实验常用工程材料的显微组织观察

1、实验5常用工程材料的显微组织观察1. 实验目的2. 1观察几种常用合金钢、有色金属、铸铁和金属陶瓷硬质合金 及纤维增强树脂的显微组织3. 2分析这些材料的组织和性能的关系及其应用4. 实验内容样品序号材料名称处理工艺浸蚀1W18Cr4V1280 C油淬560 C三次回 火4%硝酸酒精体积分数21Cr18Ni9固溶处理王水溶液3灰铸铁铸造4%硝酸酒精体积分数4球墨铸铁铸造4%硝酸酒精体积分数5可锻铸铁铸造+可锻化退火4%硝酸酒精体积分数6Al-Si合金铸造未变质处理0.5%HF水溶液体积分数7Al-Si合金铸造变质处理0.5%HF水溶液体积分数8a黄铜退火3%FeCl 3+10%HCl 的水溶液

2、9a+ B黄铜退火3%FeCl 3+10%HCl 的水溶液10轴承合金铸态4%硝酸酒精体积分数11YG3粉末冶金烧结三氯化铁盐酸溶液腐蚀1min , 水洗后于20%氢氧化钾+20% 铁氰化钾水溶液中腐蚀3min质量分数12玻璃纤维增强 树脂复合材料纤维编织后树脂固化1 W18Cr4V是一种高速钢。 室温平衡组织由珠光体、 碳化物和莱氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布， 莱氏体中的碳化物粗大， 呈骨架状， 不能靠热处理消除， 必须进行锻造打碎。 锻造退火后的显微 组 织由索氏体和碳化物组成。 高速钢具有优良的耐热性和高的耐磨 性。 淬火温度较高， 使奥氏体充分合金化， 保证最终有高的热硬性。(2

3、) 1Cr18Ni9 是不锈钢。在大气、海水及其他浸蚀性介质条件下能稳 定工 作，属于高合金钢。室温平衡组织为奥氏体 +铁素体 +(Cr,Fe) 23C6。(3) 灰铸铁中的石墨呈粗大片状，灰铸铁的基体有珠光体、铁素体和 珠光 体 + 铁素体三种。铁素体基体的铸铁韧性最好，珠光体基体的 铸铁抗 拉强度最高。(4) 球墨铸铁的组织主要有铁素体基体和珠光体基体两种。浇铸后石 墨呈 球形析出， 大大削弱了对基体的割裂作用， 使球墨铸铁的性能 显着 提高。(5) 可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火处理得到。其中的石墨呈团絮 状， 也显着的削弱了对基体的割裂作用， 使得可锻铸铁的机械性能 比灰 铸铁有明显的

4、提高。(6) 未经变质处理的铝硅合金铸造后得到的组织是粗大的硅晶体和 固溶体所组成的共晶体。 粗大的硅晶体很脆， 严重的降低了合金的 塑性和韧性(7) 变质处理后的铝硅合金中添加的 Na 能促进 Si 的生核，并能吸附在 Si 外表阻止 Si 继续长大，使合金组织大大细化。 变质处理后的组织 为细小均匀的共晶体+初生a固溶体+二次析出的Si。共晶体 中的 Si 细小，使合金的强度和塑性显着改善。(8) 单相黄铜中的组织为单相 a固溶体，其晶粒呈多边形，并伴有大 量退 火孪晶。单相黄铜具有良好的塑性，可以进行各种冷变形。(9) 双相黄铜由a相和B相组成。a相呈亮白色，B相呈黑色，是以CuZn 电

5、子化合物为基的有序固溶体，在低温下较脆、硬，但在高 温下有良 好的塑性，所以双相黄铜可以进行热压力加工。(10) 轴承合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金。显微组织为a+供Cu6Sn5。软基体硬质点混合组织能保证轴承合金具有必要的强度、塑性和韧性，以及良好的耐磨性。(11) YG3 显微组织由 WC+Co 相组成。硬质合金熔点高，硬度高，具有 良好的耐磨性和热硬性， 可用作道具、耐磨零件或磨具。硬质合金 属于颗粒复合材料。(12) 纤维增强树脂是一种纤维复合材料。韧性好的树脂作为基体，可阻碍材料中裂纹的扩展。纤维的抗拉强度高，主要承受外加载荷的 作用。玻璃纤维增强树脂的显微组织为玻璃纤维+树脂

