金相组织分析
组织金相显微组织分析
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表示。
或次生固溶体，以βⅡ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。
常见金相组织图片分析
• 铸铁（灰铸铁）
P基体+G片
P+F基体+G片
F基体 +G片
• 铸铁（灰铸铁中的磷共晶）
大型铸件： G片+P+磷共晶（花斑状）
多量磷共晶 G片+P+磷共晶（网状）
• 碳钢的平衡组织（亚共析钢）
20钢
45钢 （F+P）
65钢
• 碳钢的平衡组织（共析钢）
T8钢（P）
• 碳钢的平衡组织（过共析钢）
T12钢（P+Fe3C)
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• 结构钢的组织（F）
铁素体
• 结构钢的组织（P）
粗片状珠光体
粒状珠光体
• 结构钢的组织（S）
素 氏 体
• 结构钢的组织（低碳M）
板条（低碳）M
• 结构钢的组织（高碳M）
M精细结构
针状（高碳）M
• 结构钢的组织（45钢M）
• 结构钢的组织（B下）
• 结构钢的组织（魏氏组织）
亚共析钢 魏氏组织 （白色针状为F ，黑色为P）
• 结构钢的组织（带状组织彩）
深色（黑）为珠光体， 浅色（黄）为铁素体
• 结构钢的组织
• 结构钢的组织（纤维组织 . 彩）
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• 结构钢的组织（纤维组织）
• 结构钢的组织(退火与正火组织）
• 结构钢的组织(回火索氏体）
• 结构钢的组织（夹杂物）
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• 工具钢（球化）
• 工具钢（石墨碳）
•工具钢（石墨碳2）
•工具钢（网状碳化物）
为什么要用金相显微镜做实验分析金相内部组织
为什么要用金相显微镜做实验分析金相内部组织《蔡康光学精髓》金相组织用金相显微镜方法观察到的金属及合金的内部组织.可以分为:1.宏观组织.2.显微组织.金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。
不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。
所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。
所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。
金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。
1.奥氏体－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。
晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。
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－碳与铁形成的一种化合物。
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。
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。
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－铁碳合金中国析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。
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。
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。
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。
在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。
5. 上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。
金相组织分析(碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察)
实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。
在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。
