金相检验技术21-22ppt课件

第十章非铁金属的金相检验,1,2,目录,第十章非铁金属的金相检验1铝和铝合金的金相检验基本内容2铜和铜合金的金相检验基本内容3钛合金的金相检验基本内容,3,非铁金属的相与合金元素有很大关系，不同的合金元素组合所生成的强化相也各不相同。,4,1铝和铝合金的金相检验,1、铝合金的特点：密度小、优良的塑性、高导电性、导热性、抗蚀性能、铸造性、切削加工成型，高的比强度和比刚度。2、应用：飞机、机械、化工、电力、仪表、建筑等各领域。,铝及铝合金的金相检验包括宏观检验和微观检验两大部分。,5,一、铝及铝合金的分类（按照成型方法分类）,1、铸造铝合金,2、变形铝合金,在工业上常用的铸造铝合金为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四大类。,根据合金化及其热处理特点，分为：热处理不可强化铝合金：纯铝，L系列；防锈铝，LF系列：Al-Mn，Al-Mg；,热处理可强化铝合金：硬铝LY（Al-Cu-Mg-Mn）系列；锻铝LD（Al-Mg-Si-Mn）系列；超硬铝LC（Al-Zn-Mg-Mn）系列；其他系列，Al-Li合金。,二元铝合金的典型相图及铝合金的分类示意图,最大溶解度D点,6,L+（Si）,（Si）,L+（Al）,（Al）,（Al）+（Si）,1铝和铝合金的金相检验,二、铝合金中形成的主要相,1.亚共晶Al-Si合金在凝固过程中先形成树枝状的相铝，剩下部分铝液在铝树枝晶间生成（+Si）共晶体。2.过共晶Al-Si合金首先析出多边形的块状出生Si，然后再生成（+Si）共晶体。3.共晶体中的Si一般呈大针状分布，会降低合金的力学性能。生产上多采用（钠盐和锶盐）变质处理的方法来提高铸造Al-Si合金的综合力学性能。经过良好变质处理的共晶Si得到了细化处理，呈点球状。,变质处理,变质处理：为提高Al-Si合金的综合性能，加入变质剂，改变硅的分布形状，使其呈点球状。变质处理的类型：钠变质、磷变质、锶变质变质不正常原因变质不足是由于变质不完全，或部分变质失效所致变质后停留时间过长引起变质效果衰退。变质过度主要是由于变质剂加入过多所引起。,7,8,1、Si相,2、Cu相,初晶硅Si初，呈深灰色几何多边形；共晶硅Si共晶，呈灰色针状、粒状。,3、Mg相,4、Mn相,5、Ni相,6、Ti相,CuAl2，相，带粉红色的白色结晶，轮廓圆滑。,Mg2Si，呈树叉状，骨骼状；Mg2Al3，骨骼状，浸蚀后淡黄色。,Al6Mn，呈亮白块状；Al4Mn，呈浅灰色块状。,Al3Ni，呈黑色板块状。,Al3Ti，亮白色片状。,9,7、主要杂质相,FeAl3，呈灰色粗针状；,初生Al12Fe3Si，呈灰色鱼骨状；,Al9Fe3Si2，呈灰色细片状；,Al4Fe3Si2，呈灰色聚集分布的针状。,Al9Fe2Si,亮白色片状、针状。,FeNiAl9，亮白色片状、针状。,10,1铝和铝合金的金相检验,三、铝合金的宏观检验,铝合金及铝合金铸件、变形铝及铝合金铸锭还是变形铝合金加工材料、制品，都会在熔炼、凝固结晶、变形成形加工、热处理等过程中产生缺陷。,使用简单的手段进行宏观检验，可以在很大范围内对铝合金制品的内在缺陷进行检验，是一种行之有效的常规检验方法。,11,宏观检验,针孔度检验,铸造铝合金针孔度检验可参照JB/T7946.3-1999铸造铝合金针孔。标准将针孔度分为5级，并给出了5级针孔度等级，一般控制在三级以下。,铝合金的宏观缺陷的种类及特征的检验标准为GB/T3246.2-2012变形铝及铝合金制品低倍组织检验标准,包括断口检验和低倍检验。