二元合金组织分析
二元合金显微组织分析
实验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区别的，主要表现在它的尺度不同。
组织是显微尺度，结构是原子尺度。
组织是指用肉眼和显微镜观察到的金属内部情景，如晶粒尺寸和形状以及组成物的特点等。
而结构是指组成金属的同类或异类原子在三维空间的排列情况。
目前一般是用Ｘ射线衍射分析才能确定。
合金在室温下可以同时存在几种晶体结构，即可以多相共存，因而组织比纯金属复杂很多。
合金的组织，既可由单相组成，也可由两相甚至多相组成。
不同的相可以构成不同的组织。
单相合金是以金属为溶剂的固溶体。
两相或多相合金的组织中，数量较多的一相，称为基体相，大多是以金属为溶剂的固溶体。
其余的相可以是合金的另一组元为基体形成的固溶体或另一组元的纯金属；也可是合金各组元形成的化合物或以化合物为溶剂的固溶体。
合金的相组成是说明合金由几种相和那几种相组成。
合金的显微组织分析就是进一步分析相组成、相分布和相形态，即研究各相的生成条件、数量、形状、大小以及它们之间的相互分布状态。
1 ．实验目的根据凝固理论，利用二元相图，在金相显微镜下，识别二元合金组织特征，进行显微组织分析。
二．合金中的基本组织特征合金成份不同时，二元合金可构成不同的组织，成份相同、但凝固及处理条件不同时，也可构成不同的组织。
合金的显微组织与合金的成份、组成相的性质、冷却速度及其他处理条件、组成相相对量等因素有关，一般可有以下几种形貌：2.1 单相固溶体固溶体结晶时，先从溶体中析出的固相成分与后从溶体中析出的固相成份是不同的。
冷却速度慢（平衡凝固）时，固相原子经过充分扩散，因而可以得到成份均匀的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及扩散均匀，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，1故各处耐腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征。
下面以Cu-20％Ni 合金为例进行说明。
C u-20 ％Ni 的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20％Ni 的铜合金均匀化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。
二元合金的制备与显微组织分析
不同成分Al-Si合金在不同冷却条件 下组织形成过程分析
• 由Al-Si相图可知，w（Si）≤1.65%时：发生固溶转变，液 相随温度降低，析出α固溶体，温度继续降低直至全部 液相转变为α-固溶体，最后阶段Si在α-固溶体中过饱和， 多余的si从固溶体中析出。冷却过程为： L→L+α→α→α+β。当快速冷却时产生非平衡共晶组织。 • 1.65%≤ W（si）﹤11.6%时，发生亚共晶转变，冷却过 程为 L→L+α→（α+β）共+βⅡ，快冷时产生部分伪共晶。 • W（Si）=11.6%时，发生共晶转变，共晶反应为L→α+β， 在共晶温度以下，α、β各自沿溶解度曲线析出二次α、β， 冷却过程为L→α+β→（α+β）共+αⅡ+βⅡ。 • 11.6%≤w(Si) ﹤98%时，过共晶反应，冷却过程为 L→L+β→β+（α+β）共+αⅡ
102精制砂模
铸态，砂模，氢氟酸腐蚀，500× 组织：共晶 图中为共晶组织，为两相交替的针 状组织，共晶的流动性好，所以缩 孔不多，比较金属模和砂模，由于 砂模的冷却速度比金属模慢，所以 从整体上说，金属模更倾向于柱状 晶，砂模更倾向于等轴晶，柱状晶 组织更为致密，但是晶区交界面较 为脆弱，且易富集杂质，等轴晶晶 粒相互咬合，裂纹不易扩散，但致 密度不如柱状晶，从图上也可看出， 金属模的组织比砂模更均匀细密。
实验小结
• 经过本次试验，基本了解了铸造铝合金的 流程，金相样品的制备方法。
• 通过实验将理论与实际结合起来，对所学 的知识理解更深刻。 • 实验中用到了自动化的仪器，磨制与抛光 都是机器完成的，成为不小的遗憾。
过共晶金属模
铸态，金属模，氢氟酸腐蚀， 500× 组织：硅的初生相+共晶组织 硅是高熔点物质，它的初生相是 深色规则多边形，分布在共晶组织 之间，由于过共晶合金组织中有大 量块状初生硅，切削加工性差，但 是这类合金红膨胀系数小，耐磨且 抗热裂性好，主要用于制造活塞等 耐磨件。过共晶成分中硅含量比共 晶多，所以它的流动性比共晶成分 好，故而缩孔比共晶少。
二元合金的显微组织
二元合金的显微组织内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）实验三二元合金的显微组织（Microstructures of Binary Alloys）实验学时：1 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的运用二元共晶型相图，分析相图中典型组织的形成及特征。
