金属学及热处理金相实验Word下载.docx
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1.磨平
截取或者选择好的试样，先经砂轮或角向
磨光机磨平，为下一道砂纸的磨制做好准
备。
磨平过程中,须用水冷却试样，使金属
组织不因受热而发生变化。
2.磨光
试样的磨光可采用手工或机械磨样机进
行，一般磨到500#水砂纸或01#金相砂纸即
可进行宏观检验，对于微观金相试样则还
需要进行抛光。
2.1手工磨光
经过磨平的试样，洗净、吹干后，砂纸平铺于平滑的玻璃、
金属或其他板上，使试样与砂纸面完全接触，用手工依次
由粗到细在各号砂纸上磨制。
每更换一次砂纸，试样或磨
制方向须转90°
角与旧磨痕成垂直方向。
手工磨制时还须
注意：
a.以均匀的压力向前推进，回程时将试样提起，切忌将试
样在砂纸上来回研磨。
b.每更换一次砂纸，均须磨至旧磨痕完全消失，新磨痕均
匀一致为止。
c.每次更换砂纸时，须用水将试样清洗干净，以免将粗砂
粒带到细砂纸上。
d.试样磨制时用力不可太大，每次磨制时间不可太长以避
免试样过热。
2.2机械磨样机磨光
2.2.1粗磨：
将不同号数的砂纸由粗到细分别置于机械磨样机上依次磨
制。
钢铁材料试样的粗磨通常在砂轮机上进行，但在磨制；
将粗磨后的试样用水冲洗并擦干后就开始进行细磨。
2.2.2细磨：
细磨是在一套粗细不同的专用金相砂纸上，由粗到细依次
顺序进行的。
将金相砂纸放在厚玻璃板上，手指紧握试样，磨面紧帖砂
纸向前推进，回程时提起试样，直到试样磨面出现方向一
致的均匀条纹，然后用水清洗并擦干，更换下一号砂纸，
并将试样旋转90°
，使磨制方向与上一次的磨痕垂直，直
到把上一号砂纸所产生的磨痕全部消除为止。
（四）抛光
细磨后的试样还需要进一步抛光，抛光的目的是为
了去除细磨时留下的细微磨痕而获得光亮的镜面。
金相试样的抛光方法：
机械抛光、电解抛光和化学
抛光。
1.机械抛光
1.1粗抛光
将经过磨光后的试样，将利用装有尼纶、尼绒或者
细帆布的抛光机或其他抛光设备，配合使用氧化铝、
氧化镁、氧化铬等磨料进行抛光。
抛光时间2min～
5min,抛光后用水洗净并吹干。
1.2细抛光
经过粗抛光后的试样利用装有尼龙绸、天鹅绒或其他纤维细
匀的丝绒的抛光机或其他抛光设备，配合使用不同粒度的细
抛光粉或细金刚砂软膏进行精抛光。
此过程中应注意：
a.用力要轻，须从盘的中心至边缘来回抛光，并不时滴加少
许磨粉悬浮液。
b.绒布的湿度以将试样从盘上取下观察时，表面水膜能在
2～3s内完全蒸发消失为宜。
c.试样抛光到磨痕完全除去，表面象镜面为止。
d.抛光后的试样用水洗净吹干，使表面不致有水迹或污物残
留。
e.试样抛光时，若发现较粗磨痕不易去除，或试样抛光后在
显微镜下观察，发现有凹坑等影响试验结果的缺陷时，试样
应重新磨制。
2.电解抛光
利用电化学反应时的
阳极溶解原理，以试
样作为阳极，碳棒或
其他材料为阴极，根
据样品材料选用相应
的抛光液、电压、电
流、温度和时间，通
过电化学反应而得到
光亮表面。
常用电解
抛光液及使用条件见
表1。
表1
常用金相电解抛光液
序
号
成份
抛光规范
用
途
备注
1
高氯酸15%～
20%
酒精
80%～85%
电流密度（0.1～0.3）
A/cm,
小于50℃，
时间15min～90min
钢
铁
配制时，将高
氯酸缓缓加入
到酒精中
2
高氯酸18%～
醋酸
电压20～40V,
温度70℃～80℃,