时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。
转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25～35屈氏体(T)550～600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
焊接接头金相组织分析
焊接接头金相组织分析实验目的▪观察与分析焊缝的各种典型结晶形态；▪掌握低碳钢焊接接头各区域的组织变化。
二、实验装置及实验材料▪粗细金相砂纸1套▪平板玻璃1块▪不同焊缝结晶形态的典型试片若干▪低碳钢焊接接头试片1块▪正置式金相显微镜1台▪抛光机1台▪工业电视(或幻灯机)1台▪吹风机1个▪4%硝酸酒精溶液无水醇脱脂棉若干▪典型金相照片(或幻灯照片)一套三、实验原理焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。
组织的不同，导致机械性能的变化。
对焊接接头进行金相组织分析，是对接头机械性能鉴定的不可缺少的环节。
焊接接头的金相分析包括宏观和显微分析两个方面。
宏观分析的主要内容为：观察与分析焊缝成型，焊缝金属结晶方向和宏观缺陷等。
显微分析是借助于放大100倍以上的光学金相显微镜或电子显微镜进行观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。
焊接接头由焊缝金属和焊接热影响区金属组成。
焊缝金属的结晶形态与焊接热影响区的组织变化，不仅与焊接热循环有关，也和所用的焊接材料和被焊材料有密切关系。
▪焊缝凝固时的结晶形态∙焊缝的交互结晶熔化焊是通过加热使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。
联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征，图1为母材和焊缝金属交互结晶示意图。
由图可见，焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。
这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。
当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止，这就是所谓选择长大，并形成焊缝中的柱状晶。
∙焊缝的结晶形态根据浓度过冷的结晶理论，合金的结晶形态与溶质的浓度C0、结晶速度(或晶粒长大速度)R和温度梯度G有关。
图1-16为C0、R和G对结晶形态的影响。
由图可见，当结晶速度R和温度梯度G不变时，随着金属中溶质浓度的提高，浓度过冷增加，从而使金属的结晶形态由平面晶变为胞状晶，胞状树枝晶，树枝状晶及等轴晶。
原材料金相组织
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金相分析实验报告
一、实验目的1. 了解金相显微镜的构造、原理及使用规则；2. 掌握金相显微试样制备的基本操作方法；3. 通过观察金属材料的金相组织，分析其成分与组织之间的关系；4. 培养实验操作能力和分析问题能力。
二、实验原理金相分析是利用金相显微镜对金属材料进行微观组织观察和分析的一种方法。
通过观察金属材料的金相组织，可以了解其内部结构、成分分布、相变过程等，从而为金属材料的性能评价、生产工艺改进、质量控制等提供依据。
金相显微镜主要由光源、物镜、目镜、载物台、调焦装置等组成。
实验中，通过调节物镜和目镜的放大倍数，以及调整载物台的高度，实现对金属材料的微观组织进行观察。
三、实验仪器与材料1. 仪器：金相显微镜、抛光机、砂轮机、金相试样、金相砂纸、脱脂棉、3~5硝酸酒精溶液等；2. 材料：不锈钢、碳钢、铝合金等金属材料。
四、实验步骤1. 金相试样制备（1）取样：从待分析的金属材料上截取适量的试样，确保试样表面平整、无划痕；（2）粗磨：将试样放入砂轮机中，用粗砂纸进行粗磨，直至试样表面基本平整；（3）细磨：用细砂纸对试样进行细磨，直至试样表面无明显划痕；（4）抛光：将试样放入抛光机中，用抛光布和脱脂棉进行抛光，直至试样表面光滑；（5）浸蚀：将试样放入3~5硝酸酒精溶液中，根据试样材料选择合适的浸蚀时间。
2. 金相显微镜观察（1）将制备好的试样放置在金相显微镜的载物台上；（2）调节物镜和目镜的放大倍数，找到合适的观察倍数；（3）观察试样的金相组织，记录观察结果。
五、实验结果与分析1. 不锈钢试样通过观察不锈钢试样的金相组织，可以发现其主要由铁素体和奥氏体组成。
铁素体呈针状分布，奥氏体呈块状分布。
这表明不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。
