顯微組織辨識圖譜

看得到的特徵

• 大小大致相同、有稜角的明亮晶粒（等軸晶）鋪滿整面，晶粒的交界（晶界）看起來是細黑的線。
• 含少量碳時，晶粒的角落等處會散布小的黑色波來鐵（含碳約 0.05% 的熱軋材的例子）。

看起來明亮或暗的原因

• 晶界的原子排列紊亂，比晶粒內部腐蝕得更快，成為溝槽，光線無法反射回來，因此看起來是黑線。
• 腐蝕時間較長時，溶解的速度因晶體方位而不同，同方位的晶粒亮度相同，因此各晶粒看起來亮度略有差異。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital（硝酸的酒精溶液）可顯現肥粒鐵的晶界。Picral（苦味酸的酒精溶液）不會顯現肥粒鐵的晶界，因此要觀察晶粒大小時使用 Nital。

生成條件（合金與熱處理）

• 將含碳極少的鐵（純鐵或極低碳鋼）從沃斯田鐵區冷卻或退火。在 Fe–C 相圖中，是 727℃ 時最多只能固溶 0.022% 碳的 α（體心立方）區域。
• 冷加工後使其再結晶，就會恢復成沒有應變的等軸晶粒。

性質

• 晶粒越細越硬、越強（霍爾-佩奇關係）。晶粒大小以晶粒度號數表示（本頁的「晶粒度」）。 [5]

容易看錯的組織與辨識方法

• 沃斯田鐵（退火雙晶）: 退火雙晶（橫越晶粒內部、由筆直平行的 2 條線夾住的帶）是面心立方金屬（沃斯田鐵系不鏽鋼、銅合金等）的特徵。肥粒鐵（體心立方）的晶粒通常看不到。
• 肥粒鐵＋波來鐵（亞共析鋼）: 黑色的波來鐵若占面積的數成以上，就是亞共析鋼。若只有零星少量，則是低碳鋼的肥粒鐵組織。
• 混粒（晶粒大小不均）: 混粒的晶粒大小隨位置有很大差異。肥粒鐵組織的晶粒大致均勻。

辨識的線索

• 只由明亮的等軸多邊形晶粒構成
• 晶粒內沒有筆直平行線的帶（雙晶）
• 幾乎沒有黑色部分（波來鐵）

相關名詞: 霍爾-佩奇關係 再結晶

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 某鋼的降伏應力遵循霍爾-佩奇關係 σy = σ₀ + k/√d，σ₀ = 70 MPa，k = 0.74 MPa·√m。平均晶粒尺寸 d = 25 µm 時的降伏應力最接近下列何者？
2. 關於將冷加工金屬加熱時的再結晶，下列敘述何者正確？

看得到的特徵

• 白色（明亮）的初析肥粒鐵晶粒，與偏黑的波來鐵島混在一起。提高倍率可以看到波來鐵的層狀。
• 碳越多，波來鐵越多。以圖下方的滑桿改變含碳量，就會以槓桿法則求得的比例重新繪製。

看起來明亮或暗的原因

• 波來鐵是肥粒鐵與雪明碳鐵的細層，腐蝕後各層之間產生段差，因其陰影而整體看起來偏暗。初析肥粒鐵平坦地溶解，因此看起來明亮。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 可同時看到肥粒鐵的晶界與波來鐵（通常使用這種）。Picral 能清楚顯現波來鐵的層狀，但不會顯現肥粒鐵的晶界。

生成條件（合金與熱處理）

• 將含碳 0.022〜0.76% 的鋼從沃斯田鐵區在爐內緩慢冷卻（退火），或在空氣中冷卻（正常化）。
• 冷卻時，先在原沃斯田鐵晶界生成肥粒鐵，剩餘沃斯田鐵的碳量增加，達到 0.76% 時，在 727℃ 轉變為波來鐵。
• 727℃ 正下方的波來鐵質量分率，依槓桿法則為 (C − 0.022)/(0.76 − 0.022)。例：0.40%C 時約為 0.51。示意圖以這個質量分率作為面積比例繪製。

性質

• 正常化（空冷）比退火（爐冷）冷卻得快，因此肥粒鐵較少、波來鐵較細（0.35%C 鋼的例子）。 [1][2]

容易看錯的組織與辨識方法

• 魏德曼肥粒鐵: 魏德曼肥粒鐵是從晶界向晶粒內側伸出平行的楔形白板。退火的亞共析鋼中，白色的肥粒鐵大致是等軸晶粒。
• 波來鐵（共析鋼）: 若看得到成群的白色肥粒鐵晶粒，就是亞共析鋼。若幾乎整面都是層狀，則是共析鋼的波來鐵。
• 球狀石墨鑄鐵（延性鑄鐵）: 球狀石墨鑄鐵也有白色的肥粒鐵與黑色的波來鐵，但有黑色的球（石墨）。鋼中沒有石墨。