电流密度（0.7～1.0）
A/cm,
到醋酸中
3
磷酸
48（重量百分比）
甘油
50（重量百分比）
水
2（重量百分比）
电流密度1～5
A/cm
温度70～80℃
时间1～3min
不
锈
铅作阴极
表2常用金相化学抛光液
3.化学抛光
利用化学试剂对试样
表面进行不均匀溶
解，从而得到光亮表
面。
该方法只能使试
样表面光滑，不能达
到表面平整的要求。
常用金相化学抛光液
见表2。
抛光规范
用途
硝酸（比重1.33）30ml
氢氟酸（比重1.12）70ml
水300ml
温度60℃
低碳钢
双氧水100ml
草酸2.5～3g
氢氟酸5～10ml
低合金钢
盐酸（重量百分比）30%
硫酸（重量百分比）40%
氯化钛（重量百分比）5.5%
水（重量百分比）24.5%
温度70～80℃
不锈钢
（五）侵蚀
经抛光后的试样若直接在金相显微镜下观察，只能
看到一片亮光，除非某些非金属夹杂物（MnS及石
墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。
必须使用侵蚀剂对试样表面进行侵蚀，才能清楚地
显示出显微组织的真实情况。
钢铁材料最常用的侵蚀剂为3～4%的硝酸酒精溶液
或4%苦味酸酒精溶液。
其它可查有关侵蚀剂手册。
最常用的金相组织显示方法是化学侵蚀法。
1.宏观检验浸蚀
1.1酸浸试验可用热酸浸蚀或冷酸浸蚀
1.2根据被检件的化学成分及检验目的，确定浸蚀
液的成分，浸蚀温度和浸蚀时间，以能准确显示缺
陷为准。
1.3酸浸液应盛于耐酸器皿（如烧杯）中，酸浸试
验宜在通风处进行。
1.4试样放入酸浸液时，被检面应不与器皿或其它
试样接触，并应完全浸入酸浸液中，以保证浸蚀均
匀。
表3钢铁材料常用宏观组织浸蚀剂
浸蚀剂名称
使用要点
适用范围
硝酸水溶液
硝酸10ml
水90ml
室温下约10～20min浸蚀后10％过
硫酸铵水溶液擦蚀
显示碳钢、低合金钢及焊缝的宏
观组织
氧化铜过氯化
铵水溶液
氧化铜35g
过氯化铵53g
水100ml
浸蚀30～90S，再擦洗去磨面上的铜
适用于低、中合金焊缝，能显示
焊缝中的点、气孔、裂纹
混合酸溶液
盐酸500ml
硫酸25ml
硫酸铜100g
试样需抛光，用浸蚀法直到显现出
组织时为止
适用于不锈钢奥氏体钢焊接
1.7浸蚀完毕后，即可用耐酸钳,将试样从浸蚀液中取出，并立
即在流动水中冲洗，同时用毛刷将试样表面上的腐蚀产物洗刷
掉。
刷洗后还可采用2%NaOH或3-5%Na2CO3溶液冲洗，然
后吹干。
1.8试样酸浸后，如发现浸蚀不够时，可继续浸蚀至达到要求
为止；
如发现浸蚀过深时，须将试样被检面重新进行磨平磨光
后再按上述方法重新浸蚀。
1.9酸浸后的试样应及时检查或拍照，并作好记录。
若需暂时
放置，则应置于干燥器中保存。
1.10检查时如发现折叠、裂纹、气孔和未焊透等缺陷，可绘制
简图对其进行记录，拍照时应注明放大倍数并测定缺陷的尺寸
与位置，以便评定被检件质量。
2.微观检验浸蚀
2.1试样按照要求进行研磨并经显微镜检查合格后，
即可进行浸蚀，浸蚀时间视金属材料的性质、浸蚀液
的浓度、温度等而定，以能在显微镜下清晰显示金属
组织为宜。
2.2试样浸蚀完毕后，迅速用水冲洗，然后再用无水
酒精清洗，热风吹干。
若浸蚀程度不足时，视具体情
况可继续进行浸蚀，或重新抛光后再进行浸蚀；
若浸
蚀过度时，一般可重新抛光后再进行浸蚀；
当浸蚀过
度严重时，则须重新磨制，并经抛光后再进行浸蚀。