二、概述二组元在液态下互溶，而在固态下有限互溶，且具有共晶转变特征的相图叫二元共晶相图。
本次实验，以Pb—Sn系合金相图为例分析共晶、亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成组织的特征。
简略相图如下：⒈共晶合金含Sn61.9%的合金为共晶合金（图中合金Ⅰ）。
当从液态缓慢冷却时，在温度Te发生共晶转变，既Le→αc +βd。
这一过程在Te温度下一直到液相完全消失为止。
所得到的共晶组织由αc 和βd两个固溶体组成。
它们的相对量可用杠杆定律计算：继续冷却时，将从α和β中分别析出βⅡ和αⅡ。
由于从共晶体中析出的次生相常与共晶体中的同类相混在一起，很难分辨，这样，在结晶过程全部结束时合金获得非常细密的两相机械混合物。
样品制备中的腐蚀剂是4%的硝酸酒精，显微镜中，α相呈暗色，β相呈亮色。
参见图3-1。
（3-1）铅锡二元共晶（3-2）铅锡二元亚共晶⒉亚共晶合金凡成分位于共晶点e以左，c点以右的合金（如图中的合金Ⅱ）叫亚共晶合金。
合金Ⅱ熔化后在液相线与固相线之间缓慢冷却时，不断地从液相中结晶出α固溶体。
随着温度的下降，液相成分沿ac线变化，逐渐趋向于e 点；α相的成分沿固相线ac变化，并逐渐趋向于c点。
当温度降到共晶温度时，α相和剩余液相的成分将分别到达c点和e点。
这时，成分为e点的液相发生前述的共晶转变，直到剩余液相全部转变为共晶组织为止。
这时，亚共晶合金的组织是由先共晶α相和共晶体（α+β）所组成。
在共晶温度以下继续冷却的过程中，将分别从α和β相中析出βⅡ和αⅡ。
二元合金显微组织分析-PPT精选
铸态 铸态 铸态 铸态 铸态 铸态
显微 组织 α 枝晶
α （α +β）共晶 α+(α +β）共晶+ βⅡ β+(α +β）共晶+ α Ⅱ
α +β （α +β）共晶 α+（α +β）共晶 β+（α +β）共晶 （α+Si）共晶 α+（α+Si）共晶
浸蚀剂
氯化铁盐酸水溶液
氯化铁盐酸水溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液 4%硝酸酒精溶液
2
3
4
5
Cu-Ni
6
7
Cu-Ni 8
Pb-Sn 9
Pb-Sn 10
Pb-Sn 11
Pb-Sn
Pb-Sb
Pb-Sb
Pb-Sb Al-Si未变质 Al-Si 变质
6. Pb—Sn离异共晶——α +β
7. Pb—Sb共晶——（α +β）共晶
8. Pb—Sb亚共晶——α+（α +β）共晶+ βⅡ
9. Pb—Sb过共晶 β +（α +β）共晶+α Ⅱ
10. Al—11.7%Si合金铸态——（α+Si）共晶
ZL102
变质处理 α枝晶+ （α+Si）共晶
1
二元合金显微组织分析
一、实验目的： 1. 掌握根据相图分析合金凝固组织的方法； 2. 熟悉典型共晶系合金的显微组织特征； 3. 了解初晶及共晶形态。
二、实验内容概述： 1. 具有共晶反应的二元合金及其组织形态 Al-Si 针状、Cu-O 球状、Zn-Mg 螺旋状、Pb-Zn
片层状、Pb-Zn 树枝状 2. 匀晶、亚共晶、过共晶的组织形态。
典型二元及三元合金显微组织分析
先析出相β以树枝晶的形式析出 共晶组织有黑色的点状、颗粒状的α相密集地分布在β相基体上
二元合金
80%Sn+20%Sb α相呈现黑色，β相为白色
三元合金
58%Bi+16%Pb+26%Sn 二元共晶+三元共晶
三元合金
65%Bi+10%Pb+25%Sn
Bi+二元共晶+三元共晶
三元合金
三元共晶
典型二元及三元合金显微典型二元及三元合金显微组织分析组织分析金属材料实验室金属材料实验室一实验目的一实验目的学会运用二元合金相图和三元合金相图分学会运用二元合金相图和三元合金相图分析合金的结晶过程析合金的结晶过程初步掌握二元共晶相图中的典型组织及特初步掌握二元共晶相图中的典型组织及特征并了解非平衡状态下的组织及特征征并了解非平衡状态下的组织及特征掌握掌握pbpbsnsnbibi三元合金系的几种典型组织三元合金系的几种典型组织熟悉初生相两相共晶及三相共晶的组织熟悉初生相两相共晶及三相共晶的组织特征特征二元合金亚共晶组织二元合金亚共晶组织30sn的pbsn合金的亚共晶组织先析出相以树枝晶的形式析出共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上二元合金共晶组织二元合金共晶组织619sn的pbsn合金的共晶组织共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上二元合金过共晶组织二元合金过共晶组织先析出相以树枝晶的形式析出共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上80sn的pbsn合金的共晶组织二元合金二元合金80sn20sb相呈现黑色相为白色三元合金三元合金58bi16pb26sn二元共晶三元共晶三元合金三元合金65bi10pb25snbi二元共晶三元共晶三元合金三元合金三元共晶典型二元及三元合金源自微 组织分析金属材料实验室