辨識的線索

• 白色等軸晶粒與黑色的島混在一起
• 黑色的島提高倍率後是層狀
• 沒有石墨的球或片

相關名詞: 槓桿法則 共析反應 波來鐵

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 將0.40 wt%C的亞共析鋼平衡冷卻至剛低於727℃。初析肥粒鐵的質量分率最接近下列何者？設共析成分為0.76 wt%C，727℃時肥粒鐵的碳濃度為0.022 wt%C，雪明碳鐵為6.70 wt%C。
2. 關於Fe-Fe₃C系相圖共析點的敘述，下列何者正確？

看得到的特徵

• 肥粒鐵與雪明碳鐵交互重疊的層。每個層方向一致的區塊（群落）方向都不同，排列成像指紋般的條紋。
• 即使是同一試樣，斜切層的群落看起來間距較寬，接近垂直切的群落看起來較窄。層細到無法分辨的群落，看起來是均勻的黑色。

看起來明亮或暗的原因

• 腐蝕時肥粒鐵先溶解，雪明碳鐵略為凸出。在光學顯微鏡下兩者都是白色，但雪明碳鐵層很薄，段差的陰影成為黑線，因此整體看起來偏暗。

腐蝕液與外觀

• Picral 幾乎不顯現肥粒鐵的晶界，而能清楚顯現雪明碳鐵（波來鐵的層），因此適合觀察波來鐵的層。以 Nital 腐蝕，波來鐵也是黑色。

生成條件（合金與熱處理）

• 將約 0.76%C 的共析鋼從沃斯田鐵區緩慢冷卻到 727℃ 以下（γ → α + Fe₃C）。
• 冷卻越慢（過冷度越小），越會成為層間距寬的粗波來鐵；越快則成為細波來鐵。空冷（正常化）的細波來鐵，在光學顯微鏡下不易分辨層。

性質

• 層間距越細越硬、越強。硬度依序為 細波來鐵 > 粗波來鐵 > 球化組織。 [7][8]
• 光學顯微鏡能分辨到約 500 nm，層間距約 50 nm 的極細波來鐵，不用電子顯微鏡就看不到層。 [9]

容易看錯的組織與辨識方法

• 共晶組織（Pb–Sn 等）: 共晶組織（Pb–Sn 等）也是層狀，但 2 相的層厚度相近。波來鐵中雪明碳鐵的層比肥粒鐵的層薄得多（依槓桿法則，雪明碳鐵為 (0.76 − 0.022)/(6.70 − 0.022) ≈ 0.11）。
• 上變韌鐵: 上變韌鐵是從晶界伸出的羽毛狀束，碳化物是斷續的顆粒列，不會成為像波來鐵那樣長而連續的層狀條紋。
• 肥粒鐵＋波來鐵（亞共析鋼）: 若有成群的白色初析肥粒鐵晶粒，就是亞共析鋼。

辨識的線索

• 整面都是層狀條紋
• 每個區塊（群落）的條紋方向不同
• 沒有白色晶粒的集合，也沒有白色網狀

相關名詞: 波來鐵 共析反應

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 關於Fe-Fe₃C系相圖共析點的敘述，下列何者正確？

看得到的特徵

• 層狀波來鐵的晶粒（原沃斯田鐵晶粒）周圍，被白而細的網狀（初析雪明碳鐵）包圍。
• 碳越多，網狀越粗。以圖下方的滑桿改變含碳量，就會以槓桿法則求得之比例的粗細重新繪製。

看起來明亮或暗的原因

• 初析雪明碳鐵在 Nital 或 Picral 下幾乎不溶解而保持白色，網狀邊緣的段差看起來是細黑線。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital、Picral 腐蝕，初析雪明碳鐵是白色，不易與白色的肥粒鐵區分。以鹼性赤血鹽（鐵氰化鉀）溶液加熱腐蝕，雪明碳鐵呈黑色，波來鐵呈褐色，因此可以區分。

生成條件（合金與熱處理）

• 將含碳多於 0.76%C 的鋼（過共析鋼）從沃斯田鐵區緩冷。越過 Acm 線時，初析雪明碳鐵在沃斯田鐵晶界上呈網狀析出，剩餘的沃斯田鐵在 727℃ 成為波來鐵。
• 727℃ 正下方的初析雪明碳鐵質量分率，依槓桿法則為 (C − 0.76)/(6.70 − 0.76)。例：1.2%C 時約為 0.074。示意圖以這個比例作為網狀的面積繪製。

性質

• 1.3%C 的鋼從 970℃ 爐冷的例子中，初析雪明碳鐵出現在晶界上，波來鐵的層清楚可見。 [1]

容易看錯的組織與辨識方法

• 肥粒鐵＋波來鐵（亞共析鋼）: 亞共析鋼中白色的肥粒鐵是面積大的晶粒。過共析鋼中白色的初析雪明碳鐵是沿著晶界的細網狀。猶豫時，以鹼性赤血鹽溶液使雪明碳鐵變黑。
• 析出物（沿晶界排列的析出與晶粒內的顆粒）: 敏化不鏽鋼的晶界是黑色溝槽，晶粒內沒有層。過共析鋼的網狀是白色，內部是波來鐵的層。
• 波來鐵（共析鋼）: 若沒有晶界的白色網狀，就是共析鋼的波來鐵。