2.3浸蚀好的试样，应立即观察拍照。
表4钢铁材料常用微观组织浸蚀剂
浸蚀剂
名称
使用要点
硝酸含量增加，则选择性
硝酸酒
精
溶
液
硝酸
1-5ml
100ml
减少，
而浸蚀作用加剧。
用蒸馏
水代替
部分酒精（一半），可加
速浸蚀；
用甘油代替部分酒精则减
适用于碳钢及低合金
钢。
配制时，将
硝
酸缓慢地倒
入
酒精中。
缓浸蚀
铬酸盐
酸
水溶
盐酸25ml
10%
铬酸水溶
5~50ml
适用于热处理后的
18-8
不锈钢。
王水溶
盐酸
1份
3份
使用前试剂应放置24小
时，长时
间浸蚀会形成凹坑。
显示奥氏体钢的晶界、返回
腐蚀不锈钢的δ相
1．准备φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边
长12～15mm的方形低碳钢试样若干，预先用砂轮将
表面磨平。
2．粗砂纸和金相砂纸每人一套，毛巾、吹风机和水
盆共用。
3．机械抛光机，金相显微镜
4．预先配置好侵蚀剂，并准备好棉签用于侵蚀。
1.实验目的：
1）了解金相试样的制备过程
2）掌握钢铁金相试样的制备过程及方法
2.实验内容：
学生按照金相试样的制备流程每人制作一碳钢试样。
3.实验要求：
要求在显微镜下能清楚分辨显微组织，且没有明显可
见的磨痕。
实验二铁碳合金平衡组织观察
一、铁碳合金相图原理概述
二、实验内容及步骤
三、实验材料及设备
四、实验目的及报告要求
（一）工业纯铁
（二）碳钢
共析钢、亚共析钢、过共析钢
（三）白口铸铁
共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁
（一）工业纯铁
碳的质量分数小于0.0218%的铁碳合金称为工业纯铁。
见图2-1。
当其冷到碳在α-Fe中的固溶度线PQ以下时，将沿铁素体晶界析出少量三次
渗碳体，铁素体的硬度在80HB左右，而渗碳的硬度高达800HB。
因工业纯铁中的渗碳体量很少，故硬度、强度不高而塑性、韧性较好。
图2-1工业纯铁组织
（二）碳钢
碳的质量分数在（0.0218~2.11）%之间的铁碳合金称为碳钢，根据合金
在相图中的位置可分为亚共析、共析和过共析钢。
（1）共析钢成分为，在727℃以上的组织为奥氏体，冷至727℃时发生
共析反应：
A{0.77%C}→F{0.0218%C}+Fe3C
将铁素体与渗碳体的机械混合物称珠光体（P）。
室温下珠光体中渗碳体
的质量分数约为12%，慢冷所得的珠光体呈层片状。
图2-2珠光体电镜组织
图2-3珠光体光镜组织
采用电子显微镜高倍放大能看出Fe3C薄层的厚度，图2-2中窄
条为Fe3C，宽条为F基体，两者有明显的分界线。
在普通光学显微镜下观察时，只能看到Fe3C成条条细黑线分
布在铁素体上，见图2-3。
位向相同的一组铁素体加渗碳体片层，称一个共析领域。
当
放大倍数低，珠光体组织细密或浸蚀过深时，珠光体中的片
层难以分辨，呈一片暗色区域。
（2）亚共析钢
成分为0.0218%<
wC<
0.077%，组织为先共析铁素体加珠光
体，在显微镜下铁素体呈亮色，珠光体为暗色，铁素体的形
态随合金含碳量即铁素体量的多少而变，如wC=0.2%时，其
组织的基体为等轴的铁素体晶粒，少量暗色珠光体分布在铁
素体晶粒边界或三叉晶界上呈不规则岛状。
当含碳量增加，组织中珠光体的量增多，至wC=0.4%，珠光体
与铁素体的量各占一成；
wC>
0.5%，珠光体成为钢的基体，铁
素体呈连续或断续的网络状围绕着珠光体分布，这是由于先
