1、常用材料組織觀察常用材料組織觀察一、實驗目的一、實驗目的 1. 1. 觀察和分析常用材料的顯微組織；觀察和分析常用材料的顯微組織； 2. 2. 了解常用材料的成分、組織和性能的特點，了解常用材料的成分、組織和性能的特點，以及它們的主以及它們的主 要應用。要應用。二、概述二、概述1 1合金鋼的顯微組織合金鋼的顯微組織 合金鋼依合金元素含量的不同，可分為三種：合金鋼依合金元素含量的不同，可分為三種： 合金元素總量合金元素總量5%10%10%的稱為高合金鋼。的稱為高合金鋼。 一般合金結構鋼、合金工具鋼都是低合金鋼。一般合金結構鋼、合金工具鋼都是低合金鋼。 由于合金元素的加入，使鐵碳相圖發生一些變化，

2、但其平衡狀態的顯微組織與碳鋼沒由于合金元素的加入，使鐵碳相圖發生一些變化，但其平衡狀態的顯微組織與碳鋼沒有本質的區別。有本質的區別。 低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼沒有根本不同，差別只在于合金元素加入后，使低合金鋼熱處理后的顯微組織與碳鋼沒有根本不同，差別只在于合金元素加入后，使C曲線右移除曲線右移除Co以外），即以較低的冷卻速度也可以獲得馬氏體組織。以外），即以較低的冷卻速度也可以獲得馬氏體組織。 40Cr鋼經調質處理后的顯微組織和40鋼調質后的顯微組織基本相同，都為回火索氏體。（如圖1） 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，皆為

3、回火馬氏體和碳化物。（如圖2）圖1 40Cr鋼經調質處理圖2 GCr15鋼840 合金鋼種類繁多，本實驗只選擇高速鋼進行觀察和分析。高速鋼是一種常用的高合金工具鋼，例如W18Cr4V。 高碳：含碳量為高碳：含碳量為(0.71.65)%，以獲得高碳馬氏體，與碳化物形成元素等形成碳，以獲得高碳馬氏體，與碳化物形成元素等形成碳化物，細化晶粒，增大耐磨性。化物，細化晶粒，增大耐磨性。 W：主要用于提高鋼的熱硬性。：主要用于提高鋼的熱硬性。 Cr：可以提高鋼的淬透性和耐磨性。：可以提高鋼的淬透性和耐磨性。 V：細化奧氏體晶粒；可以提高耐磨性、熱硬性。：細化奧氏體晶粒；可以提高耐磨性、熱硬性。W18Cr4

4、V 鑄態下的組織鑄態下的組織高速鋼在鑄造狀態下與亞共晶白口鑄鐵的組織相似。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。（如右圖）高速鋼鍛造退火組織：在金相顯微鏡下觀察其組織為索氏體高速鋼鍛造退火組織：在金相顯微鏡下觀察其組織為索氏體+碳化物。碳化物。其中粗大的亮色晶粒為初生共晶碳化物，較細小的為次生碳化物以及索氏體基體中的極細共晶碳化物高速鋼鍛后必須緩冷，并進行球化退火，可以消除內應力，獲得索氏體高速鋼鍛后必須緩冷，并進行球化退火，可以消除內應力，獲得索氏體+粒狀碳化物組織，粒狀碳化物組織，便于進行機械加工。便于進行機械加工。退火后的的硬度為退火后的的硬度為HB207255 高速

5、鋼淬火組織高速鋼淬火組織 ：淬火加熱溫度一般為：淬火加熱溫度一般為12601280，高溫加熱的目的是使較多的，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。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+殘余奧氏體尚有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的未溶碳化物，淬火后的硬度約為HRC6162。1280 淬火淬火高速鋼淬火后需經三次回火，其組織為回火馬氏體，碳化物和少量殘余奧氏體約高速鋼淬火后

6、需經三次回火，其組織為回火馬氏體，碳化物和少量殘余奧氏體約2%3%）。回火后硬度為）。回火后硬度為HRC6365。為減少殘余奧氏體量，消除應力，穩定組織，提高力學性能指標，淬火后W18Cr4V一般需在560進行三次回火，回火后的顯微組織為暗黑色針狀回火馬氏體的基體上，分布著亮白色塊狀碳化物。 2 2鑄鐵的顯微組織鑄鐵的顯微組織按鑄鐵在結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。按鑄鐵在結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。鑄鐵鑄鐵鐵素體鐵素體+石墨石墨鐵素體鐵素體+珠光體珠光體+石墨石墨珠光體珠光體+石墨石墨鑄鐵鑄鐵灰口鑄鐵灰口鑄鐵可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵球墨