辨識的線索

• 白而細的網狀包圍波來鐵晶粒
• 網狀沿著晶界
• 內部是波來鐵的層

相關名詞: 波來鐵 槓桿法則

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 將1.2 wt%C的過共析鋼由沃斯田鐵區徐冷時，室溫下得到的組織為下列何者？

看得到的特徵

• 原沃斯田鐵晶粒的晶界上有白色的肥粒鐵帶，從那裡有許多方向一致的白色楔形板伸向晶粒內側。板與板之間是黑色的波來鐵。

看起來明亮或暗的原因

• 魏德曼肥粒鐵內部沒有細微組織，腐蝕後仍乾淨地保持白色。由細板與碳化物集合而成的變韌鐵，則腐蝕成暗色。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 腐蝕，白色的板與黑色波來鐵的對比很明顯。

生成條件（合金與熱處理）

• 像鑄造狀態的碳鋼（0.40〜0.50%C 的例子）那樣，冷卻遠離平衡時，楔形的肥粒鐵會從晶界成長。也有從晶界層狀肥粒鐵二次成長的情形。
• 可以藉退火、正常化或熱軋消除。

性質

• 針狀的肥粒鐵會降低韌性，因此一般認為保持這種組織的鋼最好不要用於重要零件（鑄造狀態的鋼的例子）。 [3]

容易看錯的組織與辨識方法

• 上變韌鐵: 兩者都從晶界平行伸出，但魏德曼肥粒鐵是乾淨的白色楔形，之間是黑色的波來鐵。上變韌鐵則整束都是暗色，細板之間有碳化物的列。
• 肥粒鐵＋波來鐵（亞共析鋼）: 退火的亞共析鋼中，肥粒鐵是等軸晶粒，沒有平行楔形的列（正常化時肥粒鐵有時會成為針狀）。

辨識的線索

• 白色楔形平行排列，伸向晶粒內側
• 晶界上有白色的帶
• 之間是黑色的波來鐵

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

看得到的特徵

• 在等軸肥粒鐵的基地上，圓形的雪明碳鐵顆粒均勻散布。肥粒鐵的晶界上也有許多顆粒。
• 沒有層狀條紋，也沒有針。

看起來明亮或暗的原因

• 雪明碳鐵顆粒不被腐蝕而略為凸出，周圍的段差成為陰影，因此看起來像是被黑邊圍住的點。

腐蝕液與外觀

• Picral 是觀察球化組織或回火碳化物分布的標準腐蝕液。若也想看肥粒鐵的晶界，就與 Nital 搭配使用。

生成條件（合金與熱處理）

• 將波來鐵、變韌鐵或淬火的鋼，在 A1（727℃）正下方長時間保持（球化退火）。例：將 0.40〜0.50%C 的鋼從 830〜850℃ 水淬，在 710℃ 保持 72 小時後緩慢冷卻。
• 將淬火的鋼在 600℃ 長時間（數天）回火，雪明碳鐵顆粒也會變大，針狀的肥粒鐵逐漸變成等軸。

性質

• 硬度依序為 細波來鐵 > 粗波來鐵 > 球化組織，球化組織最軟。 [4]
• 含碳約 0.85% 的工具鋼在熱處理前的組織（肥粒鐵基地上有數 µm 的碳化物）約為 HV165。 [5]

容易看錯的組織與辨識方法

• 回火麻田散鐵: 回火麻田散鐵也有碳化物顆粒，但仍殘留原本的板條或針的形狀與較暗的基地。球化組織的基地肥粒鐵是等軸而明亮的，顆粒圓而大。
• 球狀石墨鑄鐵（延性鑄鐵）: 球狀石墨鑄鐵的黑球大到在低倍率下也看得見，並被白色的肥粒鐵環包圍。球化組織的顆粒要在高倍率下才勉強看得見。
• 析出物（沿晶界排列的析出與晶粒內的顆粒）: 晶界的析出物沿著晶界連續排列。球化組織的顆粒在晶粒內也均勻散布。

辨識的線索

• 圓形顆粒零散地散布
• 沒有層狀條紋，也沒有針
• 基地的肥粒鐵是等軸而明亮的

相關名詞: 奧斯華熟化

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 將母相中分散著大小不同析出物粒子的合金在高溫下長時間保持時，所發生的奧斯華熟化（Ostwald ripening），下列敘述何者正確？

看得到的特徵

• 從原沃斯田鐵晶界，平行的細肥粒鐵板（板條）的束（sheaf）像羽毛般成長。
• 板與板之間，雪明碳鐵顆粒排成斷續的列。在光學顯微鏡下無法分辨一片片的板，看起來是束的集合。
• 示意圖是變態到一半後淬火的試樣的外觀（開始成長的束是暗色，其餘是明亮的麻田散鐵基地）。

看起來明亮或暗的原因

• 雪明碳鐵顆粒的周圍被腐蝕，因此變韌鐵整體看起來偏暗。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 腐蝕成暗色。要看一片片的板與碳化物，需要電子顯微鏡。

生成條件（合金與熱處理）

• 將沃斯田鐵快速冷卻到生成波來鐵的溫度正下方（多半低於 500℃），並保持在該溫度（恆溫變態）。
• 淬火的冷卻比臨界冷卻速率稍慢時，有時只在晶界出現羽毛狀的上變韌鐵（0.35%C 水淬的例子）。

