工程材料实验指导书解析.doc

《工程材料与成型技术基础》 实 验 指 导 书 郑丽璇 主编 西南科技大学制造科学与工程学院2006年11月 实 验 须 知 1. 实验不得无故缺席，否则取消期未考试资格； 2. 实验前认真做好预习，明确实验目的和原理，了解实验内容和步骤，以及注意事项； 3. 实验过程中必须服从指导教师的指导，严格遵守安全及设备操作规章制度； 4. 损坏设备、仪器根据情节轻重按学校规定进行全部或部分赔偿； 5. 在实验过程中认真记录好实验数据，实验完毕后，实验数据及结果经指导教师认可并签字后方能离开实验室； 6.，交实验报告时同时还必须附上实验相关的实验数据及分析结果； 7. 实验一至实验五实验时间在相应教学内容结束后统一安排，实验报告在所有实验结束后统一交； 8. 实验部分成绩占期末总成绩的20%，即20分；  目 录 实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析实验???????????????????????与分析实验 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????(15) 实验一 铁碳合金平衡组织的观察与分析实验 1. 了解金相样品的制备及腐蚀过程； 2. 了解金相显微镜的构造、成像原理，学习金相显微镜的使用方法； 3. 了解铁碳合金在平衡状态下高温到室温的组织转变过程； 4. 分析铁碳合金平衡状态室温下的组织形貌； 5. 加深对铁碳合金的成分、组织和性能之间关系的理解。 6. 画出常用铁碳合金的组织形貌。 二、实验仪器和设备 1. 光学显微镜 一台 2. 金相试样 若干 三、实验简介 铁碳合金 现代工业中使用最广泛的钢铁材料都属于铁碳合金的范畴。普通碳钢和铸铁是铁碳合金，合金钢和合金铸铁实际上是加入合金元素的铁碳合金。因此，为了认识铁碳合金的本质并了解铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系，以便在生产中合理地使用，首先必须了解铁碳合金的相图 一、相图的分析 图1是Fe—Fe3C相图。相图中各点的温度、含碳量及其含义见表1。 二、相图的分析 图1是Fe—Fe3C系相图 表1 Fe—Fe3C相图中的特性点 铁碳合金相图主要由包晶、共晶、共析三个基本转变所组成，现分别说明如下： 1．包晶转变发生于1495℃(水平线HJB)，其反应式为： L0.53％C十δ0.09％C A0.17％C L4.30％C A2.11％C十Fe3C A0.77％C ％C十Fe3C Fe3CⅡ)。ES线称为Acm线。 PQ线是碳在铁素体中的固溶线。铁碳合金由727℃冷却至室温时，将从铁素体中析出渗碳体。这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CⅢ)。对于工业纯铁及低碳钢，由于三次渗碳体沿晶界析出，使其塑性、韧性下降，因而要重视三次渗碳体的存在与分布。在含碳量较高的铁碳合金中，三次渗碳体可忽略不计。 GS线称为A3线。它是冷却过程中，由奥氏体中析出铁素体的开始线。或者说是在加热时，铁素体完全溶入奥氏体的终了线。 三、铁碳合金的平衡结晶过程分折 1.含碳为0.01％的工业纯铁 该合金在相图上的位置见图2-(1)。液态合金在1—2点温度之间，按匀晶转变结晶出单相δ固溶体。δ冷却到3点时，δ开始向A转变。这一转变于4点结束，合金全部转变为单相奥氏体(A)。奥氏体冷到5点时，开始形成铁素体(F)。冷到6点时,合金成为单相的铁素体。铁素体冷到7点时，碳在铁素体中的溶解量呈饱和状态。因而自7点继续降温时，将自铁素体中析出的Fe3C，，它一般沿铁素体晶界呈片状分布。工业纯铁缓冷到室温后的显微组织如图3所示。 图2 典型铁碳合金在Fe—Fe3C相图中的位置 图3 纯铁的显微组织(200×) 2．共析钢 共析钢在相图上的位置见图2-(2)。共析钢在温度1—2之间按匀晶转变形成奥氏体。奥氏体冷至727℃(3点)时，将发生共析转变，即As→P(Fp十Fe3C)形成珠光体。珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。当温度由727℃继续下降时，铁素体沿固溶线PQ改变成分，析出Fe3CⅡ。Fe3CⅡ常与共析渗碳体连在—起，不易分辨，且数量极少，可忽略不计。图4是共析钢的显微组织(珠光体)。 图4 共析钢的显微组织图(400×) 图5 亚共析钢的显微组织图 3．亚共析钢 以含碳量为0.45％的合金为例来进行分析，见图2中合金成分(3)。在1点以上合全为液体。温度降至1点以后