合金鋼、鑄鐵、有色金屬的顯微組織觀察與分析

1、合金鋼、鑄鐵、有色金屬的顯微組織觀察與分析實驗?zāi)康膶嶒炚f明實驗內(nèi)容及方法指導(dǎo)實驗報告要求思考題一：實驗?zāi)康?1)觀察各種常用合金鋼、有色金屬和鑄鐵的顯微組織。(2)分析這些金屬材料的組織和性能的關(guān)系及應(yīng)用。二：實驗說明1幾種常用合金鋼的顯微組織一般合金結(jié)構(gòu)鋼、低合金工具鋼都是低合金鋼。即合金元素總量小于5的鋼，由于加入了合金元素，使相圖發(fā)生了一些變動，但其平衡狀態(tài)的顯微組織與碳鋼沒有質(zhì)的區(qū)別。熱處理后的顯微組織仍然可借助C曲線來分析，除了Co元素之外，合金元素都使C曲線右移，所以低合金鋼用較低的冷卻速度即可獲得馬氏體組織。例如，除作滾動軸承外，還廣泛用作切削工具、冷沖模具、冷軋輥及柴油機噴嘴的

2、GCrl5鋼，經(jīng)過球化退火、840C油淬和低溫回火，得到的組織為隱針或細針回火馬氏體和細顆粒狀均勻分布的碳化物以及少量殘余奧氏體。高速鋼是一種常用的高合金工具鋼。如W18Cr4V高速鋼，因為含有大量合金元素，使FeFe3C相圖中點E大大向左移動，所以它雖然只含有w(C)=0708碳，但已經(jīng)含有萊氏體組織。在高速鋼的鑄態(tài)組織中可看到魚骨狀共晶碳化物，如圖1所示。這些粗大的碳化物，不能用熱處理方法去除，只能用鍛造的方法將其打碎。鍛造退火后高速鋼的顯微組織是由索氏體和分布均勻的碳化物組成(圖2)。大顆粒碳化物是打碎了的共晶碳化物。高速鋼淬火加熱時，有一部分碳化物未溶解，淬火后得到的組織是馬氏體、碳化

3、物和殘余奧氏體(圖3)。碳化物呈顆粒狀，馬氏體和殘余奧氏體都是過飽和的固溶體，腐蝕后都呈白色，無法分辨，但可看到明顯的奧氏體晶界。為了消除殘余奧氏體，需要進行三次回火，回火后的顯微組織為暗灰色回火馬氏體、白亮小顆粒狀碳化物和少量殘余奧氏體，如圖4所示。圖1 W18Cr4V鋼鑄態(tài)組織圖2 W18Cr4V鋼鍛后退火組織圖3 W18Cr4V鋼的淬火組織圖4 W18CNV鋼的淬火回火組織2鑄鐵的顯微組織依鑄鐵在結(jié)晶過程中石墨化程度不同，可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵。白口鑄鐵具有萊氏體組織而沒有石墨，碳幾乎全部以碳化物形式(Fe3C)存在；灰口鑄鐵沒有萊氏體，而有石墨，即碳部分或全部以自由碳、石墨

4、的形式存在。因此，灰口鑄鐵的組織可以看成是由鋼基體和石墨所組成，其性能也由組織的這兩個特點所決定；麻口鑄鐵的組織介于灰口鑄鐵與白口鑄鐵之間。白口鑄鐵和麻口鑄鐵由于萊氏體的存在而有較大的脆性。(1)石墨。石墨本身的強度、硬度、塑性都很低，幾乎等于零。因此，石墨對鑄鐵性能的影響極大。石墨的形狀愈細長、粗大或分布不均勻，則產(chǎn)生應(yīng)力集中的程度就愈嚴重，從而大大降低鑄鐵的強度和塑性。(2)基體組織。根據(jù)石墨化程度不同，鑄鐵的基體組織不同，一般情況下，可分為三種：鐵素體、珠光體+鐵素體、珠光體。(3)各種鑄鐵的顯微組織特征。普通灰口鑄鐵：石墨呈粗片狀析出，如圖5所示。變質(zhì)灰口鑄鐵：在鑄鐵澆注前，往鐵水中加

5、入變質(zhì)劑增多石墨結(jié)晶核心，使石墨以細小片狀析出。球墨鑄鐵：在鐵水中加入球化劑，澆注后石墨呈球狀析出，如圖6所示。可鍛鑄鐵：將白口鑄鐵鍛化退火，使石墨呈團絮狀析出，如圖7所示。圖5 F基體灰口鑄鐵圖6 P+F基體球墨鑄鐵3幾種常用有色金屬的顯微組織(1)鋁合金。鋁合金應(yīng)用十分廣泛，分為形變鋁合金和鑄造鋁合金。鋁硅合金是廣泛應(yīng)用的一種鑄造鋁合金，俗稱硅鋁明，w(Si)=ll13。從AL一Si合金圖可知，硅鋁明的成分接近共晶成分，鑄造性能好，鑄造后得到的組織是粗大的針狀硅和固溶體組成的共晶體(圖8)。硅本身極脆，又呈針狀分布，因此極大地降低了合金的塑性和韌性。為了改善合金質(zhì)量，可進行“變質(zhì)處理”。即

