二元合金的显微组织
汽车材料-项目二任务二合金的相图(1)
对质量不再变化所达到的一种状态。合金在极其缓慢的冷却条件下的结晶过程，
一般可以认为是平衡的结晶过程。 利用相图，可知各种成分的合金在不同温度的组织状态及一定温度下发生的 结晶和相变，了解不同成分的合金在不同温度下的相组成及相对含量，了解合金 在加热和冷却过程中可能发生的转变。 碳钢和铸铁是现代工农业生产中使用最广泛的金属材料，组成碳钢和铸铁的 主要元素是铁和碳，所以钢铁又可称为铁碳合金。不同成分的铁碳合金具有不同 的组织和性能。为了研究铁碳合金成分、组织和性能之间的关系，必须要了解铁 碳合金相图。
任务二 ·合金的相结构与相图
合金的结构 二元合金的结晶 铁碳合金相图
引入 不锈钢的出现
不锈钢是指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的金属材料， 在工业和生活用具上有着广泛的应用，如建筑屋顶、刀叉餐具等。不锈钢 的发明可追溯到第一次世界大战，英国政府兵部军工厂希望研发出一种不 易磨损的合金材料，用来制造步枪枪膛。英国科学家亨利·布雷尔利在研究 过程中制造出一种含Cr量较高的材料，这种材料并不耐磨，不能用来制造
碳溶于 α -Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素 1．铁素体 体，用符号F或α 表示。铁素体仍保持α -Fe的体心
立方晶格。铁素体中碳的溶解度极小，室温时约
为0.000 8%，在727碳合金的基本相。 铁素体的力学性能与工业纯铁相似，即塑性、韧 性较好，强度、硬度较低。
变就越严重。晶格畸变会增大位错运动的阻力，提高合金的强度和硬度。这种通
过形成固溶体使金属强度、硬度提高的现象称为固溶强化。固溶强化是提高合金 力学性能的重要途径之一。
图2-17 固溶体中的晶格畸变
2．金属化 合物
金属化合物是指合金组元相互作用形成的晶格结构和特性 完全不同于任一组元的新相，一般可用分子式表示。金属化合 物一般具有复杂的晶格结构，熔点高，硬而脆。合金中含有金 属化合物时，合金的强度、硬度会提高，而塑性、韧性会降低。 根据其形成条件及结构特点，金属化合物可分为正常价化合物、 电子化合物和间隙化合物。
材科基实验I 课件 3-纯金属及二元及三元合金的铸态组织
www.spaceflight.esa.int/impress/...wth.html Prepared by Prof. Guoquan LIU, USTB, China
Casting Parameters of Pure Al ingots
Al Ingot
No. 1 2 3 4 5
Prepared by Prof. Guoquan LIU, USTB, China
Alloy State Prepared UbySTPBro,fC. GhMEOiutnriccoiaghrqioeunsnaattnlruMLcIaUtug,rne.
