《金属材料学》实验指导书 - 图文

《金属材料学》实验指导书

金属材料专业适用

昆明理工大学材料与冶金工程学院

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目录

实验一 合金钢显微组织观察及分析----------------------------------------------- 3 实验二 高速钢显微组织观察及分析----------------------------------------------- 6 实验三 合金钢热处理工艺探讨----------------------------------------------------- 8 实验四 铝硅合金熔铸及变质处理-------------------------------------------------- 10 实验五 常用有色合金组织观察及分析-------------------------------------------- 11

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实验一 合金钢显微组织观察及分析

一 、实验目的：

1、 几种典型合金钢的显微组织，并建立组织热处理及性能之间的关系。 2、 了解某些合金钢的显微组织及热处理工艺。 二、实验说明：

合金钢可按退火、按成分、按冶炼和按用途等方法分类，按用途将钢分为：合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三类。

1、 合金结构钢按工艺条件分成渗碳钢、渗氮钢、调质钢和弹簧钢。 （1）、渗碳钢

含碳量＜0。25%，加入的合金元素主要是铬、镍、锰、钼、钒、钛、硼等。钢种主要有20Cr、20MnVB、20Mn2TIB、20CrMnTi、20CrNi3A、20CrNi4A、等，其中以20CrMnTi钢应用最广。

20CrMnTi钢热处理工艺：920—940℃渗碳降温至860℃淬火（油冷），或860℃碳氮共渗降温至830℃油淬，160℃低温退火。

金相组织：表面为高碳针状马氏体、残余奥氏体和碳化物，心部为低碳板条马氏体，过度区为混合型马氏体。

性能和用途：表面有高的耐磨性和硬度，而心部具有高的强韧性，广泛用于汽车及拖拉机的齿轮。 （2）、渗氮钢

典型的渗氮钢是38CrMoAi，渗氮前在930℃—950℃下加热淬火，650℃高温回火，然后500—540℃渗氮。

金相组织：表面白亮层为?和?+γ`相，过度层为氮化索氏体及脉络状氮化物，中心为回火索氏体。

性能及用途：经过氮化处理后表层获得较高的硬度，耐磨性和疲劳极限。用于表面要求高耐磨性和尺寸精度要求高的镗床主轴、磨床主轴等零件。 （3）、调质钢

含碳量在0.30—0.50%范围，常用合金钢有40Cr、40Mn2，35CrMo，40CrMnMo，40CrNiMo等钢以40Cr应用广泛。

热处理工艺：40Cr通常采用830—860℃加热油淬，500—600℃高温回火，既调质处理。用40Cr钢制造的齿轮，为提高表面耐磨性，正火之后采用高频表面淬火150—180℃低温回火。如是锻件要经900℃正火处理。

金相组织：40Cr锻件正火组织为铁素体及珠光体，调质之后组织为回火索氏体，高频表面淬火加低温回火，表面组织为回火马氏体，心部为回火索氏体。

性能及用途：调质之后得到优良的综合机械性能，40Cr钢在机械工业中应用广泛，主要用作传动轴及小型齿轮。 （4）弹簧钢：

合金弹簧钢的含碳量在0.40—0.74％范围,加入硅、锰、铬、钼、钒等元素。硅固溶于α—Fe中，显著提高钢的弹性极限，但含硅较高的钢有表面脱碳和石墨化倾向。常用的弹簧钢油55Si2Mn、60Si2Mn、50CrV等。

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金相组织：回火索氏体。

性能及用途；具有高的弹性极限和屈强比，用于板弹簧及卷弹簧。 2、 合金工具钢 按用途分为： 刃具钢（低合金工具钢和高合金工具钢）。 模具钢（冷变形和热变形模具钢）。 量具钢。

本实验只涉及低合金工具钢，高速钢在下一实验再作。

低合金工具钢含碳量一般在共析成分以上，加入的合金元素有铬、钨、钼、锰、硅、钒等。我国常用的钢种有Cr2、GCr9、GCr15、9CrSi、9Mn2V、CrMn、CrWMn等。

