金相组织显示
普通碳钢金相试样的制备与组织显示
普通碳钢金相试样的制备与组织显示------大纲、实验指导书大纲实验学时：4 实验类型：综合实验所属实验课程：光学分析实验教学模块实验指导书名称：《材料光学技术实验》实验指导书相关理论课程名称：材料科学与工程学导论、普通物理、物理化学撰稿人：**** 日期：2011-6-29一、目的与任务了解、掌握金相样品的基本制备、组织显示方法；独立完成一个普通碳钢金相样品的制备与组织显示。
二、内容、要求与安排方式⒈实验内容与要求重点在于普通碳钢的金相样品的制备；在教师指导下，独立完成一个碳钢退火态或者某种热处理后的金相样品的制备全过程；课下查阅、了解、理解基本理论基础（磨光、抛光的最新基础理论研究成果）；充分应用相关学科的知识、内容，分析、领会实践环节的技术基础。
发挥课下主动学习的精神。
内容涉及磨光、抛光、蚀刻，以及显微镜观察。
教师简要介绍实验的基本技术基础，同学独立完成一个金相试样的制备。
金相试样的制备包括磨光、抛光、蚀刻、观察；教师简单说明从切割开始的全过程。
实际的运作如下：首先，观看拍摄的录像（或者指导教师的实际演示）；然后，为每一位同学准备一个大小合适的碳钢样品，磨制4道砂纸（200、400、600、800），之后抛光。
这一过程，需要理解磨光、抛光的基本原理（具体说，就是切割原理。
需要同学们课后进一步根据参考文献进行了解，并与实践过程进行衔接，在今后，指导具体的实践操作）；了解每一道砂纸转换的检验标准（垂直上一道砂纸的划痕进行磨光，达到划痕统一即可；第一道砂纸的特殊情况需要另行交待，或者，同学们课后参阅文献资料）；掌握抛光膏的正确、有效的使用（微量、多次、抹匀）；掌握磨光过程中冷却水的使用，抛光过程中抛光绒布的湿度的控制（了解原因、方法）。
在磨光、抛光过程中样品的运动轨迹的控制、技巧（稳定的空间位置，提起样品时如何避免失误）；每道砂纸进行转换前，一定要清洗，避免粗砂砾带入下一道工序。
在整个过程中，必须确保倒角的存在，尤其是抛光前。
金相组织结构图
•
片状石墨
块状石墨
本 图 石 墨 长 度 38 ， 级 别 为3 级。
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状态：退火或时效处理。灰铁基体组织检验（皮带轮）：在灰铁中，基体组织一 般为珠光体或珠光体加铁素体。在灰铸铁中，珠光体数量愈多，铸铁的强度、硬度和 耐磨性愈高。HT200珠光体数量宜大于90%
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4、缩松破坏了金属的连续性，降低力学性能，严重时引起铸件渗漏。 5、反白口是共晶团的边界上出现许多呈一定方向排列的针状渗碳体。 一般位于铸件的热节部位。原因可能是铁水凝固时存在圈套的成分偏 析，并受到周围固体一的较快的冷却，促进了渗碳体的形成。这种缺陷 与铁水中残余稀土量过高和孕育不良有关。在反白口区域内，往往都存 在较多的显微缩松。
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铸钢介绍
• • • • • • • • 铸钢组织特点； 一、铸态组织特点： 1、晶粒粗大，宏观组织可见粗大树枝晶，显微组织中常有不同程度的魏 氏组织。 2、成分偏析和组织不均匀。 3、存在各种铸造缺陷。 4、铸钢的铸态组织亚共析铸钢的铸态典型组织是魏氏组织，铁素体和粗 大的奥氏体晶粒。 二、铸钢热处理后的组织特点： 为了改善铸钢件的组织：细化晶粒、消除魏氏组织、减少偏析和消除 铸造应力，铸钢一般要进行热处理。由于铸件的形状较复杂、截面厚薄相 差较多、体积通常也较大，因此热处理方式一般较简单。常用的为退火、 正火、回火、淬火回火及对铸件局部表面进行高频淬火，也可进行表面化 学热处理。 1、退火根据对铸件的质量要求及铸态组织的情况，可以采用消除应力退 火、高温扩散退火、完全退火或不完全退火。
实验三 金相样品的制备与显示
实验三、金相样品的制备与显示一、实验目的1. 掌握金相样品制备的一般方法和原理2. 熟悉常用金属材料金相显微组织显示方法3. 了解金相样品制备的其他方法二、样品制备金相试样的制备过程一般包括取样、镶嵌、磨制、抛光和浸蚀等5个步骤，制备好的试样应能观察到真实组织，无磨痕、麻点与水迹，并使金属组织中的夹杂物、石墨等不脱落。
否则，将会严重影响显微分析的正确性。
1. 取样选取试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法、检验的目的、技术条件或双方协议的规定进行。
垂直于锻轧方向的横截面可以研究金属材料从表层到中心的组织、显微组织状态、晶粒度级别、碳化物网、表层缺陷深度、氧化层深度、脱碳层深度、腐蚀层深度、表面化学热处理及镀层厚度等。
平行于锻轧方向的纵截面可以研究非金属夹杂物的变形程度、晶粒畸变程度、塑性变形程度、变形后的各种组织形貌、热处理的全面情况等。
