合金钢、铸铁与有色合金的显微组织分析

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1、合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察一、实验目的1.观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。2.了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。二、观察下列合金试样的组织编号钢号处理过程显微组织腐蚀剂1W18Cr4V铸造屈氏体+莱氏体4%硝酸酒精2W18Cr4V退火碳化物+索氏体∥3W18Cr4V1280℃油淬马氏体+初生碳化物+A，∥4W18Cr4V1280℃油淬560℃回火回火马氏体+碳化物∥51Cr18Ni9Ti1100℃固溶处理奥氏体（内有孪晶）王水6灰口铸铁（基P）铸造4%硝酸酒精P+片

2、状石墨7可锻铸铁（F基）可锻化退火4%硝酸酒精F+团絮石墨8球墨铸铁（F+P基）铸造4%硝酸酒精牛眼睛9硅铝明（ZL102）铸造未变质0.5HF水溶液（Si+α）共晶10硅铝明（ZL102）铸造变质0.5HF水溶液α+（Si+α）11单相黄铜（H70）冷加工退火3%FeCl3+10%HCl水溶液单相α（孪晶）12两相黄铜（H63）铸造退火3%FeCl3+10%HCl水溶液α+β′13锡基巴比合金ZChSnSb11—6铸造4%硝酸酒精α（黑基体）+β′（方块）+Cu3Sn星状三、实验内容讨论（一）合金钢

3、合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在的基本相有：合金铁素体、合金奥氏体、合金碳化物（包括合金渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢中的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。1.高速钢高速碳是高合金工具钢，具有良好的红硬性，即使工作温度达到600℃时，仍保持高的硬度和切削性能。经常用它来制造各种刀具。这里以典型的W18Cr4V（简称18—4—1）钢为例加以分析研究

4、。W18Cr4V的化学成分为：0.7~0.8%C，17.5~19%W，3.8~4.4%Cr，1.0~1.4%V，﹤0.3%Mo。由于钢中存在大量合金元素（大于20%），因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe4W2C、VC等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。A.高速钢的铸态组织：按组织特点分类，高速钢属莱氏体钢，在一般铸造条件下存在以具有鱼骨状碳化物为特征的共晶莱氏体组织。图1所示为W18Cr4V钢的铸态组织。在显微镜下观察时，除共晶莱氏体外还有部分呈暗黑色的

5、δ共析体组织和少量马氏体（呈亮白色部分）。图1W18Cr4V钢铸造状态的显微组织（800X）浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液图2W18Cr4V钢经锻造及退火后的显微组织（500X）浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液B.高速钢的退火组织：高速钢铸态组织极不均匀，特别是共晶组织中粗大碳化物的存在，使钢的性能显著降低，因此，高速钢铸造后必须经过锻造、退火，以改善碳化物的分布状况。图2所示为W18Cr4V钢经锻造及退火后的显微组织，组织中呈亮白色较大块状为一次碳化物，较细小块状为二次碳化物，基体组织是索氏体。C.高速钢淬火组织

6、：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。W18Cr4V钢通常采用较高的淬火温度（1270~1280℃），以保证奥氏体充分合金化，淬火时可在油中或空气中冷却，图3为W18Cr4V钢经1270~1280℃淬火后的显微组织，其组织为在马氏体及残余奥氏体的基体上分布有一次碳化物的颗粒。在金相显微镜下观察时，马氏体不易显示。D.高速钢回火组织：经淬火后高速钢组织中存在相当数量（约30~40）的残余奥氏体，需经560℃回火（一般（2~3次）加以消除。回火时从马氏体和部分残余奥氏体中析出高度分

7、散的碳化物，降低了残余奥氏体中碳和合金元素的含量，使其稳定性降低，在冷却过程中这些奥氏体就会转变成马氏体。图4所示为W18Cr4V钢经淬火及560℃回火后的显微组织，其中呈白色块状的为合金碳化物（W2C、V4C3），暗黑色基底是回火马氏体和少量残余奥氏体。2.不锈钢不锈钢在大气、海水及化学介质中具有良好的抗腐蚀能力。以1Cr18Ni9Ti为例，其成分为：≤0.12%C，17~19%Cr，8~11%Ni，0.6~0.9%Ti。铬在钢中的主要作用是产生钝化作用，提高电极电位而使钢的抗腐蚀性加强。镍的加入在

8、于扩大γ区及降低MS点，以保证室温下具有奥氏体组织。1Cr18Ni9Ti钢的热处理方法是进行固溶处理（1050~1100℃迅速水淬），使其组织上得到全奥氏体组织（内有孪晶），才具有良好的耐腐蚀性能。但若使用温度较高（450~850℃）时，从奥氏体晶界处又会有碳化铬（Cr23C6）析出，引起晶间腐蚀。为防止晶界腐蚀的产生，钢中的含碳量应降低至于0.06%以下，或是加入少量的钛或铌，经加热到1100~1150℃水冷，获得全奥氏体组织，才具有良好的抗腐蚀性能。