2. 碳钢试样观察碳钢试样的金相组织，可以发现其主要由珠光体和铁素体组成。
珠光体呈层状分布，铁素体呈针状分布。
这表明碳钢具有良好的强度和硬度。
3. 铝合金试样观察铝合金试样的金相组织，可以发现其主要由α相和β相组成。
钛合金材料的金相组织分析与工艺优化
钛合金材料的金相组织分析与工艺优化近年来，随着航空、航天、汽车等领域的快速发展，钛合金材料作为一种质轻、高强度、高温抗氧化及耐腐蚀的材料，已经逐渐成为了新材料的热门之一。
随着市场需要的增长，工业生产中对钛合金材料的需求也在不断扩大。
而对于这种新型材料的生产工艺方面，金相组织分析和工艺优化是非常关键的环节。
一、钛合金材料的金相组织分析钛合金是由二元合金组成，其主要成分是钛和其他合金元素（如铝、钒、铁、锆、镁等）。
因此，钛合金材料的金相组织分析就显得尤为重要。
通过对钛合金材料的热处理、切割与抛光后进行观察，可以发现其晶粒较小，且不同的钛合金材料的晶粒大小、晶粒的分布状态也不尽相同。
这些晶粒的大小、形态以及晶格缺陷对钛合金材料的力学性质、冲击韧性等方面都具有重要影响。
由此可见，对于钛合金材料的金相组织分析，需要对其各项物理性能的因素进行全面考虑。
在研究钛合金材料的金相组织分析过程中，可以通过显微镜等多种测试手段对材料的晶粒结构、变形程度、滞留奥氏体、凝固组织、相含量及相形态等进行测试。
二、钛合金材料的工艺优化在生产过程中，钛合金材料的工艺优化为实现科学化的生产流程、提高生产效率、降低生产成本和保障产品质量提供了必要的保障。
因此，钛合金材料的工艺优化也是制造这种新型材料的关键之一。
1. 材料预热技术钛合金材料在进行加热处理时，需要经过严格的预热技术掌控，以保证成品质量和性能的优化。
对于钛合金材料的预热，除了要控制加热速度和温度升降外，还需要考虑到钛合金材料在预热过程中的热膨胀和热变形因素，以保证其热处理过程顺利进行。
2. 加热处理提高钛合金材料的硬度和韧性，需要对其进行加热处理，不同温度下的加热处理对于钛合金材料的性能也有着不同的影响。
在加热处理过程中，除了控制温度外，还需要注意加热速度、时间和气氛的控制。
这些因素的合理掌控可以有效提高钛合金材料的性能。
3. 涂层技术涂层技术在钛合金材料的生产过程中也起到了重要的作用。
铜及铜合金的金相组织分析
铜及铜合金的金相组织分析一）结晶过程的分析结晶是以树枝状的方式生长，树枝状的结晶容易造成夹渣外，通常形成显微疏松。
取决于模壁的冷却速度外，还取决于合金成分、熔化与浇注温度等。
（二）宏观分析中常见缺陷在浇注过程中往往产生缩孔、疏松、气孔、偏析等缺陷。
浇注温度和浇注方式的影响，铸锭、紫铜中容易出现气孔和皮下气孔。
由于合金元素的熔点、比重不一，熔炼工艺不当造成铸锭的成分偏析。
铸造时热应力可产生裂纹。
浇注工艺不当（浇注温度过低），浇注时金属液的中断会造成冷隔。
（三）微观分析与铜相互作用的性质，杂质可分三类：1. 溶解在固态铜中的元素（铝、铁、镍、锡、锌、银、金、呻、锑）。
2. 与铜形成脆性化合物的元素（硫、氧、磷等）。
3. 实际上不溶于固态铜中与铜形成易熔共晶的元素（铅、铋等）。
铋与铜形成共晶呈网状分布于铜的基体上，淡灰色。
铅含量很少时和铋一样呈网状分布于晶界，其颜色为黑色；铅含量大时在铜的晶粒间界上呈单独的黑点。
暗场观察：铅点呈黑色，孔洞为亮点。
硫与氧的观察：均与铜形成化合物（Cu2S、Cu2O），又以共晶形式（Cu2S+ Cu、Cu2O+ Cu）分布在铜的晶界上。
氯化高铁盐酸水溶液浸蚀：Cu2O变暗，Cu2S不浸蚀。
偏振光观察：Cu2O呈暗红色。
QJ 2337-92铍青铜的金相试验方法金相分析晶粒度检测金属显微组织分析，晶粒度分析，GB/T 6394-02金属平均晶粒度测定方法ASTM E 112-96（2004）金属平均晶粒度测定方法YS/T 347-2004铜及铜合金平均晶粒度测定方法GB/T13298-91金属显微组织检验方法GB/T 13299-91钢的显微组织评定方法GB/T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法ASTM E45-05钢中非金属夹杂物含量测定方法GB/T 224-87钢的脱碳层深度测定方法ASTM E407-07金属及其合金的显微腐蚀标准方法GB/T 226-91钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图GB/T 5168-85两相钛合金高低倍组织GB/T 9441-1988球墨铸铁金相检验ASTM A 247-06铸件中石墨微结构评定试验方法GB/T 7216-87灰铸铁金相EN ISO 945:1994石墨显微结构GB/T 13320-07钢质模锻件金相组织评级图及评定方法CB 1196-88船舶螺旋桨用铜合金相含量金相测定方法JB/T 7946.1-1999铸造铝合金金相铸造铝硅合金变质JB/T 7946.2-1999铸造铝合金金相铸造铝硅合金过烧JB/T 7946.3-1999铸造铝合金金相铸造铝氧是铜中最常见的杂质，可产生氢脆。