性質

• 4340 鋼經恆溫變態成為幾乎全部是上變韌鐵的例子中，為 32 HRC。 [1]
• 碳化物位於板之間且粗大，因此韌性比下變韌鐵低。 [4]

容易看錯的組織與辨識方法

• 下變韌鐵: 下變韌鐵是方向不一致的暗色針。上變韌鐵則是平行的束從晶界成長。碳化物的位置（上變韌鐵在板之間，下變韌鐵在板內以約 60° 的方向排列）要以電子顯微鏡觀察。
• 波來鐵（共析鋼）: 波來鐵是長而連續的層狀條紋。上變韌鐵的碳化物是斷續的顆粒列，束呈羽毛狀。
• 魏德曼肥粒鐵: 魏德曼肥粒鐵是乾淨的白色楔形，之間是黑色的波來鐵。上變韌鐵則整束都是暗色。

辨識的線索

• 平行的束從晶界像羽毛般成長
• 束內有斷續的黑點列
• 整體腐蝕成暗色

相關名詞: 硬化能

確認用的題目:

1. TTT圖（恆溫變態圖）與CCT圖（連續冷卻變態圖）的差異，下列何者正確？
2. 在鋼中添加Mn、Cr、Mo等合金元素可提高硬化能。其理由下列何者正確？

看得到的特徵

• 細而暗的針（實際上是板）互不平行，朝各種方向散布（針狀）。
• 在變態到一半後淬火的試樣中，看起來是明亮麻田散鐵基地中的暗色針（示意圖是這種外觀）。

看起來明亮或暗的原因

• 板內細小碳化物的周圍被腐蝕，因此腐蝕成暗色。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 腐蝕看起來是暗色的針。板內的碳化物（以與板軸約 60° 的方向平行排列）要以電子顯微鏡觀察。

生成條件（合金與熱處理）

• 將沃斯田鐵急冷到比上變韌鐵更低的溫度（通常為 200〜350℃），並保持在該溫度。

性質

• 4340 鋼在 280℃ 與 330℃ 恆溫變態成為幾乎全部是下變韌鐵的例子中，分別為 50 HRC 與 44 HRC。 [1]
• 板之間的碳化物少而細，因此韌性比上變韌鐵高。 [2]

容易看錯的組織與辨識方法

• 回火麻田散鐵: 在光學顯微鏡下非常相似。回火麻田散鐵的碳化物以數種方向（魏德曼狀）析出，下變韌鐵的碳化物則多半朝一個方向排列（以電子顯微鏡觀察）。熱處理的履歷也是線索。
• 透鏡狀麻田散鐵（板狀、高碳的淬火組織）: 淬火狀態的透鏡狀麻田散鐵的板較粗，中央有條紋（中脊，midrib），周圍有白色的殘留沃斯田鐵。下變韌鐵的針細而暗。
• 上變韌鐵: 上變韌鐵是平行的束從晶界成長。下變韌鐵的針方向零亂。

辨識的線索

• 細而暗的針朝零亂的方向散布
• 針的中央沒有條紋（中脊）
• 不是從晶界成長的平行束

確認用的題目:

1. TTT圖（恆溫變態圖）與CCT圖（連續冷卻變態圖）的差異，下列何者正確？

看得到的特徵

• 原沃斯田鐵晶粒的邊界（原沃斯田鐵晶界）保留下來，其內部分成方向一致的細條紋區塊。區塊內排列著亮度不同的帶（block）。
• 每一根板條都太細，在光學顯微鏡下無法分辨。

看起來明亮或暗的原因

• 淬火狀態的麻田散鐵以 Nital 腐蝕的對比較弱，各區塊方向的差異，只能看成亮度的些微差異。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 腐蝕（對比偏弱）。Picral 也能腐蝕麻田散鐵。

生成條件（合金與熱處理）

• 將含碳少於約 0.6% 的鋼，從沃斯田鐵區以比臨界冷卻速率更快的速度急冷（水淬、油淬）。含碳約 0.6〜1% 時，板條與板狀混在一起。

性質

• 淬火狀態的硬度幾乎只由含碳量決定，合金元素改變的不是硬度，而是淬硬的深度。 [2]
• 麻田散鐵的最高硬度，在含碳 0.8〜1.0% 時為 HRC 66。 [1]

容易看錯的組織與辨識方法

• 回火麻田散鐵: 形狀非常相似，但回火後基地看起來較深（較暗）。淬火狀態則偏亮，對比較弱。
• 上變韌鐵: 上變韌鐵是羽毛狀的束從晶界成長，並有黑色碳化物點的列。板條麻田散鐵的條紋細而均勻，區塊填滿整個晶粒。
• 透鏡狀麻田散鐵（板狀、高碳的淬火組織）: 透鏡狀麻田散鐵可以看到一片片的板，並有中央的條紋與白色的殘留沃斯田鐵。