当检查金属的破损原因时，可以在破损处取样或在其附件的正常部位取样进行比较。
金相试样的大小和形状以便于握持、易于磨制为准，通常采用直径15～20mm 、高15～20mm 的圆柱体或连长15～20mm 的立方体。
对于不同性质的材料，试样截取方法不同，可用手锯、砂轮切割机、显微切片机、线切割、化学切割装置、电火花切割机、剪切、锯、刨、车、铣等截取，必要时也可用气割法截取。
硬而脆的金属可以用锤击法取样，软的金属材料可用锯、刨、车等方法。
不论用哪种方法取样，均应注意避免截取方法对组织的影响，如变形、过热等。
根据不同方法应在切割边去除这些影响，也可在切割时采取预防措施，如水冷等。
2. 镶嵌若试样过于细薄（如薄纸、细线材、细管材等）或试样过软、易碎，或需检验边缘组织为便于在自动磨光和抛光机上研磨的试样，可采用下列方法之一镶嵌试样，所选用的镶嵌方法均不得改变原始组织。
（1）机械镶嵌法将试样镶入钢圈或钢夹内，如图所示注意：（1）试样与钢圈或钢夹紧密接触。
钢圈或钢夹的硬度应接近于试样的硬度。
金相显微组织分析(清晰)
型二元合金的显微组织可分为以下几类： 一、固溶体合金的显微组织 具有匀晶转变的合金， 如图 3—1 所示,在平衡冷却条件下,其室温组织均为单相固溶体。 其显微组织形态表现为一个个的晶粒及晶界。但在非平衡冷却时，固相成分来
图 3-2 固溶体合金不平衡凝固时固相成分的变化
不及扩散均匀，在凝固过程中各温度的固相平均成分将偏离原平衡相图上固相线的位置， 如图 3 一 2 所示。在合金完全凝固后，先 结晶出的枝干（包括一次轴和二次轴）含 高熔点的组元多，后结晶的枝间含低熔点 组元多。由于二者抗蚀性不同，浸蚀后呈 现出树枝状组织特征，在显微镜下可观察 到明暗的差异。 图 3-3 为 Cu—Sn 合金相图。 含 5%Sn 的铜锡合金显微组织中富集高熔 点组元铜的枝干部分呈亮白色，而富集低 熔点组元锡的枝晶间隙则呈暗黑色，即出 现晶内偏析，如图 3—4a 所示。通过对不 平衡结晶的合金进行扩散退火（均匀化） 处理，即将合金加热到低于固相线温度， 保温一定时间，缓冷，从而可消除或减轻 偏析，得到接近平衡结晶的组织。图 3-4b 为 Cu—Sn5％合金的树枝晶消除后的固溶 液体晶粒。
图 3-17 Pt — Ag 合 金 相 图
图右方，如 Al—Si 相图（见图 3-13） ，此时 只有过共晶成份合金，才可能得到全部共晶组织。 三、二元包晶系合金的组织 由相图可知， 具有包晶成分的合金， 在平衡冷却条件下， 其初生相应在转变中全部耗尽， 成为均匀的单相固溶体。但在实际情况下，由于冷却较快，包晶反应常常不能充分进行。以 至于合金的显微组织达不到平衡状态，例如图 3—17 所示的 P 点以及 P 点以右的 Pt—Ag 合 金。 在平衡凝固完成之后，便不存在α相。但如果是不平衡结晶则在β相中心仍保留一些 残留的α相，且β相本身的成分也是不均匀的，呈枝晶偏析。又如图 3—3 所示的 Cu—65％ Sn 的合金冷却到 415℃时要发生 L + ε → η 的包晶转变，剩余的液相 L 到 227℃又会发 生共晶转变，所以在平衡凝固时最终组织应由η相和共晶体（η+θ）组成。而实际的不平 衡组织却保留相当数量的ε相（灰色） ，包围它的是η相（白色） ，在外面的则是黑色的共晶 组织， 如图 3—18 所示。 这种由于包晶转变的不完全性而产生的组织变化与成分偏析的现象， 称为包晶偏析。 包晶偏析易于在一些包晶温度较低的合金中出现。 包晶偏析一般采用扩散退 火方法予以改善和消除。
金相组织显示
侵蚀法显示原理
a)
b)
a)晶界处光线的散射 b）直射光反映为亮色晶粒
15
多项合金的侵蚀：
多项合金的侵蚀，也具有单相合金的特征，另 外组织中的相不同，电极电位的差异也较大， 试样表面与侵蚀剂接触时发生反应也很强烈， 这主要和电极电位差有关，各种元素的电极电 位增加如下： Li，Na，K，Ca，Ba，Be，Mg，Al，Mn，Zn ，Cr，Ti，Co，Ni，Pb，Fe，H，Sn，Sb，Bi ，Cu，Ag，Hg，Au，Pt 从上面的排列看，氢以前的元素都能被酸侵蚀 并放出H2，排在氢以后的元素需要增加氧化剂 才能被侵蚀。﹙置换反应 氧化还原反应﹚
反应是：Fe→Fe++ +2e 阳极反应 2H+ +2e →H2 ↑ 阴极反应
17
在两相交界处,更容易被腐蚀成凹陷
a)高倍
18
b) 中倍
19
c) 低倍
20
在高倍下观察，铁素体和渗碳体都是白 色。而相界是黑的可显现出来。
在中倍下观察时，由于分辨能力小于渗 碳体片的厚度。所以两个相界溶合为一，观 察到的黑色片实际是渗碳体。
苦味酸 2 ～ 5g 苛性钠 20 ～ 25g 蒸馏水 100ml
加热至60℃使用，浸蚀时间 为 5 ～ 30 分钟
渗碳体呈暗黑色，铁素体不着色，屈 氏体为亮灰色，回火马氏体比淬火马 氏体更暗。可显示铸铁枝晶组织
