合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察与分析

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1、合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察与分析实验目的　　实验说明　　实验内容及方法指导　　实验报告要求　　思考题一：实验目的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)观察各种常用合金钢、有色金属和铸铁的显微组织。(2)分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。二：实验说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1．几种常用合金钢的显微组织　　一般合金结构钢、低合金工具钢都是低合金钢。即合金元素总量小于5％的钢，由于加入了合金元素，使相图发生了一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有

2、质的区别。热处理后的显微组织仍然可借助C曲线来分析，除了Co元素之外，合金元素都使C曲线右移，所以低合金钢用较低的冷却速度即可获得马氏体组织。例如，除作滚动轴承外，还广泛用作切削工具、冷冲模具、冷轧辊及柴油机喷嘴的GCrl5钢，经过球化退火、840~C油淬和低温回火，得到的组织为隐针或细针回火马氏体和细颗粒状均匀分布的碳化物以及少量残余奥氏体。　　高速钢是一种常用的高合金工具钢。如W18Cr4V高速钢，因为含有大量合金元素，使Fe—Fe3C相图中点E大大向左移动，所以它虽然只含有w(C)=0．7％~0．8％碳，但已经含有莱氏体组织。在高速钢的铸

3、态组织中可看到鱼骨状共晶碳化物，如图1所示。这些粗大的碳化物，不能用热处理方法去除，只能用锻造的方法将其打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和分布均匀的碳化物组成(图2)。大颗粒碳化物是打碎了的共晶碳化物。高速钢淬火加热时，有一部分碳化物未溶解，淬火后得到的组织是马氏体、碳化物和残余奥氏体(图3)。碳化物呈颗粒状，马氏体和残余奥氏体都是过饱和的固溶体，腐蚀后都呈白色，无法分辨，但可看到明显的奥氏体晶界。为了消除残余奥氏体，需要进行三次回火，回火后的显微组织为暗灰色回火马氏体、白亮小颗粒状碳化物和少量残余奥氏体，如图4所示。图1W18Cr4

4、V钢铸态组织图2W18Cr4V钢锻后退火组织图3W18Cr4V钢的淬火组织图4W18CNV钢的淬火回火组织2．铸铁的显微组织　　依铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁。白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，碳几乎全部以碳化物形式(Fe3C)存在；灰口铸铁没有莱氏体，而有石墨，即碳部分或全部以自由碳、石墨的形式存在。因此，灰口铸铁的组织可以看成是由钢基体和石墨所组成，其性能也由组织的这两个特点所决定；麻口铸铁的组织介于灰口铸铁与白口铸铁之间。白口铸铁和麻口铸铁由于莱氏体的存在而有较大的脆性。　　(1)石墨。石墨本身的强度

5、、硬度、塑性都很低，几乎等于零。因此，石墨对铸铁性能的影响极大。石墨的形状愈细长、粗大或分布不均匀，则产生应力集中的程度就愈严重，从而大大降低铸铁的强度和塑性。　　(2)基体组织。根据石墨化程度不同，铸铁的基体组织不同，一般情况下，可分为三种：铁素体、珠光体+铁素体、珠光体。　　(3)各种铸铁的显微组织特征。　　普通灰口铸铁：石墨呈粗片状析出，如图5所示。　　变质灰口铸铁：在铸铁浇注前，往铁水中加入变质剂增多石墨结晶核心，使石墨以细小片状析出。　　球墨铸铁：在铁水中加入球化剂，浇注后石墨呈球状析出，如图6所示。　　可锻铸铁：将白口铸铁锻化退火，

6、使石墨呈团絮状析出，如图7所示。图5F基体灰口铸铁图6P+F基体球墨铸铁3．几种常用有色金属的显微组织(1)铝合金。铝合金应用十分广泛，分为形变铝合金和铸造铝合金。　　铝硅合金是广泛应用的一种铸造铝合金，俗称硅铝明，w(Si)=ll％~13％。从AL一Si合金图可知，硅铝明的成分接近共晶成分，铸造性能好，铸造后得到的组织是粗大的针状硅和α固溶体组成的共晶体(图8)。硅本身极脆，又呈针状分布，因此极大地降低了合金的塑性和韧性。为了改善合金质量，可进行“变质处理”。即在浇注时，往液体合金中加入w(合金)=2％~3％的变质剂(常用钠盐混合物：2／3N

7、aF+1／3NaCl)，可使铸造合金的显微组织显著细化。变质处理后得到的组织已不是单纯的共晶组织，而是细小的共晶组织加上初晶α相，即亚共晶组织，如图9所示。图7P基体可锻铸铁图8未变质处理的硅铝明合金组织图9经变质处理后硅铝明合金组织图10单相黄铜的组织特征(2)铜合金。最常用的铜合金为黄铜(Cu—Zn合金)及青铜(Cu—Sn合金)。　　根据Cu—Zn合金相图，含w(Zn)=39％的黄铜，其显微组织为单相α固溶体，故称单相黄铜，其塑性好，可制造深冲变形零件。常用单相黄铜为w(Zn)=30％左右的H70，在铸态下因晶内偏析经腐蚀后呈树枝状，变形并

8、退火后则得到多边形的具有退火孪晶特征的α晶粒，如图10所示。因各个晶粒位向不同，所以具有不同深浅颜色。　　　　　　w(zn)=39％～45％的黄铜，其