試驗常用工程材料的顯微組織觀察

1、實驗5常用工程材料的顯微組織觀察1.實驗?zāi)康? （1）觀察幾種常用合金鋼、有色金屬、鑄鐵和金屬陶瓷（硬質(zhì)合金）及纖維增強樹脂的 顯微組織。. （2）分析這些材料的組織和性能的關(guān)系及其應(yīng)用。.實驗內(nèi)容樣品序號材料名稱處理藝浸蝕1W18Cr4V1280c油淬560c三次回火4%硝酸酒精（體積分數(shù)）21Cr18Ni9固溶處理王水溶液3灰鑄鐵鑄造4%硝酸酒精（體積分數(shù)）4球墨鑄鐵鑄造4%硝酸酒精（體積分數(shù)）5可鍛鑄鐵鑄造+可鍛化退火4%硝酸酒精（體積分數(shù)）6Al-Si合金鑄造（未變質(zhì)處理）0.5%HF水溶液（體積分數(shù)）7Al-Si合金鑄造（變質(zhì)處理）0.5%HF水溶液（體積分數(shù)）8。黃銅退火3%FeC

2、b+10%HCl 的水溶液9a+ 3黃銅退火3%FeCb+10%HCl 的水溶液10軸承合金鑄態(tài)4%硝酸酒精（體積分數(shù)）11YG3粉末冶金燒結(jié)三氯化鐵鹽酸溶液腐蝕 1min,水洗后 于20%氫氧化鉀+20%鐵氧化鉀水溶 液中腐蝕3min （質(zhì)量分數(shù)）12玻璃纖維增強 樹脂復(fù)合材料纖維編織后樹脂固化（1） W18Cr4V是一種高速鋼。室溫平衡組織由珠光體、碳化物和萊氏體組成。萊氏體沿晶界呈寬網(wǎng)狀分布，萊氏體中的碳化物粗大，呈骨架狀，不能靠熱處理消除，必須進行鍛造打碎。鍛造退火后的顯微組織由索氏體和碳化物組成。高速鋼具有優(yōu)良的耐熱性 和高的耐磨性。淬火溫度較高，使奧氏體充分合金化，保證最終有高的熱

3、硬性。1Cr18Ni9是不銹鋼。在大氣、海水及其他浸蝕性介質(zhì)條件下能穩(wěn)定工作，屬于高合金 鋼。室溫平衡組織為奧氏體+鐵素體+（Cr,Fe）23C6?；诣T鐵中的石墨呈粗大片狀，灰鑄鐵的基體有珠光體、鐵素體和珠光體+鐵素體三種 鐵素體基體的鑄鐵韌性最好，珠光體基體的鑄鐵抗拉強度最高。球墨鑄鐵的組織主要有鐵素體基體和珠光體基體兩種。澆鑄后石墨呈球形析出，大大削弱了對基體的割裂作用，使球墨鑄鐵的性能顯著提高。(5)可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理得到。其中的石墨呈團絮狀，也顯著的削弱了 對基體的割裂作用，使得可鍛鑄鐵的機械性能比灰鑄鐵有明顯的提高。(6)未經(jīng)變質(zhì)處理的鋁硅合金鑄造后得到的組織是粗大的

4、硅晶體和a固溶體所組成的共晶 體。粗大的硅晶體很脆，嚴重的降低了合金的塑性和韌性。(7)變質(zhì)處理后的鋁硅合金中添加的 Na能促進Si的生核，并能吸附在Si表面阻止Si繼續(xù) 長大，使合金組織大大細化。變質(zhì)處理后的組織為細小均勻的共晶體+初生a固溶體+二次析出的Si。共晶體中的Si細小，使合金的強度和塑性顯著改善。(8)單相黃銅中的組織為單相a固溶體，具晶粒呈多邊形，并伴有大量退火李晶。單相黃 銅具有良好的塑性，可以進行各種冷變形。(9)雙相黃銅由a相和B相組成。a相呈亮白色，B相呈黑色，是以CuZn電子化合物為基的 有序固溶體，在低溫下較脆、硬，但在高溫下有良好的塑性，所以雙相黃銅可以進行 熱壓

5、力加工。(10)軸承合金是一種軟基體硬質(zhì)點類型的軸承合金。顯微組織為a+ /CU6Sn。軟基體硬質(zhì)點混合組織能保證軸承合金具有必要的強度、塑性和韌性，以及良好的耐磨性。(11)YG3顯微組織由WC+Co相組成。硬質(zhì)合金熔點高，硬度高，具有良好的耐磨性和熱 硬性，可用作道具、耐磨零件或磨具。硬質(zhì)合金屬于顆粒復(fù)合材料。(12)纖維增強樹脂是一種纖維復(fù)合材料。 韌性好的樹脂作為基體，可阻礙材料中裂紋的擴 展。纖維的抗拉強度高，主要承受外加載荷的作用。玻璃纖維增強樹脂的顯微組織為 玻璃纖維+樹脂。.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)答：合金鋼是在