材料金相分析
材料金相分析
材料金相分析是一种通过显微镜观察材料的金相组织结构来研究材料性质的方法。
金相分析可以揭示材料的组织结构、晶粒大小、相分布、晶界及夹杂物等信息，对于材料的性能和应用具有重要意义。
金相分析的基本步骤包括试样的制备、显微镜观察和图像分析。
首先是试样的
制备，通常包括粗磨、细磨和腐蚀三个步骤。
粗磨是为了去除试样表面的划痕和砂眼等缺陷，使试样表面平整；细磨是为了进一步减小试样表面的粗糙度，获得清晰的金相组织图像；腐蚀是为了显微观察金相组织而进行的处理，常用的腐蚀剂有酸性和碱性腐蚀剂。
试样制备完成后，就可以进行显微镜观察了。
在显微镜下，可以观察到材料的晶粒、晶界、夹杂物等组织结构，通过调整显微镜的放大倍数和对焦，可以获得清晰的金相组织图像。
最后是图像分析，通过对金相组织图像的分析，可以得到材料的晶粒大小、相分布、夹杂物含量等信息。
金相分析可以用于研究各种金属材料、陶瓷材料、复合材料等。
在材料科学领域，金相分析被广泛应用于材料的质量控制、工艺改进、失效分析等方面。
例如，通过金相分析可以评估材料的热处理效果，检测材料的晶粒长大情况，分析材料的相变和相分布等。
在材料工程领域，金相分析也是一项重要的检测手段，可以为材料的设计和选用提供重要依据。
总之，材料金相分析是一项重要的材料分析方法，通过对材料金相组织的观察
和分析，可以揭示材料的内部结构和性质，为材料的研究和应用提供重要信息。
希望本文的介绍能够对您有所帮助，谢谢阅读！。
[整理版]铜及铜合金的金相组织分析
![[整理版]铜及铜合金的金相组织分析](https://img.taocdn.com/s3/m/7b415de07d1cfad6195f312b3169a4517723e591.png)
铜及铜合金的金相组织分析一）结晶过程的分析结晶是以树枝状的方式生长，树枝状的结晶容易造成夹渣外，通常形成显微疏松。
取决于模壁的冷却速度外，还取决于合金成分、熔化与浇注温度等。
（二）宏观分析中常见缺陷在浇注过程中往往产生缩孔、疏松、气孔、偏析等缺陷。
浇注温度和浇注方式的影响，铸锭、紫铜中容易出现气孔和皮下气孔。
由于合金元素的熔点、比重不一，熔炼工艺不当造成铸锭的成分偏析。
铸造时热应力可产生裂纹。
浇注工艺不当（浇注温度过低），浇注时金属液的中断会造成冷隔。
（三）微观分析与铜相互作用的性质，杂质可分三类：1. 溶解在固态铜中的元素（铝、铁、镍、锡、锌、银、金、呻、锑）。
2. 与铜形成脆性化合物的元素（硫、氧、磷等）。
3. 实际上不溶于固态铜中与铜形成易熔共晶的元素（铅、铋等）。
铋与铜形成共晶呈网状分布于铜的基体上，淡灰色。
铅含量很少时和铋一样呈网状分布于晶界，其颜色为黑色；铅含量大时在铜的晶粒间界上呈单独的黑点。
暗场观察：铅点呈黑色，孔洞为亮点。
硫与氧的观察：均与铜形成化合物（Cu2S、Cu2O），又以共晶形式（Cu2S+ Cu、Cu2O+ Cu）分布在铜的晶界上。
氯化高铁盐酸水溶液浸蚀：Cu2O变暗，Cu2S不浸蚀。
偏振光观察：Cu2O呈暗红色。
QJ 2337-92铍青铜的金相试验方法金相分析晶粒度检测金属显微组织分析，晶粒度分析，GB/T 6394-02金属平均晶粒度测定方法ASTM E 112-96（2004）金属平均晶粒度测定方法YS/T 347-2004铜及铜合金平均晶粒度测定方法GB/T13298-91金属显微组织检验方法GB/T 13299-91钢的显微组织评定方法GB/T 10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法ASTM E45-05钢中非金属夹杂物含量测定方法GB/T 224-87钢的脱碳层深度测定方法ASTM E407-07金属及其合金的显微腐蚀标准方法GB/T 226-91钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法GB/T 1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级图GB/T 5168-85两相钛合金高低倍组织GB/T 9441-1988球墨铸铁金相检验ASTM A 247-06铸件中石墨微结构评定试验方法GB/T 7216-87灰铸铁金相EN ISO 945:1994石墨显微结构GB/T 13320-07钢质模锻件金相组织评级图及评定方法CB 1196-88船舶螺旋桨用铜合金相含量金相测定方法JB/T 7946.1-1999铸造铝合金金相铸造铝硅合金变质JB/T 7946.2-1999铸造铝合金金相铸造铝硅合金过烧JB/T 7946.3-1999铸造铝合金金相铸造铝氧是铜中最常见的杂质，可产生氢脆。