盐酸 5ml 苦味酸 1g 酒精 100ml
浸蚀时间，回火时间需 15 显示淬火及回火后的奥氏体晶粒，显
如果再低的放大倍数的话。分辨能力小 于铁素体的片间距，那么，珠光体就呈现出 黑色的块状。
21
化学侵蚀剂
侵蚀剂主要是由电解质，溶剂，络合剂及添加剂 组成。它 们都会影响侵蚀能力和侵蚀效果。侵蚀能力主要决定 溶液中的氧化性离子的本性。而不是浓度。所以调整 侵蚀剂的侵蚀能力的主要手段就是改变氧化性离子的 种类和配比。所以要想清晰地显示合金组织，得到衬 度满意的金相照片。必须根据试样中，待显组织的稳 定性的高低，适当的选择侵蚀剂。如果被显组织的稳 定性高，就应选择侵蚀能力强的侵蚀剂。﹙即电极电 位高的相，应选择侵蚀能力强的锓蚀剂﹚。但也有一 些情况不一样，不能所有的都选择侵蚀能力强的侵蚀 剂。否则一些差异小的细微组织，显示不出来。
金相显微组织图谱1
表层脱碳组织
Hale Waihona Puke 表层脱碳后这亚共析钢，黑色为珠光体，白色为铁素体， 心部为粗片状珠光体。
31
45 钢
锻造后退火 带状组织
白色晶粒为铁素体，黑色条状为珠光体，呈明显的带状 分布
32
铁基含油轴承
粉末冶金
珠光体+铁素体+含油孔
黑色指纹状为珠光体，少量白色块状为铁素体，分散的 小黑点为疏松的含油孔
（五）各类铸铁组织 5 种
白色针状和颗粒状为铜锡化合物（Cu 2 Sb）
44
锡基轴承合金
铸造
α相+β相+ε相
黑色基体为α固溶体，白色针状及颗粒状为ε相（Cu 6 Sn 5 ),白色块为β相（SnSb)
45
锌基合金
铸造
初晶α+共晶体
基体为 Zn，粗大黑色块状为初晶α固溶体，树枝状为共 晶组织
以下为补充种类 5 种
46
45 钢
低碳焊条电弧焊接 魏氏体+索氏体或珠光体+铁素体 柱状晶组织为焊缝区，魏氏组织为过热区，其余为索氏
层状组织为珠光体，灰色球状为石墨。
（六）有色金属合金组织 8 种
38
铸铝
未变质
初生硅晶粒+共晶体
浅多边形晶粒为初晶硅，其余为白色α固溶体和灰色针 状硅的共晶组织
39
铸铝
变质处理
初晶α固溶体+共晶体
白色树枝状或颗粒状为初晶α固溶体，其余为白色α固 溶体和灰色针状硅的共晶组织
40
H68 黄铜
退火
单相黄铜组织
六有色金属合金组织8未变质初生硅晶粒共晶体浅多边形晶粒为初晶硅其余为白色固溶体和灰色针状硅的共晶组织39固溶体共晶体白色树枝状或颗粒状为初晶固溶体其余为白色固溶体和灰色针状硅的共晶组织40h68黄铜退火单相黄铜组织相部分晶粒内有退火孪晶41h62黄铜双相黄铜组织白色为相黑色为相cuzn42锡青铜黑色枝晶轴为富铜固溶体相白色为富锡固溶体43铝基轴承合金固溶体共晶体铜锡化合物白色方块为初晶固溶体黑色基体为共晶体白色针状和颗粒状为铜锡化合物cusb44锡基轴承合金铸造黑色基体为固溶体白色针状及颗粒状白色块为相snsb45锌基合金铸造初晶共晶体基体为zn粗大黑色块状为初晶体树枝状为共晶组织以下为补充种类54645低碳焊条电弧焊接魏氏体索氏体或珠光体柱状晶组织为焊缝区魏氏组织为过热区其余为索氏体珠光体铁素体
钢铁材料常见金相组织相图
钢铁材料常见金相组织简介在Fe-Fe3C系中，可配制多种成分不同的铁碳合金，他们在不同温度下的平衡组织各不相同，但由几个基本相（铁素体F、奥氏体A和渗碳体Fe3C）组成。
这些基本相以机械混合物的形式结合，形成了钢铁中丰富多彩的金相组织结构。
常见的金相组织有下列八种：一、铁素体铁素体（ferrite，缩写FN，用F表示），纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。
碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。
这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。
随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。
铁素体还是珠光体组织的基体。
在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。
碳的质量分数为0.09%。
图1：铁素体二、奥氏体碳溶于γ-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为奥氏体，具有面心立方结构，为高温相，用符号A表示。
奥氏体在1148℃有最大溶解度2.11%C，727℃时可固溶0.77%C；强度和硬度比铁素体高，塑性和韧性良好，并且无磁性，具体力学性能与含碳量和晶粒大小有关，一般为170~220 HBS、=40~50%。
TRIP钢（变塑钢）即是基于奥氏体塑性、柔韧性良好的基础开发的钢材，利用残余奥氏体的应变诱发相变及相变诱发塑性提高了钢板的塑性，并改善了钢板的成形性能。
