金属材料的显微组织观察

金属资料的显微组织察看〔验证性〕热处置实验实验内容碳钢热处置后的组织铸钢、铸铁的组织不锈钢、耐热钢的组织铝合金、铜合金的组织轴瓦合金的组织碳钢热处置组织20钢-930℃淬火含碳量小于0.25%的非合金钢〔碳素钢〕或低碳低合金构造钢经剧烈淬火，获得80%以上甚至100%的低碳马氏体组织，这类钢统称为低碳马氏体钢。普通情况下，含碳量在0.15%-0.25%范围内的钢淬火强化效果好，综合力学性能高。碳钢热处置组织45钢860℃退火45钢含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一部分要与渗碳体构成珠光体外，还会有多余的出现，因此组织是铁素体+珠光体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好。碳钢热处置组织45钢860℃正火从本质上说，钢的正火是钢退火的一种特殊情况。由于正火的冷却速度比退火的冷却速度快，所获得的珠光体片层间距较小，组织较细，因此其硬度和强度也较高。适用范围：正火只适用于碳素钢和低、中合金钢，而不适用于高合金钢。由于高合金钢的奥氏体非常稳定，在空气中冷却也将得到马氏体组织。对共析碳素钢来说，正火可得到索氏体组织；对亚共析或过共析钢，正火组织中还有先共析铁素体或先共析渗碳体，但与相应的退火组织比较，先共析相的量较少。正火是指：钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的温度，保温一定的时间(见奥氏体化)，然后在空气中冷却的金属热处置工艺，广泛运用于工业消费。碳钢热处置组织45钢860℃淬火片状马氏体〔或针状马氏体〕，由片状马氏体与剩余奥氏体组成。又称为孪晶马氏体。45钢860℃正常淬火后组织为细小的马氏体。碳钢热处置组织45钢860℃淬火后200℃回火低温回火所得到的组织是回火马氏体(马氏体及少量剩余奥氏体，都是不稳定的组织)，其性能是：具有高的硬度〔HRC58-64〕和高的耐磨性，因内应力有所降低，故韧性有所提高.这种回火方法主要用于刃具，量具，拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件。碳钢热处置组织45钢调质处置调质处置后，组织为均匀细小的坚持马氏体位向的回火索氏体。45钢调质后的组织形状首先取决于淬火组织〔当然淬前原始组织也有影响〕。因加热缺乏而残留在马氏体组织中的块状铁素体，或因冷却缺乏而在马氏体晶界区构成的网状铁素体，均会保管到高温回火后的索氏体组织中。同时，淬火马氏体的粗细直接影响索氏体的粗细。碳钢热处置组织T10钢淬火组织为较粗大的针状马氏体和剩余奥氏体。针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空间形似铁饼。针状马氏体之间通常互成60º或120º角，普通限制在奥氏体晶粒内，最初构成的马氏体针贯穿奥氏体晶粒，后构成的马氏体较短，先构成的马氏体较易浸蚀。所以完全转变的马氏体为大小不同，分布不规那么，颜色深浅不一的针状组织。合金构造钢和滚动轴承钢热处置组织合金元素的参与，使铁碳相图发生一些变化，但其平衡形状的显微组织与碳钢没有本质的区别。低合金钢热处置后的显微组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素参与后，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。例如，40Cr钢经调质处置后的显微组织和40钢调质后的显微组织根本一样，都为回火索氏体。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，为回火马氏体和碳化物。合金构造钢和滚动轴承钢热处置组织40Cr850℃淬火合金构造钢和滚动轴承钢热处置组织GCr15850℃淬火组织M+KB下MA’高速钢热处置组织高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。由于它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大左移，虽然只含有0.7%～0.8%的碳，仍可获得莱氏体组织，所以又称为莱氏体钢。虽然高速钢在铸态下的组织存在严重的成分和组织不均匀性，从而影响其性能，为此随后必需经过锻造和轧制，破碎莱氏体网络，促使其碳化物均匀分布。高速钢热处置组织高速钢铸态组织高速钢在铸造形状下与亚共晶白口铸铁的组织类似，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。高速钢热处置组织高速钢锻造退火组织高速钢锻造退火组织为索氏体+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，退火后的的硬度为HB207～255。