,规定疏松、非金属夹杂、气孔、冷隔、粗晶环、铸造裂纹等22中缺陷。,还规定了晶粒度的检验标准。,宏观缺陷检验,13,宏观晶粒度检验,检验方法参照GB/T3246.2-2012晶粒度的评定可以通过实物与晶粒度标准照片相比较确定，其中等轴晶粒度分为8级，（连）铸（连）轧板（带）晶粒度分为5级。注意：与常用的晶粒度评定方法相反，所执行标准中晶粒度级别越高、晶粒越细。,氧化膜缺陷检验,检验方法参照GB/T3246.2-2012,铝合金在熔铸过程中，由于一些工艺原因会使一些液面氧化膜卷入铸锭内形成锭内氧化膜，这些卷入物在合金变形过程中使变形不均匀，并在材料内部形成由若干微裂纹和氧化膜组成的缺陷，经低倍侵蚀后即成小分层。氧化膜在低倍试样上呈断线状裂缝，多集中于最大变形部位，并沿金属流线方向分布。,断口呈白色、灰色或金黄色、黄褐色的小平台，对称或对偶地分布在断裂面上。,粗晶环检验,粗晶环：淬火处理后的挤压制品横向低倍试样上，沿制品周边出现的粗大再结晶区。单孔挤压呈环形，多孔挤压呈月牙形。,根据铝合金的性能特点，制样过程通过手工完成。,用手锯在需要分析的部位截取试样,用锉刀锉平,断面较平齐时也可用粗砂纸逐渐整平，但不能用力过大，以免形成较厚的金属损伤层。,磨光时注意切勿将上道砂纸的粗砂粒带到下一道砂纸上，防止产生很深的划痕而增加抛光的难度。选用1000砂纸。,用较浓的氧化铝悬浮液进行抛光。（注意：抛光织物的湿度以提起样品时，表面的水膜在3-5s内自动挥发为宜。铝合金抛光时，试样表面易氧化，实验证明，用细粒度的金刚石研磨膏抛光效果较好。当试样表面划痕较深且抛光难以消除时，可以采用浸蚀、抛光交替的方法，也可以用电解抛光的方法制样。）,15,1铝和铝合金的金相检验,四、铸造铝合金的微观检验,1、铸造铝硅合金的变质检验,铸造铝硅合金的平衡组织为铝基体上分布着粗大的共晶硅，经过正常变质处理后其显微组织为均匀分布的树枝状铝初晶及细粒状的硅与铝基体组成的（+Si）共晶体。,变质检验可按照JB/T7946.1999铸造铝硅合金变质进行评定。,标准将变质情况分为未变质、变质不足、变质正常、变质衰退、轻度过变质和严重过变质6级。,16,属二元铝-硅合金，又名硅铝明，含Si%=1013%。,图11-1ZL102合金为未变质的显微组织,图11-2ZL102合金为变质的显微组织,初晶硅,共晶硅,固溶体,（+Si）共晶体,（1）ZL102,17,（2）ZL109,属共晶型铝合金。成分为Si%=1113%，Cu%=0.51.5%，Mg%=0.81.3%，Ni%=0.81.5%，Fe%=0.7%，余量为铝。,图11-3ZL109合金为变质的显微组织,固溶体,Si,Al3Ni,Mg2Si,18,（3）ZL203,属Al-Cu系合金，该合金的成分为Wcu=4.0-5.0%，余量为铝。,图11-4ZL203合金的显微组织,（Al）,Al2Cu+N(Al2Cu2Fe)相,19,2.铸造铝合金的过烧检验,过烧：铸造铝合金在凝固过程中存在偏析和低熔点共晶物，在随后的固溶处理温度下，会在合金中出现过烧三角或晶界熔化、复熔球及复熔共晶体等金相组织。过烧三角：晶粒交叉处最后凝固的低熔点共晶物在热处理过程中过烧复熔，并在表面张力作用下形成锐菱三角。复熔球：枝晶内低熔点共晶物熔化后液相球化。若热处理保温温度过高，则上述区域内的低熔点物质熔化、冷却后形成二元、三元等复熔共晶。JB/T7946.2-1999铸造铝硅合金过烧标准将过烧分为正常组织、过热组织、轻微过烧组织、过烧组织、严重过烧组织5级。,五、变形铝合金的微观检验,1.