钛合金的金相组织与力学性能分析
钛合金的金相组织与力学性能分析钛合金是一种具有良好综合性能的非常优秀的结构材料。
它除具有低密度、高强度、良好的韧性和高温抗氧化性能外，还具有优良的耐腐蚀性和高阻尼性等特点，因此在航空、航天、汽车、生物医学等领域得到广泛应用。
而钛合金的金相组织和力学性能是该材料广泛应用的重要基础。
本文将对钛合金的金相组织和力学性能进行详细的分析。
一、钛合金的金相组织钛合金的金相组织通常由$\alpha$ 相和$\beta$ 相组成。
其中，$\alpha$ 相是指在钛合金的温度范围内稳定的体心立方晶系结构，而 $\beta$ 相是指在高温时存在的面心立方结构。
根据类晶体化学理论，钛合金的成分可能为 $\alpha$ 相型、$\beta$ 相型以及$\alpha + \beta$ 相型三种。
钛合金的 $\alpha$ 相通常为 $\alpha''$ 相和 $\alpha'$ 相两类。
$\alpha''$ 相是一种高密度$\alpha$ 相，具有体心立方结构。
它通常在钛合金的高温快速冷却过程中生成。
而 $\alpha'$ 相是一种低密度$\alpha$ 相，具有六方晶系结构。
它是由 $\alpha''$ 相通过自然时效或人工时效转变而来的。
钛合金的 $\beta$ 相主要是由 $\beta$ 晶体、$\omega$ 晶体以及$\beta''$ 晶体组成。
其中，$\beta$ 晶体是指面心立方结构，通常在$\alpha$ 和 $\beta$ 转变时生成。
$\omega$ 相是一种具有六方晶系结构的反激活相，这种相主要在热处理时加入合金元素时发生的。
而 $\beta''$ 相是指具有体心立方结构的强化相。
二、钛合金的力学性能1. 屈服强度与拉伸强度钛合金具有很高的屈服强度和拉伸强度，这是因为它们具有良好的抗拉应力和压缩应力性能。
金相组织检验方法PPT82页.ppt
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实验概述：
碳钢热处理后的性能
➢ 碳钢热处理后的性能——各种组织的硬度性能 指标范围如下：
珠光体 10～20HRC 索氏体 22～25HRC 屈氏体 36～42HRC 马氏体 62～65HRC 回火马氏体约 60HRC 回火屈氏体 40～48HRC 回火索氏体 25～35HRC
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实验概述：
保温时间的选择
➢ 保温的意义：为了使工件内外各部分温度均达到指定温度， 并完成组织转变，使碳化物溶解奥氏体成分均匀化，必须 在热处理加热温度下保温一定的时间。
➢ 加热时间：工件升温所需时间和保温所需时间的总合。 ➢ 热处理加热时间的影响因素：工件的尺寸和形状、使用的
加热设备和装炉量、装炉时炉子的温度、钢的成分和原始 组织、热处理的要求和目的等。 ➢ 在空气介质中加热升温达到指定温度后的保温时间， 碳钢：按工件厚度(或直径)每毫米一分钟 到一分半钟估 算； 合金钢：按每毫米两分钟估算。 在盐浴炉中加热，保温时间则可缩短1～2倍。(参见表3-1)
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实验概述：
冷却方法的选择
热处理时冷却方法（冷却速度）影响着钢的组 织和性能。只有选择适当的冷却方法，才能获得所 要求的组织和性能。 ➢ 退火冷却：一般采用随炉冷却。 ➢ 正火冷却：采用空气冷却，大件可用风冷却。 ➢ 淬火冷却：根据工件状况选择淬火介质。 淬火介质不同 冷却能力不同 工件获得冷速不同 合理选择冷却介质是保证淬火质量的关键 碳钢：通常用室温的水作淬火介质 合金钢：
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实验概述：
硬度试验与硬度计的使用 ➢ 硬度：金属材料抵抗比它硬的物体压入其表面的
金相组织的定量分析实验设计