第五章 二元合金组织的观察
第五章 二元合金组织的观察一、概述合金的种类不同，合金状态图的形式也不同，有的则十分复杂，但任何复杂的二元合金状态图，都是由一些简单的基体状态图组合起来的。
这些基本类型有匀晶状态图，共晶状态图和包晶状态图等。
熟悉掌握这些相图，是分析合金的结晶过程，组织转变规律及组织特制的必要知识。
1、二元匀晶相图及合金的结晶过程和组织特征这类状态图的特点是合金的二组元在液态与固态下均能完全互溶，Cu －Ni 合金就是其中的一种，如图1所示。
具有这种类型状态图的合金，结晶过程及所获得组织都具有独特的特征，现以合金钢为例，简要叙述如下：改合金加热至液态后自高温缓慢冷却至t 1温度时，开始从液相中结晶处α1固溶体，此时与其平衡存在得液态是L 1，由图可见，α1要比原液相含有较多的Ni 组元。
继续冷却到t 2温度时，合金的相平衡关系则变为：222t L α−−→←−−为了达到这种新的平衡，在t 1温度结晶出的α1相，必须改变为与α2相同的成分，液相成分也必将由L 1向 L 2变化。
在温度不断下降过程中，固相的成分将不断的沿固相线变化，液相的成分也不断的沿液相线变化。
同时固相的量不断增多，而液相量逐渐减少。
在一定温度下两相的相对量可用杠杆定律求出。
当冷却到t 3温度时，结晶全部完了，得到了与原合金成分相同的α固溶体。
在显微镜下观察，固溶体的组织特征与纯金属相似，为多边形晶粒所组成。
但在实际生产中，由于冷却速度比较快，因此，合金不可能完全按照平衡条件进行结晶。
2、二元共晶状态图及合金的结晶过程与组织特征二元合金具有共晶转变特征的状态图叫做共晶状态图，在这种合金系中，二组元在液态下无限互溶，而在固态下可有限互溶。
下面以Pb －Sn 合金（参看图2）为例分析其共晶、亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成组织形态的特征。
1）含Sn 小于19％的合金由图2可见，含10％Sn 的合金，缓慢冷却到液相线时，从液体中开始结晶出α固溶体。
二元合金显微组织分析
0.5%HF水溶液 0.5%HF水溶液
T
500
400
L
A 327.5
300
200 M
19
100
+Ⅱ
0 0 F 10 20 Pb
L+
183
E
61.9
（
231.9 B
L+ N
97.5
+
+（+）+Ⅱ
） +（+）+ Ⅱ
+ Ⅱ
G
30 40 50 60 70 80 90 100
富Ni
富Cu
2. Cu—20%Ni合金扩散退火态——α晶粒
3. Pb—Sn共晶——（α +β）共晶（片状）
4. Pb—Sn亚共晶——α+（α +Sn过共晶——β+（α +β）共晶+ α Ⅱ
6. Pb—Sn离异共晶——α +β
7. Pb—Sb共晶——（α +β）共晶
实验用二元合金的成分和组织
序号 合金系 1 Cu-Ni 2 Cu-Ni 3 Pb-Sn 4 Pb-Sn 5 Pb-Sn
类别 匀晶 匀晶 共晶 亚共晶 过共晶
处理状态 铸态
扩散退火 铸态 铸态 铸态
6 Pb-Sn 离异共晶 7 Pb-Sb 共晶 8 Pb-Sb 亚共晶 9 Pb-Sb 过共晶 10 Al-Si 未变质 11 Al-Si 变质处理
WSn(%)
Sn
标明组织组成物的Pb-Sn合金相图
T700
600
L
630.74
500
L+
二元合金组织分析
Fe-C共晶组织(4.3%C, 100X) 组织分析：莱氏体组织 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶
金相显微分析技术
材料实验中心
Ａl-Cu合金
Al-4.5%Cu合金组织 组织分析：次晶CuAl2(θ)分布于α晶界 和晶内 浸 蚀 剂：0.5% HF水溶液 放大倍数：450X
金相显微分析技术
材料实验中心
Ｚn-Mg合金
金相照片
Sb-16%Fe合金包晶组织（４５０Ｘ） 组织分析：由于包晶反应不能完全进行，灰色为先析出 相ε，包围着其周围白色为包晶反应产物FeSb2化合物， Sb-Fe相图 黑色为共晶中的Sb相（浸蚀剂：FeCl3盐酸水溶液）
金相显微分析技术
材料实验中心
金相照片
左图 Al-Si合金相图
右上 Al-12%Si合金 组织 组织分析：块状初 晶+针状共晶 浸蚀剂：未浸蚀 放大倍数：100X
右下 Al-12%Si合金 变质处理组织 组织分析：树枝状 初晶+共晶 浸蚀剂：混合酸 放大倍数：100X
金相显微分析技术
材料实验中心
铁碳相图
金相显微分析技术
材料实验中心
铁碳组织
