钢的表面热处理组织与铸铁

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1、实验八钢的表面热处理组织与铸铁、铝合金、铜合金组织观察一、实验目的：1.观察几种常用铸铁及渗碳、渗氮钢的显微组织。2.观察铸造铝合金和硬铝的显微组织。3.观察单相黄铜与双相黄铜的显微组织。4.了解这些合金材料的组织与性能之间的关系。二、实验原理：1.铸铁⑴普通灰口铸铁普通灰口铸铁是在浇铸时缓慢冷却而获得的。普通灰口铸铁的组织特征是在钢的基体上分布着片状石墨。根据石墨（可用符号G表示）化过程发展程度的不同，普通灰口铸铁可分为三种。铁素体基体灰口铸铁（F+G片）显微组织如图8-1（a）所示，其中灰黑色条片状石墨分布在亮白色的铁素体基体上。铁素体

2、加珠光体基体灰口铸铁（F+P+G片）显微组织如图8-1（b）所示，其中除黑灰色条片状石墨外，暗黑色基底为珠光体，亮白色部分为铁素体。珠光体基体灰口铸铁（P+G片）显微组织如图8-1（c）所示，其中黑灰色条片状石墨分布在灰白色的珠光体基体上。⑵球墨铸铁1球墨铸铁是在浇注过程中，往铁水中加入镁或稀土镁合金对其中的石墨进行球化处理而获得。其组织特征是在钢的基体上分布着球状石墨。球状石墨的存在可使铸铁内部的应力集中现象得到改善，同时减轻了对基体的割裂作用，从而充分发挥了基体性能的潜力，使球墨铸铁获得很高的强度和一定的韧性。根据石墨化程度和基体组织的

3、不同，球墨铸铁可分为三种：铁素体基体球墨铸铁（F+G球）显微组织如图8-2（a）所示，其中亮白色晶粒为基体铁素体，黑灰色园球状为石墨。铁素体加珠光体基体球墨铸铁（F+P+G球）显微组织如图8-2（b）所示，其中呈暗黑色基底为珠光体，分布在园球状石墨周围的亮白色基体是铁素体。珠光体基体球墨铸铁（P+G球）显微组织如图8-2（c）所示，其中黑色园球状石墨分布在灰白色的珠光体基体上。a)铁素体+片状石墨b)铁素体+珠光体+片状石墨c)珠光体+片状石墨图8-1灰铸铁的显微组织1a)铁素体+球状石墨b)铁素体+珠光体+球状石墨c)珠光体+球状石墨图8

4、-2球墨铸铁的显微组织⑶可锻铸铁可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火处理所得，其中渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按照基体组织不同，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两类。图8-3(a)为铁素体可锻铸铁的显微组织，其中石墨呈暗灰色团絮状、亮白色晶粒为基体铁素体。图8-3(b)为珠光体可锻铸铁的显微组织，在珠光体基体上分布着黑灰色的团絮状石墨。a)铁素体+团絮状石墨b)珠光体+团絮状石墨图8-3可锻铸铁的显微组织2.钢的表面热处理组织1化学热处理组织的主要特点是：表面层不仅有组织的变化，而且有化学成份的变化。应用较多的化学热处理是渗碳、渗

5、氮，碳氮共渗。其目的是对钢材表面添加一定数量的碳、氮元素，以改善钢材表面的机械性能，提高硬度，耐磨性和疲劳强度，而心部保持有良好的韧性。⑴渗碳层组织图8-4为低碳钢渗碳后的显微组织，由图可见，表层为珠光体与二次渗碳体混合的过共析组织，其中二次渗碳体呈现网状；心中为珠光体与铁素体混合的亚共析原始组织；中间为过渡区，愈靠近表面层铁素体愈少。图8-5是渗碳齿轮的渗碳层，一般是按齿廓均匀分布的，实践证明；均匀的渗碳层有利于提高渗碳齿轮的性能，且延长齿轮的使用寿命。图8-4低碳钢渗碳缓冷后的组织图8-5渗碳层按齿廓分布的渗碳齿轮图7－638CrMoA

6、l钢氮化层的显微组织⑵氮化层组织图18-6为38CrMoAl钢氮化层的显微组织。钢件经氮化后，氮化层的最外层氮的浓度最高，因而形成一层不易被腐蚀的白亮氮化物层；由白亮层往里，组织为含氮的碳化物和合金碳化物分布在溶解有氮的铁素体上，这一层易受腐蚀而呈暗黑色。再往心部则氮浓度逐渐降低，过渡到原来的组织。3.铝合金⑴ZL102变质处理前的铸态组织ZL102是AL—Si系中的典型牌号，这种材料具有优良的铸造性能。含Si10～13%的铸态组织为：粗大针状硅晶体和α固溶体组成的共晶体（图中基体组织）及少量的呈多面体状的初先硅晶体（图中灰色小块）如图8-

7、7所示。这种粗大针状硅晶体极脆，严重的降低了铸铝合金的塑性和韧性。通常通过变质处理来改善ZL102合金的性能。图8-7ZL102变质前的铸态组织图8-8ZL102变质后态组织ZL102的变质处理后显微组织　　在浇注前往合金的液态中加入占合金重量2-3%的变质剂。通常用2/3的NaF+1/3Nacl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，阻止它的长大，而使合金组织大大细化，经变质处理后的组织由初生枝晶状的α固溶体和细密共晶体组成如图7－8所示，这样的组织相应地提高了铝合金的强度和塑性。⑵LY12退火组织硬铝是Al–Cu–Mg系

8、形变铝合金。LY12是属于高强度硬铝，其显微组织如图8-9所示，组成相：α固溶体（基体）、θ相（CuAl2）、S相（CuMgAl2）。退火的目的是为了消除加工硬化，恢复塑性，适合