一、实验目的 1. 了解金相组织定量分析的基本符号和基本方程的意义。 2. 掌握网格数点法定量表征金相组织中各物相的含量。 3. 掌握采用图形处理和计算软件定量表征金相组织中各物相的含量。 二、实验概述 金相组织的分析是研究金属材料性能、成分、组织结构和加工工艺之间关系的主要 方法之一。传统的金相分析主要是经验性的定性或半定量分析，要进行定量分析费时费 力。但是，近年来随着计算机数字图像处理技术的迅速发展，使得金相分析领域的自动 化程度逐渐提高。目前，采用图形处理和计算软件可以方便快捷的实现金相组织的定量 分析。因此，本实验通过对比传统方法与采用图形处理和计算软件的金相组织定量分析 方法，使学生了解和掌握上述两类方法各自的优缺点，以及适用的范围，培养学生从事 工业生产和科学研究的基本技能。 在显微镜下，观察到的组织是二维的。所以，我们不能直接观察组织的三维立体图 像。而我们可以由二维截面或者投影面上的图像特征参数复原（或推证）三维空间图像 形貌，这门科学被称为体视学。根据体视学原理，由金相试样磨面上测量和计算出的二 维参量来确定三维空间中物相体积百分数，这叫定量金相学。 1. 定量金相的基本符号 在定量金相测定中，测量的具体对象是点数 P、线长 L、平面面积 A、曲面面积 S、 体积 V、物相的个数 N。由此派生出一些复合符号，表示被测量与测试用的量（用下标 T 表示）的比值。
Pp，图中落在物相边界上的格点，每个按 1/2 计算，如图 1 所示。
格点数 P 1 1 1/ 2 1/ 2 1/ 2 1 1/ 2 1/ 2 1/ 2 6 网格测试点的总数 PT=81。计算可知： P 6 VV PP 100% 7.4% PT 81
相照片中白色相的体积百分数。 必须给出定量分析的过程， 以及对分析结果的误差分析。
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实验三碳钢的非平衡组织及常用金属材料显微组织观察实验目的概述实验内容实验方法实验报告思考题一、实验目的1. 观察碳钢经不同热处理后的显微组织。
2. 熟悉碳钢几种典型热处理组织——M、T、S、M回火、T回火、S回火等组织的形态及特征。
3. 熟悉铸铁和几种常用合金钢、有色金属的显微组织。
4. 了解上述材料的组织特征、性能特点及其主要应用。
TOP二、概述1. 碳钢热处理后的显微组织碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是不平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线(C曲线)。
为了简便起见，用C曲线来分析共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能（见表3-1）。
在缓慢冷时(相当于炉冷，见图2-3中的V1)应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到V2。
时(相当于空冷)，得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到V3时(相当于油冷)，得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至V4、V5，(相当于水冷)，很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点(Ms)后，瞬时转变成马氏体。
其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度(V4)称为淬火的临界冷却速度。
转变类型组织名称形成温度范围／℃显微组织特征硬度(HRC)珠光体型相变珠光体(P)>650在400～500X金相显微镜下可以观察到铁索体和渗碳体的片层状组织～20(HBl80～200)索氏体(S)600～650在800一]000X以上的显微镜下才能分清片层状特征，在低倍下片层模糊不清25～35屈氏体(T)550～600用光学显微镜观察时呈黑色团状组织，只有在电子显徽镜(5000～15000X)下才能看出片层状35—40贝氏体型相变上贝氏体(B上)350～550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛状特征40—48下贝氏体(BT)230～350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48～58马氏体型相变马氏体(M)<230在正常淬火温度下呈细针状马氏体(隐晶马氏体)，过热淬火时则呈粗大片状马氏体60～65亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，当奥氏体缓慢冷却时(相当于炉冷，如图2-3中V1：)，转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大，即V3>V2>V，时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