共析组织(0.77%C,450X) 组织分析：片层状铁素体（F）+ 渗碳体（Fe3C）A→F+ Fe3C 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
二元合金组织分析
金相实验室: 师 琳
合金中基本组织特征
根据二元相图及凝固条件，二元合金可构成 不同组织，其形态组成本性、冷却速度、组成相 相量不同可有多种形貌，现分别介绍如下。
单相固溶体
由于先后从溶体中析出固相成分不同，冷却快时，来不及 扩散均匀，凝固结束，晶粒内各部分存在浓度梯度，故各处腐 蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征，如图7-2a所 示单相固溶体组织存在晶内偏析、呈树枝状。图7-2a所示为热 力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一 样的多边形晶粒，如图7-2b所示单相固溶体平衡组织。
金相实验报告——二元共晶系合金的组织观察与分析
西安交通大学实验报告课 程：金相技术与材料组织显示分析 实验 日期：年 月 日专业班级： 组别 交报告日期： 年 月 日姓 名： 学号 报 告 退 发： （订正、重做）同 组 者： 教师审批签字：实验名称：二元共晶系合金的组织观察分析实验目的：1. 熟悉共晶系合金的显微组织特征；2. 掌握用相图分析合金结晶组织的方法。
实验原理概述：相图是分析显微组织的最基本的依据。
以下是Pb-Sn 合金的相图：1. 固溶体位于相图的两端，这类合金在结晶终了将得到单相固溶体，a 固溶体和β固溶体，将其冷到固溶度线以下将析出二次β或二次a ，通常呈粒状或小条状分布于晶界与晶内。
2.共晶线上的合金成分处于共晶线上的合金，在温度讲到共晶温度时，都要发生共晶反应，组织中有共晶组织特征。
按成分分为亚共晶合金、共晶合金和过共晶合金。
3.枝晶偏析与离异共晶、伪共晶当二元合金不平衡洁净时，固相成分分散不均匀，固相成分偏离平衡相图上固相线的位置，结晶后的组织成分不均匀，先结晶的枝杆，含高熔点组元多，后结晶的枝间含低熔点的组元多，即所谓的枝晶偏析现象。
结合相图，分析所画组织的结晶过程：1.亚共晶结晶过程：其室温下显微组织都是α+βⅡ组成，只是两相的相对量不同。
从液相冷却至液相线首先从L相中析出α相，在继续冷却到共晶线时发生共晶反应析出β相成为两相固溶体。
2.共晶结晶过程：当液相成分为共晶成分时，液态冷却到共晶线时才开始析出，并同时析出α和β相，其析出成分比例也为共晶比例。
3.过共晶结晶过程：其过程和亚共晶结晶过程相似，不同的是当液相冷却至液相线时先析出β相，再到共晶线发生共晶反应是才析出α相。
用杠杆定律计算所画共晶合金中两相的相对量：因Sn的质量分数为61.9%，则由杠杆定律：α相的含量wtα=X100%=38.1%；β相的含量wtβ=X100%=61.9%。
Pb-Sn二元相图测定及其组织分析
实验10 二组分合金相图班级：材料（硕）01 组长：丁斌组员：陈越凡门明达王光王晓宇魏瑛康何林温雅欣杨多雪杨俊杰实验日期：2013年5月221.1实验目的1.2①掌握用热分析法测定材料的临界点的方法；②学习根据临界点建立二元合金相图；③自制二元合金金相样品，并分析组织。
热分析法（冷却曲线法）热分析法（冷却曲线法）是绘制凝聚体系相图时常用的方法。
它是利用金属及合金在加热或冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，使得温度－时间关系图上出现平台或拐点，从而得到金属或合金的相转变温度。
由热分析法制相图，先做冷却曲线，然后根据冷却曲线作图。
通常的做法是先将金属或合金全部熔化。
然后让其在一定的环境中自行冷却，通过记录仪记录下温度随时间变化的曲线（步冷曲线）。
以合金样品为例，当熔融的体系均匀冷却时（1所示），如果系统不发生相变，则系统温度随时间变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab线段）；若冷却过程中发生了相变，由于在相变过程中伴随着放热效应，所以系统的温度随时间变化的速率发生改变，系统冷却速率减慢，冷却曲线上出现转折（如图中b点）。
当熔液继续冷却到某一点时（如图中c点），此时熔液系统以低共熔混合物的固体析出。
在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线出现水平线段（如图中cd线段）；当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图中de线段）。
由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可根据它的冷却曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。
根据一系列组成不同系统的步冷曲线的各转折点，即可画出二组分系统的相图（温度－组成图）。