80%Sn+20％Sb as-cast β + (βSn)+ βII nitric : HCl = 1:1
Alloy: State: Microstructure: Prepared byEPcrtoefn. tG: uoquan LIU, USOTrBig, iCnahlinMaagnification:
70％Pb＋ 30％Sn as-cast pro-eutectic + eutectic 4% nital solution 100
100
As-Cast Microstructures of Bi-Pb-Sn Ternary Alloys
Bismuth-Lead-Tin Alloys
（ ） 51%Bi + 32%Pb + 17%Sn （ ） 58%Bi + 16%Pb + 26%Sn （ ） 65%Bi + 10%Pb + 25%Sn
4# Steel Mould
Thickness:10mm No Preheating
实验6-实验六 二元合金显微组织分析
序号: 1200134000101组别: 5深圳大学实验报告课程名称：材料科学基础实验实验项目名称：二元合金显微组织分析学院：材料学院专业：材料科学与工程指导教师：钱海霞报告人：叶淳懿学号：2016200084 班级：实验时间：2018.12.19实验报告提交时间：教务部制数据处理分析纯铁，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体(α相)由图可知，经过4%硝酸酒精腐蚀的退火态纯铁拥有大小较为明显和均匀的晶粒，且均为铁素体(α相)。
由熔融态纯铁随着温度下降，先析出δ相铁；随着温度继续下降，δ相铁发生转变变成γ相铁。
当温度降至912℃时，γ相铁开始转变为α相铁，即图中铁素体。
20钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体经过4%硝酸酒精腐蚀的退火态20钢图中有浅色与黑色两种晶粒分散分布，其中浅色为铁素体，黑色为珠光体。
为亚共析钢。
20钢冷却时先匀晶转变析出δ相固溶体，之后发生包晶转变析出γ相，此时仍有δ相，但随着温度降低全部转变为奥氏体。
温度继续冷却，开始析出铁素体，并逐渐增多。
在770℃发生共析转变形成珠光体（α+FeC）。
345钢，退火态， 4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体45钢也是亚共析钢，由图可知，相比起20钢，黑色的珠光体含量更加多，且珠光体的晶粒更大。
45钢冷却时先匀晶转变析出δ相固溶体，之后发生包晶转变析出γ相，此时仍有液相，但随着温度降低全部转变为奥氏体。
其余过程与20钢相比并无太大差异，不再赘述。
60钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体由图可知60钢仍是亚共析钢，但绝大部分已经是珠光体了，浅色的铁素体只占其中很小的一部分。
45钢冷却时直接匀晶转变析出γ相，无δ相析出。
其余过程与20钢相似，不再赘述。
T8钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜40倍，铁素体，渗碳体，珠光体T8钢为共析钢，从图中可看到黑绿色为渗碳体，浅色为铁素体。
他们共同构成了珠光体。
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。
A356铝合金显微组织及断口分析
目录1 绪论 (1)1.1断口分析的意义 (1)1.2 对显微组织及断口缺陷的理论分析 (1)1.3研究方法和实验设计 (3)1.4预期结果和意义 (3)2 实验过程 (4)2.1 生产工艺 (4)2．1.1 加料 (4)2.1.2 精炼 (4)2.1．3 保温、扒渣和放料 (5)2.1. 4 单线除气和单线过滤 (5)2.1. 5连铸 (6)2.2 实验过程 (6)2.2. 1 试样的选取 (6)2.2.2 金相试样的制取 (8)2.2.3 用显微镜观察 (9)2.3 观察方法 (10)2.3.1显微组织的观察 (10)2.3.2 对断口形貌的观察 (11)3 实验结果及分析 (11)3.1对所取K模试样的观察 (11)3.2 金相试样的观察及分析 (12)3.2.1 对显微组织的观察 (12)3.2.2 断口缺陷 (15)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (27)1 绪论1.1断口分析的意义随着现代科技的发展以及现代工业的需求，作为21世纪三大支柱产业的材料科学正朝着高比强度，高强高韧等综合性能等方向发展。
