工程材料实验报告--常用金属材料的显微组织观察专业班级：材料1201班姓 名：李春华 学 号：12044107 指导老师：何艳玲 一、 实验目的1、观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织2、分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用二、金属材料的显微组织观察与分析1、几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢 1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的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，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织马 氏 体图1：16Mn淬火珠 光 体 体铁 素 体 图2：16Mn正火 回火索氏体图3：35CrMo调质珠 光 体铁 素 体 回火索氏体 图4：35CrMo退火回火索氏体图5：40Cr调质回火马氏体+碳化物+残余奥氏体图6：Cr12钢淬火+回火索氏体+合金碳化物+suo 图7：Cr12钢退火下贝氏体+suo图8：30GCrMnSi等温淬火单相奥氏体图9：ZGMn13铸造后水韧处理下贝氏体+suo 图10：65Mn等温淬火回火索氏体+suo图11：20CrMo油淬 上贝氏体+suo马氏体+suo图12：GCr15β（条间黑色）α（白色条状）图13：TC4退火2、高速钢的显微组织观察与分析高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。
因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈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，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性淬火时可在油中或空气中冷却淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏休由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)回火马氏体+碳化物图14：W18Cr4V淬火+回火莱氏体 体图15：W18Cr4V铸态回火马氏体体+碳化物图16：W18Cr4V退火 马氏体+残余奥氏体+碳化物 图17：W18Cr4V淬火3、不锈钢的显微组织与分析不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9Ti即18-8钢。
它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体十铁素体+(Cr,Fe)23C6为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织但是1Crl8Ni9Ti在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力很强的元素Ti，Nb等因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8Ni9Ti等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢单相奥氏体图18：不锈钢单相奥氏体 图19：不锈钢固溶处理4、铝合金的显微组织观察与分析 应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两类依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金初生的α固溶体（白色枝晶状）铝硅合金是应用最广泛的一种铸造铝合金，常称为硅铝明，典型的牌号为ZLl02，含硅11～13％，从Al-Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，因而具有优良的铸造性能，即流动性能好，产生铸造裂纹的倾向小。
但铸造后得到的组织是粗大针状的硅晶体和α固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体(图6)粗大的硅晶体极脆，因而严重地降低了合金的塑性和韧性为了改善合金性能，可采用变质处理即在浇注前在合金液体中加入占合金重量2～3％的变质剂（常用NaF+ NaCl的钠盐混合物）由于钠能促进Si的生核，并能吸附在硅的表面阻碍它长大，使合金组织大大细化同时使共晶点右移，而原合金成分变为亚共晶成分，所以变质处理后的组织由初生α固溶体和细密的共晶体(α+Si)组成共晶体中的硅细小，因而使合金的强度与塑性显著改善细粒状硅与α组成的共晶组织图20：铸铝变质浅灰色针状α固溶体 白色初生硅浅色多变形晶粒图21：铸铝未变质5、铜合金 最常用的铜合金为黄铜(Cu-Zn合金)及青铜(Cu-Sn合金)β相-黑色α相-亮白色由铜-锌合金相图可知，少于36％Zn的黄铜中组织为单α相固溶体，这种黄铜称为α黄铜或单相黄铜单相黄铜H70经变形及退火后，其α晶粒呈多边形，并有大量退火孪晶．单相黄铜具有良好的塑性，可进行各种冷变形含36～45％Zn的黄铜具有α+β两相组织，称为双相黄铜双相黄铜H62的显微组织中，α相呈亮白色，β相为黑色。
β相是以CuZn电子化合物为基的有序固溶体，在低温下较硬较脆，但在高温下有较好的塑性，双相黄铜可以进行热压力加工图22：H62铸态α相图23：H62退火α相图24：铝青铜富锡（晶界处暗色）α相（白色）图25：锡青铜铅晶粒α相图26：铅青铜（Qb30）7、轴承合金 巴氏合金是轴承合金中应用较多的一种锡基巴氏合金含83％Sn、11％Sb和6％Cu按照Sn -Sb合金相图，合金的组织中主要有以Sb溶于Sn中的α固溶体为软基体和以Sn-Sb为基的有序固溶体β相为硬质点同时，为了消除由于β相比重小而易上浮所造成的比重偏析，在合金中特地加入Cu形成Cu6Sn5Cu6Sn5在液体冷却时最先结晶成树枝状晶体,能阻碍β上浮，因而使合金获得较均匀的组织巴氏合金的显微组织，暗黑色基体为软的α相，白色方块为硬的β相，而白色枝状析出物则为Cu6Sn5，它也起硬质点作用这种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，以及良好的抗振减磨性能等等α （Pb）+β 共晶软基体β相硬质点铜锑化合物（Cu2Sb）（部分针状）图27：铅基轴承合金ε相α固溶体β相硬质点β相图28：锡基轴承合金共晶体组织α固溶。