6、。5. 思考题1合金钢与碳钢比拟组织上有什么不同， 性能上有什么差异， 使 用上 有什么优越性？2答：合金钢是在碳钢合金中特意参加一些合金元素所获得的钢。按 合金元素质量分数不同可分为低合金钢 合金元素低于 5 、 中合金钢合金元素5 %1 O %、高合金钢合金元素大于10 %, 还 有其他的分类方法。 对于低合金钢由于参加合金元素较少， 铁碳 相 图虽发生了一些变动, 但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组 织 并没有太大区别, 低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组 织也没有根本的不同。但因参加了合金元素使 C曲线右移 Co除 外 , 所以在相同的冷却速度下, 会出现不同的金相组织, 合金

7、钢 更容易 获得马氏体。3合金钢与碳钢比拟, 在淬透性、 力学性能、 回火稳定性等方面得 到改善,还可提高钢的抗氧化性、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损等 方 面的性能。 由于合金钢的强度提高了, 在使用时可降低材料的使 用 量,减轻重量,降低本钱。 不同的合金钢可以应用于高温、 腐蚀、 磨损等场合使用(4) 为什么大型发电机组中汽轮机转子和小板牙都必须采用合金钢制造 ?(5) 答：大型发电机组中的汽轮机转子工作环境恶劣， 要承受扭转应力、 弯曲应力、热应力，还要承受振动产生的附加应力和冲击载荷等， 而 且在高温工作， 还要考虑材料的抗蠕变性能、 抗腐蚀性能，等等。 因 此对转子材料要具有良好的综合

8、机械性能、 强度高， 韧性好。 在 钢 中参加一些合金元素可以提高材料的性能， 满足产品要求。 如加 入 Cr 、Mo、V 元素，可以提高钢的淬透性增加钢的强度，还可以提 高钢 的热强性， 耐高温、 抗腐蚀。 所以都要选用合金钢制造才能符 合 使用要求。(6) 小板牙是低速切削、形状复杂的刃具，要求高硬度、高耐磨性， 还要 求一定强韧性。在钢中参加 Cr、 W、 Mn 等元素，使钢的淬透性 和耐 磨性大大提高， 耐热性和韧性也有所改善。 而且参加了合金元 素后， 淬透性增加，油冷时就可得到马氏体，有利于减小变形，保 证尺寸。 所以选用合金钢制造才能符合使用要求。(7) 高速钢 (W18Cr4V

9、) 的热处理工艺是如何进行的 ?有何特点 ?(8) 答：W18Cr4V高速钢的优良的热硬性和高的耐磨性只有经淬火及回火后才能获得。 由于高速钢中的碳化物类型多、 结构复杂， 淬火温 度 对碳化物的溶解有很多影响， 较低时， 有的碳化物不能溶解， 影 响 硬度和红硬性。 较高时 M6C 型碳化物转变成稳定的 MC 型碳化物， 沿 奥氏体晶界扩展成网状， 造成对高速钢性能的破坏， 而且还会影 响 晶粒度及剩余奥氏体的含量，影响强度和韧性。(9) 为了获得良好的力学性能和高的红硬性，需选择合理的淬火温度，W18Cr4V高速钢的淬火温度一般选择在 12701280 C。淬火后 的 组织为马氏体 +碳化

10、物 +较大量的剩余奥氏体， 残留奥氏体约有 30。 所以还要进行回火处理，使剩余奥氏体转变为回火马氏体。在550570 C回火时，钢的硬度、强度、塑性均有提高，析出特殊 碳 化物， 产生二次硬化， 到达硬度和强度的最大值。 回火温度一般 为560 C,因剩余奥氏体量很多，一次回火处理不能消除大量的残余奥氏体， 回火缺乏， 影响高速钢的硬度和耐磨性能，所以一般需 经三次回火处理。 高速钢经三次回火处理后的组织为回火马氏体 + 碳化物 + 少量剩余奥氏体(2 %3%)。这样可以得到理想的热硬性、高的耐磨性和强韧性。(10) 铸造 Al-Si 合金的成分是如何考虑的 ?为何要进行变质处理，变质处理与未变质处理的 Al-Si 合金组织与性能有何变化 ?(11) 答：从 Al-Si 合金的相图可知， Si 的质量分数为 11.7 %为共 晶点的 成分， 在共晶点附近的合金成分， 具有优良的铸造性能， 流 动性好， 产 生铸造裂纹的倾向性小， 所以简单的铸造 Al-Si 合金的 Si 的质量分数一般应 为接近共晶点成分，典型的铸造 Al-Si 合金牌号为 ZLl02 ，Si 的质量分数为 11%13% 。12Al-Si合金铸造后得到的组织是粗大的针状硅晶体和a固溶 体的共晶组织，粗大的硅晶体极脆， 严重地降低了合金的塑性和韧 性。为改 善合金的性能需采用变质处理，