热处理工艺：低合金工具钢淬火前匀经过球化退火处理。9Mn2V钢，加热到750—770℃、9CrSi和GCr15钢加热到790—810℃保温之后缓冷（冷速＜30／h）冷至550℃出炉之后空冷.淬火温度9Mn2V为780—820℃,GCr15为830—850℃,9CrSi为840—860℃淬火之后匀进行160—180℃低温回火。

显微组织：回火马氏体＋碳化物＋残余奥氏体。

性能及用途：具有高的硬度，高的耐磨性，9CrSi钢用来制造丝锥及板牙，9Mn2V钢用来制造冷作模具，GCr15钢主要用来制造轴承。 3、特殊性能钢：

按钢的性能分为；不锈耐酸钢、耐热钢、硅钢及磁钢，耐磨钢。

（1）奥氏体不锈钢是目前工业应用最广泛的不锈钢、它以铬镍为主要元素，铬在钢中主要产生钝化作用，提高材料的电极电位使钢的抗蚀性加强，镍的加入用于扩大γ相区及降低Ms点，以保证室温下得到单一的奥氏体组织。典型钢号1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti。

热处理工艺：1Cr18Ni9钢采用固溶处理、即加热到1050—1100℃、使Cr23C6完全溶入奥氏体、然后水冷，防止Cr23C6在晶界析出。1Cr18Ni9Ti采用850—870℃保温6小时的稳定化处理。

金相组织：1Cr18Ni9固溶处理组织为单相奥氏体，1Cr18Ni9Ti稳定化处理组织为奥氏体+碳化物，但当铁素体形成元素铬和钛含量较高，奥氏体形成元素镍含量较低时会出现部分δ铁素体，影响加工性能。

（2）马氏体不锈钢除含有较高的铬外，还含有较高的碳。

常用的钢号有0Cr13—4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2等。0Cr13—2Cr13钢属于亚共析成分，作耐蚀和耐热结构零件，如气轮机叶片。3Cr13—4Cr13钢属于过共析成分，主要用于弹簧，量具及刃具、医疗器械等。

热处理工艺：1Cr13在1000—1050℃加热淬火，650—750℃高温回火。 4Cr13在950—1000℃加热淬火，（空冷或油冷）200—300℃回火。 金相组织：1Cr13为回火索氏体，4Cr13为回火马氏体+碳化物，Cr13钢退火组织为αFe+（Cr、Fe）23C6。 （3）、耐热钢分为：铁素体+珠光体，马氏体和奥氏体三类。 热处理工艺：4Cr9Si2为马氏体热强钢，用于工作温度低于700℃排气阀，该钢AC1约900℃，AC3为970℃，淬火温度1000—1100℃，760—780℃高温回火。 金相组织：回火索氏体。

（4）耐磨钢：含锰11—14％的高锰钢，在冲击和压缩载荷下产生强烈的加工硬化，具有高的耐磨性，但机加工困难，基于都是用于铸件，锻造成型后性质硬而脆，经1000—1100℃加热后水冷，可以获得均匀的奥氏体组织，具有强、韧及耐冲击的优良性质。

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实验用试样及组织

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 钢号 18CrMnTi 18CrMnT 40Cr 40Cr 38CrMoAi 60Si2Mn 60Si2Mn 9CrSi 9CrSi 9CrSi 9CrSi 9CrSi GCr15 GCr15 GCr15 GCr15 处理情况 930℃碳氮共渗退火 碳氮共渗淬火 850℃加热淬火 调质 调质后560℃氮化 870℃淬火 870℃淬火+480℃回火 球化退火 860℃淬火 860℃+200℃回火 300℃等温+淬火 1000℃淬火 300℃等温+淬火 球化退火 850℃淬火 850℃+170℃回火 组织 过共析及共析+过度+基体 高碳马氏+混合马氏体+板条马氏 混合型马氏+残余奥氏体 回火索氏 （?+γ`）氮化物+脉络状组织+索氏体 混合马氏体+残余奥氏体 回火屈氏体 球化珠光体 细小针状马氏+碳化物 回火马氏+碳化物 回火马氏+下贝氏体 粗大马氏+残余奥氏体 回火马氏+下贝氏体 球化珠光体 细小针状马氏+碳化 回火马氏+碳化物 固溶处理 单相奥氏体 17 1Cr18Ni9Ti 三、实验任务与要求： 1、 仔细全面观察全套金相样品。