辨識的線索

• 保留原沃斯田鐵晶界
• 晶粒內分成細而平行的條紋區塊
• 整體偏亮，對比較弱

相關名詞: 麻田散鐵 硬化能

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 關於鋼的麻田散鐵變態的敘述，下列何者正確？
2. 在鋼中添加Mn、Cr、Mo等合金元素可提高硬化能。其理由下列何者正確？

看得到的特徵

• 透鏡形的板朝各種方向排列，板的中央有細的條紋（中脊）。先生成的大板橫越晶粒，後生成的板填補其間，因此較小。
• 板之間殘留白色的殘留沃斯田鐵。板互相撞擊的地方有時會產生微小的裂縫。

看起來明亮或暗的原因

• 殘留沃斯田鐵不易被腐蝕而保持白色，麻田散鐵的板看起來比它暗。

腐蝕液與外觀

• 以 Nital 腐蝕。淬火溫度過高的工具鋼，可以看到許多被認為是殘留沃斯田鐵的白色組織。

生成條件（合金與熱處理）

• 含碳超過約 0.6% 時開始混入板（透鏡），超過約 1% 時幾乎全部是板。將高碳鋼（工具鋼等）從高溫淬火。
• 含碳超過約 0.4% 時，即使冷卻到室溫，也開始殘留沃斯田鐵。

性質

• 麻田散鐵的最高硬度在含碳 0.8〜1.0% 時為 HRC 66。碳更多時殘留沃斯田鐵增加，因此硬度不會再提高。 [1]
• 由於有板互相撞擊產生的微小裂縫，板狀麻田散鐵在大多數用途中都會避免。 [1]

容易看錯的組織與辨識方法

• 下變韌鐵: 下變韌鐵的針細而暗，沒有中央的條紋，也沒有白色的殘留沃斯田鐵。
• 板條麻田散鐵（低碳的淬火組織）: 板條麻田散鐵是看不到一根根條紋的細條紋區塊。透鏡狀麻田散鐵可以看到一片片的板。
• 沃斯田鐵（退火雙晶）: 沃斯田鐵的退火雙晶是筆直平行線的帶，不是透鏡形。

辨識的線索

• 中央有條紋（中脊）的透鏡形板
• 板之間有白色的殘留沃斯田鐵
• 大板與小板混在一起

相關名詞: 麻田散鐵

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

確認用的題目:

1. 關於鋼的麻田散鐵變態的敘述，下列何者正確？

看得到的特徵

• 保留板條或板原本的形狀與原沃斯田鐵晶界，但基地看起來比淬火狀態深（暗）。
• 回火溫度越高、時間越長，碳化物顆粒越大，針的形狀逐漸消失，接近等軸的肥粒鐵（600℃ 2 小時與 4 天的比較）。

看起來明亮或暗的原因

• 回火使麻田散鐵分解（過飽和的碳以細小碳化物析出），基地看起來變深。

腐蝕液與外觀

• Picral 用於觀察淬火回火鋼中碳化物的分布。也可以用 Nital 腐蝕。

生成條件（合金與熱處理）

• 將淬火的鋼再加熱到低於 A1（727℃）的溫度（回火）。溫度越高、時間越長，越軟。

性質

• 4340 鋼油淬後在 200℃ 回火的例子中，為 52 HRC。 [1]
• 含碳約 0.85% 的工具鋼（SK85）從 780℃ 淬火的例子中，回火到 200℃ 為止可保持 700 HV 以上，在 400℃ 則約為 400 HV。 [4]

容易看錯的組織與辨識方法

• 板條麻田散鐵（低碳的淬火組織）: 淬火狀態的麻田散鐵對比弱而偏亮。回火後基地變深。
• 下變韌鐵: 在光學顯微鏡下非常相似。以電子顯微鏡觀察碳化物的方向（回火麻田散鐵有數種，下變韌鐵多半為 1 種），或以熱處理的履歷區分。
• 球化組織（球狀雪明碳鐵）: 以非常高的溫度長時間回火會接近球化組織，但一般的回火仍會保留原本的針或板條形狀。

辨識的線索

• 保留麻田散鐵的條紋形狀
• 整體看起來偏暗（偏深）
• 看得到原沃斯田鐵晶界

相關名詞: 回火 麻田散鐵

確認用的題目:

1. 對淬火後的鋼進行回火的主要目的為下列何者？

看得到的特徵

• 黑而細長的片狀石墨，一邊彎曲或分岔一邊散布。大小一致的片以零亂的方向分布者，是 A 型石墨。
• 基地是波來鐵、肥粒鐵，或兩者的混合。

看起來明亮或暗的原因

• 石墨即使不腐蝕也看得見。以 Nital 腐蝕後，會顯現基地的波來鐵。

腐蝕液與外觀

• 先不腐蝕，觀察石墨的形狀與分布，再以 Nital（2%，10〜30 秒）顯現基地的組織。

生成條件（合金與熱處理）

• 將碳多（在 Fe–C 相圖中超過 2.14%）的鐵，加入比較多的矽（例：2.5〜2.7%）後鑄造，並以緩慢〜中等的速度冷卻通過共晶反應的溫度區，凝固時碳就會以片狀石墨晶出。矽少或冷卻快時，不容易成為石墨。
• 細小的片或點排列在原沃斯田鐵枝晶（樹枝狀晶）之間的 D 型石墨，會降低機械性質，因此不理想。