长久以来，铸造铝合金以其价廉、质轻、性能可靠等因素在工业应用中获得了较大的发展。
尤其随着近年来对轨道交通材料轻量化的要求日益迫切[1]，作为铸造铝合金中应用最广的A356铝合金具有铸造流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小，经过变质和热处理后，具有良好的力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和较好的机械加工性能[2-3]，与钢轮毂相比，铝合金轮毂具有质量轻、安全、舒适、节能等，在汽车和航空工业上得到了日益广泛的应用[4]。
然而，由于其凝固收缩，同时在熔融状态下很容易溶入氢，因此铸造铝合金不可避免地包含一定数量的缺陷，比如空隙、氧化物、孔洞和非金属夹杂物等[5-7]。
这些缺陷对构件的力学性能影响较大，如含1%体积分数的空隙将导致其疲劳50%，疲劳极限降20%[8-9]。
所以研究构件中缺陷的性质、数量、尺寸和分布位置对力学性能的影响具有重要意义[10]。
二元合金的显微组织
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。
%4.45195.979.615.97c =--==cd ed α%6.54%100)1(=⨯-=c d αβ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 。
在显微镜下，除了从先共晶α相晶粒内或边界上析出的βⅡ 有可能观察到外，共晶组织中析出的βⅡ和αⅡ 一般不易辨认。
合金中组织组成物的相对量也可以用杠杆定律来计算。
亚共晶组织中的初晶α呈枝晶状分布。
参见图3-2。
⒊ 过共晶合金凡成分位于共晶点e 以右，d 点以左的合金（如图中的合金Ⅲ）称为过共晶合金。
这类合金的结晶过程类似于亚共晶合金，所不同的是：先共晶相不是α，而是β固溶体。
结晶后的组织是由先共晶β相和共晶体（α+β）所组成。
Mg-x%Zn-(Al)合金显微组织及力学性能
Ｍｇ — Ｚ ｎ ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｆ ａ — Ｍｇ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ａ ｎ ｄ Ｍｇ Ｔ Ｚ ｎ ３ ｏ ｎ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｙ． ｒ Ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ
Ｍ ｇ － ｘ ％Ｚ ｎ － （ Ａ Ｉ ） Ａ ｌ ｌ ｏ ｙ
Ｆ Ｅ ＮＧ Ｋａ ｉ ， ＨＡ Ｏ Ｙｕ ａ ｎ ， Ｈ ＵＡ ＮＧ Ｘ ｉ ａ ｏ — ｆ ｅ ｎ ｇ ， ＭＡ Ｙ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ ｔ ０ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ Ｉ Ｗｅ ｉ — ｌ ｉ ａ ｎ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ １ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｍｇ － ｘ ％Ｚ ｎ（ ５ ％， ７ ％， ９ ％， １ ５ ％ａ ｎ ｄ ２ Ｏ ％ ｂ ｉ ｎ ａ ｒ ｙ
Ｍｇ ． ７ Ｚ ｎ ． ４ Ａ １ 合金 的显微 组织及力学 性能 。结果表 明 ：Ｍｇ — Ｚ ｎ 合金铸态 显微组 织主要 由Ｏ ． ｒ ． Ｍｇ 和沿晶界分 布 的Ｍｇ Ｔ Ｚ ｎ ３ 共
二元合金的相图
+ Ⅱ
组织组成物
Ⅱ
冷却曲线
t
组织中，由一定的相构成 的，具有一定形态特征的 组成部分。
X2合金结晶过程分析 （共晶合金）
T,C
L
T,C
L
(+ )
183
L+
M
L
E
L
L+
N
L(+ ) 共晶体
(+ )
+
Pb Sn X2
冷却曲线
t
(+ )
铅锡共晶合金的显微组织
液固相线距离愈小， 结晶温度范围愈小，则流 动性好，不易形成分散缩 孔，铸造性能好。 共晶成分的合金铸造 性能最好。
锻造、轧制性能：