2、 描绘40Cr钢的淬火、淬火+低温回火、淬火+高温回火下的显微组织。 3、 描绘9CrSi钢在退火、淬火、淬火+低温回火、下的显微组织。 4、 描绘1Cr18Ni9Ti不锈钢固溶处理组织的特征，并分析原因。

要求显微组织图绘在直径30mm的圆内，并注明材料、状态、组织、放大倍数及浸蚀剂。

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实验二 高速钢的显微组织分析及观察

一、实验目的：

1、 研究高速钢在不同热处理状态下的显微组织，建立组织和热处理工艺之间的关系。 2、 了解高速钢的各种热处理缺陷。 二、实验说明：

1、目前我国应用最多的高速钢为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。

（1）、铸造组织：

高速钢为莱氏体钢，亦是自行淬火钢，加热后空冷即可得到马氏体。在铸造状态下的组织为鱼骨状的莱氏体、中心黑色为δ共析体及白亮的马氏体及残余奥氏体。 （2）退火之后的组织：

高速钢要通过锻造打碎粗大的碳化物，为改善碳化物的不均匀性，锻造比要很大，锻造比越大碳化物分布越均匀。锻造之后要进行锻后退火，退火温度为860—880℃保温之后以15—20／h冷至500—550℃出炉，为了缩短退火时间可采用等温退火工艺。退火后的组织为退火索氏体及碳化物。

高速钢铸态组织 高速钢锻后退火组织 （3） 淬火组织；

W18Cr4V钢淬火温度为1260—1280℃，W6Mo5Cr4V2钢淬火温度为1220—1240℃，淬火前必须先经过800—860℃一次预热或600—660℃预热后再经800—860℃预热后的二次预热。淬火加热时间按有效厚度8—12秒／mm计算（盐炉），预热时间按加热时间的二倍计算。高速钢的冷却可以采用预冷后直接淬火（油冷），或采用580—620℃分级淬火，对型状复杂及细长易变形的工件可采用240—280℃等温淬火。 直接淬火和分级淬火组织：马氏体+残余奥氏体（20—25％）+碳化物。 等温淬火组织； 贝氏体+马氏体+残余奥氏体+碳化物。 （4） 回火组织：

为了消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体含量增加硬度达到所须性能，高速钢一般进行560℃保温1小时的三次回火处理。

回火组织：回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体。

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高速钢1280℃淬火未回火组织 高速钢1280℃淬火560℃三次回火组织 3、 材料缺陷及热处理缺陷：

（1）、碳化物偏析：

如果原材料碳化物严重不均匀，如带状、网状、堆积等，容易造成淬火加热时过热、过烧、变形及开裂等缺陷，使刀具在使用时造成崩刃现象，因此对原材料应严格控制，通过锻造加以改善。

（2）加热不足：若淬火温度过低，保温时间太短，则奥氏体细小，未熔碳化物量较多回火后不能充分体现高速钢高的红硬性及耐模性。 （3）烧碳（氧化脱碳）： 盐浴炉脱氧不充分，加热淬火后试样周围及边缘氧化脱碳造成碳化物颗粒减少，脱碳严重时出现铁素体。

（4）萘状断口：

萘状断口呈闪光粗粒状、有如萘光故而的名。金相组织为粗大的晶粒。萘状断口的形成主要是停锻温度太高（1050—1100℃），而且变形量在10—15％左右，或两次淬火之间不经退火，以及为改善刃具毛坯的切削性能而进行不完全淬火造成的。 (5)、过热过烧：

