金屬材料的顯微組織觀察

金屬資料的顯微組織察看〔驗(yàn)證性〕熱處置實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容碳鋼熱處置后的組織鑄鋼、鑄鐵的組織不銹鋼、耐熱鋼的組織鋁合金、銅合金的組織軸瓦合金的組織碳鋼熱處置組織20鋼-930℃淬火含碳量小于0.25%的非合金鋼〔碳素鋼〕或低碳低合金構(gòu)造鋼經(jīng)劇烈淬火，獲得80%以上甚至100%的低碳馬氏體組織，這類鋼統(tǒng)稱為低碳馬氏體鋼。普通情況下，含碳量在0.15%-0.25%范圍內(nèi)的鋼淬火強(qiáng)化效果好，綜合力學(xué)性能高。碳鋼熱處置組織45鋼860℃退火45鋼含碳量低于0.77%，所以組織中的滲碳體量也少于12%，于是鐵素體除去一部分要與滲碳體構(gòu)成珠光體外，還會(huì)有多余的出現(xiàn)，因此組織是鐵素體+珠光體。碳含量越少，鋼組織中珠光體比例也越小，鋼的強(qiáng)度也越低，但塑性越好。碳鋼熱處置組織45鋼860℃正火從本質(zhì)上說，鋼的正火是鋼退火的一種特殊情況。由于正火的冷卻速度比退火的冷卻速度快，所獲得的珠光體片層間距較小，組織較細(xì)，因此其硬度和強(qiáng)度也較高。適用范圍：正火只適用于碳素鋼和低、中合金鋼，而不適用于高合金鋼。由于高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，在空氣中冷卻也將得到馬氏體組織。對(duì)共析碳素鋼來說，正火可得到索氏體組織；對(duì)亞共析或過共析鋼，正火組織中還有先共析鐵素體或先共析滲碳體，但與相應(yīng)的退火組織比較，先共析相的量較少。正火是指：鋼件加熱到臨界點(diǎn)Ac3或Acm以上的溫度，保溫一定的時(shí)間(見奧氏體化)，然后在空氣中冷卻的金屬熱處置工藝，廣泛運(yùn)用于工業(yè)消費(fèi)。碳鋼熱處置組織45鋼860℃淬火片狀馬氏體〔或針狀馬氏體〕，由片狀馬氏體與剩余奧氏體組成。又稱為孿晶馬氏體。45鋼860℃正常淬火后組織為細(xì)小的馬氏體。碳鋼熱處置組織45鋼860℃淬火后200℃回火低溫回火所得到的組織是回火馬氏體(馬氏體及少量剩余奧氏體，都是不穩(wěn)定的組織)，其性能是：具有高的硬度〔HRC58-64〕和高的耐磨性，因內(nèi)應(yīng)力有所降低，故韌性有所提高.這種回火方法主要用于刃具，量具，拉絲模以及其它要求硬而耐磨的零件。碳鋼熱處置組織45鋼調(diào)質(zhì)處置調(diào)質(zhì)處置后，組織為均勻細(xì)小的堅(jiān)持馬氏體位向的回火索氏體。45鋼調(diào)質(zhì)后的組織形狀首先取決于淬火組織〔當(dāng)然淬前原始組織也有影響〕。因加熱缺乏而殘留在馬氏體組織中的塊狀鐵素體，或因冷卻缺乏而在馬氏體晶界區(qū)構(gòu)成的網(wǎng)狀鐵素體，均會(huì)保管到高溫回火后的索氏體組織中。同時(shí)，淬火馬氏體的粗細(xì)直接影響索氏體的粗細(xì)。碳鋼熱處置組織T10鋼淬火組織為較粗大的針狀馬氏體和剩余奧氏體。針狀馬氏體呈竹葉狀或凸透鏡狀，在空間形似鐵餅。針狀馬氏體之間通?；コ?0o或120o角，普通限制在奧氏體晶粒內(nèi)，最初構(gòu)成的馬氏體針貫穿奧氏體晶粒，后構(gòu)成的馬氏體較短，先構(gòu)成的馬氏體較易浸蝕。所以完全轉(zhuǎn)變的馬氏體為大小不同，分布不規(guī)那么，顏色深淺不一的針狀組織。合金構(gòu)造鋼和滾動(dòng)軸承鋼熱處置組織合金元素的參與，使鐵碳相圖發(fā)生一些變化，但其平衡形狀的顯微組織與碳鋼沒有本質(zhì)的區(qū)別。低合金鋼熱處置后的顯微組織與碳鋼沒有根本不同，差別只在于合金元素參與后，使C曲線右移〔除Co以外〕，即以較低的冷卻速度也可以獲得馬氏體組織。例如，40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處置后的顯微組織和40鋼調(diào)質(zhì)后的顯微組織根本一樣，都為回火索氏體。