碳素或合金结构钢中的奥氏体在冷却过程中转变为其他相，只有在高碳钢和渗碳钢渗碳高温淬火后，奥氏体才能残留在马氏体的间隙中存在，其金相组织由于不易受侵蚀而呈白色。
三、渗碳体渗碳体（cementite），指铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。
金相组织腐蚀显示
Fe-0.27C-0.80Mn-0.25Mo-0.25Si 热轧钢 2%硝酸酒精溶液腐蚀 贝氏体组织和少量珠光体,针状铁素体,和一些先共析铁素体
腐蚀剂选用与金相组织实例
中碳钢 (Fe-0.4C-0.85Mn-0.6Si) 退火显微组织
2%硝酸酒精溶液腐蚀, 先共析铁素体和珠光体
腐蚀剂选用与金相组织实例
2. 缓冲剂—乙醇,甘油 3. 氧化剂—过氧化氢, Fe3+,Cu2+ 有时一个组成可同时起以上两种作用,例如 硝酸酒精溶液中的硝酸.
金相腐蚀剂配液提示
由于腐蚀过程中包括受控制的溶解,氧 化必须受到控制. 试剂中氧化能力的微小变
化能提高溶解速率. 因此, 在配制腐蚀剂时,
最好坚持使用蒸馏水或者纯净水。 使用乙
该如何腐蚀，才能显示金相组织？
3、腐蚀液的保质期应该如何确定？
异种钢焊接金相组织
T91与12Cr1MoVG对接焊
回火贝氏体
回火索氏体
醇应使用最低级别为分析纯。
常用金相腐蚀剂
钢铁金相试样最常使用的化学腐蚀剂
是硝酸酒精溶液(nital)和苦味酸酒精溶液
(picral)。
常用金相腐蚀剂
用2-3% nital 腐蚀珠光体时,由于对不同取向的珠光体
领域敏感,因此会产生灰度范围很大的反差,有的呈浅灰色,
有的呈暗黑色,甚至有时前者会被误认为是铁素体.但是在粗
球墨铸铁等温淬火 Beraha CdS 试剂染色腐蚀 偏振光照明加灵敏色片 球状石墨, 贝氏体 (蓝色及棕色), 残余奥氏体 (白色).
腐蚀剂选用与金相组织实例
不锈钢 (Fe - >0.15% C - >0.15% S – 13% Cr)
热变形CdS 试剂腐蚀. 白色晶粒为δ铁素体, 灰色细长条物为硫化锰,其余为马氏体. 水平方向为试样的纵向.
铸铁的金相组织图
灰口铸铁可锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁
片状石墨（未浸蚀）团絮状石墨（未浸蚀）球状石墨（未浸蚀）蠕虫状石墨（未浸蚀）放大倍数400×放大倍数400×放大倍数400×放大倍数400×
灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁
F基＋片状石墨（F＋P）基＋片状石墨P基＋片状石墨
放大倍数400×放大倍数400×放大倍数400×
1 / 21 / 2
可锻铸铁可锻铸铁球墨铸铁F基＋团絮状石墨P基＋团絮状石墨F基＋球状石墨放大倍数400×放大倍数400×放大倍数400×
球墨铸铁球墨铸铁高磷铸铁
（F＋P）基＋球状石墨P基＋球状石墨P基＋片状石墨＋磷共晶放大倍数400×放大倍数400×放大倍数400×
2 / 22 / 2。
金相组织图 -
15种金相组织图1. 奥氏体定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
2. 铁素体定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
3. 渗碳体定义：碳与铁形成的一种化合物特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。
（1）在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状（2）过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状（3）铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。
4. 珠光体定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
（1）在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
（2）在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
金相组织
下铁碳合金中碳大部分以渗碳体形式存在。渗碳体具 有复杂的斜方晶格，没有同素异形转变。低温下，有 弱磁性高于217 ℃时消失。渗碳体的含碳质量分数为 6.67%，熔点为1600 ℃，硬度很高（显微硬度可达 800-1000HV），脆性很大，塑性接近于零。 根据铁-碳相图，渗碳体可分为三种：一次（初次）渗 碳体，是沿CD线由液体中结晶析出的渗碳体；二次渗 碳体，是沿ES线由γ-固溶体中析出的渗碳体；三次渗 碳体，是沿PQ线由а-固溶体中析出的渗碳体。