淬火温度过高造成晶粒粗大，剩余碳化物减少。碳化物出现粘连、拖尾、角状碳化物和沿晶界分布的特征称过热。当钢的淬火温度接近钢的熔化温度、则晶界熔化，并出现莱氏体及黑色组织称为过烧。

高速钢萘状断口 高速钢过烧组织 （6）、回火不足：

回火充分的金相组织为黑色回火马氏体，晶界看不清楚。如果回火不足，则有部分白色马氏体及残余奥氏体，并颜色较浅，晶界可见。

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实验用试样及组织

编号 材1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 料 状铸态 锻后退火 正常淬火（1260—1280℃） 正常淬火+560℃三次回火 过热组织 过烧组织 加热不足 回火不充分 萘状断口 带状组织 碳化物堆积 态 组织 W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V W18Cr4V 鱼骨状的莱氏体+δ共析体+马氏体及残余奥氏体 退火索氏体及碳化物 马氏体+残余奥氏体（20—25％）+碳化物 回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏体 碳化物出现粘连、拖尾、角状碳化物 出现莱氏体及黑色组织。 奥氏体细小，未熔碳化物量较多 部分白色马氏体及残余奥氏体，并颜色较浅，晶界可见。 断口呈闪光粗粒状、有如萘光 碳化物呈带状分布 碳化物堆积成不均匀分布 等温淬火（240—280℃） 贝氏体+马氏体+残余奥氏体+碳化物 三、 实验任务与要求：

1、 仔细观察全套金相显微试样的组织。

2、 描绘高速钢的铸态组织并说明铸态组织的形成过程。

3、 描绘正常淬火、淬火三次回火，过热及过烧的显微组织，并说明它们组织之间的差别。

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实验三、合金钢热处理工艺探讨

一、实验目的：

1、 建立合金钢、热处理工艺、组织和性能之间的关系。

2、 应用金属材料及热处理知识，研究制定出给定材料获得所需组织及性能热处理工

艺，进行一次较全面的训练。 二、实验说明；

在经过金属材料及热处理知识的学习的基础上，结合生产实践对每个学生进行一次实际的锻炼。实验中要求每个学生制定一个指定材料、指定组织及性能的完整的热处理工艺，并自己动手进行热处理，获得所需的组织及性能（硬度）。 三、实验任务与要求：

1、 制定获得下述组织和性能的热处理工艺（每个学生研究一种钢的一种组织）。

材料40Cr

编号 1—1 1—2 1—3 1—4 1—5 1—6 1—7 要求获得的组织 珠光体+铁素体 马氏体 上贝氏体+马氏体 下贝氏体+马氏体 回火马氏体 回火屈氏体 回火索氏体 硬度 HRC≤20 HRC≥50 材料60Si2Mn

编号 2—1 2—2 2—3 2—4 2—5 2—6 2—7 要求获得的组织 珠光体+铁素 马氏体 上贝氏体+马氏体 下贝氏体+马氏体 回火马氏体 回火屈氏体 回火索氏体 硬度 HRC≤25 HRC≥50 HRC≥50 HRC≥30 HRC≥20 材料GCr15

编号 3—1 3—2 3—3 3—4 3—5 3—6 3—7 要求获得的组织 珠光体+铁素 马氏体 上贝氏体+马氏体 下贝氏体+马氏体 回火马氏体 回火屈氏体 回火索氏体 硬度 HRC≤25 HRC≥60 HRC≥60 HRC≥30 HRC≥20 9

2、 按规程进行热处理。

3、 测定硬度、制备试样，观察和分析显微组织。 4、 进行显微摄照。 5、 写出实验报告。

（1） 实验资料整理； （2） 拟订热处理方案；

（3） 鉴点定组织？根据是什么？ 四、实验资料：

1、实验用钢的临界点

钢号 40Cr 60Si2Mn GCr15 AC1 ℃ 743 755 745 AC3 ℃ 782 810 900 Aγ3 ℃ Aγ1 ℃ Ms ℃ 330 305 250 730 770 731 693 700 700 2、实验用钢化学成分

