在正常淬火条件下，钢的含碳量越高，淬火后的硬度也越高，但含碳量大于0.8%的钢，淬火后硬度增加不明显。
本实验选用15#、45#、T8、T12钢，分别在其相应的温度进行加热，然后进行正常的淬火操作，请同学注意其硬度的变化，并分析应该得到的金相组织。
[实验的组织工作]
1. 本实验在教学大纲中规定为二学时，为了使实验进行的连贯完整，每3个同学负责一项实验。
2. 本实验主要市为机制专业的学生安排的，所以不要求学生自己磨制金相试样和观察金相组织。
3. 由于机制专业不要求讲授加热炉的构造和测温原理，所以上诉内容，仅供实验进行间隙时间指导教师讲解和学生自学用。
4. 实验中，要求操作的学生能力集中，不直接参加操作的学生能观看清楚。严禁嬉戏喧闹和擅离实验岗位。 学 号 1 2 3 4 冷却介质的 影响 回火温度的 影响 5 6 7 8 9 15 16 17 18 19 20 21 22 23 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 材料 45 45 45 45 T8 T8 T8 T8 T8 T8 15 45 T8 加热温度 700°C 820°C 860°C 950°C 820°C 820°C 820°C 820~200°C 820~400°C 820~600°C 950°C 860°C 820°C 820°C 保温冷却硬度值时间 介质 HRC 水 水 水 水 空 油 水 水 水 水 水 水 水 水 平均值 组织 规律 [实验报告及思考题]
1. 分析碳钢的淬火加热温度对显微组织的影响。 2. 淬火的冷却速度是否越快越好。举例说明。
3. 绘出钢的含碳量与淬火温度，以及硬度的关系曲线，并分析原因。
加热温度的 影响 10 24 11 25 含碳量12 26 的影响 13 27 14 28
42 T12 20
实验六 铁碳合金平衡组织观察
一、实验目的
1、初步识别各种铁碳合金在平衡状态下的显微组织特征。
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。
3、初步认识各种铁碳合金热处理后的显微组织特征。 二、实验概述
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。
铁碳合金的平衡组织主要是指碳钢和白口铸铁的室温组织。从上图可见，碳钢和白口铁的室温组织均由铁素体和渗碳体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。 （一）铁碳合金室温下基本组织组成物的显微组织特征
各种铁碳合金在室温下的显微组织表
类型 工业纯铁 亚共析钢 碳共析钢 钢 过共析钢 含碳量（%） ≤0.02 0.02～0.8 0.8 0.8～2.11 显微组织 铁素体 铁素体+珠光体 珠光体 珠光体+二次渗碳体 侵蚀剂 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 苦味酸钠溶液，渗碳体变黑或呈棕红色 21
亚共晶白口铁 白口铸铁 共晶白口铁 过共晶白口铁 2.11 ～4.3 4.3 4.3～6.69 珠光体+二次渗碳体+莱氏体 莱氏体 莱氏体+二次渗碳体 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 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）
铁素体是在碳在α—Fe中的固溶体。铁素体为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低，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；亚共析刚中铁素体呈块状分布；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(Fe-Fe3C)
渗碳体是铁和碳形成的一种化合物，其含碳量为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，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，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：一次渗碳体是直接由液体中结晶出来的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏晶界分布；三次渗碳体是从铁素体中析出的，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)
珠光体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排列形成的层片状组织。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性的珠光体组织。
各类组织组成物的机械性能表
性能 硬 度 HB 组成物 铁 素 体 渗 碳 体 片状珠光体 球状珠光体 60～90 750～820 190～230 160～190 抗拉强度σb端面收缩率Ψ相对延伸率δ（%） 60～75 —— 10～15 18～25 （%） 40～50 —— 9～12 18～25 冲击任性Ak（?） 160 ≈0 24～32 32～27 （MN/㎡ ） 120～230 30～35 860～900 650～750 高碳工具钢经球化退火处理后还可从中获得球状珠光体。
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4.莱氏体(Ld)
莱氏体是在室温时珠光体及二次渗碳体和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度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度以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间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,从形式上难以区分。
(二)铁碳合金平衡组织的显微分析
Fe-Fe3C相图的各种合金,按其含碳量与平衡组织的不同,可分为工业纯铁,碳钢及白口铸铁3类。 1. 工业纯铁
纯铁在室温下具有单相铁素体组织。含碳量小于0.0218%的铁碳合金通常称为工业纯铁。它是两相组织,即由铁素体和少量渗碳体组成。 2.碳钢
碳钢含碳量在0.0218%~2.11%范围内的铁碳合金称为碳钢。按其含碳量与平衡组织的不同,可分为亚共析碳钢,共析碳钢和过共析碳钢3种。 (1)亚共析钢
亚共析钢的含碳量在0.0218%~0.8%范围内,其组织有铁素体和珠光体所组成。随着含碳量的增加,铁素体的数量则相应的逐渐减少,而珠光体的数量则相应增多,两者的相对量可由杠杆定律求得。 (2)共析钢
含碳量为0.8%的碳钢称为共析钢,它由单一的珠光体组成。 (3)过共析钢
含碳量在0.8%~2.11%范围内的碳钢称为过共析钢,它在室温下的组织由珠光体和二次渗碳体组成。钢中的含碳量越多,二次渗碳体的数量越多。二次渗碳体呈网状分布于晶界上。 3.白口铸铁
白口铸铁是含碳量为2.11%~6.69%范围内的铁碳合金,按其含碳量及平衡组织的不同,又可分为亚共晶白口铸铁,共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁3种。 (1) 亚共晶白口铸铁
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含碳量为2.11%~4.3%范围内的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁。室温下亚共晶白口铸铁的组织为珠光体,二次渗碳体和莱氏体。 (2) 共晶白口铸铁
共晶白口铸铁的含碳量为4.3%,它室温下的组织是单一的共晶莱氏体组织,经侵蚀后,在显微镜下珠光体呈暗黑色细条及斑点状,渗碳体呈亮白色。 (3) 过共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁含碳量为4.3%~6.69%范围内的白口铸铁称为过共晶白口铸铁,在室温下的组织由一次渗碳体和莱氏体组成。用硝酸酒精溶液侵蚀后,在显微镜下可观察到在暗色斑点状的莱氏体基底上分布着亮白色粗大条片状的一次渗碳体。 三.实验设备及材料 1.金相显微镜 2.金相图谱
3.各种铁碳合金的金相显微试样 四.实验内容及步骤
1.认真观察各种材料的显微组织,识别各显微组织的特征。
2.在显微镜下选择各种材料的显微组织的典型区域,并根据组织特征,绘出其显微组织示意图。
3.记录所观察的各种材料的牌号或名称,显微组织,放大倍数及侵蚀剂,并把显微组织示意图中组织组成物用箭头标出其名称。
4.对指定钢样,根据显微组织中各组织所占面积,近似估算其平均含碳量及其钢号。 五.注意事项
1.在观察显微组织时,可先用低放大倍数全面的进行观察,找出典型组织,然后再用高放大倍数放大,对部分区域进行详细的观察。
2.在移动金相试样时,不得用手指触摸试样表面或将试样重叠起来,以免引起显微组织模糊不清,影响观察效果。
3.画组织图时,应抓住组织形态的特点,画出典型区域的组织,注意不要将磨痕或杂质画在图上。
4.认真完成实验报告。 六．实验报告及思考题
1.观察铁碳合金显微组织中的铁素体与渗碳体有哪几种形态？分别是什么情况下存在？ 2.根据所观察的显微组织近似确定和估算一种亚共析钢的含碳量。
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