单相固溶体合金， 变形抗力小，变形均匀， 不易开裂，锻造、轧制性 能最好。
T,C
T,C L
1
L L+(+ )+
L+
183
L+
M
E
+
L+ N
2
(+ )+
(+ )+ + Ⅱ
Sn
Pb
X3
t
亚共晶合金的平衡结晶过程
(+ )+ + Ⅱ
β II
α
α+β
WSn50%的Pb-Sn合金的显微组织
(+ )+ + Ⅱ
L
T,C
3 F 4 X1
L+
M
c
LEL+ 来自L L+
e
N
第四章二元合金
⒍结构：
原子尺度的材料形貌（晶格类型、晶胞 尺寸等）用射线确定。
第一节 合金的相结构
一、 固溶体 合金在固态时，组元间会相互溶解， 形成一种在某种组元的晶格中包含有其它组元 的新相称为固溶体。
晶格与固溶体相同的组元－溶剂。 晶格与固溶体不同的组元－溶质。 固溶体又划分为：置换固溶体，间隙固溶体。
（一） 置换固溶体： 溶质的原子，对溶剂晶格上某些结点位置的 原子置换而形成的，见图4－1。 这种置换引起： ⒈ 固溶强化：“置换”，使溶剂晶格畸变，引 起 固溶体强度、硬度提高，物理性能变化。这是 提高合金机械性能的重要手段之一。 见图 4－2：
一、 化合物：
⒈ 定义： 合金中，当溶质含量超过溶解度时，将 析出新相，当新相的晶格与合金任一组元都不同， 则新相为化合物。 当新相的晶格与合金的另一组元（溶质）相同， 则为新固溶体。 ⒉化合物分类： 正常价化合物，电子价化合物，间隙化 合物，复杂结构间隙化合物见图4－6。
⒊ 化合物特点：
具有复杂晶格结构，熔点极高、高硬脆。 如能“弥散”于合金中是“强化相”。 是 很 多合金的重要组成相。
' 1
t ② 温度由t 1 降至 2 ，液态合金中继续生新核， 原有的核长大。固相量不断增多，液相量不断 减少，但总重量仍为1。 此时新 相核，含Ni为X X ，数量增多。 ' 原含Ni为 1 的核，其含Ni 量由于原子扩散作 X ‘ 用变为 X 2 。而剩余液相含Ni量变为 2 。 X 固相量进一步增多，液相量进一步减少， 但总量仍为1。 但：此时合金含镍量仍 为K 。
第二节 二元合金相图
⒈ 几个名词、术语： 合金系： 由给定组元配制成的一系列成分不同 的合金，即合金系。 例： 二个组元—二元合金系。 三个组元—三元合金系。 多个组元－多元合金系。 平衡（相平衡）： 合金中参与结晶或相变过程的各相浓度 不再改变时的状态。
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+
二元合金显微组织分析-PPT精选
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。
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
三、实验报告要求： 详见电子实验报告
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
二元合金平衡(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
`
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）返回 Nhomakorabea 亚共晶
过共晶
共晶（平衡）
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
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
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）
23.二元合金共晶相图及结晶
7
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
x1合金凝固过程
温度3
遇上固溶度线，α析 出βⅡ βⅡ优先从α晶界析出
其次是晶粒内缺陷
961.9 A
αB
T/℃
8.8
3
温度4 由α和βⅡ 组成 α和βⅡ 的体积百分含量
3F
F4
Ag
0.35
α成分变化线
% 4G 100%
FG
Ⅱ%＝
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
2.10 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织
Eutectic Phase Diagram
• 1 相图分析