高速钢热处置组织高速钢1280℃淬火组织高速钢淬火加热温度普通为1260～1280℃，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+剩余奥氏体〔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HRC61～62高速钢热处置组织高速钢1280℃淬火后三次回火组织高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体，碳化物和少量剩余奥氏体〔约2%～3%〕。回火后硬度为HRC63～65。马氏体不锈钢热处置组织常用马氏体不锈钢的含碳量为0.1～0.45%，含铬量为12～14%，典型钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。1Cr13和2Cr13具有抗大气、蒸气等介质腐蚀的才干，常作为耐蚀的构造钢运用。为了获得良好的综合性能，常采用淬火+高温回火〔600～700℃〕，得到回火索氏体，来制造汽轮机叶片、锅炉管附件等。而3Cr13和4Cr13钢，由于含碳量高一些，耐蚀性就相对差一些，经过淬火+低温回火〔200～300℃〕，得到回火马氏体，具有较高的强度和硬度〔HRC达50〕，因此常作为工具钢运用，制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。马氏体不锈钢热处置组织3Cr13的退火组织马氏体不锈钢热处置组织3Cr13的1000℃淬火+250℃回火组织回火马氏体铁素体不锈钢热处置组织常用的铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%,含铬量为12～30%，典型钢号有0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等，其显微组织一直是单相铁素体组织。图为0Cr17的退火组织。奥氏体不锈钢热处置组织在含18%Cr的钢中参与8～11%Ni，就是的奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的参与，扩展了奥氏体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相。18-8型不锈钢在退火形状下呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐腐蚀性有很大损伤，故通常采用固溶处置方法，即把钢加热到1100℃后水冷，使碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，再经过快冷，就在室温下获得单相的奥氏体组织。但在450～850℃加热，或在焊接时，由于在晶界析出铬的碳化物〔Cr23C6〕,使晶界附近的含铬量降低，在介质中会引起晶间腐蚀。奥氏体不锈钢热处置组织1Cr18Ni9Ti固溶组织铸铁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。根据铸铁中石墨的形状不同，铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为铁素体灰口铸铁；铁素体+珠光体灰口铸铁；珠光体灰口铸铁铸铁：白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁铸铁：灰口铸铁P+片状GF+P+片状G铸铁：可锻铸铁可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火处置而获得的，其渗碳体发生分解而构成团絮状石墨。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。图为铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁的显微组织，其中石墨呈暗灰色团絮状，亮白色晶粒为基体。铸铁：球墨铸铁球墨铸铁中石墨呈球状，金属基体强度利用率高达70%～90%〔灰口铸铁只达30%左右〕，因此其机械性能远远优于普通灰口铸铁和可锻铸铁。球墨铸铁经常经过正火、调质和等温淬火来提高其机械性能。球铁正火的主要目的是添加基体中珠光体数量，从而提高球铁的强度和耐磨性。球铁调质处置后得到回火索氏体，从而有更高的综合机械性能。球铁经等温淬火后的组织为下贝氏体，部分马氏体和少量剩余奥氏体，这种组织不仅具有较高的综合机械性能，而且具有很好的耐磨性。球铁淬火、400℃等温淬火和280℃等温淬火的基体组织见图4.11。铸铁：球墨铸铁球墨铸铁的显微组织，其中基体上分布着球状石墨。