GCr15鋼840℃油淬、低溫回火后的顯微組織，與T12鋼780℃水淬、低溫回火后的顯微組織也一樣，為回火馬氏體和碳化物。合金構(gòu)造鋼和滾動(dòng)軸承鋼熱處置組織40Cr850℃淬火合金構(gòu)造鋼和滾動(dòng)軸承鋼熱處置組織GCr15850℃淬火組織M+KB下MA’高速鋼熱處置組織高速鋼是一種常用的高合金工具鋼，例如W18Cr4V。由于它含有大量合金元素，使鐵碳相圖中的E點(diǎn)大大左移，雖然只含有0.7%～0.8%的碳，仍可獲得萊氏體組織，所以又稱為萊氏體鋼。雖然高速鋼在鑄態(tài)下的組織存在嚴(yán)重的成分和組織不均勻性，從而影響其性能，為此隨后必需經(jīng)過鍛造和軋制，破碎萊氏體網(wǎng)絡(luò)，促使其碳化物均勻分布。高速鋼熱處置組織高速鋼鑄態(tài)組織高速鋼在鑄造形狀下與亞共晶白口鑄鐵的組織類似，其中萊氏體由合金碳化物、馬氏體、屈氏體以及殘留奧氏體組成。高速鋼熱處置組織高速鋼鍛造退火組織高速鋼鍛造退火組織為索氏體+碳化物。其中粗大的亮色晶粒為初生共晶碳化物，較細(xì)小的為次生碳化物以及索氏體基體中的極細(xì)共晶碳化物，退火后的的硬度為HB207～255。高速鋼熱處置組織高速鋼1280℃淬火組織高速鋼淬火加熱溫度普通為1260～1280℃，高溫加熱的目的是使較多的碳化物溶解于奧氏體中，淬火后馬氏體中合金元素含量高，回火后鋼的紅硬性高且耐磨性好。淬火采用油冷或空冷，其顯微組織為馬氏體+未溶碳化物+剩余奧氏體〔尚有20%～30%〕。馬氏體呈隱針狀，其針形很難顯示出來，但可看出明顯的奧氏體晶界及分布于晶粒內(nèi)的未溶碳化物，淬火后的硬度約為HRC61～62高速鋼熱處置組織高速鋼1280℃淬火后三次回火組織高速鋼淬火后需經(jīng)三次回火，其組織為回火馬氏體，碳化物和少量剩余奧氏體〔約2%～3%〕?；鼗鸷笥捕葹镠RC63～65。馬氏體不銹鋼熱處置組織常用馬氏體不銹鋼的含碳量為0.1～0.45%，含鉻量為12～14%，典型鋼號(hào)有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。1Cr13和2Cr13具有抗大氣、蒸氣等介質(zhì)腐蝕的才干，常作為耐蝕的構(gòu)造鋼運(yùn)用。為了獲得良好的綜合性能，常采用淬火+高溫回火〔600～700℃〕，得到回火索氏體，來制造汽輪機(jī)葉片、鍋爐管附件等。而3Cr13和4Cr13鋼，由于含碳量高一些，耐蝕性就相對(duì)差一些，經(jīng)過淬火+低溫回火〔200～300℃〕，得到回火馬氏體，具有較高的強(qiáng)度和硬度〔HRC達(dá)50〕，因此常作為工具鋼運(yùn)用，制造醫(yī)療器械、刃具、熱油泵軸等。馬氏體不銹鋼熱處置組織3Cr13的退火組織馬氏體不銹鋼熱處置組織3Cr13的1000℃淬火+250℃回火組織回火馬氏體鐵素體不銹鋼熱處置組織常用的鐵素體不銹鋼的含碳量低于0.15%,含鉻量為12～30%，典型鋼號(hào)有0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等，其顯微組織一直是單相鐵素體組織。圖為0Cr17的退火組織。奧氏體不銹鋼熱處置組織在含18%Cr的鋼中參與8～11%Ni，就是的奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni9是最典型的鋼號(hào)。這類鋼由于鎳的參與，擴(kuò)展了奧氏體區(qū)域，從而在室溫下就能得到亞穩(wěn)的單相。18-8型不銹鋼在退火形狀下呈現(xiàn)奧氏體+碳化物的組織，碳化物的存在，對(duì)鋼的耐腐蝕性有很大損傷，故通常采用固溶處置方法，即把鋼加熱到1100℃后水冷，使碳化物溶解在高溫下所得到的奧氏體中，再經(jīng)過快冷，就在室溫下獲得單相的奧氏體組織。但在450～850℃加熱，或在焊接時(shí)，由于在晶界析出鉻的碳化物〔Cr23C6〕,使晶界附近的含鉻量降低，在介質(zhì)中會(huì)引起晶間腐蝕。