钢号 40Cr 60Si2Mn GCr15 C Si Mn Cr Ti 备注 0．6—0．24 0．17—0．37 0．50—0．80 0．80—1．10 0．06—0．12 0．37—0．45 1．50—2．00 0．60—0．90 0．95—1．05 0．15—0．35 0．20—0．40 1．30—1．65

3、过冷奥氏体等温转变曲线

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实验四、铝硅合金熔铸及变质处理

（铝硅合金熔炼与铸造）

一、实验目的：

1、了解及学习合金的熔铸全过程； 2、掌握铝硅合金的变质处理； 二、实验说明：

在铸造合金中，以Ai—Si共晶为基的合金是最常用的，这主要是因为铸造性能好，硅在结晶时象石墨一样体积是膨胀的，收缩小，降低了铸件的热裂倾向，此外线膨胀系数很低， 导热性好，广泛用于制造内燃机和压缩机的活塞。并且经过变质处理以后，可以提高强度和韧性。

三、实验内容：

铝硅合金是应用最广泛的一种铸造合金，常称为硅铝明，典型牌号为ZL102、含硅12—13％，从Ai—Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，而具有良好的铸造性能。当硅含量大于共晶成分时，铸造后得到的组织为粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体组成。共晶组织中粗大的针状硅晶体极脆，而严重地降低了合金的塑性，为了改善合金的性能，可采用变质处理。即再浇注前加入占合金总量2—3％变质剂（常用的变质剂为2∕3NaF+1∕3NCl的混合物）。由于钠能促进硅的形核，并能吸附在硅的周围阻碍硅晶体的张大，使合金组织细化。同时使合金的共晶点右移，而使原成分合金变为亚共晶，使变质后的合金组织成为初生α固溶体和细蜜共晶体（α+Si）组成。由于共晶体中硅的细化，而使合金的塑性显著改变。

四、实验程序； 加入硅 ↘

1、配料→熔化金属铝→（750℃—780℃）→待硅熔化后进行搅拌→静置2分钟后→进行浇注。

加入硅 加入变质剂

↘ ↘

2、配料→熔化金属铝→（750℃—780℃）→待硅熔化后→进行搅拌→静置2分钟后→进行

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浇注。

注意：当硅加到铝液中后，为防止硅的氧化保证合金成分硅不能露在铝液表面。熔化后的铝液温度要严格控制不能太低也不能太高，太低硅熔化缓慢，太高加入的合金硅易烧毁氧化。有必要时可加入冰晶石粉进行覆盖。 五、实验任务与要求：

1、简述铝硅合金成分设计的要求、实验步骤， 2、简述铝硅合金熔炼时应注意些什么？

（铝硅合金的样品制备、组织分析及摄照）

一、实验目的：

1、再次学习金相样品制备及显微照相；

2、学会分析铝硅合金变质前后显微组织特征及对性能的影响； 二、实验说明：

金相样品制备及显微照相是金相组织分析、检验必不可少重要步骤及手段，需多次进行学习及训练。本次金相样品制备从铸造后的材料开始，经锯、粗磨、细磨、抛光、水洗、浸蚀后进行金相组织摄照、分析。

三、实验内容及程序

将铸造后的试件锯成2—3段，以前大家已经进行过金相样品制备及显微组织照相，在这里就不再作详细介绍，只对未变质及经变质后的铝硅合金金相组织，进行组织分析及说明对性能的影响

（1）、未经变质处理的组织：粗大的针状硅和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体的初生硅晶体。即（α+Si针状）共晶体+Si块。由于共晶组织中粗大的针状硅晶体极脆，而严重地降低了合金的塑性。 （2）、经变质处理的组织：初生α固溶体和细蜜共晶体，即α+（α+Si点状）共晶体

