鑄鐵和有色金屬的顯微組織觀察

1、一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 觀察和分析各種鑄鐵的顯微組織特征；2、 熟悉常用鋁合金、銅合金及軸承合金的顯微組織。二、 鑄鐵及有色金屬概述鑄鐵的組織（除白口鑄鐵外）可以認(rèn)為是在鋼的基體上分布著不同形態(tài)，尺寸和數(shù)量的石墨，其中石墨的形狀及數(shù)量變化對(duì)性能起著重要的作用，所以正確認(rèn)識(shí)和鑒別各類鑄鐵的金相組織對(duì)估計(jì)和評(píng)定的質(zhì)量和性能有著重要意義。有色金屬和合金具有某些獨(dú)特的優(yōu)良性能，例如鋁合金比重小而強(qiáng)度高；銅及銅合金導(dǎo)電性好，耐腐性強(qiáng)；軸承合金具有良好的減摩性等，而這些性能特點(diǎn)也無不與其內(nèi)部組織密切相關(guān)。下面著重介紹和分析各種類型合金材料的組織特點(diǎn)。（一） 鑄鐵：根據(jù)石墨的形態(tài)、大小和發(fā)布情況不同，鑄鐵分為：

2、灰口鑄鐵（石墨呈片條狀），可鍛鑄鐵（石墨呈團(tuán)絮狀）和球墨鑄鐵（石墨呈圓球狀）。1、 灰口鑄鐵灰口鑄鐵的組織特征是在鋼的基體上分布著片狀石墨。根據(jù)石墨化程度及基體組織的不同，灰口鑄鐵分為：鐵素體灰口鑄鐵，鐵素體-珠光體灰口鑄鐵和珠光體灰口鑄鐵。 圖1（a）為鐵素體灰口鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈黑灰色片狀分布在亮白色的鐵素體基體上。圖1（b）為鐵素體-珠光體灰口鑄鐵的顯微組織，其中除黑灰色片狀石墨外，暗黑色基體為珠光體，亮白色的為鐵素體基體。圖1 灰口鑄鐵的組織觀察2、 可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵（又稱為韌性鑄鐵）是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火處理而得，其中滲碳體發(fā)生分解而形成團(tuán)絮狀石墨。按照基體組織的不同，可鍛

3、鑄鐵分為鐵素體可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵兩類。圖2（a）為鐵素體可鍛鑄鐵的顯微組織，其中石墨呈暗黑色團(tuán)絮狀，亮白色晶粒為基體鐵素體。圖2（b）為珠光體可鍛鑄鐵的顯微組織，在珠光體基體上分布著黑灰色絮狀石墨。圖2 可鍛鑄鐵的顯微組織3、 球墨鑄鐵在球墨鑄鐵的組織中石墨呈圓球狀。球狀石墨的存在可使鑄鐵內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到改善，同時(shí)減輕了對(duì)基體的割裂作用，從而充分發(fā)揮了基體性能的潛力，使球墨鑄鐵獲得很高的強(qiáng)度和一定的韌性。圖3 球墨鑄鐵的顯微組織圖3中（a）為鐵素體基體球墨鑄鐵的顯微組織，其中亮白色晶粒為鐵素體基體，黑灰色圓球狀為石墨。圖3中（b）為鐵素體-珠光體基體球墨鑄鐵的顯微組織，其中呈暗黑色

4、基底為珠光體，分布在黑灰色石墨周圍的亮白色基體為鐵素體。（二） 有色金屬1、 鋁合金在鑄造鋁合金中應(yīng)用最廣的是鋁-硅系列（含10%-13%Si），常稱為“鋁硅明”。由Al-Si合金的相圖可知該成分在共晶點(diǎn)附近，所以組織中均有由固溶體和針狀硅晶體組成的共晶體及少量呈多面體狀的初生硅晶體，其顯微組織如圖4（a）所示。這種粗大的針狀硅晶體顯然會(huì)使合金的塑性降低，為了改善合金的性能，通常采用“變質(zhì)處理”。經(jīng)變質(zhì)處理后，不僅組織細(xì)化，還可得到由枝晶狀的固溶體和細(xì)密共晶體組成的亞共晶組織，如圖4（b）所示，這樣的組織相應(yīng)的提高了鋁合金的強(qiáng)度和塑性。圖4 鑄造鋁合金（ZL102）的顯微組織2、 銅合金工業(yè)上

5、廣泛使用的銅合金有銅鋅合金（黃銅）、銅錫合金（錫青銅）、銅鋁合金（鋁青銅）以及銅鈹合金（鈹青銅）、通鎳合金（白銅）等。這里以黃銅為例加以分析研究。常用的黃銅中含鋅量均在45%以下。由Cu-Zn相圖可知，含鋅量少于39%的黃銅均為固溶體單相組織，稱為黃銅（或單相黃銅）。圖5為單相黃銅（H70）經(jīng)變形及退火后的顯微組織。其中晶粒呈多邊形，并具有明顯的孿晶。含鋅量少于39-45%的黃銅呈+兩相組織，稱為（+）黃銅（或兩相黃銅）。圖6為兩相黃銅（H62）在鑄造狀態(tài)的顯微組織。其中相呈亮白色，相為暗黑色。相是以CuZn電子化合物為基的固溶體，在低溫時(shí)性脆而硬，而在高溫時(shí)則具有較好的塑性，故適于進(jìn)行熱加工

6、。3、軸承合金軸承合金又稱巴氏合金，通常用來制造滑動(dòng)軸承的軸瓦及內(nèi)襯。軸瓦材料應(yīng)同時(shí)兼有硬和軟兩種性質(zhì)，因此軸承合金理想的組織應(yīng)該是由軟硬不同的相組織的混合物，例如在軟而有塑性的基體上分布著硬的質(zhì)點(diǎn)。替鉛或錫為基的軸承合金具有滿足上述要求的組織特征。最常用的軸承合金為ZChSnSb11-6。該合金的成分中除基本元素Sn外，還含有11%Sb及6%Cu。圖7所示為ZChSnSb11-6合金的顯微組織，其中暗黑色的為軟基體相，白色塊狀為硬質(zhì)點(diǎn)相，而白色針狀及星形析出物Cu6Sn5化合物相。這種既硬又軟的混合物組織，保證了軸承合金具有足夠的強(qiáng)度與塑性的配合以及良好的減摩性。三、 實(shí)驗(yàn)材料、藥品和儀器清單主要實(shí)驗(yàn)材料：0Cr13、3Cr13、1Cr17、1Cr13、2Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、GH36、GH132、GH37和GH33試樣各1個(gè)。主要設(shè)備：光學(xué)顯微鏡。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、用光學(xué)顯微鏡觀察0Cr13、3Cr13、1Cr17鋼的退火組織，1Cr13、2Cr13、4Cr13及1Cr18Ni9Ti鋼的淬火組織，GH36、GH132、GH37和GH33鋼的熱處理組織。2、描繪所觀察到的金相組織。五、 復(fù)習(xí)思考題1、 分析各類不銹鋼、耐熱鋼的金相組織在制備金相試樣時(shí)采取何