奧氏體不銹鋼熱處置組織1Cr18Ni9Ti固溶組織鑄鐵按鑄鐵在結(jié)晶過程中石墨化程度不同，可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵。根據(jù)鑄鐵中石墨的形狀不同，鑄鐵分為灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。根據(jù)基體組織的不同，灰口鑄鐵可分為鐵素體灰口鑄鐵；鐵素體+珠光體灰口鑄鐵；珠光體灰口鑄鐵鑄鐵：白口鑄鐵共晶白口鑄鐵過共晶白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵鑄鐵：灰口鑄鐵P+片狀GF+P+片狀G鑄鐵：可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處置而獲得的，其滲碳體發(fā)生分解而構(gòu)成團(tuán)絮狀石墨。按其組織不同，可鍛鑄鐵分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵兩類。圖為鐵素體基體可鍛鑄鐵和珠光體基體可鍛鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈暗灰色團(tuán)絮狀，亮白色晶粒為基體。鑄鐵：球墨鑄鐵球墨鑄鐵中石墨呈球狀，金屬基體強(qiáng)度利用率高達(dá)70%～90%〔灰口鑄鐵只達(dá)30%左右〕，因此其機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵。球墨鑄鐵經(jīng)常經(jīng)過正火、調(diào)質(zhì)和等溫淬火來提高其機(jī)械性能。球鐵正火的主要目的是添加基體中珠光體數(shù)量，從而提高球鐵的強(qiáng)度和耐磨性。球鐵調(diào)質(zhì)處置后得到回火索氏體，從而有更高的綜合機(jī)械性能。球鐵經(jīng)等溫淬火后的組織為下貝氏體，部分馬氏體和少量剩余奧氏體，這種組織不僅具有較高的綜合機(jī)械性能，而且具有很好的耐磨性。球鐵淬火、400℃等溫淬火和280℃等溫淬火的基體組織見圖4.11。鑄鐵：球墨鑄鐵球墨鑄鐵的顯微組織，其中基體上分布著球狀石墨。F+P+GF+GP+G破碎狀F+P+G鑄鐵：球墨鑄鐵球鐵淬火、400℃等溫淬火和280℃等溫淬火的基體組織球狀石墨針狀馬氏體和剩余奧氏體上貝氏體下貝氏體和剩余奧氏體有色金屬：鋁合金鑄造鋁硅合金的典型牌號(hào)為ZL102，含硅10%～13%，組織為粗大的針狀的硅晶體和α固溶體組成的共晶體，以及少量呈多面體形的初生硅晶體，這種粗大的針狀硅晶體嚴(yán)重降低合金的塑性。為了提高硅鋁的力學(xué)性能，通常進(jìn)展蛻變處置，處置后組織為初生α固溶體枝晶〔白亮〕及細(xì)小的共晶〔α+Si〕〔黑底〕，這是由于共晶中的硅呈細(xì)小點(diǎn)狀顆粒〔如以下圖所示〕。有色金屬：鋁合金有色金屬：鋁合金未蛻變處置已蛻變處置Al-Si合金蛻變前后的鑄態(tài)組織屬二元鋁-硅合金，又名硅鋁明，含Si%=10~13%。圖14-1ZL102合金為未蛻變的顯微組織圖14-2ZL102合金為蛻變的顯微組織初晶硅共晶硅α固溶體〔α+Si〕共晶體基體α相有色金屬：銅合金相圖下部自左至右分別有αβγδεη六個(gè)單相區(qū)，這六個(gè)相都是固相，其中α向η相是固溶體，βγδε都是金屬化合物。液相和固相，固相和固相之間是兩相區(qū)，合金在這些區(qū)域是兩相共存。液相區(qū)的下界限相當(dāng)于不同成分合金的凝固點(diǎn)，或者熔點(diǎn)，可以看出，液相區(qū)的下界限從左到右逐漸降低，也就是說，合金的含鋅量越多，合金的凝固點(diǎn)越低。此外，液相區(qū)下面存在著幾個(gè)液相和固相共存的區(qū)域，也就是說，合金的凝固不是恒溫進(jìn)展，結(jié)晶過程是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)展的，固—液兩相共存區(qū)域的垂直間隔越大，合金結(jié)晶的溫度范圍越大，這種合金在結(jié)晶石的流動(dòng)性就差一些。