二元合金显微组织分析

组织和构造是有区分的，主要表现在它的尺度不同。组织是显微尺度，构造是原子尺射分析才能确定。合金在室温下可以同时存在几种晶体构造，即可以多相共存，因而组织比纯金属简单很多。合金的组织，既可由单相组成，也可由两相甚至多相组成。不同的相可以构成不同的组织。单相合金是以金属为溶剂的固溶体。两相或多相合金的组织中，数量较多的一相，称为基体相，大多是以金属为溶剂的固金各组元形成的化合物或以化合物为溶剂的固溶体生成条件、数量、外形、大小以及它们之间的相互分布状态。1．试验目的织分析。二．合金中的根本组织特征合金成份不同时，二元合金可构成不同的组织，成份一样、但凝固及处理条件不同时，条件、组成相相对量等因素有关，一般可有以下几种形貌：单相固溶体却速度慢〔平衡凝固〕时，固相原子经过充分集中，因而可以得到成份均匀的单相固溶体；Cu-20％Ni。Cu-20％Ni的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则消灭类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20％Ni的铜合金均匀化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。铜合金铸态组织图所示为单相固溶体组织存在晶内偏析、呈树枝状4-1a为Cu-Ni二元合金相图。由相图可知，二元铜镍合金不管含镍多少均为单一的αｕ－Ｎｉ二元合金的铸造组织均存在明显的偏析〔即枝干部位Ni〔枝间部位〕含低熔点组元Ｃｕ较多，不耐腐蚀，因而呈黑色。这种组织〔图4-1b〕称枝晶偏析组织〔晶内偏析，枝干与枝间的化学成分不均匀。这种树枝状组织甚至可始终保持到热加工之后。铜中加镍后，紫铜的颜色发生明显的转变，含镍１５％时颜色尚呈紫铜色，当增至２０％的即呈银白色，故又称为白铜。对铸造高温合金来说，这种树枝状组织是有益的，它能够提高高温强度，而对一般需Ｃｕ－Ｎｉ合金的显微组织特征为单相固溶体，其内晶粒和晶界清楚可见〔图4-1。二元合金中初晶和共晶特征4-1a4-1aCu-Ni二元系相图4-1bCu-30%Ni状态：非平衡结晶

图4-1cCu-30%Ni合金显微组织状 态：均匀化退火腐蚀剂:FeCl

酒精溶液+10%HCl

腐蚀剂:2%KCrO+8%HSO3 2 27 2 4溶液 溶液放大倍数:120组织分析:非平衡结晶形成的树Ni，Cu

放大倍数:100X组织分析:等轴状的α 晶粒一般具有较规章外形〔如多边形、三角形、正方形、针状、棱形等。同时从液相中析出的组织通常称为共晶组织。二元共晶由两相组成，由于组成相性质、Al-Si二元Al-Si合金，如ZL-7，铸造性很好，但强度较低。添加其他组元，如镁、铜后，由于增加了热处理强化效应而提高了合金的机械性能。依据Al-Si二元合金相图〔图4-2，共12.6577℃，硅在α5771.65温时降至0.05Al-Si系艺方面的要求，而又不至于因其次相数量过多而使材料的塑性严峻降低。ZL-710.2～13.0%，即处于共晶点四周，平衡组织为α＋Si。共晶硅(F２SiAl９F３SiA。4-2aAl-Si4-2bAl-12.6%Si状态:铸造、慢冷120X组织分析:过共晶组织，Si +〔Al+Si〕(块状初晶) 细针状共晶