变质后的合金组织成为初生α固溶体和细蜜共晶体（α+Si）组成。由于共晶体中硅的细化，而使合金的塑性显著改变，从而改变提高了合金整体的强韧性。

四、实验任务与要求：

1、 按实验程序进行金相样品制备，摄照铝硅合金变质前后的金相组织照片，。 2、 根据金相照片组织分析工艺、组织、性能之间的关系。

实验五、常用有色金属材料组织观察及分析

一、实验目的：

1、 观察及研究常用的几种有色合金材料的显微组织的特征。

2、 了解及掌握它们铸造、加工、热处理状态下组织及性能之间的关系。 二、实验说明：

这里主要介绍铜合金、铝合金及轴承合金，它们的应用也较广泛有必要进行深的了解。 三、实验内容： （二）、铝合金：

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1、 铝合金介绍：

铝合金分为铸造铝合金及变形铝合金两大类，而铝合金又可分为可热处理强化的铝合金和不能热处理强化的铝合金。 （1）、铸造铝合金有Ai—Si、Ai—Cu、Ai—Mg、Ai—Zn、Ai—Re等，铸造铝合金主要以铝硅合金为主，上一个实验已做就不再作介绍。 （2）、变形铝合金有防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝。硬铝是工业中应用最早最多的一类可热处理强化的铝合金。属于Ai—Cu—Mg系合金，铜和镁除溶如铝中外，多余的则形成金属间化合物CuAi2（θ相）和Ai2CuMg（S相）和Ai6CuMg4（T相）等。这些化合物在固溶处理时，可溶入基体α固溶体中，在时效过程中又重新弥散析出，使合金强化。LY11和LY12是硬铝合金中应用最广的两个牌号。LY11合金的主要强化相是θ相，其次是S相。而LY12合金的主要强化相是S相，其次是θ相。LC4是超硬铝合金，属于Ai—Zn—Mg—Cu系合金，锌和镁是合金的主要强化元素， 再合金中形成强化相η（MgZn2）和T（Ai2Mg3Zn3）。它们在铝中有很大的溶解度，时效后具有显著的强化效果，合金强度可超过硬铝。是目前铝合金中强度最高的一类。硬铝及超硬铝的主要缺点是抗蚀性差，为了提高抗蚀性能，一般板面要有包铝层。

2、 铝合金的热处理：

常用铝合金的热处理工艺为：退火、固溶处理（淬火）、时效等。 （1）、扩散退火：为消除合金铸锭的或铸件的成分偏析及非平衡组织，消除应力，提高塑性，必须进行扩散退火。通常加热到固相线以下10—30℃，长时间保温，然后空冷或炉冷。LY12加热到475—495℃保温4—12小时后炉冷。 （2）、再结晶退火：

经过加工变形的合金，加热到再结晶温度以上，随后空冷，主要是消除加工硬化，改善组织增加塑性。对能热处理强化的铝合金，退火时应严格控制冷却速度。若冷得太快，强化相来不及析出，形成局部淬火态，不利于加工及形变。如LY12合金，退火工艺应为：400—450℃加热保温1.5—3小时，以不大于30℃/小时的冷却速度，冷到室温，然后空冷。 （3）、低温退火：

加热到180—300℃，保温后空冷，主要是消除应力，使合金部分发生软化。 （4）、固溶处理和时效：

把合金加热到溶解度线以下，保温一定时间，随后迅速冷却，得到过饱和的固溶体组织。例如LY12， 三相共晶温度为506℃。它的固溶处理温度为495—503℃，决不能超过上限温度防止过烧。加热温度低时，溶入的元素少，会降低时效效果。所以固溶处理的加热温要严格加以控制，温度波动范围不能超过±5℃。现以Ai—Cu4合金为例来分析合金的时效过程：先把合金加热到固相线以下10—30℃，保温后迅速冷却得到过饱和的α固溶体，这种α固的GP（1）区—富集有序化GP（2）区—形成过度相θ′—析出稳定相θ。其中以GP（2）区强化效果最大，GP（1）区及θ′强化效果较小。一旦出现平衡相θ相会使合金的强度下降。 （三）、铜合金： 1、 铜合金简介；