有色金屬：銅合金相圖最下面相當(dāng)于室溫的情況，可以看出，含鋅量小于36%的銅—鋅合金，室溫下是單相α，含鋅量在36%~46.5%之間，是α+β，兩相，含鋅量大于46.5%就變?yōu)閱蜗唳?，，由于β，相得脆性很大，適用的黃銅含鋅量不大于43%，室溫下的組織只需α相或α+β，，別稱為單相黃銅和雙相黃銅，以下圖是單相黃銅和雙相黃銅的金相照片。單相黃銅的晶粒都是α相，在液態(tài)中結(jié)晶的晶粒好似樹枝一樣，稱為樹枝晶。由于開場(chǎng)結(jié)晶的部分含銅量高，后結(jié)晶的部分含鋅量高〔即成分偏析〕，所以表現(xiàn)出明暗差別，灰色部分是后結(jié)晶的，含鋅量高。雙相黃銅中的白色組織是α相，黑色組織是β，相。有色金屬：銅合金黃銅為Cu-Zn合金，常用的黃銅為α單相黃銅和α+β兩相黃銅。α單相黃銅：含鋅在39%以下的黃銅屬單相α固溶體，典型牌號(hào)為H70〔即三七黃銅〕。鑄態(tài)組織：α固溶體呈樹枝狀〔用氯化鐵溶液腐蝕后，枝晶主軸富銅，呈亮白色，而枝晶富鋅呈暗色〕，經(jīng)變形和再結(jié)晶退火其組織為多邊形晶粒，有退火孿晶。由于各個(gè)晶粒方位不同，所以具有不同的顏色。有色金屬：銅合金黃銅為Cu-Zn合金，常用的黃銅為α單相黃銅和α+β兩相黃銅。α單相黃銅：含鋅在39%以下的黃銅屬單相α固溶體，典型牌號(hào)為H70〔即三七黃銅〕。鑄態(tài)組織：α固溶體呈樹枝狀〔用氯化鐵溶液腐蝕后，枝晶主軸富銅，呈亮白色，而枝晶富鋅呈暗色〕，經(jīng)變形和再結(jié)晶退火其組織為多邊形晶粒，有退火孿晶。由于各個(gè)晶粒方位不同，所以具有不同的顏色。有色金屬：銅合金黃銅為Cu-Zn合金，常用的黃銅為α單相黃銅和α+β兩相黃銅。α+β兩相黃銅：含鋅量為39%～45%的黃銅為α+β兩相黃銅，典型牌號(hào)有H62〔即四六黃銅〕。在室溫下β相較α相硬得多，因此可用于接受較大載荷的零件。α+β兩相黃銅可在600℃以上進(jìn)展熱加工。α+β兩相黃銅顯微組織：α為亮白色的固溶體，β是CuZn為基的有序固溶體α相β相軸瓦合金的組織軸瓦合金主要用于汽車、遷延機(jī)、空壓機(jī)、柴油機(jī)等軸瓦、軸套、襯套等。軸瓦合金的侵蝕劑普通為2～5%的硝酸酒精溶液。軸瓦合金分為兩大類：軟基體，硬質(zhì)點(diǎn)，如錫基、鉛基；硬基體，軟質(zhì)點(diǎn)，如銅鉛合金等。軸瓦合金主要用于汽車、遷延機(jī)、空壓機(jī)、柴油機(jī)等軸瓦、軸套、襯套等。典型金相組織1、錫基軸承合金錫基軸承合金是以錫為根底，例如Sb-Cu等元素組成的合金，稱巴氏合金，其顯微組織為α+β’+Cu6Sn5相組成。圖11-9鑄態(tài)錫基軸承合金的顯微組織α固溶體Cu6Sn5相β’固溶體參與銅的目的是為了防止β’相上浮減少合金的比重偏析，同時(shí)提高了合金的耐磨性。典型金相組織2、鉛基軸承合金鉛基軸承合金是以Pb、Sb為根底，參與Sn,Cu等元素組成的合金，其顯微組織為〔α+β〕＋β’＋Cu2Sb相組成。圖14-11鑄態(tài)鉛基軸承合金的顯微組織Cu2Sb相β’α+β典型金相組織3、銅基軸承合金圖14-12鑄態(tài)銅基軸承合金的顯微組織Pbα固溶體銅基軸承合金Cu-Pb二元系合金，其組織特點(diǎn)為硬基體，軟質(zhì)點(diǎn)。典型金相組織3、銅基軸承合金銅基軸承合金Cu-Pb二元系合金，其組織特點(diǎn)為硬基體，軟質(zhì)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告填寫實(shí)驗(yàn)內(nèi)容繪組織形貌圖，要求用箭頭和相應(yīng)符號(hào)標(biāo)識(shí)出相應(yīng)物相。要求繪制的組織形貌圖為：Al-Si合金蛻變前、后的鑄態(tài)組織；單相和雙相黃銅退火態(tài)組織；F+P灰鐵組織，以及F+P球鐵退火組織；1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼固溶組織，以及3Cr13的1000℃淬火+2