性質

• 以汽車用灰鑄鐵規格為例，波來鐵基地的 G3000 為 HB 187〜241，肥粒鐵-波來鐵基地的 G1800 為 HB 187 以下。 [4]
• 灰鑄鐵具有容易切削、熔化溫度低、耐磨耗性與鑄模形狀的轉印性好等技術上有用的性質。 [1]

容易看錯的組織與辨識方法

• 球狀石墨鑄鐵（延性鑄鐵）: 石墨若是圓形的球，就是球狀石墨鑄鐵。若是彎曲的黑色片，就是灰鑄鐵。
• 樹枝狀晶（dendrite）: 樹枝狀晶是從主幹以直角排列分枝的規則形狀。片狀石墨是黑而細的片，零亂地彎曲。

辨識的線索

• 散布著彎曲的黑色片
• 片的兩端尖細
• 即使不腐蝕也看得見石墨

相關名詞: 共晶反應

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

看得到的特徵

• 散布著黑色圓形的球狀石墨。
• 白色的肥粒鐵像環一樣包圍石墨（牛眼組織），其外側是暗色的波來鐵。基地多半是肥粒鐵與波來鐵的混合。

看起來明亮或暗的原因

• 石墨即使不腐蝕也是黑色。以 Nital 腐蝕後，波來鐵成為暗色的島，肥粒鐵成為明亮的基地。

腐蝕液與外觀

• 先不腐蝕，觀察石墨的形狀（有多圓），再以 Nital（2%）顯現基地。

生成條件（合金與熱處理）

• 在鑄鐵熔湯中加入少量的鎂後鑄造，石墨就會成為球狀。
• 鑄造狀態多為肥粒鐵與波來鐵混合的基地。以退火可使基地全部成為肥粒鐵，以正常化可使其幾乎全部成為波來鐵。

性質

• 鑄造狀態下，波來鐵越多，強度與硬度越高。 [3]
• 基地全部為肥粒鐵時，抗拉強度小。JIS G 5502 的記號 FCD 之後的 3 位數字是抗拉強度（N/mm²）。 [4]

容易看錯的組織與辨識方法

• 灰鑄鐵（片狀石墨鑄鐵）: 石墨若是片狀，就是灰鑄鐵。
• 肥粒鐵＋波來鐵（亞共析鋼）: 白色肥粒鐵與暗色波來鐵的組合雖然相同，但若有黑色的球（石墨）就是鑄鐵。鋼中沒有石墨。
• 球化組織（球狀雪明碳鐵）: 球化組織的顆粒小到要在高倍率下才勉強看得見，也不會被白色的環包圍。

辨識的線索

• 黑色圓形的球
• 球的周圍有白色的環
• 其外側是暗色的波來鐵

以計算工具確認: 鐵–碳相圖檢視工具

看得到的特徵

• 從主幹（一次枝）以接近直角排列長出二次枝，像樹枝或蕨類葉子般的花樣。
• 枝的中心與枝之間（最後凝固的地方）亮度不同。

看起來明亮或暗的原因

• 鑄造時冷卻快，固體中的擴散跟不上，組成從中心向外側改變（偏析、有芯組織）。組成不同腐蝕速度就不同，因此枝的中心與枝之間亮度有差異。

腐蝕液與外觀

• 在銅合金（Cu–4%Sn 的青銅）中，以氯化鐵(III) 的酒精溶液可以清楚顯現 Sn 的偏析。

生成條件（合金與熱處理）

• 鑄造合金、從液體凝固時。凝固溫度範圍越寬的合金越容易出現偏析（Cu–4%Sn 的凝固範圍超過 100℃）。
• 以退火減少偏析後，會成為等軸晶粒的組織（Cu–4%Sn 在 700℃ 退火 2 小時的例子）。

性質

• 凝固時的體積收縮，有時會留下微小的孔隙（微孔隙）。 [2]

容易看錯的組織與辨識方法

• 魏德曼肥粒鐵: 魏德曼組織的板是從晶界平行伸出的楔形，不會成為從主幹長出分枝的形狀。
• 灰鑄鐵（片狀石墨鑄鐵）: 片狀石墨是黑而細的片，不是從主幹以直角排列分枝的規則形狀。

辨識的線索

• 從主幹以直角排列的分枝
• 枝的中心與枝之間亮度不同
• 鑄造狀態的組織

相關名詞: 柱狀晶 縮孔

確認用的題目:

1. 將Cu-Ni合金像實際鑄造那樣快速冷卻凝固時，樹枝狀晶中心部的成分，下列何者正確？
2. 以鑄造與熱鍛造分別製作相同形狀的碳鋼零件時，一般而言鍛造件的韌性與疲勞強度較優。其原因何者正確？

看得到的特徵

• 暗層與亮層交互排列，每個層方向一致的區塊（群落）方向都不同。
• 層被斜切的地方，看起來是彎曲的線或點。

看起來明亮或暗的原因

• 在 Pb–Sn 共晶中，暗層是富 Pb 的 α 相，亮層是富 Sn 的 β 相。
• 共晶溫度下 2 相的質量分率，依槓桿法則 α 為 (97.8 − 61.9)/(97.8 − 18.3) ≈ 0.45，因此 2 種層的厚度相近。