不同组成熔液的冷却曲线对应的相图2所示。
测定一系列不同Pb-Sn合金成分下的由液体缓慢冷却至完全凝固的数据，作冷却曲线，找出转折点或者平台，即对应转变开始或者完成所对应的温度，由此，综合这一系列的温度和其所对应的成分即可作出平衡态下的相图。
图1 图2实验结果：金相组织分析：何林温雅欣杨多雪杨俊杰组：成分组织相理论相对量相实际相对量90%Pb-10%Sn α+βⅡα90% 87.1% β10% 12.9%最终为ɑ固溶体，其冷却到固溶度线以下，将析出二次β，通常呈粒状或小条状分布于晶界与晶内。
二元合金组织观察与分析
材料名称：30Sb-70Pb 处理过程：铸态 慢冷 金相组织：β +(α +β )共晶
Sn-Sb室温组织（12wt.%;20wt.%）
材料名称：12Sb-88Sn 处理过程：铸态 金相组织： (β -Sn )+β ′Ⅱ+β ′Ⅰ(少量) + (β -Sn)
Ⅱ(少
ห้องสมุดไป่ตู้
材料名称：20Sb-80Sn 处理过程：铸态 金相组织： (β -Sn)+ β ′＋ β ′ +β -Sn
3.二元合金显微组织分析
匀晶相图（Ni－Cu合金） 共晶相图（Pb－Sb合金） 包晶相图（ Sn － Sb合金）
Cu-30%Ni的室温组织 （匀晶转变）
材料名称：30Ni-70Cu 处理过程：铸态 金相组织：树枝状偏析的单相固溶体
树枝晶
形成机理：由于凝固时选择结晶，晶体 前沿液体中出现成分过冷，形成负的温 度梯度，再加上冷速较快，溶质原子来 不及充分扩散。 对性能的影响：对铸造高温合金有益， 能够提高高温强度；对一般的塑性变形 合金锻压时，会增加形变阻力。 消除方法：可用扩散退火的方法减小或 消除，使溶质原子充分扩散。
(少量)
实验报告要求： 1.描绘匀晶（Ni-Cu）、共晶(Pb-Sb)、包晶 (Sn-Sb)样品的显微组织，在图下注明材料名 称、处理状态、浸蚀剂、放大倍数和组织名 称，并用箭头把组织名称标在组织图上。 2.根据相图分析各种组织的形成过程。
处理过程：15mm金属模(室温)加A2O3700℃浇注随模冷却 注：加入有效形核剂，非均匀形核增加，有利于中心等轴晶 的形成，并使晶粒细化。
处理过程：15mm金属模(室温)700℃浇注 模底水冷 注：定向散热有利于柱状晶的形成
实4铅锡二元合金铸态显微组织分析-精
铅锡二元亚共晶
3、过共晶合金
凡成分位于共晶点e以右，d点以左的合金 （称为过共晶合金）
（3-3）铅锡二元过共晶（100倍）
（3-4）铅锡二元过共晶（25倍）
4、离异共晶
靠近相图上的c点和d点成分的合金，由于初生 相较多，发生共晶转变时，液相的量已所剩不 多，且呈壳状分布在初生相的周围。此时，共 晶转变过程中的某一个相不再形核，而是在初 生相上成长；同时析出的另一个相被排挤到晶 界上，使得失去了共晶组织的形态特征，这种 现象称为离异共晶。
铅锡二元离异共晶（100倍）
三、实验材料和设备
金相显微镜； Pb-Sn合金的典型样品。
d (1 c) 100% 54.6%
继续冷却时，将从α和β中分别析出βⅡ和αⅡ。 由于从共晶体中析出的次生相常与共晶体中的 同类相混在一起，很难分辨，这样，在结晶过 程全部结束时合金获得非常细密的两相机械混 合物。
铅锡二元共晶
2、亚共晶合金
凡成分位于共晶点e以左，c点以右的合金叫亚 共晶合金。
实验四 铅-锡二元合金的配制及铸 态组织的显微分析
孙瑞雪
一、实验目的
运用二元共晶型相图，分析相图中 典型组织的形成及特征。
二、实验原理
二组元在液态下互溶，而在固态下有限互溶，且 具有共晶转变特征的相图叫二元共晶相图。 本次实验，以Pb—Sn系合金相图为例分析共晶、 亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结 晶后所形成组织的特征。
1、共晶合金
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
含Sn 61.9%的合金为共晶合金。
当从液态缓慢冷却时，在温度TE发生共晶转变，既 LE→αM+βN。这一过程在TE温度下一直到液相完全消失为止。 所得到的共晶组织由和αM 和βN两个固溶体组成。
二元系合金的显微组织分析实验指导书
二元系合金的显微组织分析实验指导书一、实验目的1）掌握根据相图分析合金凝固组织的方法。
2）熟悉典型共晶系合金的显微组织特征。
3）了解初晶及共晶形态。
4）分析二元合金的不平衡凝固组织，掌握其组织特征及某与平衡组织的差别二、原理概述研究合金的显微组织时，常根据该合金系的相图，分析其凝固过程，从而得知合金缓慢冷却后应具有的显微组织。
显微组织是指各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。
特征不同，即使组成物的本质相同，合金的性能也不一样。
具有共晶反应的二元合金系有：Pb-Sb、Pb-Sn、Al-Si、Al-Cu、Cu-O、Zn-Mg等。