最常用的铜合金有黄铜及青铜（锡青铜、铍青铜、铝青铜等） （1）、黄铜（Cu—Zn合金）： 由相图（5—1）可知Zn＜39%的黄铜组织为单相的α固溶体，称为单相黄铜或α黄铜，单相黄铜H70经变形退火后，其α晶粒呈多边形的块状组织，并存在大量的退火孪晶。单相黄铜具有良好的塑性，可进行各种冷变形。含量在39—45%的Zn的黄铜，具有α+β′两相组织，

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被称为双相黄铜。从图（5—2）可知双相黄铜H62的显微组织中α呈白亮色，βˊ为黑色。βˊ相是以CuZn电子化合物为基础的有序固溶体。再较低温度下较硬较脆，但在高温下有较好的塑性，所以双相黄铜只能进行热加工。 （2）、青铜（Cu—Sn合金）：

本小结主要介绍锡青铜，常用的锡青铜为含Sn10%的铸造锡青铜。由相图（5—3）可见Cn—Sn合金结晶间隔很宽，故易于偏析。而且锡在铜中扩散很困难，因此锡青铜的实际组织与相图上的平衡组织相差很大。按相图上δ相（Cu31Sn8）在350℃时应分解为（α+ε）的共析体，但实际上δ相的分解需要在极缓慢的冷却速度下才能进行，所以铸态没有ε相出现。随着含锡量的不同，锡青铜组织可分解为α及（α+δ）共析体两类。α固溶体塑性好，δ相是复杂立方晶格的Cu31Sn8化合物，性能硬而脆。含Sn＜5%的 锡青铜铸态组织为树枝状的单相α固溶体，经均匀化退火后得到单相多边形α固溶体，具有良好的塑性。加工及形变退火后，得到多边形的α固溶体，并具有孪晶。含Sn＜5%的 锡青铜铸态组织含Sn＜6—7%的 锡青铜铸态组织旧会出现（α+δ）共析体。常用的QSn10轴瓦合金铸态组织为书树枝的α固溶体及（α+δ）共析体。 （四）、轴承合金： 1、 轴承合金简介；

锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是最早使用的轴承合金，现在仍广泛使用。从组织上看它们都有一个共同的特点，再软基体上分布着硬质点。硬质点主要支撑负荷，软基体主要保证镶藏性和顺应性的要求。 （1）、锡基巴氏合金是轴承合金中应用最多的一种巴氏合金。它含锡83%，含锑11%，含铜6%。按照Sn—Sb相图（5—4）合金组织中主要有以Sb溶于Sn中的α固溶体为软基体和以Sn—Sb为基的有系固溶体β′相为硬质点。为了消除由于β′相比重小易上浮所造成的比重偏析，再合金中加入6%的Cu形成Cu3Sn或Cu6Sn5的化合物，这些化合物再合金冷却时最先结晶成树枝状晶体，能阻止βˊ的上浮而获得较均匀的组织。例如ZChSnSb11—6合金的显微组织，暗黑色基体为软的α相，白色方块为硬的βˊ相，而白色枝状及点状则为Cu3Sn及Cu6Sn5，它们其到硬质点的作用。这种软基体硬质点的混合组织能保证轴承合金具有必要的强度、塑性、韧性、镶藏性和顺应性，以及良好的抗震性及减磨性等。

2、铅基轴承合金

铅基轴承合金中最常用的是ChPbSb16-16-1.8合金。工业上常用的铅基轴承合金中，通常在以Pb-Sb为基的合金中加入铜、锡等元素，铜的加入主要是为了消除铅基合金的严重比重偏析，同时也提高合金的耐磨性；锡的加入是为提高合金的室温硬度。常用的铅基轴承合金中其锑含量大约在14-17%范围内，从Pb-Sb状态图（图4-2）可知，其室温组织是由初生β相硬质点和（α+β）共晶软基体组成。在显微组织中，白色方块为β（SnSb）相，软基体体为（α+β）共晶体，白色针状晶体为化合物η（Cu3Sn和Cu2Sb）。