腐蝕液與外觀

• 腐蝕液因合金而異（Bi–Cd 共晶的例子為氯化鐵(III) 的酒精溶液）。

生成條件（合金與熱處理）

• 將共晶組成（Pb–Sn 為 61.9 wt% Sn）的合金從液體冷卻，在共晶溫度（183℃）液體會同時轉變為 2 種固相（L → α + β），2 相協同成長為層狀。
• 偏離共晶組成的合金（例：Pb–30 wt% Sn）中，共晶組織填滿先生成的初晶 α 晶粒的周圍。

性質

• 共晶組成的合金，液體全部在共晶溫度這一個溫度下凝固。 [3]

容易看錯的組織與辨識方法

• 波來鐵（共析鋼）: 波來鐵是在固體鋼中生成的共析組織，雪明碳鐵的層比肥粒鐵的層薄得多（質量分率約 0.11）。Pb–Sn 共晶的 2 相層厚度相近。
• 上變韌鐵: 上變韌鐵是從晶界成長的羽毛狀束，不會成為層交互整齊排列的條紋。

辨識的線索

• 暗層與亮層交互排列
• 2 種層的厚度相近
• 每個區塊的層方向不同

相關名詞: 共晶反應 槓桿法則 吉布斯相律

以計算工具確認: 二元系相圖實驗室（槓桿法則計算工具）

確認用的題目:

1. 設Pb-Sn系的共晶溫度為183℃，共晶成分為61.9 wt%Sn，該溫度下α相的成分為18.3 wt%Sn，β相的成分為97.8 wt%Sn。將30 wt%Sn的合金平衡冷卻至剛低於共晶溫度時，共晶組織在顯微組織中所占的質量分率最接近下列何者？
2. 在壓力固定下，二元系共晶點（液相與2個固相共存的點）的自由度為下列何者？

看得到的特徵

• 等軸晶粒內，有被筆直平行的 2 條邊界夾住的帶（退火雙晶）。帶多半從晶粒的一端橫越到另一端。
• 各晶粒的亮度不同。

看起來明亮或暗的原因

• 晶粒亮度的差異，是晶體方位不同造成的腐蝕速度差異。雙晶帶與周圍的晶體方位不同，因此亮度看起來不同。

腐蝕液與外觀

• 沃斯田鐵系不鏽鋼使用甘油王水（glyceregia，顯現晶界與雙晶的一般用途腐蝕液）或 10% 草酸電解腐蝕。黃銅等銅合金以氯化鐵(III) 溶液或過硫酸銨腐蝕。

生成條件（合金與熱處理）

• 將面心立方的金屬（SUS304 等沃斯田鐵系不鏽鋼、銅或黃銅等）冷加工，再退火使其再結晶與晶粒成長。
• SUS304 含 Ni，因此即使冷卻到室溫也保持沃斯田鐵（淬火不會變硬）。

性質

• 沃斯田鐵系不鏽鋼無法以熱處理硬化，從高溫急冷時最軟。強度以冷加工調整。 [4]

容易看錯的組織與辨識方法

• 肥粒鐵（純鐵、極低碳鋼）: 肥粒鐵（體心立方）的晶粒通常看不到退火雙晶。若有筆直平行線的帶，就懷疑是面心立方的金屬。
• 加工組織（因冷加工而伸長的晶粒）: 冷加工後晶粒伸長，雙晶彎曲，並出現滑移帶。退火雙晶是筆直的。
• 析出物（沿晶界排列的析出與晶粒內的顆粒）: 將敏化不鏽鋼以草酸電解腐蝕，晶界會成為粗黑的溝槽。

辨識的線索

• 晶粒內有筆直平行的 2 條線夾住的帶
• 晶粒為等軸
• 晶界是細線

相關名詞: 不鏽鋼 再結晶 黃銅

確認用的題目:

1. 18%Cr-8%Ni的沃斯田鐵系不鏽鋼（SUS304）的性質，下列何者正確？
2. 關於將冷加工金屬加熱時的再結晶，下列敘述何者正確？

看得到的特徵

• 析出物顆粒沿著晶界排列時，晶界會成為粗黑的線（溝槽）。晶粒內也可以看到稀疏的顆粒。
• 將敏化的沃斯田鐵系不鏽鋼以草酸電解腐蝕，晶粒會成為完全被溝槽包圍的溝狀組織（ditch）。晶界沒有溝槽的階狀組織（step）判定為未敏化；只有部分晶界有溝槽、沒有被溝槽完全包圍之晶粒的混合組織（dual）則介於兩者之間。示意圖是溝狀組織的外觀。