F+P+GF+GP+G破碎状F+P+G铸铁：球墨铸铁球铁淬火、400℃等温淬火和280℃等温淬火的基体组织球状石墨针状马氏体和剩余奥氏体上贝氏体下贝氏体和剩余奥氏体有色金属：铝合金铸造铝硅合金的典型牌号为ZL102，含硅10%～13%，组织为粗大的针状的硅晶体和α固溶体组成的共晶体，以及少量呈多面体形的初生硅晶体，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性。为了提高硅铝的力学性能，通常进展蜕变处置，处置后组织为初生α固溶体枝晶〔白亮〕及细小的共晶〔α+Si〕〔黑底〕，这是由于共晶中的硅呈细小点状颗粒〔如以下图所示〕。有色金属：铝合金有色金属：铝合金未蜕变处置已蜕变处置Al-Si合金蜕变前后的铸态组织属二元铝-硅合金，又名硅铝明，含Si%=10~13%。图14-1ZL102合金为未蜕变的显微组织图14-2ZL102合金为蜕变的显微组织初晶硅共晶硅α固溶体〔α+Si〕共晶体基体α相有色金属：铜合金相图下部自左至右分别有αβγδεη六个单相区，这六个相都是固相，其中α向η相是固溶体，βγδε都是金属化合物。液相和固相，固相和固相之间是两相区，合金在这些区域是两相共存。液相区的下界限相当于不同成分合金的凝固点，或者熔点，可以看出，液相区的下界限从左到右逐渐降低，也就是说，合金的含锌量越多，合金的凝固点越低。此外，液相区下面存在着几个液相和固相共存的区域，也就是说，合金的凝固不是恒温进展，结晶过程是在一个温度范围内进展的，固—液两相共存区域的垂直间隔越大，合金结晶的温度范围越大，这种合金在结晶石的流动性就差一些。有色金属：铜合金相图最下面相当于室温的情况，可以看出，含锌量小于36%的铜—锌合金，室温下是单相α，含锌量在36%~46.5%之间，是α+β，两相，含锌量大于46.5%就变为单相β，，由于β，相得脆性很大，适用的黄铜含锌量不大于43%，室温下的组织只需α相或α+β，，别称为单相黄铜和双相黄铜，以下图是单相黄铜和双相黄铜的金相照片。单相黄铜的晶粒都是α相，在液态中结晶的晶粒好似树枝一样，称为树枝晶。由于开场结晶的部分含铜量高，后结晶的部分含锌量高〔即成分偏析〕，所以表现出明暗差别，灰色部分是后结晶的，含锌量高。双相黄铜中的白色组织是α相，黑色组织是β，相。有色金属：铜合金黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。α单相黄铜：含锌在39%以下的黄铜属单相α固溶体，典型牌号为H70〔即三七黄铜〕。铸态组织：α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。有色金属：铜合金黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。α单相黄铜：含锌在39%以下的黄铜属单相α固溶体，典型牌号为H70〔即三七黄铜〕。铸态组织：α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。有色金属：铜合金黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。α+β两相黄铜：含锌量为39%～45%的黄铜为α+β两相黄铜，典型牌号有H62〔即四六黄铜〕。在室温下β相较α相硬得多，因此可用于接受较大载荷的零件。α+β两相黄铜可在600℃以上进展热加工。α+β两相黄铜显微组织：α为亮白色的固溶体，β是CuZn为基的有序固溶体α相β相轴瓦合金的组织轴瓦合金主要用于汽车、迁延机、空压机、柴油机等轴瓦、轴套、衬套等。轴瓦合金的侵蚀剂普通为2～5%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。轴瓦合金主要用于汽车、迁延机、空压机、柴油机等轴瓦、轴套、衬套等。典型金相组织1、锡基轴承合金锡基轴承合金是以锡为根底，例如Sb-Cu等元素组成的合金，称巴氏合金，其显微组织为α+β’+Cu6Sn5相组成。图11-9铸态锡基轴承合金的显微组织α固溶体Cu6Sn5相β’固溶体参与铜的目的是为了防止β’相上浮减少合金的比重偏析，同时提高了合金的耐磨性。典型金相组织2、铅基轴承合金铅基轴承合金是以Pb、Sb为根底，参与Sn,Cu等元素组成的合金，其显微组织为〔α+β〕＋β’＋Cu2Sb相组成。图14-11铸态铅基轴承合金的显微组织Cu2Sb相β’α+β典型金相组织3、铜基轴承合金图14-12铸态铜基轴承合金的显微组织Pbα固溶体铜基轴承合金Cu-Pb二元系合金，其组织特点为硬基体，软质点。典型金相组织3、铜基轴承合金铜基轴承合金Cu-Pb二元系合金，其组织特点为硬基体，软质点。实验报告填写实验内容绘组织形貌图，要求用箭头和相应符号标识出相应物相。要求绘制的组织形貌图为：Al-Si合金蜕变前、后的铸态组织；单相和双相黄铜退火态组织；F+P灰铁组织，以及F+P球铁退火组织；1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢固溶组织，以及3Cr13的1000℃淬火+2