钢中常见金相组织--铁素体
白色部分为 铁素体
钢中常见金相组织--铁素体
其中的黑色部分为 铁素体，白色的为 珠光体。这个与光 学金相照片刚好相 反。电镜的衬度是 有被测材料成分 （原子量），和被 测材料导电性，以 及被测材料形貌一 起作用形成的。这 与光镜直接光感成 像不同。
材料：20MnSiNb连铸坯 侵蚀剂：4%硝酸酒精 金相组织为：珠光体+网状铁素体+晶内针状铁素体。
材质：共晶白口铁 腐蚀液：3％～4％硝酸酒 精溶液 倍率：显微组织 （250×） 组织：室温莱氏体 在显微镜下，珠光体呈暗 黑色细条或斑点状，共晶 渗碳体呈亮白色
钢中常见金相组织-莱氏体
钢中常见金相组织-莱氏体
在含碳质量分数为2.11%~4.3%的亚共晶生铁中，金相
组织除莱氏体外，尚有大块珠光体。
钢中常见金相组织—奥氏体
图中可见晶界 平直。明暗晶 粒是因为晶粒 取向不同，腐 蚀程度不同
钢中常见金相组织—奥氏体
304不锈钢 的原始组织： 奥氏体晶粒 和孪晶
钢中常见金相组织—奥氏体
Fe-20Mn0.6C不锈钢 奥氏体扫描 照片，内部 可见孪晶。
钢中常见金相组织—渗碳体
渗碳体是铁和碳的间隙式化合物，用Fe3C表示。常温
金相显微组织图谱
层状组织为珠光体，灰色球状为石墨。
（六）有色金属合金组织 8 种
38
铸铝
未变质
初生硅晶粒+共晶体
浅多边形晶粒为初晶硅，其余为白色α固溶体和灰色针 状硅的共晶组织
39
铸铝
变质处理
初晶α固溶体+共晶体
白色树枝状或颗粒状为初晶α固溶体，其余为白色α固 溶体和灰色针状硅的共晶组织
40
H68 黄铜
退火
单相黄铜组织
金相显微组织图谱
编号
材料
1
工业纯铁
2
20 钢
3
45 钢
4
65 钢
5
T8 钢
6
T12 钢
7
亚共晶 白口铁
8
共 晶 白口铁
9
过共晶 白口铁
10
T8 钢
11
T8 钢
12
65Mn
13
65Mn
14
20 钢
状态 退火 退火 退火 退火 退火 退火 铸态 铸态 铸态
正火 快冷正火 等温淬火 等温淬火
淬火
组织
说明
（一）铁—碳平衡组织 9 种
表层脱碳组织
表层脱碳后这亚共析钢，黑色为珠光体，白色为铁素体， 心部为粗片状珠光体。
31
45 钢
锻造后退火 带状组织
白色晶粒为铁素体，黑色条状为珠光体，呈明显的带状 分布
32
铁基含油轴承
粉末冶金
珠光体+铁素体+含油孔
黑色指纹状为珠光体，少量白色块状为铁素体，分散的 小黑点为疏松的含油孔
（五）各类铸铁组织 5 种
基体为层状珠光体，晶界上的白色为二次渗碳体。
变态莱氏体+珠光体
金相图谱内容说明
图谱文字说明第一部分金相图谱一.铁碳合金平衡组织图1 名称铁素体( 工业纯铁退火)组织铁素体说明等轴多边形晶粒为铁素体，黑色线条为晶界图2 名称奥氏体(T8钢950℃加热)组织奥氏体说明白色多边形晶粒为奥氏体，黑色线条为晶界。
高温下部分晶粒已合并长大，形成了混合晶粒图3 名称渗碳体(从珠光体中电化学分离出来的滲碳体片)组织渗碳体片说明从珠光体中分离出来的渗碳体片，其形状是不规则的，一侧鸡冠似的形状，某些部位有孔图4 名称亚共析钢组织( 20钢退火)组织铁素体+珠光体说明白色块状为铁素体，因放大倍数低，层状结构未能显示出来，珠光体呈黑色块状图5 名称亚共析钢组织( 45钢退火)组织铁素体+珠光体说明白色块状为铁素体，黑色块状为珠光体图6 名称亚共析钢组织( 60钢退火)组织铁素体+珠光体说明白色网状分布的为铁素体，珠光体呈黑色块状图7 名称共析钢组织(T8钢退火)组织层状珠光体说明层状珠光体是铁素体和滲碳体的层状组织,因放大倍数较低,且分辨率小于滲碳体层片厚度,故只能看到白色基体的铁素体和黑色线条的滲碳体图8 名称共析钢电镜组织(T8钢退火)组织层状珠光体说明深灰色基体为铁素体，白色条状为滲碳体图9 名称过共析钢组织(T12钢完全退火)组织层状珠光体+二次滲碳体说明基体为层状珠光体，晶界上的白色网络为二次滲碳体图10 名称亚共晶白口铸铁铸态组织组织珠光体+变态莱氏体+二次滲碳体说明变态莱氏体呈黑白相间的基体，大黑块为珠光体，大黑块珠光体外围的白色滲碳体为二次滲碳体图11 名称共晶白口铸铁铸态组织组织变态莱氏体说明变态莱氏体中白色基体为滲碳体（共晶滲碳体和二次滲碳体），黑色圆状及条状为珠光体图12 名称过共晶口铸铁铸态组织组织一次滲碳体+变态莱氏体说明基体为黑白相间分布的变态莱氏体，白色条状为一次滲碳体二.钢经热处理后组织图13 名称索氏体(T8钢正火)组织索氏体说明索氏体是细珠光体，其层状结构只有在高倍金相显微镜下才可分辩图14 名称索氏体电镜形貌(T8钢正火)组织索氏体说明浅灰色基体为铁素体，白色条状为滲碳体图15 名称托氏体(45钢860℃油淬,试样心部）组织托氏体+马氏体说明托氏体是极细珠光体，在光学金相显微镜下呈黑色团絮状。
金相显微组织