变形强化铝合金的相鉴别,部分变形强化铝合金只能采用加工硬化的方法提高强度，主要有纯铝合金。,纯铝的杂质主要为硅、铁，以杂质相的形态存在。,Fe3Al相：针状或片状；初生Al12Fe3Si:枝条状；共晶Al12Fe3Si:骨骼状。经变形加工后，杂质相被破碎沿压延方向呈不连续的条带状排列，组织呈变形纤维状，杂质相分布其中不易发现。,21,2铜和铜合金的金相检验,一、铜合金的宏观检验,1、铸造铜合金的铸造缺陷,疏松、气孔、外来非金属夹杂、铸造粗晶、冷隔等,浸蚀：将试样在10%的硝酸水溶液（或50%的硝酸水溶液）中浸泡数分钟后，取出，用稀盐酸将表面的黑色氧化膜去除，即可观察到铜合金的结晶状态和宏观缺陷。,经过变形加工的试样根据检验的目的分为纵向取样和横向截面取样。,铸件或铸锭可以从指定部位取样。,2、宏观检验试样的制备,也可采用以下浸蚀剂：a）30mlHCl+10gFeCl3+120mlH20；b）50mlHNO3+5gAgNO3+50mlH20。,22,2铜和铜合金的金相检验,二、铜合金的微观检验,1、浸蚀剂,10mlHCl+5gFeCl3+80mlH201gFeNO3+100mlH20，主要用于显示纯铜的晶界。,2、非金属夹杂物,23,2铜和铜合金的金相检验,二、铜合金的微观检验,3、氢脆,当铜含氧量较高时，在氢气等气氛中退火时，会形成高压水蒸汽，导致铜开裂；未逸出的水蒸汽形成气泡成为裂纹源，导致在以后的加工中开裂。这成为氢脆病。,4、铜及铜合金的晶粒度评定,检验标准为YS/T347-2004铜及铜合金平均晶粒度测定方法或YB/T5148-1993金属平均晶粒度测定法中的第三系列评级图。,24,2铜和铜合金的金相检验,三、典型金相组织,1、纯铜,具有孪晶的等轴晶粒,图11-5纯铜的显微组织,25,2铜和铜合金的金相检验,三、典型金相组织,2、黄铜,常用的黄铜中含锌为3945%的黄铜，具有+两相组织，称为双相黄铜。含锌量39%的黄铜又称单相黄铜。,未变形,相,相,变形处理,相,相,图11-6二相黄铜的显微组织,26,2铜和铜合金的金相检验,三、典型金相组织,3、锰黄铜,在黄铜中加入锰元素，其目的是提高合金强度和对海水的抗蚀性能，但使韧性有所下降，在其加入锰的同时再加入铁能明显提高黄铜的再结晶温度和细化晶粒。,图11-7铸态锰黄铜的显微组织,相,相,27,2铜和铜合金的金相检验,三、典型金相组织,4、铸造青铜,锡青铜：含Sn6%的锡青铜，其铸态组织为树枝晶外形的单相固溶体。这种合金经变形及退火后的组织为具有孪晶的等轴晶粒。含Sn6%时，其铸态组织为+（+）共析体。,图11-8铸态锡青铜的显微组织,（+）相,相,28,2铜和铜合金的金相检验,三、典型金相组织,4、铸造青铜,铝青铜：铝青铜是以Cu-Al为基体的合金，WAl11%，常用的铝青铜的平衡组织有两种：一种是含WAl9.4%的，组织为单一的树枝状相用于压力加工。一种是WAl=9.4-11.8%的，组织为树枝状的固溶体与层片状的（+r2）共析体。,图11-9铸态铝青铜的显微组织,（+r2）共析体,固溶体,29,3轴瓦合金的金相检验,轴瓦合金主要用于汽车、拖拉机、空压机、柴油机等轴瓦、轴套、衬套等。,轴瓦合金的侵蚀剂一般为25%的硝酸酒精溶液。,轴瓦合金分为两大类：软基体，硬质点，如锡基、铅基；硬基体，软质点，如铜铅合金等。,30,3轴瓦合金的金相检验,典型金相组织,1、锡基轴承合金,锡基轴承合金是以锡为基础，例如Sb-Cu等元素组成的合金，称巴氏合金，其显微组织为+Cu6Sn5相组成。,图11-9铸态铝青铜的显微组织,固溶体,Cu6Sn5相,固溶体,