含碳量大于2.06%的铁碳合金称为铸铁。根据碳在铸铁中存在的形态不同，根据处铁通理条件与石墨形态不同，铸常可分为以下几类：

3、白口铸铁：

白口铸铁的碳以结合态（渗碳体的形式）存在，断口呈银白色。其组织特征是没有石墨而有莱氏体组织。根据含碳量可将白口铸铁分为亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁。

（1） 亚共晶白口铸铁：

含碳量大于2.06，小于4.30%的白口铸铁称为亚共晶白口铸铁，其显微组织含有由初生树枝状的奥氏体转变成的珠光体、共晶莱氏体及二次渗碳体。再显微镜下看到的暗黑色树枝状的为珠光体，白底上分布细小暗黑色的散粒状的为莱氏体，而二次渗碳体则与莱氏体中的渗碳体相互混杂，而难于分辨。

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（2）、共晶白口铸铁：

含碳量等于4.30%的白口铸铁称为共晶白口铸铁，其显微组织为100%的莱氏体，它是渗碳体与珠光体的机械混合物，其中黑色细点状是珠光体，而白色的基体为渗碳体。

（3）、过晶白口铸铁：

含碳量大于4.30%的白口铸铁称为过共晶白口铸铁，其显微组织由一次渗碳体和莱氏体组成。其中粗大的白亮条状为一次渗碳体，白底上分布细小暗黑色的散粒状的为莱氏体。

1、 灰口铸铁：

灰口铸铁中的碳以游离状态（石墨）存在，断口呈灰色。其组织由金属基体和无方向分布的片状石墨组成。金属基体可以是铁素体、珠光体及珠光体加铁素体的混合基体三种。石墨在未经浸蚀的试样即可观察到，而基体则需用2—4%的硝酸酒精浸蚀才能识别。

2、 麻口铸铁：铸铁在结晶过程，由于受到冷却条件的影响，使其具有灰口铸铁和白口铸铁的组织特征，其组织中具有石墨又有莱氏体。

3、 球墨铸铁：

球墨铸铁中的碳同样以游离状态存在，但石墨呈球状分布，组织是由金属基体和球状石墨组成。金属基体同样是铁素体、珠光体及铁素体加珠光体三种。

4、 可锻铸铁：

可锻铸铁也称马铁或展性铸铁，它是由白口铸铁经可锻化退火而得到，石墨呈团絮状。金属基体同样是铁素体、珠光体及铁素体加珠光体三种。

此外，随着工农业生产的各种不同需求，结合各地资源特点，还有各种合金铸铁。例如：耐磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁等。

铸铁中，如果含磷较高，磷常以Fe3P的形态与铁素体和渗碳体形成硬而脆的磷共晶，磷共晶熔点低，常沿晶界呈连续网状或断续网状分布。磷共晶主要有三种类型：

a、二元磷共晶：其特征是在Fe3P的基体上分布着粒状的奥氏体产物。

b、三元磷共晶：其特征是在Fe3P的基体上分布着成规则排列的奥氏体分解产物，颗粒状、细条状的渗碳体。

C、复合磷共晶：其特征是在二元及三元磷共晶的基体上镶有条状渗碳体。

铸铁的金相评级标准可参考部标。通常 石墨按形状、大小、分布进行评级，放大倍数为100倍；金属基体评级，放大400—500倍；磷共晶评级，放大100或500倍。

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四、验内容及要求：

1、 明确本次实验目的，仔细认真观察全套金相样品。 2、 绘出单相和双相黄铜的显微组织，并说明异同点。

3、 绘出ZChSnSb11—6合金的显微组织，分析说明组织性能的特点。 4、 绘出铸铁的显微组织。

5、绘出高速钢的1280℃淬火560℃三次回火的显微组织。 6、本实验的体会

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