第三章金相显微组织分析第一节二元合金平衡（非平衡）显微组织分析金相显微组织是在金相显微镜下能够看到的合金内部组成物的直观形貌，它描述了各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。
这些组成物由不同的相所组成。
合金的显微组织可以是一种相组成的单相组织，也可以是几种相组成的复合组织。
相：是具有同一聚集状态、同一结构、同一性质、并与其他部分在界面分开的均匀组成部分。
相图：是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形。
组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状，分布及各相之间的组合状态。
平衡组织：合金经缓慢冷却后具有的显微组织。
非平衡组织：合金经快冷后具有的显微组织。
二元合金：由两种组元组成的合金称为二元合金。
固溶体：以合金某一组元为溶剂，其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质）所组成的异类原子混合的结晶相，结构保持溶剂元素的点阵类型，其实质是固态溶液。
匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。
共晶转变：具有E点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即M点成分的α相与N点成分的β相。
包晶转变：由一个固相与液相作用形成另一个固相的过程，称为包晶转变。
晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称晶内偏析。
离异共晶：当不平衡共晶体量很少时，其中与初生晶体相同的相，常与初生晶体连成一片，不能分辩，而共晶体的另一相则留在枝晶间，这种形式的共晶组织称离异共晶。
伪共晶：亚共晶和过共晶合金在快冷时，初生晶体数量减少，共晶体的实际成分偏离原共晶点，形成伪共晶，成分靠近共晶点的合金，快冷时，甚至来不及析出初生晶体即发生共晶反应，得全部共晶体。
这种由非共晶成分的合金而获得全部共晶体的组织，称为伪共晶组织。
脱溶：由α固溶体中析出另一种固相的过程，称脱溶，一般脱溶相称为次生相或次生固溶体，以βⅡ表示。
观察二元合金显微组织，应根据该合金系的相图，分析合金在平衡及非平衡冷却条件下可能出现的相及组织组成物。
典图3-1 Ni-Cu相图型二元合金的显微组织可分为以下几类：一、固溶体合金的显微组织具有匀晶转变的合金，如图3—1所示,在平衡冷却条件下,其室温组织均为单相固溶体。
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硝酸 1 ～ 5ml 酒精 100ml
苦味酸酒精溶液
苦味酸 4g 95%酒精100ml 苦味酸 2 ～ 5g 苛性钠 20 ～ 25g 蒸馏水 100ml 盐酸 5ml 苦味酸 1g 酒精 100ml 盐酸 10ml 硝酸 3ml 木酒精 10ml 盐酸 (比重1.19)3份 硝酸份 (比重1.42)1份 水杨酸 10g 酒精 100ml
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在两相交界处,更容易被腐蚀成凹陷
a)高倍
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b) 中倍
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c) 低倍
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在高倍下观察，铁素体和渗碳体都是白 色。而相界是黑的可显现出来。 在中倍下观察时，由于分辨能力小于渗 碳体片的厚度。所以两个相界溶合为一，观 察到的黑色片实际是渗碳体。 如果再低的放大倍数的话。分辨能力小 于铁素体的片间距，那么，珠光体就呈现出 黑色的块状。
苦味酸碱性溶液
加热至60℃使用，浸蚀时间 为 5 ～ 30 分钟 浸蚀时间，回火时间需 15 分钟，显示晶粒大小自数秒 至1分钟 浸蚀 2 ～ 10 分钟 浸入试剂内数次，每次 2 ～ 3 秒，并抛光，用水 和酒精冲洗 用棉球浸蚀数分钟
混合酸酒精溶液
混合酸酒精溶液
王水溶液
水杨酸
二、 有色金属材料常用的浸蚀剂
擦洗（有条件可用超声清洗）→烘干等。
侵蚀时应该注意观察试样表面情况，一般当镜面失去光泽变成
灰暗色即可。时间是从几秒钟到几分钟。高倍观察应浅侵蚀。 低倍观察可深一些。以在显微镜下能清晰显示组织为准。
侵蚀后如果确认出现假像，一般是金属表面扰乱层。应该对试
样重新地交替抛光侵蚀几次。
对侵蚀过度的，也应重新抛光，严重的应该从细磨开始，重新
导电不良，不导电的组元，如碳化物，硫化物，氧化
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电解侵蚀应注意的事项
