的影响。结果对“强可焊性钢”来说在较宽的冷速范围内可获得完全贝氏体组织。1957年Irvine和Pickering的研究表明，这些钢的强度与其奥氏体转变成贝氏体的温度是相关联的，而且可以通过添加合金元素来阻止贝氏体的转变开始温度得到控制。研究还表明这些低C贝氏体钢可得到600～1200N/mm的抗拉强度，或是450～900N/mm的屈服应力。然而这类钢的主要缺点在焊接后体现出来了。因为它们的C含量太高，焊后部分热影响区变成了一种脆性组织。这些钢的进一步发展依赖于获得较低C含量的钢产品的技术进展。 Mcevity等人发表了研究ULCB钢的第一篇报道，他的研究表明一种成分为003C-0.7Mn-3Ni-3Mo-0.3Si-0.05Nb(%)的钢具有显著的综合性能，其屈服强度可达到700N/mm和具有-75℃韧脆转变温度的优良韧性，因为其成分中加入了昂贵的合金元素，所以很难用于做商业开发。第一个被用于商业性的ULCB钢仅加入
铁碳合金平衡组织的显微分析实验
“铁碳合金平衡组织的显微分析实验”实验报告 一、实验目的 （1）熟悉室温下碳钢与白口铸铁平衡状态下的显微组织，明确成分-组织之间的关系。 （2）进一步熟悉金相显微镜的操作。 二、实验原理 碳钢与白口铸铁在室温下，其平衡状态下的组织中的基本组成相均为铁素体与渗碳体。但是由于碳含量及处理不同，它们的数量、分布及形态有很大不同，因此在金相显微镜下观察不同铁碳合金，其显微组织也就有很大差异。 碳含量小于0.02%的铁碳合金称为工业纯铁。碳含量小于0.006%的工业纯铁显微组织为单相铁素体；碳含量大于0.006%的工业纯铁的显微组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。 根据碳含量的不同，碳钢可分为亚共析钢、共析钢和过共析钢三类。碳含量为0.77%的铁碳合金为共析钢。其显微组织为片状渗碳体分布于铁素体基体上的机械混合物——珠光体；碳含量小于0.77%的铁碳合金称为亚共析钢。其显微组织为铁素体和珠光图。 碳含量大于0.77%的铁碳合金称为过共析钢。其显微组织为珠光体和二次渗碳体。 碳含量大于2.11%的铁碳合金为铸铁，不含石墨只含渗碳体相的铸铁称为白口铸铁。 碳含量为4.3%铁碳合金称为共晶白口铸铁。室温下其组织为珠光体和渗碳体的机械混合物——莱氏体。碳含量小于4.3%铁碳合金称为亚共晶白口铸铁。其显微组织为莱氏体、珠光体和二次渗碳体。碳含量大于4.3%铁碳合金称为过共晶白口铸铁。其显微组织为莱氏体和一次渗碳体。 三、实验装置及试件 金相显微镜、碳钢和白口铸铁平衡组织金相试样一套、金相图谱、材料检索表。 四、实验步骤 （1）领取金相试样一套和金相图谱一本（注意不可用手触摸材料面及显微镜镜头）； （2）打开金相显微镜电源（若有变压器须先接变压器后接电源）； （3）用金相显微镜调整光圈并调焦后逐个观察金相试样的显微组织（观察T8钢时需用400x目镜，其它用100x目镜），并仔细观察其特征。 （4）选取5个符合要求的适宜的不同材料画出其显微组织（所画的组织要有代表性； 组织中组成物的大小与放大倍数一致，其数量与合金成为相符合；对每个图应 按要求标注，记录其序号、材料、状态、浸蚀剂与金相组织，用指引线指明组 织组成物的名称）。 五、实验结果
低碳贝氏体钢的研究现状与发展前景
低碳贝氏体钢地研究现状与发展前景 (1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安710072；2邯郸钢铁集团公司技术中心,邯郸056000> 摘要：综述了低碳贝氏体钢地国内外研究现状,指出低碳贝氏体钢性能优良且成本低廉.并结合低碳贝氏体钢地市场需求和邯钢品种钢地研发方向,展望了低碳贝氏体钢地发展前景,提出低碳贝氏体钢产品品种地开发及其控轧控冷工艺地研制是其研究方向. 关键词：低碳贝氏体钢贝氏体组织控轧控冷 项目机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、航空等领域广泛地使用着各种规格地钢板.因为服役条件及焊接工艺地限制,这类用途地钢板不仅要求材料具有足够地强度和塑性,而且还要求具备一定地低温韧性和优良地焊接性能,以适应野外作业和制造工艺地要求.坚持科学地发展观,从资源和成本核算考虑,用户普遍要求使用高性能、低成本地金属材料.低碳贝氏体钢正是为满足这一需求而研发地,已广泛应用于桥梁、建筑、车辆、水轮机壳体、舰船、飞机构件及其它紧固件、轴类件等方面,超高强度地低碳贝氏体钢还将满足这些构件地减重要求. 20世纪20年代末,Robertson首次在钢中发现后来被命名为贝氏体地中温转变产物.