一 ，实验目的
1、研究铁碳合金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；
3、了解碳钢的热处理操作；
4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响； 5、观察热处理后钢的组织及其变化；
6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
二 ，实验设备及材料
1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等； 2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；
3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）
三， 实验内容
三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，
均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方 式）
实验中对低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10进行如下表热处理
2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。 3、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
四 ，实验步骤：
1、观察平衡组织并测硬度：
（1） 制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2） 观察并绘制显微组织； （3） 测试硬度。
2、进行热处理。
3、观察热处理后的组织并测硬度：
（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）； （2）察并拍摄显微组织。
五 ，实验处理：
1,观察和分析铁碳合金在平衡状态下的显微组织
平衡组织一般指合金在极为缓慢冷却的条件下所得到的组织。铁碳合金在平衡状态下的显微组织，可以根据Fe-Fe3C相图来分析，从相图来看，所有碳钢和白口铸铁在室温下的显微组织均由铁素体和渗碳体所组成。但是由于碳含量的不同，结晶条件的差别，铁素体和渗碳体的相对数量、形态、分布和混合情况均不一样，因而呈现各种不同特征的组织组成物。
2、铁碳合金在室温下的组织
3、铁碳合金的成分--组织--性能关系
组织：在室温下，碳质量分数不同时，合金的组织在变化。随着碳质量分数的 增大，组织按下列顺序变化：F、F+P、P+Fe3CⅡ、P+Fe3CⅡ+Le’、Le’+Fe3CⅠ、 Fe3C。 性能：硬度主要决定于组织中组成相或组织组成物的硬度和相对数量，而受他们 的形态影响比较小，随着碳质量分数的增加，由于硬度高的Fe3C增多， 硬度低的F减少，所以合金的硬度呈直线关系增大，由全部为F的硬度 约为80HRB增大到全部为Fe3C时约800HRB。
强度是一个对组织形态很敏感的性能。随碳质量分数的增加，亚共析钢中 P增加而F高，F的强度值较低，所以亚共析钢的强度随碳质量分数的增 大而增大。减少，P的强度比较高，其大小与细密程度有关，组织越细密 则强度值越当碳质量分数超过共析成分之后，由于强度较低的Fe3CⅡ沿晶 界出现，合金强度增高变慢，到W(C)为0.9%时，Fe3CⅡ沿晶界形成完整的 网，强度迅速降低，随着碳质量分数的增加，强度继续降低。塑性变形全部由F提供，所以随碳质量分数的增加，F量不断减少时，合 金的塑性连续下降。
4、热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相的组织结构来控制其性能的一种金属热加工工艺。其基本的工艺过程有退火、正火、淬火、回火。 它的特点是：只改变金属材料内部组织结构，获得所需性能，尽量避免改变零件的形状。 同样的材料经过不同的热处理方法，可以得到不同的内部组织，因此，热处理工艺可以最大限度地发挥材料的潜力。
5、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响
淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+30~50°，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+20~40°。对于亚共析钢如果淬火温度过高，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度过低，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。
对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。