金属及合金凝固组织的观察和分析.doc

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1、UniversityofScience&TechnologyBeijing《材料科学基础实验》报告实验名称金属及合金凝固组织的观察和分析学院材料学院专业班级—姓名学号2012年11月一、实验目的1、了解纯金属铸锭粗型组织的一般特点。2、结合相图了解儿种类型二元合金，三元合金的结晶过程及结晶后的组织。3、通过实验加深对课程中“凝固”、“相图”两章的认识，了解实际组织与组织示意图的关系；达到对本章一个总结的冃的；掌握金相组织的分析方法。二、实验原理1、金属及具合金结晶的一般规律及应用杠杆原理计算各相的百分含量。2、金属成分一定时，

2、铸模材料、模壁厚度、浇铸温度、浇注速度、冷却方式等条件会影响组织的形成。三、实验设备及材料1、光学显微镜2、标准样品A、显微组织分析样品：1）匀晶类型：a）25%Ni+75%Cu（铸态组织）b）25%Ni+75%Cu（退火组织）2）共晶类型：a）70%Pb+30%Sn；b）38.l%Pb+61.9%Sn；c）20%Pb+80%Sn；3）包晶类型：80%Sn+20%SbB、铝锭（用于低倍组织观察）下列样品可供分析铝锭浇铸条件样品号模壁材料模壁厚度/mm模子温度/°c浇铸温度/°C1砂10室温6802钢105006803钢10室温

3、7804钢10室温6805钢3室温680四、实验内容及分析A、二元合金的显微组织观察1、匀晶类型a）样品一（25%Ni+75%Cu）（铸态组织）lOWiCu40的SO100%沏％Ni—Ni0图1如图1中Cu-Ni系合金的相图可以分析出，当温度降低时，具有一定成分的液相合金中逐渐析出固溶体，但随着温度的降低，析出的固溶体成分不同，剩余液相中成分也在变化：液相随液相线变化，即液相中Ni的比重逐渐降低；固体随固相线变化，即先后析出的固体中Ni的比重逐渐降低。图2为Cu-Ni合金的铸态显微组织图，Cu-Ni合金属丁固溶体合金,固溶体铸

4、态组织具有树枝状的特性，正如图2显示的一样。固溶体合金的凝固按树枝方式进行，主要由丁凝固时的选择结晶，晶体前沿液体中出现了成分过冷，形成负的温度梯度，再加上冷却速度比较快,溶质分子来不及扩散，因仃得到枝晶组织。组织中亮白部分含高熔点组元Ni较多，而黑暗的部分含低熔点组元Cu较多，枝干与Z间化学成分不均匀。由于Ni的熔点较高，当温度降低时最先析出，即所绘制的图2中亮白部分是最早析出的，且含Ni量也较多，这跟前面分析的析出固体中Ni的含量逐渐降低是一致的。b）样品二（25%Ni+75%Cu）（退火组织）图3为Cu-Ni合金的扩散热

5、退火后的均匀多边形晶粒组织。从图3中中可以看出，经过扩散退火后的组织消除了枝晶偏析。Z所以能够消除枝晶偏析，是因为退火过程屮冷却速度比较慢，溶质原子有充足的时间进行充分扩散，形成比较均匀的组织。2、共晶类型：a）样品三（70%Pb+30%Sn）图4图4为Pb-Sn二元合金相图。合金成分在19.5犷61.9%SnZ间的合金为亚共晶，它的组织如图5所示。当温度降低时，液相中首先有Q相析出，Z后液相随液相线变化，；a相随a相线变化，当温度降到三相线后，共晶（a+B）析岀。但随着温度降低，a、B相屮的成分也会有变化，即随着温度的降低，

6、Q相中Sn的相对含量逐渐降低，B相中Sn的含量逐渐增加。因此，组织图中，既有最先析出的a相，乂有a与B组成的共晶。图5具有棒状组织特征，其屮黑色为口-固溶体枝晶，枝晶间为（a+B）共晶。有杠杆原理知，当P相刚好未析出时，析出的a相及剩余液相L1白分含量分别是：61Q-30谢对含量=呗「0.7%01相对含量=1-40.7%=59.3%Z后L1继续析出共晶（a+B）,则乂析岀物屮的a白分含量为97X—61Q&和对含量=——亠x100%=45.8%—97.8-19.5则两次析出的a占总量的白分含量为：a总相对含量=40.7%+59.

7、3%x45.8%=67.9%0总相对含量=1-67.9%=32.1%b)样品四(38.l%Pb+61.9%Sn)图6为合金成分为61.9%Sn的显微组织示意图。由相图分析知61.9%Sn正好为三相点，随着温度的降低，液相在三相线对应的温度下直接析出共晶（a+B）,而没有单独的a或B相析出，所以正如相图6所不，只有共晶组织。根据杠杆原理，共晶组织中，979-619&相对含量=―—x100%=45.9%97.9-19.5供H对含量=1-45.9%=54.1%c）样品五（20%Pb+80%Sn）合金成分在61・9%、97.9%SnZ

8、间的合金为过共晶，它的组织如图7所示。当温度降低时，液相中首先有B相析出，Z后液相随液相线变化，B相随B相线变化。当温度下降到三相线时,共晶（a+B）析出。图7具有片层状组织特征，其中白色为B-固溶体枝晶，枝晶间为（a+B）共晶。有杠杆原理，为当a相刚好未析出时，析出的P相及