后来研究人员又进一步发现了上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、块状贝氏体、低碳低合金贝氏体、准贝氏体等组织形态,形成了比较完整地贝氏体相变理论.近几十年来,贝氏体理论地应用研究取得了重大进展,贝氏体钢地研究开发已经引起学术界和项目界地高度重视,在工业生产中也得到了广泛应用. 1低碳贝氏体钢 低碳贝氏体钢是以钼钢或钼硼钢为基础,同时加入锰、铬、镍以及其他微合金化元素(铌、钛、钒>,从而开发出一系列低碳贝氏体钢种.这类钢地含碳量多数控制在0.16%以下,最多不应超过0.120%[3].因为低碳贝氏体组织钢比相同含碳量地铁素体-珠光体钢具有更高地强度,因此,低碳贝氏体钢种地研发将成为发展屈服强度为450～800MPa级别钢种地主要途径.低碳贝氏体钢中主要添加地合金元素及其作用如下: (1>碳元素是强间隙固溶强化元素,可提高强度,但不能依靠其提高强度.尽量降低含碳量,即保持一定地韧性,也为了获得良好地焊接性. (2>钼元素能够使钢在空冷条件下获得贝氏体组织.钼元素使钢地奥氏体等温转变曲线中地铁素体析出出现明显右移,但并不明显推移贝氏体转变,所以过冷奥氏体得以直接向贝氏体转变,而在此前没有或者只有部分先共析铁素体析出,这样也就不再发生珠光体转变,如图1所示.
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。
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)。 b)渗碳体(Fe3C)是铁与碳形成的复杂结构的间隙化合物，它的碳质 量分数为％，抗浸蚀能力较强。经3％～5％硝酸酒精溶液浸蚀后呈白亮色。 一次渗碳体(Fe 3C Ⅰ )是直接从液体中析出的，呈长白条状，分布在 莱氏体中；二次渗碳体(Fe 3C Ⅱ )是由奥氏体(A)中析出的，数量较少，皆 沿奥氏体晶界析出，在奥氏体转变成珠光体后，它呈网状分布在珠光体
铁碳合金平衡组织的金相分析
实验四铁碳合金平衡组织观察 一实验目的 1、了解金相显微镜的基本原理、金相试样的制备原理，掌握常用显微镜的使用方法。 2、研究和了解铁碳合金（碳钢及白口铸铁）在平衡状态下的显微组织。 3、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。 二概述 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。我们可根据Fe-Fe3C相图来分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织（如下图所示）。 按组织分区的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。 用浸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。 （1）铁素体（F）——是碳在α-Fe中的固溶体。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；亚共析钢中铁素体呈块状分布；当含碳量接近于共析成分，铁素体呈断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，若用苦酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成暗黑色或棕红色，而铁素体乃为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：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，往往呈网络状沿奥氏体晶界分布；三次渗碳体是由铁素体中析出的，通常呈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）——铁素体和渗碳体的机械混合物，是一般退火处理情况下是由铁素体与渗碳体互混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片厚度，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。高碳工具钢（过共析钢）经球化退火处理后还可获得球状珠光体。 （4）莱氏体（Ld/）——是在室温时珠光体及二次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1148°C时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727°C以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相同地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。