因此，V1的组织为铁素体+珠光体；V2的组织为铁素体+索氏体；V3，的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为V4，时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体(有时可见到少量贝氏体)，奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体(如图3-3)；当冷却速度V5，超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织(如图3-6，3-7)。
过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。
① 珠光体（P）珠光体的组织形态主要有两种：片状珠光体和颗粒状珠光体。
片状珠光体由一片片相互交错排列的铁素体和渗碳体所组成形成珠光体的先行条件是事先形成均匀的奥氏体，而后缓慢冷却在A1以下附近温度形成。
片状珠光体似手指纹的层状结构，它是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物（见图3-1）。
颗粒状珠光体是在铁素体的基体上分布着细小颗粒状的渗碳体的球化组织（见图3-2）。
图3-1片状珠光体500×4%硝酸酒精图3-2 颗粒状珠光体500×4%硝酸酒精② 索氏体(s) 是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其片层比珠光体更细密，在高倍(700倍以上)显微放大时才能分辨(见图3-3)。
③ 屈氏体(T) 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层(见图3-4)。
图3-3 索氏体500×4%硝酸酒精图3-4 屈氏体+马氏体500×4%硝酸酒精④ 贝氏体(B) 为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。
在显微形态上，主要有三种形态；a. 上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
当转变量不多时，在光学显微镜下为成束的铁素体条向奥氏体晶内伸展，具有羽毛状特征。
在电镜下，铁素体以几度到十几度的小位向差相互平行，渗碳体则沿条的长轴方向排列成行，(如图3-5)。
b. 下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。
它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜下呈黑色针状(见图3-6)。
在电镜下可以见到，在片状铁素体基体中分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成55～60°的角度。
c. 粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。
在低、中碳合金钢中，特别是连续冷却时(如正火、热轧空冷或焊接热影响区)往往容易出现，在等温冷却时也可能形成。
它的形成温度范围大致在上贝氏体转变温度区的上部，由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。
图3-5上贝氏体+马氏体500×图3-6 下贝氏体500×4%硝酸酒精⑤ 马氏体(M) 是碳在αFe中的过饱和固溶体。
马氏体的形态按含碳量主要分两种，即板条状和针状(见图3-7、3-8所示)；a. 板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。
其组织形态是由尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。
在马氏体束之间位向差较大，一个奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。
板条马氏体具有较低的硬度和较好的韧性。
b. 针状马氏体是含碳量较高的钢淬火后得到的组织。
在光学显微镜下，它呈竹叶状或针状，针与针之间成一定的角度。
最先形成的马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体片的大小受到限制。
因此，针状马氏体的大小不一。
同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。
针状马氏体的硬度高而韧性差。
图3-7 板条状马氏体500×图3-8 针状马氏体1600×⑤ 残余奥氏体(A残) 是含碳量大于0.5％的奥氏体淬火时被保留到室温不转变的那部分奥氏体。
它不易受硝酸酒精溶液的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态。
2. 回火组织与性能① 回火马氏体。
是低温回火(150～250℃)组织。
它仍保留了原马氏体形态特征。