根据合金在相图中的位置，可分为端部固溶体、共晶、亚共晶和过共晶合金来研究其显微组织特征。
1、端部固溶体合金端部固溶体合金位于相图两端。
如Pb-Sn相图中含锡的质量分数小于19％的合金，见图3-1；Pb-Sb相图中含锑的质量分数小于3.5％的合金，见图3-2。
这类合金慢冷凝固终了得到单相固溶体α，继续冷却到固溶度曲线以下，将析出二次相βⅡ，一般合金中的二次相常呈粒状或小条状分布在α固溶体的晶界和晶内。
图3-3为含锡10％的Pb-Sn合金的显微组织，其中暗色的基体为铅基固溶体α，亮色颗粒为二次相β，记为βⅡ，β是以锡为基体的固溶体。
图3-1 Pb-Sn相图图3-2Pb-Sb相图图3-3 Pb-10%Sn合金的显微组织2、共晶合金位于二元相图中共晶点成分的合金液体L E 冷至共晶温度t E 时，发生共晶反应，b a t E EL βα+→凝固终了得共晶体组织。
共晶体是由两种一定成分的固相（b a βα+）组成，两相的本质和成分可由相图上得知。
如Pb-Sn 合金的共晶体中两个相的本质分别为以铅和锡为基的固溶体α和β，在共晶温度时，α和β中锡的质量分数分别为19％和97.5％（见图3-1）。
而在Pb-Sb 合金中，由于铅在锑中的固溶度很小，β相的成分接近纯锑，故其共晶体由α＋Sb 所组成。
二元合金平衡(非平衡)显微组织分析
Cu--Ni匀晶相图
平衡组织（退火）
非平衡组织（枝晶偏析）
二、伪共晶组织
（Al－Si合金）共晶点处伪共晶组织
三、包晶反应不完全（Cu－Sn合金）
Cu－Sn包晶反应不完全
实验任务
1.绘制Ni—Cu二元匀晶相图中平衡结晶与非平衡结晶显微组织示意图、 并标出组织组成物；（2个） 2.绘制Pb—Sn二元共晶相图中平衡结晶的共晶，亚共晶，过共晶显微 组织示意图，并标出组织组成物；（3个） 3.绘制Al－Cu合金端部固溶体的显微组织示意图，并标出组织组成物； （1个） 4.绘制Al—Si二元共晶相图中平衡结晶的共晶，亚共晶，过共晶以及 具有共晶成份在非平衡结晶下合金的显微组织形貌，并标出组织组成 物； （4个） 5.绘制Cu—Sn包晶反应不完全显微组织、并标出组织组成物。 完成实验报告
二元合金平衡及非平衡显微 组织分析
实验目的 掌握二元相图基本类型及各组成部分的特点； 学会用相图分析不同成分合金的凝固过程并 掌握其室温组织的实际形貌特征； 了解其它常见合金室温共晶体形貌特征。
实验内容
二元合金平衡组织分析
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二元合金非平衡显微组织分析
一、端部固溶体（非平衡组织）
离异共晶（Al－Cu合金） 枝晶偏析（Cu－Ni合金）
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亚共晶过共晶共晶（衡）共晶（非平衡）Cu－Ni平衡组织
Cu－Ni非平衡组织
亚共晶
共晶
过共晶
Cu－Sn包晶反应不完全
实验四 二元合金组织观察
实验四二元合金组织观察目的1．加深对二元合金相图的认识，学习利用相图分析合金的铸态组织；2．学习显微组织示意图的绘制方法。
一、相图及相关的组织转变铸造组织就是从液态冷却凝固后未进行其它有改变组织的处理，如冷态压力加工、热处理等，所以其组织可以直接用相图的凝固冷却过程的组织变化来分析。
1．固溶体的凝固时，析出的固相成分和原液体有一定的差别。
金属的结晶生长通常都是以树枝晶方式，未达到平衡时便有晶内偏析，成树枝状分布。
2．共晶转变是液体可以在恒温下，同时析出两固相，其产物为两相交替分布的共晶体。
由于构成共晶体的两相自身的性能差别，形成的共晶体的形貌也各不相同。
常见的有层片、棒状、纤维、球状、针状、骨骼状、螺旋状等。
3．具有共晶转变的非共晶成分的合金，在平衡冷却时，共晶转变前有先共晶的初生相析出，它们在液体中自由生长，到达共晶温度剩余液体发生共晶转变，生成的共晶体填充剩余空间，所以初生相保留生长的形状。
一般金属性强的往往一树枝状生长，形貌为排列有一定规律的卵圆形；呈非金属强的初生相生长成多面体，观察形貌为多边形。
4．具有包晶转变时，剩余的初生固相通常在生成相的晶粒内部，由于包晶反应的消耗，初生相为残缺不全。
二、实验内容观察几种典型合金的铸造组织形貌，①．Cu－Sn6%合金较快冷却凝固组织，认识枝晶偏析组织。
②．Pb－Sb12.6％共晶组织，由于锑几乎接近非金属，对铅的溶解度较小，呈现亮色针状，黑底为铅为基的固溶体。
③．Pb－Sb5％合金有暗色树枝状的铅为基的固溶体初晶析出。
④．Pb－Sb75％合金有亮色块状的锑为基的固溶体初晶析出。
⑤．Cu－Zn36％合金，常称两相黄铜，具有包晶转变。
组织中暗色的为残余α相，亮色的是包晶转变生产的β相。
⑥．Cu－Sb70%合金也是具有初生行析出后发生共晶转变，其初生相为化合物η相(Cu2Sb),组织中初生相为粗片，片间有层片状的共晶体。