看起來明亮或暗的原因

• 析出物及其周圍與母相的腐蝕速度不同，因此晶界以線或點列的形式浮現。

腐蝕液與外觀

• 以 10% 草酸電解腐蝕（ASTM A262 的 Practice A）判定 step、dual、ditch。也能顯現 σ 相與碳化物。

生成條件（合金與熱處理）

• 將過飽和固溶體加熱並保持，第 2 相會在晶界或晶粒內析出。
• 沃斯田鐵系不鏽鋼被加熱到約 500〜800℃ 時（焊接熱影響區等），晶界會析出 Cr 碳化物而敏化。
• 光學顯微鏡能分辨的是大於約 500 nm 的東西，因此對析出硬化有效的細小析出物要以電子顯微鏡觀察。

性質

• 晶粒被溝槽完全包圍的溝狀組織判定為敏化組織，容易發生晶界腐蝕或晶界的應力腐蝕破裂。 [1][2]

容易看錯的組織與辨識方法

• 沃斯田鐵（退火雙晶）: 未敏化的不鏽鋼，晶界是細線，可以看到退火雙晶。
• 球化組織（球狀雪明碳鐵）: 球化組織的圓形雪明碳鐵顆粒在晶粒內也均勻散布，晶界不會成為連續的溝槽。
• 初析雪明碳鐵＋波來鐵（過共析鋼）: 過共析鋼的網狀是白色的雪明碳鐵，晶粒內是波來鐵的層。

辨識的線索

• 晶界是粗黑的溝槽或顆粒的列
• 晶粒內有稀疏的點
• 晶粒內沒有層或針

相關名詞: 敏化 析出硬化 不鏽鋼 焊接熱影響區

確認用的題目:

1. 焊接SUS304等沃斯田鐵系不鏽鋼時，在離焊道稍遠的熱影響區有時會發生晶界腐蝕（weld decay）。其原因與對策的組合何者正確？
2. Al-Cu合金（杜拉鋁系）析出硬化處理的步驟，下列何者正確？

看得到的特徵

• 大小差異很大的晶粒混在一起。有粗晶粒散布在細晶粒之中的情形、細晶粒像鏈條般包圍粗晶粒的情形（項鍊組織），以及大小不同的晶粒呈帶狀交互排列的情形（多半沿加工方向伸長）等。

看起來明亮或暗的原因

• 晶界的線與各晶粒亮度的差異，與一般的等軸晶粒相同。

腐蝕液與外觀

• 使用該金屬顯現晶界的一般腐蝕液（鋼則用 Nital）。

生成條件（合金與熱處理）

• 晶粒大小在各部分呈不同分布時。分為大小隨機混合的類型，與形成花樣（項鍊、帶狀、斷面上的變化）的類型來描述。

性質

• 對大小不同的晶粒混在一起的試樣，只給 1 個平均晶粒度號數無法正確表示其組織，甚至可能報告實際上不存在的大小。以 ASTM E1181 描述混粒的類型與比例。 [1]

容易看錯的組織與辨識方法

• 肥粒鐵（純鐵、極低碳鋼）: 一般的等軸晶粒組織大小大致一致，可以用 1 個晶粒度號數表示。
• 加工組織（因冷加工而伸長的晶粒）: 加工組織的晶粒朝一個方向伸長。混粒即使晶粒形狀是等軸，大小也不同。

辨識的線索

• 粗晶粒與細晶粒的集合混在一起
• 晶粒形狀為等軸
• 晶粒大小隨位置有很大差異

相關名詞: 再結晶 霍爾-佩奇關係

看得到的特徵

• 晶粒沿軋延或抽拉的方向伸長，晶粒內出現平行的線（滑移帶）。也有不同方向的滑移帶交叉的地方。
• 加工前就存在的雙晶會彎曲（黃銅的例子）。

看起來明亮或暗的原因

• 滑移帶是變形集中的地方，看起來是細的平行線。

腐蝕液與外觀

• 銅合金以氯化鐵(III) 的酒精溶液腐蝕。鋼則用 Nital。

生成條件（合金與熱處理）

• 在低於再結晶溫度的溫度下，進行軋延、抽拉、壓縮等塑性加工（冷加工）。
• 加工後退火，會經由回復與再結晶恢復成沒有應變的等軸晶粒。

性質

• 塑性加工使差排密度增加而不易移動，因而加工硬化（退火材約 10¹⁰ m⁻²，冷加工材約 10¹⁶ m⁻²）。 [3]

容易看錯的組織與辨識方法

• 混粒（晶粒大小不均）: 混粒即使大小不同，晶粒形狀仍是等軸。
• 沃斯田鐵（退火雙晶）: 退火雙晶是筆直平行線的帶。加工組織的雙晶彎曲，滑移帶是晶粒內的細平行線。
• 板條麻田散鐵（低碳的淬火組織）: 板條麻田散鐵的條紋在原晶粒內各區塊一致，晶粒本身並沒有伸長。

辨識的線索

• 晶粒朝一個方向伸長
• 晶粒內有平行的滑移帶
• 晶界仍然可見

相關名詞: 加工硬化 回復 再結晶

確認用的題目:

1. 將直徑10.0 mm的銅線抽拉成直徑8.0 mm。冷加工度（斷面縮減率）為下列何者？
2. 關於將冷加工金屬加熱時的再結晶，下列敘述何者正確？
3. 將冷加工的金屬以不發生再結晶程度的溫度加熱時所發生的回復，下列敘述何者正確？