针状马氏体回火析出了极细的碳化物，容易受到浸蚀，在显微镜下呈黑色针状。
低温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色(如图3-10所示)。
低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高硬度。
② 回火屈氏体。
是中温回火(350—500℃)组织。
回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。
铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态(条状或针状)，第二相渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难分辨(如图3-11所示)。
中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
图3-10 回火马氏体(黑色针状)+残余奥氏体图3-11 回火屈氏体1000×(白色区域)500×③ 回火索氏体；是高温回火(500～650℃)组织。
回火索氏体是铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。
碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶，呈等轴细晶粒状。
经充分回火的索氏体已没有针的形态。
在大于500倍的光镜下，可以看到渗碳体微粒(如图3-12所示)。
回火索氏体具有良好的综合机械性能。
应当指出，回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物，它们的渗碳体是颗粒状的，且均匀地分布在铁素体基体上；而淬火索氏体和淬火屈氏体是奥氏体过冷时直接形成的，其渗碳体是呈片状。
回火组织较淬火组织在相同的硬度下具有较高的塑性与韧性。
图3-12 回火索氏体500×3. 铸铁铸铁是工业上广泛应用的一种铸造金属材料，它是以Fe-C-Si为主的多元铁基合金，其含碳量大于2.11％。
铸铁的熔点比较低，具有良好的铸造性能，通过采用冶金控制能够得到比较高的强度，和某些其它合金不易得到的特殊性能。
按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁（其组织具有莱氏体特征而没有游离的石墨，即全部碳均以碳化物的形式存在于铸铁中）、灰口铸铁（碳全部或大部以片状石墨的形式存在于铸铁中）和麻口铸铁（其组织特征介于白口铸铁与灰口铸铁之间），即表面为白口铸铁，中心为灰口铸铁；白口铸铁和麻口铸铁由于有莱氏体组织存在，因而有较大的脆性，在工业上很少应用。
根据铸铁中石墨的形态、大小和分布情况不同，铸铁分为灰口铸铁（石墨呈片状）、可锻铸铁（石墨呈团絮状）和球墨铸铁（石墨呈球状）；根据石墨化第三阶段发展程度不同，铸铁的基体可有三种，即珠光体、珠光体加铁素体、铁素体，而珠光体基体的铸铁强度最高。
石墨的强度和塑性几乎为零，所以通常把铸铁看成是布满裂纹和空洞的钢。
因而铸铁的强度和塑性比较低，并且石墨的数量愈多，尺寸愈大、分布愈不均匀，石墨对基体的割裂作用愈大，铸铁的性能也愈差。
① 灰口铸铁根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为：铁素体灰口铸铁，铁索体十珠光体灰口铸铁，珠光体灰口铸铁。
图3-13所示，为铁素体灰口铸铁的显微组织，其中石墨呈灰色条片状分布在亮白色的铁素体基体上。
图3-14所示，为铁素体十珠光体灰口铸铁的显微组织，其中除灰色条片状石墨外，暗黑色团块为珠光体，亮白色部分为铁素体。
图3-15所示，为珠光体灰口铸铁的显微组织，其中石墨呈灰色条片状，基体为珠光体。
图3-13 铁素体十粗大石墨片图500×3-14 铁素体十珠光体+粗大石墨片500×图3-15 珠光体十粗片状石墨500×图3-16 铁素体十球状石墨500×图3-17铁素体+珠光体+球状石墨500×图3-18珠光体+球状石墨500×② 球墨铸铁球墨铸铁是一种铸态下呈现球状石墨的铸铁。
当向铸态中加入球化剂（纯镁、稀土镁等合金）和孕育剂（硅铁或硅钙合金），则可改变铸铁的共晶特性。
一般灰铁在共晶转变时，液相既与奥氏体又与石墨接触，所以石墨呈片状生成。
加镁铸铁在共晶转变时，它只与奥氏体接触，在石墨周围形成奥氏体外壳，当铸件凝固后碳是通过周围的奥氏体外壳向石墨堆集，使石墨均匀生长成球状。
由于石墨呈球状对基体的削弱作用最小，使球墨铸铁的金属基体强度利用率高达70％～90％(灰口铸铁只达30％左右)，因而其机械性能远远优于普通灰口铸铁和可锻铸铁。
图3-16所示，为铁素体基体球墨铸铁的显微组织，其中亮白色晶粒为铁索体基体，灰色球状为石墨。