共析铁素体是沿原奥氏体边界优先析出，至一定量后，剩余
奥氏体才转变为珠光体，不同含碳量的亚共析钢的显微组织
见下图2-4。
（a）20钢
图2-4
亚共析钢显微组织
（b）40钢
（3）过共析钢
成分为0.77%<
wC<
2.11%，但实用钢的最大含碳量只到
1.3%，因碳量再高，二次渗碳体量增多，使钢变脆。
过共析钢的组织由珠光体及二次渗碳体所组成，二次渗碳体
呈网状，碳量愈高，渗碳体网愈多、愈完整。
与先共析铁素
体网很容易区别，若经硝酸酒精溶液浸蚀后，两者虽均为亮
色，但二次渗碳体网要细得多；
若用碱性苦味酸钠溶液热浸
蚀后，渗碳体变成暗色，铁素体仍为亮色。
经不同方法浸蚀
后的T12钢组织见图2-5a、b。
（a）
（b）
图2-5过共析钢显微组织
（a）共晶白口铁
（b）亚共晶白口铁
图2-6白口铸铁组织
（C）过共晶白口铁
（三）白口铸铁
（1）共晶白口铁（wC=4.3%）此合金由液态冷却到1148℃
时，全部发生共晶反应：
L（4.3%C）→A（2.11%C）+Fe3C，所得产物称莱氏
体（Ld），呈豹皮状，其中奥氏体呈短棒或小条状分布在渗
碳体基体上，在以后继续冷却的过程中，只有奥氏体原地发
生转变，先析出二次渗碳体，后在727℃形成珠光体。
沿奥氏体边界析出的二次渗碳体，常与共晶渗碳体连成一
片，不易分辨。
室温组织是由奥氏体转变来的二次渗碳体、
珠光体及原共晶渗碳体组成，称变态莱氏体（Ld’）。
所谓变
态的实质是指共晶内部组成物改变，并非形貌改观，在显微
镜下观察变态莱氏体仍呈豹皮状，见图2-6a。
（2）亚共晶白口铁（wC=2.11%~4.3%）这类合金凝固时先
析出初生奥氏体，呈树枝状，剩余液体在1148℃发生共晶反
应得到莱氏体，继续冷却时初生奥氏体及共晶体中的奥氏体
各在原地发生相同的转变，即先析出二次渗碳体，后形成珠
光体，室温组织是由初生奥氏体转变所得的二次渗碳体加珠
光体（Fe3CII+P）及变态莱氏体Ld’所组成，见图2-6b。
（3）过共晶白口铁（wC=4.3%~6.69%）过共晶白口铸铁的
组织由粗大片状的一次渗碳体加变态莱氏体组成，见图2-6c。
1.讨论Fe-Fe3C相图
1）分析各相及组织组成物的本质。
2）分析不同含碳量的铁碳合金的凝固过程、室温组织及其
形貌特征。
3）总结铁碳合金的组织、性能与含碳量的关系。
2.观察、分析并画出工业纯铁、不同碳钢及白口铸铁的组织
示意图。
3.测定不同含碳量的碳钢的硬度。
1.表1-1所列的金相试样2套，并附金相照片。
2.金相显微镜2台。
3.布氏硬度计1台。
4.测定组织组成物相对含量用的亚共析钢金相照片及透明
方格纸各15张。
表1-1本实验所观察的合金
类别
合金牌号
显微组织
合金
牌号
工业纯铁
4%硝酸酒精溶液
F+FeC
3II
过共析钢
T12
P+FeC
亚共析钢
20
F+P
碱性苦味酸钠溶液
40
白口铸铁
亚共晶
FeC+P+Ld’
60
共晶
Ld’
共析钢
T8
P
过共晶
Ld’+FeC
3I
（1）熟练运用铁碳合金相图，提高分析铁碳合金平衡凝固过
程及组织变化的能力。
（2）掌握碳钢和白口铸铁的显微组织特征。
2.报告要求
（1）列表说明铁碳相图中各个相的本质，晶体结构，溶碳
量，形成条件，形态等不同点。
（2）画出所观察合金的显微组织示意图并加以注解。
（3）分析20钢及亚共晶白口铁的凝固过程。
（4）总
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