7、鑄鐵球墨鑄鐵根據石墨的形根據石墨的形態、大小和分態、大小和分布情況不同布情況不同 根據成分和冷根據成分和冷卻速度不同卻速度不同白口鑄鐵：其組織具有萊氏體特征而沒有游離的石墨，即全部碳以碳化物的形式存在于鑄鐵中。灰口鑄鐵：碳全部或大部分以石墨的形式存在于鑄鐵中。灰口鑄鐵的組織是由鋼的基體和石墨組成。麻口鑄鐵：其組織特征介于白口鑄鐵與灰口鑄鐵之間，即表面為白口鑄鐵，中心為灰口鑄鐵。圖圖4 灰口鑄鐵的顯微組織灰口鑄鐵的顯微組織顯微組織：珠光體顯微組織：珠光體+鐵素體鐵素體+片狀石墨片狀石墨力學性能差力學性能差解決方法：變質處理解決方法：變質處理灰口鑄鐵：碳全部或大部分以石墨的形式存在于鑄鐵中。灰口鑄

8、鐵：碳全部或大部分以石墨的形式存在于鑄鐵中。 灰口鑄鐵的組織是由鋼的基體和石墨組成。灰口鑄鐵的組織是由鋼的基體和石墨組成。石墨呈灰色條片狀分布在白亮色的鐵素體基體上。石墨呈灰色條片狀分布在白亮色的鐵素體基體上。 可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵又稱展性鑄鐵，它是由白口鑄鐵經石墨化退火處理而獲得的，其滲碳體發生分解而形成團絮狀石墨。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。其中石墨稱暗灰色團絮狀，亮白色晶粒為基體。其中石墨稱暗灰色團絮狀，亮白色晶粒為基體。 顯微組織：鐵素體+團絮狀石墨 團絮狀石墨大大減輕了石墨對基體金屬的割裂作用，因而強度高，有一定的韌性、塑性。 球墨鑄鐵：球墨鑄鐵中石墨

9、呈球狀。它是用鎂、鈣及稀土元素球化劑進行球化處理，球墨鑄鐵：球墨鑄鐵中石墨呈球狀。它是用鎂、鈣及稀土元素球化劑進行球化處理，使石墨變為球狀。由于石墨呈球狀對基體的削弱作用最小，使球墨鑄鐵的金屬基體強度使石墨變為球狀。由于石墨呈球狀對基體的削弱作用最小，使球墨鑄鐵的金屬基體強度利用率高達利用率高達70%90%（灰口鑄鐵只達（灰口鑄鐵只達30%左右），因而其機械性能遠遠優于普通灰口鑄左右），因而其機械性能遠遠優于普通灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵。鐵和可鍛鑄鐵。 顯微組織：珠光體顯微組織：珠光體+鐵素體鐵素體+球狀石墨球狀石墨 球狀石墨對基體的割裂影響最小，因而球狀石墨對基體的割裂影響最小，因而具有很高的強度

10、、良好的韌性、塑性和切削具有很高的強度、良好的韌性、塑性和切削加工性，可焊性也較好。加工性，可焊性也較好。 其中亮白色晶粒為鐵素體基體，灰色球狀為石墨。其中亮白色晶粒為鐵素體基體，灰色球狀為石墨。3 3有色金屬及合金有色金屬及合金有色合金有色合金鋁合金鋁合金銅合金銅合金軸承合金軸承合金 ZL102H62、H90錫基軸承合金錫基軸承合金鎂合金鎂合金 有色金屬，狹義的有色金屬又稱非鐵金屬，是鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統稱。 廣義的有色金屬還包括有色合金。有色合金是以一種有色金屬為基體通常大于50%），加入一種或幾種其他元素而構成的合金。鋁合金鋁合金鋁合金由于密度小鋁合金由于密度小2.652.652

11、.92.9），具有高的比強度，因而廣泛用于機械工業特別是航），具有高的比強度，因而廣泛用于機械工業特別是航空工業。鋁合金分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。空工業。鋁合金分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金：俗稱硅鋁明。典型的牌號有鑄造鋁合金：俗稱硅鋁明。典型的牌號有ZL102，含硅，含硅10%13%含硅11%13%，其成份在共晶點附近，具有優良的鑄造性能。鑄態下顯微組織由由粗大針狀硅晶體和固溶體亮白色所組成的共晶體以及初細小的初晶硅構成， 這種粗大的針狀硅晶體嚴重降低合金的塑性和韌性。為了提高硅鋁明的力學性能，通常需要對其進行變質處理， 即在澆注前向820850合金溶液中加入占合金重量23%的變質