必须在抛光后，进行电解侵蚀，除机械抛光外 还可以用电解抛光。电解抛光后，随即降低电压 ，电流进行电解侵蚀。电解侵蚀，主要就是控制 电流，电压，侵蚀时间，电解液温度，以及是否 进行搅拌等。侵蚀后，应及时清洗试样表面，并 吹干。
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有些试样。 例如具有光学各向异性的金属锌等，它反射
光的偏振状态，随晶体取向不同而有差异。
有些虽然只是具有微小的高度差但是反色光
的位相具有很大的差别，象这些虽然人眼是 无法直接分辨出这些差别的，但是利用光学 附件，可以将其转化为亮度或色彩的差别， 从而就能显示出组织的细节。
这种利用光学手段显示组织衬度的方法就是
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侵蚀法显示原理
a) b) a)晶界处光线的散射 b）直射光反映为亮色晶粒
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多项合金的侵蚀：
多项合金的侵蚀，也具有单相合金的特征，另 外组织中的相不同，电极电位的差异也较大， 试样表面与侵蚀剂接触时发生反应也很强烈， 这主要和电极电位差有关，各种元素的电极电 位增加如下： Li，Na，K，Ca，Ba，Be，Mg，Al，Mn，Zn ，Cr，Ti，Co，Ni，Pb，Fe，H，Sn，Sb，Bi ，Cu，Ag，Hg，Au，Pt 从上面的排列看，氢以前的元素都能被酸侵蚀 并放出H2，排在氢以后的元素需要增加氧化剂 才能被侵蚀。﹙置换反应 氧化还原反应﹚
浸蚀剂名称 成 份 浸蚀条件 一、 钢铁材料常用的浸蚀剂 硝酸酒精溶液 硝酸含量增加时浸蚀速度加 快，浸蚀时间自数秒至 60 秒 有时可用较淡溶液浸蚀数秒 至数分钟 使用范围 适用于显示碳钢及合金结构钢经不同 热处理的组织。显示铁素体晶界特别 清晰 能显示碳钢、低合金钢各种热处理组 织，特别是显示细珠光体和碳化物。 显示铁素体晶界效果不如硝酸酒精溶 液 渗碳体呈暗黑色，铁素体不着色，屈 氏体为亮灰色，回火马氏体比淬火马 氏体更暗。可显示铸铁枝晶组织 显示淬火及回火后的奥氏体晶粒，显 示回火马氏体组织（ 200 ～ 450 ℃ ） 显示高速钢淬火及淬火回火后晶粒大 小 显示各类高合金钢组织，用于 Cr-Ni 不锈钢的组织显示，晶界、碳化物析 出物特别清晰 显示钢及铸铁的一般组织，受浸蚀的 珠光体较清晰
金相分析技术之第4讲
组织的显示
1
4.1.1概述：
光学金相显微镜，是利用磨面的反
射光成像的。要鉴别金相组织，应 该使试样磨面上各相或其边界的反 射光强度或色彩有所区别。
2
各组成相的反光能力不同
有些组成相。如灰铸铁中的石墨，铝硅合 金中的硅及钢中的非金属夹杂物等，它们本 身就有独特的反射能力。因此可以利用抛光 磨面直接进行金相研究。
光学法。
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利用的光学附件有 ：
偏振光 ，相衬，微差干涉衬度等，（显
微镜一章在介绍）。
光学法显示组织，不需要侵蚀，所以避
免了由于侵蚀过程中引起的假象，所以 能使用这些方法的应该优先使用这种方 法。
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4.1.3侵蚀法：
这是由于试样各组织组成相之间的物理 、化学性质不同，所以使试样表面产生这种 选择性的侵蚀，使试样表面的微观起伏和其 内部组织相对应，从而显示出组织特征。常 用的侵蚀显示方法有：化学侵蚀 ，电化学 溶解蒸发，离了溅射等。
3
衬度
大多数组成相，对光线都有较强 的反射能力。这就需要利用物理 或化学的方法对抛光磨面进行专 门的处理，以使试样各组织之间 呈现出良好的衬度。 ﹙什么是衬度？就是黑白或各 种颜色能分得清楚﹚这就是金相 组织的显示。
4
各组成相及其边界的特性 试样中，各组成相及其边界具有不 同的物理和化学性质。利用这些差异， 使它们转换为磨面反射光强度或色彩 的区别，这就是金相组织显示的原理。
配方 (a) 氧化铁、 FeCl3(g) 1 盐酸溶 HCl(ml) 20 液 H2O(ml) 100 氢氧化 铵、双 氧水溶 液 氢氟酸 水溶液 (b) 5 10 100 (c) 25 25 100 显示黄铜、青铜的 晶界，使两相黄铜 中的相发暗，铸造 青铜枝晶组织图象 清晰
先擦拭，再浸人试 剂中 1 ～ 2 分钟
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化学侵蚀剂