4-2cAl-12.6%Si状态:铸造、快冷腐蚀剂:0.5%HF100X组织分析:亚共晶组织，Al +〔Al+Si〕(树枝状初晶白色) 细针状共晶在Al-10%Fe合金中，初晶相比例较大，呈长条状〔图4-3。从Al-Fe二元相图〔图4-3b〕可知，富Al的Al-Fe系二元合金也有同样规律，也存在共晶反响，共晶成份点为99.95%Al，因而初晶相比例较大。图4-3aAl-10%Fe合金显微组织状态: 铸造120组织分析:θ〔FeAl3〕长条状初晶+〔θ+Al〕共晶4-3bAl-FeMg-Zn〔4-4〕343℃进展共晶转变：L→α＋MgZn；330℃时，发生共析转变：MgZnα＋MgZn。MgZn2 3 2 3具有六方构造，α＝5.33Å，ｃ＝17.16Å，349℃。在共晶温度下，锌在镁中溶解度8.4%，3006.0%，2503.3%，2002.0%，1501.7%，室温下则1.0Mg-Zn系中强化相为MgZnMg１７Al１２对Mg-Al响相像，但MgZn在Mg-ZnZn381CL＋(MgZn2)→Mg2Zn11364CL→Zn＋Mg2Zn11。Zn-3%Mg组织中几乎都是共晶体，呈螺旋状。图4-4 Zn-Mg二元系相图4-5~4-8列出了其他一些合金的二元相图及典型成份合金的显微组织4-54-5Al-Ni4-6bCu-0.5%O合金显微组织上状态：铸态，腐蚀剂：未蚀图4-6aCu-O二元合金相图 组织分析：初晶Cu+共晶1004-7aCu-P4-7Cu-P4-8bCu-10.28%Ti合金显微组织状态：铸态度放大倍数：2004-8aCu-Ti组织分析：(+CuTi)+CuTi3 共晶 3 初晶隐蔽共晶是指当时晶比例很大、共晶比例很少时，初晶析出后，剩余液相量极少，则共晶中一相附着初生相上，而不呈现共晶特征，只见一相孤独地分布在另一相上或晶间〔图4-，称为隐蔽共晶〔或离异共晶。图4-9b 合金显微组织状 态：铸态放大倍数：100图4-9aCu-Bi二元相图 组织分析：固溶体+隐蔽共晶二元合金中共析组织特征共析转变产物组织一般是两相大致平行比共晶更为细小。Cu-Al〔4-10a〕即属此类。4-10aCu-10%Al状态：铸造腐蚀剂：0.5%HF放大倍数：100〔Cu〕初晶+AlCu4 94-10bAl-Cu二元合金中包晶组织特征在正常凝固条件下，包晶成分的合金在冷却到液相线以下温度时，首先析出初晶相；进展，凝固的组织中常常看到残留的、被包晶反响形成的相所包围的先结晶固相。4-11aFe-16%Sb状态：铸造：3%硝酸酒精溶液4-11aFe-16%Sb状态：铸造：3%硝酸酒精溶液100组织分析：包晶反响不平衡组织+隐蔽共晶4-11bFe-Sb二元合金中非平衡共晶组织特征固溶体区的合金，由于冷却较快消灭共晶如Al-Cu4.5%Cu下应为单相固溶体加次晶，由于冷却快，在晶界处消灭了非平衡共晶。二元合金中其他非平衡组织特征6衡组织，经集中退火，可促使组织趋向平衡状态。Al-Mn系〔相图见图4-12a〕也存在这类组织。例如LF214-12b所示。依据相图可知，这种合金含Mn1.0~1.6%的范围内，平衡组织应为+(MnAl)，其中的相是降温时从相中相晶粒边界消灭共晶组织，这种组织属于非平衡共晶组织。6Al-10%Mn合金在平衡凝固条件下的相组成为+(MnAl)，组织组成为初晶(MnAl)+6 6) 〔图4-13L(MnAl(MnAl不完全，因而共晶 4 6(MnAl包围(MnAl的不完全包晶组织〔图4-13包6 4)+(+) 。图图4-12a Al-Mn二元系相图4-12bLF21铝合金的显微组织状态：半连续铸造10%NaOH水溶液放大倍数：340组织分析：+(MnAl)+(+)6 共晶图4-13aAl-10%Mn合金的显微组织状 态：退火腐蚀剂：10%NaOH放大倍数：组织分析：(MnAl)+(+)6 共晶三．试验步骤

图4-13bAl-10%Mn合金的显微组织状 态：半连续铸造腐蚀剂：10%NaOH放大倍数：510组织分析：(包)+(+)共晶各合金组织类型，分析各种组织形态特征，弄清二元合金组织分析方法。四．试验报告内容在观看后，按下表的格式，将各合金的显微组织特征〔包括状态、腐蚀剂、放大倍数、组织组成或相组成等〕记录下来。简要说明观看过程的试验技巧、体会。序合金系成分由二元相图分析该合金组织 金相显微镜下所观看的组织序合金系成分由二元相图分析该合金组织 金相显微镜下所观看的组织号状态等 〔画出示意图〕 〔画出示意图〕1 说明： 说明：2说明：说明：３３说明：说明：４说明：说明：５说明：说明：６说明：说明：７说明：说明：参考文献梁克中．金相原理与应用．中国铁道出版社：1983年．北京钢铁学院金相教研室．专业根底试验：19817月．史美堂等〔上海交通大学，柏斯森〔太原重型机械学院试验指导书．上海科学技术出版社：19993月.19953月．赵忠．金属材料热处理．机械工业出版社：1987年.金相图谱编写组．变形铝合金金相图谱．冶金工业出版社：1975年．《有色金属及热处理》编写组．有色金属及热处理．国防工业出版社：1981年．洛阳铜加工厂中心试验室金