12、劑2/3NaF+1/3NaCl）。 為了提高硅鋁明的力學性能，通常進行變質處理，即在澆注以前向合金熔體中加入占合金重量為了提高硅鋁明的力學性能，通常進行變質處理，即在澆注以前向合金熔體中加入占合金重量2%3%的變質劑常用的變質劑常用2/3NaF+1/3NaCl）。）。處理后使合金的共晶點從處理后使合金的共晶點從11.6%Si右移，得到亞共晶組織，其組織為初生右移，得到亞共晶組織，其組織為初生固溶體枝晶白亮及細小的固溶體枝晶白亮及細小的共晶共晶+Si）（黑底），由于共晶中的硅呈細小點狀顆粒，因而使合金的強度與塑性提高。）（黑底），由于共晶中的硅呈細小點狀顆粒，因而使合金的強度與塑性提高。 變形鋁

13、合金：硬鋁是變形鋁合金：硬鋁是Al-Cu-Mg系時效合金，是重要的變形鋁合金。由于它的強度大和系時效合金，是重要的變形鋁合金。由于它的強度大和硬度高，故稱硬鋁。硬度高，故稱硬鋁。在國外又稱杜拉鋁。現代機械制造和飛機制造業中得到廣泛應用。在合金中形成了CuAl2相和CuMgAl2S相）。這兩個相在加熱是均能溶入合金的固溶體內，并在隨后的時效熱處理過程中通過形成“富集區”、“過渡相而使合金強化。而以Cu MgAl2S相在合金化過程中的作用更大，常把它稱為強化相。銅合金黃銅為Cu-Zn合金，常用的黃銅為單相黃銅和+兩相黃銅。 單相黃銅：含鋅在39%以下的黃銅屬單相固溶體，典型牌號為H90。鑄態組織：

14、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），經變形和再結晶退火其組織為多邊形晶粒，有退火孿晶。由于各個晶粒方位不同，所以具有不同的顏色。退火處理后的黃銅能承受極大的塑性變形，可以進行深沖變形。+兩相黃銅：含鋅量為39%45%的黃銅為+兩相黃銅，典型牌號有H62即四六黃銅）。 在室溫下相較相硬得多，因而可用于承受較大載荷的零件。+兩相黃銅可在600以上進行熱加工。+兩相黃銅顯微組織：為亮白色的固溶體，是CuZn為基的有序固溶體。軸承合金 軸承合金又稱巴氏合金。巴氏合金是應用較多的軸承合金，常用來制造滑動軸承的軸瓦和內襯。軸瓦材料要求同時兼有硬和軟的兩種性能，因此

15、軸承合金的組織往往是軟、硬兩相組成的混合物。 錫基巴氏合金：基本元素為Sn83%、Sb11%及Cu6%。其牌號為ZChsnsb11-6，它的顯微組織如圖所示顯微組織中暗黑色的為軟基體顯微組織中暗黑色的為軟基體相，是相，是Sb在在Sn中的固溶中的固溶體；白色塊狀為硬質點體；白色塊狀為硬質點相，是以相，是以SbSn為基的有序固溶為基的有序固溶體；組織中亮白色針狀及星形就是體；組織中亮白色針狀及星形就是Cu3Sn或或Cu6Sn5化合化合物物 相，也其硬質點作用。相，也其硬質點作用。 編號名稱狀態顯微組織特征腐蝕劑1高速鋼鑄態Ld(魚骨狀)+T（暗黑色）+M3%硝酸酒精2高速鋼淬火態M（隱針）+碳化物（顆粒狀）+ A3%硝酸酒精3高速鋼回火態M回火 （暗黑色基體）+碳化物（白色顆粒）3%硝酸酒精4灰口鑄鐵鑄態F（白亮色基體）+條狀石墨3%硝酸酒精5可鍛鑄鐵鑄造+石墨化退火F（白亮色基體）+團絮狀石墨3%硝酸酒精6球墨鑄鐵鑄態F（白亮色）+球狀石墨3%硝酸酒精7鋁硅明變質處理（枝晶狀）+共晶體（細密基體）3%硝酸酒精8雙相黃銅鑄態（白亮色）+（暗黑色）3%FeCl3+10%HCl溶液9錫基巴氏合金鑄態（暗黑色）+（白色塊狀）+ Cu3Sn同上三、實驗內容察看、分析下列常用材