三、实验报告要求画出前五个组织示意图，每一个注明组织特征，简述形成组织的原因(或过程)。
材料科学基础-实验指导-实验05 二元合金显微组织分析
实验五二元合金显微组织分析一、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。
2. 学会根据已知相图及显微组织观察分析各种组织的形成过程。
3. 建立二元合金中成分、组织和性能之间变化的规律。
二、实验内容说明由于纯金属性能的局限，特别是在强度方面远不能满足工业的要求，故生产中使用的金属材料几乎都是合金。
实用合金有二元合金，也有多元合金。
而不少多元合金可粗略地作为二元合金来分析。
所以就金属材料的研究而言，二元合金是最基本的合金体系。
二元合金的主要分析方法，一是借助于合金相图以分析相的组成；二是借助于显微观察以分析显微组织的形状。
二元相图的种类很多，不同种类的二元合金经不同处理后的显微组织观察也有很丰富的内容。
本实验选配了几种典型成分的合金，经不同处理，供大家观察其组织，从而进一步熟悉不同的二元相图及二元系合金中成分、组织及性能之间的关系，同时了解平衡组织与实际铸造生产时所得到的非平衡组织之间的差异和联系。
铁碳相图是比较复杂的二元相图，它是由四种基本形式的相图——匀晶相图、包晶相图、共晶相图和共析相图所构成。
铁碳合金在工业生产中有着广泛的应用，铁碳合金的研究对生产实验有着重要的指导意义。
本实验准备了各种典型成分的碳钢退火态试样和铸态白口铸铁试样，供大家观察其平衡组织（铁碳合金不平衡组织的观察作为另一项实验的内容），以进一步了解钢（铁）的碳分、组织和性能三者之间的关系。
本实验所用试样如下：1. 铁碳合金试样：(1) 纯铁退火态4%硝酸酒精腐蚀；(2) 20钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(3) 45钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(4) 60钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(5) T8钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(6) T12钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(7) T12钢退火态苦味酸钠腐蚀；(8) T12钢球化退火4%硝酸酒精腐蚀；(9) 亚共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(10) 共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(11) 过共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；2. 其它二元合金试样：(1) 纯铜退火态；(2) 含氧工业纯铜铸态；(3) 30Ni-70Cu 铸态；(4) 30Ni-70Cu铸造后900℃退火；(5) 纯Ni 退火态；(6) 12Sb-88Sn 铸态；(7) 20Sb-80Sn 铸态；(8) 8Sb-92Sn 铸态；(9) 13Sb-87Pb 铸态慢冷；(10) 13Sb-87Pb 铸态快冷；(11) 30Sb-70Pb 铸态快冷；Cu-Ni，Sn-Sb，Pb-Sb相图见附图。
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2．简要说明二元合金显微组织的特征及分析方法。
金相显微分析技术
材料实验中心
右下 Al-12%Si合金 变质处理组织 组织分析：树枝状 初晶+共晶 浸蚀剂：混合酸 放大倍数：100X
金相显微分析技术
材料实验中心
铁碳相图
金相显微分析技术
材料实验中心
铁碳组织
共析组织(0.77%C,450X) 组织分析：片层状铁素体（F）+ 渗碳体（Fe3C）A→F+ Fe3C 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
Fe-C共晶组织(4.3%C, 100X) 组织分析：莱氏体组织 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶
金相显微分析技术
材料实验中心
Ａl-Cu合金
Al-4.5%Cu合金组织 组织分析：次晶CuAl2(θ)分布于α晶界 和晶内 浸 蚀 剂：0.5% HF水溶液 放大倍数：450X
金相显微分析技术
材料实验中心
Ｚn-Mg合金
金相显微分析技术
Cu --20%Ni的合金均匀化退火组织 组织分析：呈枝晶偏析的Cu --20%Ni合 金轻均匀化退火组织为多形晶粒 腐蚀剂：CuCl2氨水溶液 放大倍数：100x
材料实验中心
单相固溶体
金相显微分析技术
Cu-O合金相图
材料实验中心