6、碳鋼合金中特意加入一些合金元素所獲得的鋼。按合金元素質(zhì)量分數(shù) 不同可分為低合金鋼(合金元素低于5%)、中合金鋼(合金元素5%1 O%)、高合金鋼 (合金元素大于10%),還有其他的分類方法。對于低合金鋼由于加入合金元素較少， 鐵碳相圖雖發(fā)生了一些變動，但其平衡狀態(tài)的顯微組織與碳鋼的顯微組織并沒有太大 區(qū)別，低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼的顯微組織也沒有根本的不同。但因加入 了合金元素使C曲線右移(Co除外)，所以在相同的冷卻速度下，會出現(xiàn)不同的金相組 織，合金鋼更容易獲得馬氏體。合金鋼與碳鋼比較，在淬透性、力學性能、回火穩(wěn)定性等方面得到改善，還可提高 鋼的抗氧化性、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損

7、等方面的性能。由于合金鋼的強度提高 了，在使用時可降低材料的使用量，減輕重量，降低成本。不同的合金鋼可以應(yīng)用于 高溫、腐蝕、磨損等場合使用。(4)為什么大型發(fā)電機組中汽輪機轉(zhuǎn)子和小板牙都必須采用合金鋼制造？(5)答：大型發(fā)電機組中的汽輪機轉(zhuǎn)子工作環(huán)境惡劣，要承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、熱應(yīng) 力，還要承受振動產(chǎn)生的附加應(yīng)力和沖擊載荷等，而且在高溫工作，還要考慮材料的 抗蠕變性能、抗腐蝕性能，等等。因此對轉(zhuǎn)子材料要具有良好的綜合機械性能、強度 高，韌性好。在鋼中加入一些合金元素可以提高材料的性能，滿足產(chǎn)品要求。如加入 Cr、Mo、V元素，可以提高鋼的淬透性增加鋼的強度，還可以提高鋼的熱強性，耐高 溫、

8、抗腐蝕。所以都要選用合金鋼制造才能符合使用要求。(6) 小板牙是低速切削、形狀復(fù)雜的刃具，要求高硬度、高耐磨性，還要求一定強韌性。 在鋼中加入Cr、W、Mn等元素，使鋼的淬透性和耐磨性大大提高，耐熱性和韌性也 有所改善。而且加入了合金元素后，淬透性增加，油冷時就可得到馬氏體，有利于減 小變形，保證尺寸。所以選用合金鋼制造才能符合使用要求。高速鋼(W18Cr4V)的熱處理工藝是如何進行的？有何特點？(8)答：W18Cr4V高速鋼的優(yōu)良的熱硬性和高的耐磨性只有經(jīng)淬火及回火后才能獲得。由于高速鋼中的碳化物類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，淬火溫度對碳化物的溶解有很多影響，較低 時，有的碳化物不能溶解，影響硬度和紅硬

9、性。較高時M6c型碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的MC型碳化物，沿奧氏體晶界擴展成網(wǎng)狀，造成對高速鋼性能的破壞，而且還會影響 晶粒度及殘余奧氏體的含量，影響強度和韌性。(9)為了獲得良好的力學性能和高的紅硬性，需選擇合理的淬火溫度，W18Cr4V高速鋼的淬火溫度一般選擇在1270128(X2 o淬火后的組織為馬氏體+碳化物+較大量的殘 余奧氏體，殘留奧氏體約有30%。所以還要進行回火處理，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗?馬氏體。在550570c回火時，鋼的硬度、強度、塑性均有提高，析出特殊碳化物， 產(chǎn)生二次硬化，達到硬度和強度的最大值?；鼗饻囟纫话銥?60C,因殘余奧氏體量很多，一次回火處理不能消除大量的殘余奧氏體

10、，回火不足，影響高速鋼的硬度和耐 磨性能，所以一般需經(jīng)三次回火處理。高速鋼經(jīng)三次回火處理后的組織為回火馬氏體 +碳化物+少量殘余奧氏體(2%3%)。這樣可以得到理想的熱硬性、高的耐磨性和強 韌性。(10)鑄造Al-Si合金的成分是如何考慮的 榻何要進行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理與未變質(zhì)處理的 Al-Si合金組織與性能有何變化？(11)答：從Al-Si合金的相圖可知，Si的質(zhì)量分數(shù)為11.7%為共晶點的成分，在共晶點附近 的合金成分，具有優(yōu)良的鑄造性能，流動性好，產(chǎn)生鑄造裂紋的傾向性小，所以簡單 的鑄造Al-Si合金的Si的質(zhì)量分數(shù)一般應(yīng)為接近共晶點成分，典型的鑄造Al-Si合金牌號為ZLI02, Si的質(zhì)量分數(shù)為11%13%0(12) Al-Si合金鑄造后得到的組織是粗大的針狀硅晶體和a固溶體的共晶組織，粗大的硅 晶體極脆，嚴重地降低了合金的塑性和韌性。為改善合金的性能需采用變質(zhì)處