实验二 有色金属的显微组织观察与分析

实验一有色合金显微组织观察与分析

一、实验目的

1. 观察常见的铝合金、铜合金、镁合金及轴承合金等有色金属试样的显微组织特征。

2. 了解有色金属中合金元素对其组织和性能的影响。

二、实验说明

（一）铝合金

1．铸造铝合金：应用最广泛的铸造铝合金为含有大量硅的铝合金，即所谓硅铝合金。典型的硅铝合金牌号为ZL102，含硅11～13%，在共晶成分附近，因而具有优良的铸造性能——流动性好，铸件致密，不容易产生铸造裂纹。铸造后几乎全部得到共晶组织即粗大灰色针状的共晶硅分布在白亮色的α-Al固溶体基体上，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性，因此通常在浇铸时向合金溶液中加入2～3%的变质剂，进行变质处理，合金共晶点向右移，原来的合金变成亚共晶，其组织为枝晶状初生α固溶体（白亮色）+细的（α+Si）共晶体（黑色），如图1-1所示，从而提高合金强度和塑性。

（a）未经变质处理（b）变质处理

图1-1 铸造铝合金（ZL102）的显微组织500X

2．形变铝合金：硬铝是Al-Cu-Mg系合金，是重要的形变铝合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故而称Al-Cu-Mg系合金为硬铝合金。在Al-Cu-Mg系中，形成了CuAl2（θ相）、CuMgAl2（S相），这两个相在加热时均能溶入合金的固溶体内，并在随后的时效热处理过程中通过形成“富集区”、“过渡相”而使合金达到强化。如图1-2所示。

（a）铸态（b）时效板材

图1-2 硬铝（ZL12）的显微组织 100X

（二）铜合金

1. 普通黄铜

普通黄金是Cu-Zn合金，其含锌量均在45%以下，根据Cu-Zn合金状态图，含锌量在32%以下的黄铜（如H80、H70）为α相固溶体的单相组织；而含锌量在32~45%之间的黄铜（H62、H59）则为（α+β）两相组织。

（1）α单相黄铜：含锌在36%以下的黄铜属单相α固溶体，典型牌号有H70。铸态组织为α固溶体呈树枝状，经变形和再结晶退火，其组织为多边形晶粒，有退火孪晶。由于各个晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。退火处理后的α黄铜能承受极大的塑性变形，可以进行冷加工。如图1-3所示。

（2）α+β两相黄铜：含锌量为32～45%的黄铜为(α+β)两相黄铜，典型牌号为H62。在室温下β相较α相硬的多，因而只能承受微量的冷态变形，但β相在600℃以上迅速软化，因此可以进行热加工。如图1-4所示。

图1- 3 H70黄铜退火态100X 图1-4 H62黄铜退火态 100X

2．锡青铜

锡青铜为Cu-Sn合金。典型牌号为ZQSn10，其铸态组织为枝晶状的初生α相和枝间的（α+δ）共析体，如图1-5所示。经的3%FeCl+10%HCl水溶液浸蚀后枝干中心呈白亮色，枝干外层呈黑色，先凝固的是富铜的α相，后凝固的是富锡的初生α相，初生α之间是共析体（α+δ）。如图1-5所示。

（a）铸态（b）挤压态

图1-5 锡青铜的显微组织 500X

3．铝青铜

铝青铜为Cu-Al合金。工业上常用的铸造铝青铜是ZQAl9-4，除含铜铝外还含有少量铁。ZQAl9-4的铸态组织是白色α相边界析出黑色（α+γ）共析体，α相中还有细小黑点——FeAl3。如图1-6所示。

图1-6 铝青铜的显微组织500X 图1-7 铅青铜的显微组织500X

4．铅青铜

铅青铜为Cu-Pb合金。常用铅青铜为QPb30，其铸态组织见图1-7所示。铅不能溶于铜。白亮色的α-Cu上分布着暗色的铅晶粒。

（三）镁合金

纯镁的力学性能很差，不能直接用做结构材料，但通过综合运用形变硬化、晶粒细化、合金化及热处理等多种方法，将大幅度提高镁合金的力学性能。

镁合金中的合金元素具有固溶强化和第二相强化两种机制。随着合金化程度的提高，合金的强度也在提高，但塑形却在降低。以Mg-Al合金为例，铝在α-Mg中的室温固溶度为2%，通常此类合金的铸态组织中存在α-Mg和β-Al12Mg17两相。当铝含量很低时，随着合金中铝合金的增加，铝在α-Mg中的固溶度增加，强化效果也随之增加。当铝在α-Mg中的固溶度达到极限时，随着铝合金的增加，β-Al12Mg17相析出增加，由此增加了弥散强化效果。图1-8为AZ91镁合金铸态组织。

图1-8 镁合金的铸态组织500X

（四）钛合金

常用钛合金为TC4，为(α+β)双相钛合金，其铸态组织见图1-9。白色条片状为α固溶体，条间黑色为β固溶体，α片交错排列，犹如编织的网篮状，称为网篮组织。

图1-9 钛合金的显微组织 500X

（五）锌合金

纯锌的机械性能很差，没有弹性模量。高铝锌基合金中，铝含量为10-12%时可替代青铜，铝含量为27-35%时，具有强度高、塑性好及较强的承载性和耐磨性。常用的合金牌号为ZA27-2，其显微组织是锌基固溶体α相、富铝的β相和富铜的ε（CuZn3）枝晶间隙相。见图1-10所示。

图1-10 锌合金的显微组织 500X

（六）轴承合金

1．锡基轴承合金

锡基轴承合金是在Sn-Sb合金基础上加入铜形成的合金。由Sn-Sb状态图可知，Sb含量为90%的合金室温组织由锑在锡中固溶体α（软基体）和化合物SnSb（即β’相，硬质相所组成）。由于先结晶出来的β’相液态合金轻，易产生比重偏析，故加入一定量的铜会先结晶出针状的Cu3Sn，它在溶液中构成树枝状骨架，阻止β’相上浮，从而防止偏析现象。见图1-11所示。

图1-11 锡基轴承合金的显微组织500X

（2）铅基轴承合金

常用的铅基轴承合金为铅青铜。由Cu-Pb状态图可知，铅在固态不溶于铜，其显微组织是硬铜基体上分布着软的铅质点。见图1-12所示。

图1-12 铅基轴承合金的显微组织500X

三、实验材料及设备

1．表1--1所列有色合金试样。

2．材料：金相砂纸、研磨膏、抛光呢、酒精、氢氟酸、盐酸、苦味酸等。

3．主要设备：金相显微镜、抛光机等。

四、实验内容于步骤

在显微镜下逐块观察、分析表1-1中有色合金的显微组织。

五、实验报告报告

1．了解有色合金的类别及其典型组织结构特征。

2．绘制表中各有色合金显微组织示意图，并在图上标出组织，图下注明材料、处理状态、浸蚀剂和放大倍数，说明显微组织形貌特征。