单相固溶体
金相显微分析技术
Cu-O合金系过共晶组织 组织分析：树枝状初晶+点状组织 浸蚀剂：未浸蚀 放大倍数：200X
金相显微分析技术
Zn-3%Mg合金共晶组织 组织分析：共晶螺旋状 浸 蚀 剂：化学抛光 放大倍数：400X
材料实验中心
几种典型的共晶组织形貌
金相显微分析技术
材料实验中心
实
验
一、实验目的 根据凝固理论，利用二元相图，在金相显微镜下，识别二 元合金组织特征，进行组织分析。 二、实验步骤 学完二元系相图后，进行本实验，由实验室提供一组试样 ，同学们利用二元相图，分析各合金组织，差别和种组织形态特 征，弄清二元合金组织分析方法。 三、实验报告内容 1．在实验观察后记录下表。
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单相固溶体
固溶体结晶时如(Cu-Ni系，见下图)，
由于先后从溶体中析出固相成分不同，冷却快时，来不及 扩散均匀，凝固结束，晶粒内各部分存在浓度梯度，故各处腐 蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征。
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单相固溶体
Cu --20%Ni的铜合金铸态组织 组织分析：此合金本是章相固溶体，由 于非平衡结晶，呈现出树枝状晶体（枝 晶偏析） 腐蚀剂：CuCl2氨水溶液 放大倍数：100x
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次晶、共析和包晶组织
次晶
由于固溶度变化，固态下析出较细小的组织，常分布在布晶界 和晶内。
二元共析组织特征
共析转变产物组织一般是两相大致平行，互相交替的片层所组 成的领域，也有呈球状的，比共晶更为细小。
包晶
初晶相和周围熔液在恒温下反应，形成新相，反应在固相一液 相界面上发生，在正常凝固条件下，这种反应常常不完全，组 织中出现包晶反应生成物包围着先析出相，如Fe-Sb相图中含 16%Fe的合金。
二元合金组织分析
金相实验室: 师 琳
合金中基本组织特征
根据二元相图及凝固条件，二元合金可构成 不同组织，其形态组成本性、冷却速度、组成相 相量不同可有多种形貌，现分别介绍如下。
ห้องสมุดไป่ตู้
单相固溶体
由于先后从溶体中析出固相成分不同，冷却快时，来不及 扩散均匀，凝固结束，晶粒内各部分存在浓度梯度，故各处腐 蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征，如图7-2a所 示单相固溶体组织存在晶内偏析、呈树枝状。图7-2a所示为热 力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一 样的多边形晶粒，如图7-2b所示单相固溶体平衡组织。
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二元合金中初晶与共晶特征
初晶：在凝固过程中，初晶首先从液相中析出，其形态很 大程度上由液-固界面性质而定，若初晶是固溶体或纯金属， 一般呈树枝状，金相磨面上呈椭圆形或不规则形状。初晶为亚 金属、非金属或中间相，一般具有较规则外形(多边形、三角 形、正方形、针状、棱形等)。 共晶：二元共晶内两相组成，由组成相本质凝固时冷却速 度，组成相相对量不同，可构造成多种形态，按组织形态分类 有层片状、球状、点状、针状、螺旋状、树枝状、花朵状等。 共晶一般是两相共存，比初晶细。具有典型组织特征的金相图 片及相应合金相图如下。 隐蔽共晶：初晶析出后，剩余液相量极少，则共晶中一相 常附着初生相上，而不显现晶特征，只见一相孤独地分布在另 一相上或晶间，称为隐蔽共晶(或离异共晶)。
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非平衡共晶
固溶体区的合金，由于冷却较快出现共晶如Al-Cu系含 4.5%Cu的合金，在平衡状态下应为单相固溶体加次晶，由于 冷却快，在晶界处出现了非平衡共晶。 不完全包晶、非平衡组织，晶内偏析都属于非常平衡组 织，经扩散退火，可促使组织趋向平衡状态。
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金相照片
Sb-16%Fe合金包晶组织（４５０Ｘ） 组织分析：由于包晶反应不能完全进行，灰色为先析出 相ε，包围着其周围白色为包晶反应产物FeSb2化合物， Sb-Fe相图 黑色为共晶中的Sb相（浸蚀剂：FeCl3盐酸水溶液）
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金相照片
左图 Al-Si合金相图
右上 Al-12%Si合金 组织 组织分析：块状初 晶+针状共晶 浸蚀剂：未浸蚀 放大倍数：100X