实验一铁碳合金平衡组织显微分析报告材料指导书及实验报告材料材料2
实验指导书 实验一铁碳合金平衡组织显微分析 一、实验目的 1．了解碳钢和白口铸铁在平衡状态下的显微组织。 2．分析成分（含碳量）对碳钢和白口铸铁显微组织的影响， 理解成分、组织与性能之间的相互关系。 二实验内容及步骤 1．实验前复习教材中有关内容和预习实验指导书。 2．在显微镜下对各种试样进行观察和分析，确定其组织组成物。 3．画出所观察的显微组织示意图。 4．根据显微组织中珠光体所占面积的百分数近似地确定一种亚共析钢的平均含碳量。 三、实验设备及材料 1．金相显微镜 2．金相图谱 3．各种铁碳合金显微试样 Ⅰ-1 工业纯铁； Ⅰ-2 20 钢；Ⅱ-1 亚共晶白口铸铁;
Ⅰ-3 T8 钢；Ⅱ-2 共晶白口铸铁； Ⅰ-4 T12 钢; Ⅱ-3 过共晶白口铸铁 四、实验注意事项 1．在观察显微组织时，可先用低倍全面进行观察，然后用高倍对部分区域进行详细观察。 2．要正确使金相显微镜，特别要注意：将显微镜的灯泡（6~8V）插头，插在变压器上，切勿直接插在200V的电源插座上，否则灯泡立即烧坏。 3．对试样，不得用手触摸试样表面或将试样重叠起来，以免损伤试样表面。 4．画显微组织图时，应抓住其形态特点，注意不要将磨痕或杂质画在图上。 五、实验报告要求 1．实验目的。 2．画出所观察过的显微组织示意图 （在直径为30mm的圆内画，并将组织组成物名称以箭头引出标明， 在图的下面注明材料名称、含碳量、侵蚀剂、放大倍数，以及简单的描述。）。 3．根据所观察的组织，近似地估算一种亚共析钢的含碳量。 实验报告 实验一铁碳合金平衡组织显微分析
学生姓名班级学号 实验日期指导教师
实验一铁碳合金平衡组织观察
实验一铁碳合金平衡组织观察 一、重点 1.金相显微镜的使用 2.显微组织图 二、难点 成分、组织性能的关系 三、分组情况 两人一组，每组一台显微镜 四、实验目的 1.了解金相显微镜的构造，熟悉金相显微镜的使用方法； 2.观察铁碳合金在平衡状态下的显微组织，以进一步熟悉Fe-Fe3C相图； 3.分析和研究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。 五、实验设备及材料 1.金相显微镜； 2.金相图谱； 3.各种铁碳合金的金相试样。 六、实验原理 所谓平衡状态的组织是指合金在极为缓慢的冷却条件下所得到的组织。一般退火状态就接近平衡状态。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。室温下铁碳合金的组织都由铁素体和渗碳体两个基本相组成。但由于含碳量的不同，铁素体和渗碳体的相对数量、分布状况均有所不同，从而不同成分的铁碳合金呈现不同的组织形态。
1.工业纯铁在室温下为单相铁素体组织，呈白亮色多边形晶粒，块状分布。有时在晶 界处可观察到不连续的薄片状三次渗碳体。 2.亚共析钢的室温组织为铁素体和珠光体。当含碳量较低时，白色的铁素体包围黑色 的珠光体。随着含碳量的增加，铁素体量逐渐减少，珠光体量逐渐增多。 3.共析钢的室温组织全部为珠光体。在显微镜下看到铁素体和渗碳体呈层片状交替排 列。若显微镜分辨率低，则分辨不出层片状结构，看到的则是指纹状或暗黑块组织。 4.过共析钢的室温组织为珠光体和二次渗碳体。经质量浓度为4%硝酸酒精溶液浸蚀 后，Fe3CⅡ为白色细网状，暗黑色的是珠光体。若采用苦味酸钠溶液浸蚀，渗碳体 被染成黑色，铁素体仍保留白色。 5.亚共晶白口铁的室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。在显微镜下，珠光 体呈黑色块状或树枝状，莱氏体为白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳 体则分布在珠光体枝晶的边缘。 6.共晶白口铁的室温组织为低温莱氏体。显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散 布在白色渗碳体的基体上。 7.过共晶白口铁由先结晶的一次渗碳体与低温莱氏体所组成。显微镜下看到的是一次 渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。 七、实验步骤 1.实验前复习铁碳合金相图，并了解显微镜的操作过程。 2.按观察要求，选择物镜和目镜，装在显微镜上。 3.将试样磨面对着物镜放在显微镜载物台上。 4.接通电源。 5.用手慢旋显微镜粗调焦手轮，视场由暗到亮，直至看到组织为止。然后再旋微调焦手轮，