重庆大学工程材料第六次实验

工程材料-常用材料组织观察机自07、08、09工程材料实验课,一、实验目的1.观察和分析常用材料的显微组织；2.了解常用材料的成分、组织和性能的特点，以及它们的主要应用。,二、概述1合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量10%的称为高合金钢。,一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于合金元素的加入，使铁碳相图发生一些变化，但其平衡状态的显微组织与碳钢没有本质的区别。,低合金钢热处理后的显微组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素加入后，使C曲线右移（除Co以外），即以较低的冷却速度也可以获得马氏体组织。,40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质后的显微组织基本相同，都为回火索氏体。（如图1）,GCr15钢840油淬、低温回火后的显微组织，与T12钢780水淬、低温回火后的显微组织也一样，皆为回火马氏体和碳化物。（如图2）,图140Cr钢经调质处理,图2GCr15钢840,合金钢种类繁多，本实验只选择高速钢进行观察和分析。高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。,高碳：含碳量为(0.71.65)%，以获得高碳马氏体，与碳化物形成元素等形成碳化物，细化晶粒，增大耐磨性。,W：主要用于提高钢的热硬性。,Cr：可以提高钢的淬透性和耐磨性。,V：细化奥氏体晶粒；可以提高耐磨性、热硬性。,W18Cr4V铸态下的组织,高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物、马氏体、屈氏体以及残留奥氏体组成。（如右图）,高速钢锻造退火组织：在金相显微镜下观察其组织为索氏体+碳化物。,其中粗大的亮色晶粒为初生共晶碳化物，较细小的为次生碳化物以及索氏体基体中的极细共晶碳化物,高速钢锻后必须缓冷，并进行球化退火，可以消除内应力，获得索氏体+粒状碳化物组织，便于进行机械加工。,退火后的的硬度为HB207255,高速钢淬火组织：淬火加热温度一般为12601280，高温加热的目的是使较多的碳化物溶解于奥氏体中，淬火后马氏体中合金元素含量高，回火后钢的红硬性高且耐磨性好。,淬火采用油冷或空冷，其显微组织为马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体（尚有20%30%）。马氏体呈隐针状，其针形很难显示出来，但可看出明显的奥氏体晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物，淬火后的硬度约为HRC6162。,1280淬火,高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体，碳化物和少量残余奥氏体（约2%3%）。回火后硬度为HRC6365。,为减少残余奥氏体量，消除应力，稳定组织，提高力学性能指标，淬火后W18Cr4V一般需在560进行三次回火，回火后的显微组织为暗黑色针状回火马氏体的基体上，分布着亮白色块状碳化物。,2铸铁的显微组织,按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。,根据石墨的形态、大小和分布情况不同,根据成分和冷却速度不同,白口铸铁：其组织具有莱氏体特征而没有游离的石墨，即全部碳以碳化物的形式存在于铸铁中。灰口铸铁：碳全部或大部分以石墨的形式存在于铸铁中。灰口铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成。麻口铸铁：其组织特征介于白口铸铁与灰口铸铁之间，即表面为白口铸铁，中心为灰口铸铁。,图4灰口铸铁的显微组织,显微组织：珠光体+铁素体+片状石墨力学性能差解决方法：变质处理,灰口铸铁：碳全部或大部分以石墨的形式存在于铸铁中。灰口铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成。,石墨呈灰色条片状分布在白亮色的铁素体基体上。,可锻铸铁：可锻铸铁又称展性铸铁，它是由白口铸铁经石墨化退火处理而获得的，其渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按其组织不同，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两类。,其中石墨称暗灰色团絮状，亮白色晶粒为基体。,显微组织：铁素体+团絮状石墨团絮状石墨大大减轻了石墨对基体金属的割裂作用，因而强度高，有一定的韧性、塑性。,球墨铸铁：球墨铸铁中石墨呈球状。它是用镁、钙及稀土元素球化剂进行球化处理，使石墨变为球状。由于石墨呈球状对基体的削弱作用最小，使球墨铸铁的金属基体强度利用率高达70%90%（灰口铸铁只达30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰口铸铁和可锻铸铁。,显微组织：珠光体+铁素体+球状石墨球状石墨对基体的割裂影响最小，因而具有很高的强度、良好的韧性、塑性和切削加工性，可焊性也较好。,其中亮白色晶粒为铁素体基体，灰色球状为石墨。,3有色金属及合金,有色金属，狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。,铝合金铝合金由于密度小（2.652.9），具有高的比强度，因而广泛用于机械工业特别是航空工业。铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。,铸造铝合金：俗称硅铝明。典型的牌号有ZL102，含硅10%13%,含硅11%13%，其成份在共晶点附近，具有优良的铸造性能。铸态下显微组织由由粗大针状硅晶体和固溶体（亮白色）所组成的共晶体以及初细小的初晶硅构成，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性和韧性。为了提高硅铝明的力学性能，通常需要对其进行变质处理，即在浇注前向820850合金溶液中加入占合金重量23%的变质剂（2/3NaF+1/3NaCl）。,为了提高硅铝明的力学性能，通常进行变质处理，即在浇注以前向合金熔体中加入占合金重量2%3%的变质剂（常用2/3NaF+1/3NaCl）。,处理后使合金的共晶点从11.6%Si右移，得到亚共晶组织，其组织为初生固溶体枝晶（白亮）及细小的共晶（+Si）（黑底），由于共晶中的硅呈细小点状颗粒，因而使合金的强度与塑性提高。,变形铝合金：硬铝是Al-Cu-Mg系时效合金，是重要的变形铝合金。由于它的强度大和硬度高，故称硬铝。,在国外又称杜拉铝。现代机械制造和飞机制造业中得到广泛应用。在合金中形成了CuAl2（相）和CuMgAl2（S相）。这两个相在加热是均能溶入合金的固溶体内，并在随后的时效热处理过程中通过形成“富集区”、“过渡相”而使合金强化。而以CuMgAl2（S相）在合金化过程中的作用更大，常把它称为强化相。,铜合金黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为单相黄铜和+两相黄铜。,单相黄铜：含锌在39%以下的黄铜属单相固溶体，典型牌号为H90。铸态组织：固溶体呈树枝状（用氯化铁溶液腐蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮白色，而枝晶富锌呈暗色），经变形和再结晶退火其组织为多边形晶粒，有退火孪晶。由于各个晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。退火处理后的黄铜能承受极大的塑性变形，可以进行深冲变形。,+两相黄铜：含锌量为39%45%的黄铜为+两相黄铜，典型牌号有H62（即四六黄铜）。在室温下相较相硬得多，因而可用于承受较大载荷的零件。+两相黄铜可在600以上进行热加工。+两相黄铜显微组织：为亮白色的固溶体，是CuZn为基的有序固溶体。,轴承合金轴承合金又称巴氏合金。巴氏合金是应用较多的轴承合金，常用来制造滑动轴承的轴瓦和内衬。轴瓦材料要求同时兼有硬和软的两种性能，因此轴承合金的组织往往是软、硬两相组成的混合物。,锡基巴氏合金：基本元素为Sn83%、Sb11%及Cu6%。其牌号为ZChsnsb11-6，它的显微组织如图所示,显微组织中暗黑色的为软基体相，是Sb在Sn中的固溶体；白色块状为硬质点相，是以SbSn为基的有序固溶体；组织中亮白色针状及星形就是Cu3Sn或Cu6Sn5化合物相，也其