1．碳钢和铸铁的平衡组织
根据Fe—Fe3C相图中含碳量的不同，铁碳合金的室温显微组织可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三类。按组织标注的Fe—Fe3C相图见图2—1。
温度??C 1600 L+δ 1495 1500 L 1400 1227 L+A 1300 L+Fe3C? 1148 1200 δ δ+A 1100 2.11 4.3 A 1000 A+ Fe3Cп+Ld Ld Fe3C?+Ld A+F 900 A+Fe3Cп 800 0.77 727 700 600 F 500 P P+Fe3Cп P+Fe3Cп+ Ld' Ld' Fe3C?+Ld' 400 F+ 300 Fe3Cш 230 Fe3C 200 100 0 Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69 C% 图2—1 Fe—Fe3C相图
（1）工业纯铁 含碳量小于0.0218%的铁碳合金，室温显微组织为铁素体和少量三次渗碳体，铁素体硬度在80HB左右，而渗碳体硬度高达800HB，工业纯铁中的渗碳体量很少，故塑性、韧性好，而硬度、强度低,不能用作受力零件。 （2）碳钢
含碳量在（0.0218—2.11）%之间的铁碳合金，高温下为单相的奥氏体组织，塑性好，适应于锻造和轧制，广泛应用于工业上，根据含碳量和室温组织，可将其分为三类：亚共析钢、共析钢和过共析钢。 1）亚共析钢
含碳量在（0.0218—0.77）%之间的铁碳合金，室温组织为铁素体和
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珠光体，随着含碳量的增加，铁素体的数量逐渐减少，而珠光体的数量则相应的增加，显微组织中铁素体呈白色，珠光体呈暗黑色或层片状。 2）共析钢
含碳量为0.77%，其显微组织由单一的珠光体组成，即铁素体和渗碳体的混合物，在光学显微镜下观察时，可看到层片状的特征，即渗碳体呈细黑线状和少量白色细条状分布在铁素体基体上，若放大倍数低，珠光体组织细密或腐蚀过深时，珠光体片层难于分辨，而呈现暗黑色区域 3）过共析钢
含碳量在（0.77—2.11）%之间，室温组织为珠光体和网状二次渗碳体，含碳量越高，渗碳体网愈多、愈完整。当含碳量小于1.2%时，二次渗碳体呈不连续网状，强度、硬度增加，塑性、韧性降低，当含碳量大于或等于1.2%时，二次渗碳体呈连续网状，使强度、塑性、韧性显著降低，过共析钢含碳量一般不超过（1.3—1.4）%，二次渗碳体网用硝酸酒精溶液腐蚀呈白色，若用苦味酸钠溶液热腐蚀后，呈暗黑色。 （3）白口铸铁
含碳量在（2.11—6.69）%之间，室温下碳几乎全部以渗碳体形式存在，故硬度高，但脆性大，工业上应用很少。按含碳量和室温组织将其分为三类。 1）亚共晶白口铸铁
含碳量在（2.11—4.3）%之间，室温组织为珠光体、二次渗碳体和变态莱氏体Ld'组成。用硝酸酒精溶液腐蚀后，在显微镜下呈现枝晶状的珠光体和斑点状的莱氏体，其中二次渗碳体与共晶渗碳体混在一起，不易分辨。 2）共晶白口铸铁
含碳量为4.3%，室温组织由单一的莱氏体组成，经腐蚀后，在显微镜下，变态莱氏体呈豹皮状，由珠光体，二次渗碳体及共晶渗碳体组成，珠光体呈暗黑色的细条状及斑点状，二次渗碳体常与共晶渗碳体连成一片，不易分辨。呈亮白色。 3）过共晶白口铸铁
是含碳量大于4.3%的白口铸铁，在室温下的组织由一次渗碳体和莱氏体组成，经硝酸酒精溶液腐蚀后，显示出斑点状的莱氏体基体上分布着亮白色粗大的片状的一次渗碳体。 （4）灰口铸铁
铁碳双重相图如图2—2所示，由铁碳双重相图可知，铸铁凝固时碳可以以两种形式存在，即以渗碳体的形式Fe3C和石墨G的形式存在
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碳大部分以渗碳体Fe3C形式存在的，因其断口呈白色。而称白口铸铁，如前所述，白口铸铁硬而脆，很少用做零件。而碳大部分以石墨形式存在的，因其断口呈灰色，而称灰口铸铁。
温度??C L+δ 1495 1600 1500 L 1400 L+A 1227 1300 1148(1154) L+G 1200 δ δ+A 2.11(2.08) 4.3（4.26） 1100 A A+ Fe3C(实线) 1000 A+F A+G (虚线) 900 800 0.77(0.68) 700 600 F+Fe3C(实线) 500 F F+G (虚线) 400 Fe3C 300 200 100 0 Fe 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.69 C% 图2—2 Fe—C双重相图 工业生产中常采用调整铸铁成分，加入石墨化形成元素如C、Si、P、Al、CU及球化剂，或进行石墨化退火等措施，生产各种灰口铸铁零件。虽然灰口铸铁的强度、塑性和韧性比钢差，但具有优于钢的减震性，耐磨性、铸造性和可切削性，生产工艺和熔化设备简单，因而在工业上得到普遍应用。
灰口铸铁的显微组织可简单的看成是钢基体和石墨夹杂物共同构成。按石墨形态可将灰口铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁三种。按基体的不同又可分为三类，即铁素体、珠光体、铁素体+珠光体。灰口铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能、耐磨性和减磨性，在工业上得到广泛的应用。
2．碳钢和铸铁的非平衡组织
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由碳钢的过冷奥氏体转变曲线知，不同的冷却条件，过冷奥氏体将发生不同类型的转变，转变产物的组织形态各不相同。共析碳钢的C曲线见图2—3所示。
温度?C 700 600 500 400 300 200 100 -100 A1 MS MZ P 型 B 型 M 型 1 10 102 103 104 105 时间（秒） 图2—3 共析碳钢C曲线
（1）退火组织
碳钢经退火后获得上述的平衡组织，共析钢和过共析钢经球化退火后，获得由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体组织。 （2）正火组织
碳钢经正火后的组织比退火细，相同成分的亚共析钢，正火后珠光体含量比退火后的多。 （3）淬火组织
经淬火或等温淬火后获得不平衡组织。碳钢淬火后的组织为马氏体和残余奥氏体，低碳钢淬火后组织为板条马氏体和少量的残余奥氏体，随含碳量的增加，残余奥氏体量增多，淬火马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，其形态取决于马氏体中的含碳量，低碳马氏体
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呈板条状，强而韧，高碳马氏体呈针叶状，硬而脆，而中碳钢淬火后得到板条马氏体和针叶状马氏体的混合组织。 （4）等温淬火组织
碳钢等温淬火后获得贝氏体组织，在贝氏体转变温度范围内，等温温度较高时，获得上贝氏体，呈羽毛状，它由过饱和的铁素体片和分布片间的断续细小的碳化物组成的混合物，塑性、韧性较差，应用较少。而等温温度较低时，获得下贝氏体，呈黑色的针叶状，它是由过饱和的铁素体和其上分布的细小的渗碳体粒子组成的混合物，下贝氏体强而韧，等温淬火的温度视钢的成分而定。
三．实验仪器及材料
1. 基本组织的概念与特征见表2—2 2. 金相显微镜 3. 铸铁和低碳钢
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