侵蚀剂主要是由电解质，溶剂，络合剂及添加剂 组成。它 们都会影响侵蚀能力和侵蚀效果。侵蚀能力主要决定 溶液中的氧化性离子的本性。而不是浓度。所以调整 侵蚀剂的侵蚀能力的主要手段就是改变氧化性离子的 种类和配比。所以要想清晰地显示合金组织，得到衬 度满意的金相照片。必须根据试样中，待显组织的稳 定性的高低，适当的选择侵蚀剂。如果被显组织的稳 定性高，就应选择侵蚀能力强的侵蚀剂。﹙即电极电 位高的相，应选择侵蚀能力强的锓蚀剂﹚。但也有一 些情况不一样，不能所有的都选择侵蚀能力强的侵蚀 剂。否则一些差异小的细微组织，显示不出来。
对于一些抗蚀性很高的金属和合金。如铂，金，银等贵金属和
合金，不锈钢和镍基高温合金，高合金钢，钛合金，硬质合金 等，由于化学稳定性很高。很难用化学侵蚀法显示其组织，所 以常采用电解侵蚀法。
电解侵蚀过程中，通过对电压，电流密度的控制对电解溶液的
选择，对温度，时间的选择都可以使金属组织中，不同的相的 溶解速度不同，从而达到显示组织的目的。
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电解侵蚀剂和操作规范
电流，电压，温度，时间等，可以查表，查手册。
适用于纯铜及单相、 多相铜合金组织的 显示 是显示铝及铝合金 的一般显微组织
浓混合 酸溶液
此液作粗视浸蚀用； 是显示轴承合金粗 若作显微组织，则 视组织和显微组织 浸蚀可用水按 9:1 的最佳浸蚀剂 冲淡
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电解侵蚀：
电解侵蚀可以单独进行。也常常和电解抛光联合进行。抛光在
前，显示在后。电解侵蚀所用的仪器和装置和电解抛光完全相 同。只是根据不同的金属和合金，可选用交流电解侵蚀和直流 电解侵蚀两种方法。
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例如，灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨﹙暗的亮 的﹚铸造铝硅合金中的初晶硅和共晶硅，都能 在抛光磨面上直接观察到它们的形貌和分布状 态。金属氧化物，硫化物，氮化物等，也具有 非金属的光学特性，统称非金属夹杂物。它们 不仅反射光强度不同，往往还具有特殊的色彩 ，或有透明和不透明之别。这些都可以作为鉴 别非金属夹杂物的依据 。另外显微裂纹和疏 松等缺陷可直接观察。有一些金属元素吸光的 能力也很强。如铅青铜中的铅，不用显示也可 以清晰地区分
NH4OH (比重0。88)5份 H2O2 （3%）5份 H2O 5份 HF（浓） H2O HF（浓） HCl（浓） HNO2（浓） H2O 0.5ml 99.5ml 10ml 15ml 25ml 50ml
用棉花沾上浸蚀剂 擦拭。为获得较佳 效果应使用新配的 H2O2 用棉花沾上试剂擦 拭 10 ～ 20 秒
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例如：正火45钢，珠光体很细密，如果 用HNO3-H2O侵蚀，那么相界就由于过 度侵蚀不能区分。如果用较弱的盐酸或 苦味酸溶液侵蚀，就能区分细片状索氏 体组织。
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溶剂也很重要，它关系到电解质的溶解度，离 解能力，溶剂化大小及溶液电阻等。对侵蚀能力 和效果也有影响。 侵蚀剂种类很多，有酸类，碱类晰地显示出组 织。还应考虑到无毒，挥发性好，容易保存和价 廉等。
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侵蚀的操作步骤及注意事项
化学侵蚀室应该和显微镜室分隔开。工作台应该是耐酸，耐碱
的瓷砖。工作台上应该有排抽风系统，工作台的旁边应该有水 池和电源开关。
一般侵蚀过程包括：试样清洗→酒精擦光→侵蚀→冲洗→酒精
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化学侵蚀
就是将抛光好的试样磨面侵入化学试 剂中，或用化学试剂擦试样的磨面，使 其显示出显微组织的一种方法。
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化学侵蚀的原理：
化学侵蚀实际上是一个电化学反应过程，金属与合金
中的晶粒与晶粒之间，晶内与晶界以及各相之间的物 理化学性质不同 具有不同的自由能，当受到侵蚀时， 会发生电化学反应，（侵蚀剂也可以称为电解质溶液 ）由于试样中各相在电解溶液中具有不同的电极电位 形成许多微电池 电极电位较底的部分，就是微电池的 阳极，溶解的较快。溶解处呈现凹陷或沟槽，在显微 镜下观察时，光线在晶界被散射，不能全部进入物镜 所以就显示出黑色的晶界在晶粒平面处的光线则以直 接反射进入物镜呈现白亮色从而显示出了晶粒的大小 和形状。如图：这就是纯金属和单相固溶体合金的侵 蚀，由于晶界处原子排列絮乱自由能较高电极电位较 低，所以在侵蚀过程中首先被溶解逐渐呈凹陷。