6、在澆注時，往液體合金中加入w(合金)=23的變質(zhì)劑(常用鈉鹽混合物：23NaF+13NaCl)，可使鑄造合金的顯微組織顯著細化。變質(zhì)處理后得到的組織已不是單純的共晶組織，而是細小的共晶組織加上初晶相，即亞共晶組織，如圖9所示。圖7 P基體可鍛鑄鐵圖8 未變質(zhì)處理的硅鋁明合金組織圖9 經(jīng)變質(zhì)處理后硅鋁明合金組織圖10 單相黃銅的組織特征(2)銅合金。最常用的銅合金為黃銅(CuZn合金)及青銅(CuSn合金)。根據(jù)CuZn合金相圖，含w(Zn)=39的黃銅，其顯微組織為單相固溶體，故稱單相黃銅，其塑性好，可制造深沖變形零件。常用單相黃銅為w(Zn)=30左右的H70，在鑄態(tài)下因晶內(nèi)偏析經(jīng)腐蝕后呈樹

7、枝狀，變形并退火后則得到多邊形的具有退火孿晶特征的晶粒，如圖10所示。因各個晶粒位向不同，所以具有不同深淺顏色。w(zn)=3945的黃銅，其組織為+(是CuZn為基的有序固溶體)，故稱雙相黃銅。在低溫時性能硬而脆，但在高溫時有較好的塑性，適于熱加工，可用于承受大載荷的零件，常用的雙相黃銅為H62，在軋制退火后的顯微組織經(jīng)w(FeCl3)=3和w(HCI)=10的水溶液浸蝕后，晶粒呈亮白色，晶粒呈暗黑色，如圖1l所示。(3)軸承合金。巴氏合金是滑動軸承合金中應(yīng)用較多的一種。錫基巴氏合金中w(Sn)=83、w(Sb)=11、w(Cu)=6。其顯微組織是在軟的固溶體的基體上分布著方塊狀(以化合物S

8、nSb為基的有序固溶體)硬質(zhì)點及白色星狀或放射狀的Cu6Sn5，如圖12所示。圖11 雙相黃銅圖12 ZChSnSbll6合金組織20高錫鋁基合金是典型的硬基體加軟質(zhì)點組織的軸承合金。此種合金具有高疲勞強度，又有適當硬度，且鋁資源豐富，故可代替以錫、鉛為基的巴氏合金及銅基軸承合金，廣泛應(yīng)用于高速重載的汽車、拖拉機等的柴油機軸承，20高錫鋁基軸承合金成分為：w(Sn)=175225、w(Cu)=075125，余為A1。此合金為亞共晶合金，室溫組織為初晶和(+Sn)共晶體，但在鑄態(tài)下+Sn以離異共晶形式出現(xiàn)，使錫成網(wǎng)狀分布于固溶體晶界上，經(jīng)軋制退火使網(wǎng)狀分布、低熔點的錫球化，其組織為鋁基固溶體上彌

9、散分布著粒狀的錫，為使高錫鋁基軸承合金和鋼背結(jié)合牢固，采用鋼帶、鋁一錫合金及夾有純鋁箔中間的三層合金復(fù)合軋制，如圖513所示。圖13 20高錫鋁雙金屬合金組織三：實驗內(nèi)容及方法指導(dǎo)(1)領(lǐng)取各種類型合金材料的金相試樣(表1)，在顯微鏡下進行觀察，并分析其組織形態(tài)特征。(2)觀察各類成分的合金要結(jié)合相圖和熱處理條件來分析應(yīng)該具有的組織，著重區(qū)別各自的組織形態(tài)特點。(3)認識組織特征之后，再畫出所觀察試樣的顯微組織圖。畫組織圖時應(yīng)抓住組織形態(tài)的特點，畫出典型區(qū)域的組織。順序號試樣號材料 處理狀態(tài)浸蝕劑13GCrl5840油淬150回火3硝酸酒精溶液26W18Cr4V12601280油淬3硝酸酒精溶

10、液37W18Cr4V1270油淬560三次回火3硝酸酒精溶液4HT3灰鑄鐵鑄造狀態(tài)3硝酸酒精溶液5KT6可鍛鑄鐵可鍛化退火3硝酸酒精溶液6QT9球墨鑄鐵鑄造狀態(tài)3硝酸酒精溶液71硅鋁明鑄態(tài)(未變質(zhì)處理)05氫氟酸溶液82硅鋁明鑄態(tài)(變質(zhì)處理)05氫氟酸溶液93黃銅  3FeCl3+10HCI溶液104基軸承合金鑄態(tài)3硝酸酒精溶液11720高錫鋁鋼背軸瓦復(fù)合軋制退火3硝酸酒精溶液四：實驗報告要求(1)寫出實驗?zāi)康摹?2)分析討論各類合金鋼組織的特點，并與相應(yīng)碳鋼組織作比較，同時把組織特點與性能和用途聯(lián)系起來。(3)分析討論各類鑄鐵組織的特點，并同鋼的組織作對比，指出鑄鐵的性能和用途的特點。五：思考題  (1)合金鋼與碳鋼比較，組織上有什么不同，性能上有什么差別，使用上有什么優(yōu)越性?(2)鑄造AL-Si合金