常用金属材料的显微组织观察

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1、工程材料学实验（常用金属材料的显微组织观察）何艳玲编写机电工程学院材料系7常用金属材料的显微组织观察一、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、概述1．几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低

2、合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体，如图1、2所示。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织，如图3所示。图116Mn淬火组织图240Cr钢调质后的组织图3GCr15钢淬火低温回火后组织图4W18Cr4V淬火三次回火后的组织72)高速

3、钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体

4、充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休。由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)(图4)。3)不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9即18-8钢。它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织。这种

5、钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体+(Cr，Fe)23C6。为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理。为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织，如图5所示。但是1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低。目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力

6、很强的元素Ti，Nb等。因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8Ni9Ti等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。200×500×图51Crl8Ni9钢固溶处理后的组织2．几种常用有色金属的显微组织1）铝合金应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类。依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。7铝硅合金是应用最广泛的一种铸造铝合金，常称为硅铝明，典型的牌号为ZLl02，含硅11～13％，从Al-Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，因而具有优良的铸造性能，即流动性能好，产生铸造裂纹的倾向小。但

7、铸造后得到的组织是粗大针状的硅晶体和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体(图6)。粗大的硅晶体极脆，因而严重地降低了合金的塑性和韧性。为了改善合金性能，可采用变质处理。即在浇注前在合金液体中加入占合金重量2～3％的变质剂（常用NaF+NaCl的钠盐混合物）。由于钠能促进Si的生核，并能吸附在硅的表面阻碍它长大，使合金组织大大细化同时使共晶点右移，而原合金成分变为亚共晶成分，所以变质处理后的组织由初生α固溶体和细密的共晶体(α+Si)组成。共晶体中的硅细小(图7)，因而使合金的强度与塑性显著改善。图6Al-Si合金

8、的组织（未变质）图7Al-Si合金的组织（变质后）2)铜合金最常用的铜合金为黄铜(Cu-Zn合金)及青铜((Cn-Sn合金)由铜-锌合金相图可知，少于36％Zn的黄铜中组织为单α相固溶体，这种黄铜称为α黄铜或单相黄铜。单相黄铜H70经变形及退火后，其α晶粒呈多边形，并有大量退