• 2 共晶系合金的平衡凝固和组织 • 3 共晶组织及其形成机理
• 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
2020/4/9
柏振海 baizhai@
2020/4/9
柏振海 baizhai@
21
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织
亚共晶III合金： Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βII
2020/4/9
βII
α+β
α
柏振海 baizhai@
层片状(Pb-Cd),×250
棒状
纤维状(Sn-Pb)(横截面),×150 针状(Al-Si),×100
螺旋状(Zn-MgZn2),×500蛛网状(Al-Si),×100 骨骼状(Al-Ge),×500
2020/4/9
柏振海 baizhai@
25
1
中南大学材料科学与工程学院
钕对二元高铝镁合金组织及性能的影响
ａ Ｍｇ ｓ ｅ ｉ ｒｆ ｅ ｎ ｈ ｒｈ ｌｇ ｆｏ Ｂ ｅ ｔｃｉ ｓｒｃｕｅ ｉ ｔｅ ａ —ａ ｔＭｇ １ Ａ ｌｙ ． ｉ Ｓ ｅｉ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｍｏｐ ｏｏ ｙ ｏ ｃ ｕｅ ｔ ｔ ｔｒ ｎ ｈ ｓｃ ｓ 一５ Ｉ ｌ ｚ ｎ ＋ ｃ ｕ ａｏ
ｄＭｇ ． 晶粒 明 显 细 化 ，ｅ １ 晶 组 织 由粗 大 网状 变 得 分散 、细 小 ，钕 与铝 结 合 形 成 稳定 的Ａ 。 ３ 金 的抗 拉 强度 和伸 ，３ ＋共 ｌ ，合 Ｎｄ 长 率 均得 到 显著 提 高 。 钕 加 入 量 为 １ ％ 时 ，组 织 细 化 效 果 最 好 ，Ｍｇ１Ａ１ 金 的 综 合 力 学 性 能 达 到 最佳 。 当钕加 入 量 ． Ｏ 一５ 合 为 １ ％时 ， — 晶粒 又 变 大 、抗 拉 强度 略 有 下 降。 ． ５ Ｍｇ
镁合金 具有 密度小 、比强 度和 比刚度 高 、导 热导 电性 能好 、易于成形加 工 、容易 回收等特 点 ，在汽车 、 电子 、家电 、通 讯 、仪表 以及 航天航 空 等领域 的应用
Ｊｎ２ ０ ａ ． ０１
・
６０ ・
ＶＯ ． ９ Ｎ １ Ｉ Ｏ的影 响
阴耀 鹏 ，梁 伟 ，王 红 霞，赵 兴 国 ，龚 家林
（ 太原理工大学材料科学与工程 学院，山西太原 ０ ０ ２ ） ３０ ４
摘 要 ：研究了稀土元素钕对Ｍｇ１Ａ合金显微组织和力学性能的影响。试验结果表明：加入钕后，Ｍｇ１ １ ． １ ５ ５ 合金的 Ａ
Ａｂ ｔａ ｔ ０Ｍ 。ＳＥＭ ，ＸＲＤ ａ ｄ ｔ ｎ ｉ ｅ ｔ ｇ ｗｅ ｅ ｅ ｐｏ ｅ ｏ ｉｖ ｓｉａ ｅ ｔ ｅ ＮｄＳ ｅ ｅ ｔ ｎ ｓｒｃ： ｎ ｅ ｓｌ ｔ ｓｉ ｒ ｍ ｌｙ ｄ ｔ ｎ ｅ ｔ ｔ ｈ ’ ｆ ｃｓ ｏ ｅ ｎ ｇ
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。
Al-Si试验
3 铸造铝合金的熔炼 铝合金的熔炼是铝铸件生产过程中的一个重要环 节，它包括选择熔炼设备和工具，炉料处理与配比 计算以及控制熔炼工艺过程。 A 熔炼炉与坩埚 铝合金以及其它铸造有色合金熔炼中的问题是 元素氧化烧损量大，合金液吸气量多。因此熔炼炉 应保证金属炉料快速熔化，缩短熔炼时间，以减少 合金元素烧损和吸气；降低燃料、电能消耗；延长 炉龄。常用的熔炼炉有：电阻坩埚炉、电阻反射炉 、中频炉、焦炭坩埚炉、油坩埚炉等。 B 坩埚 熔炼铝合金的坩埚有铸铁，铸钢(材质多为含铬耐热 铸铁或中硅耐热球铁)坩埚和石墨坩埚两种。
6熔炼工艺
为得到优质铝合金液，溶液中应注意的几项原则叙述如下： 炉料成分准确，清理干净并且充分预热 熔炼工具及坩埚应仔细清理，喷涂适当的涂料并经充分干燥， 严格避免铁器工具直接与铝液接触。 所用覆盖剂，精炼剂及变质剂必须脱水处理，熔剂使用前应烘 烤。 避免炉气与铝液直接接触，必要时使用覆盖剂。 快速熔化但应避免合金过热。 熔炼过程中尽量保持氧化膜完整，避免不必要的搅拌，搅拌时 搅拌勺应上下运动，不要破坏表面氧化膜。 精炼后，熔液应当除渣，镇静5~15分钟进行变质处理或浇注。
5 配料
A 通过配料计算，确定各种金属炉料的配比和用量，以满足 合金的化学成分和质量要求，并使各种金属炉料得到合理利 用。 B 掌握熔炼合金的牌号和化学成分，熔炼合金液重量，所用 各种炉料(纯金属料，预制合金锭，中间合金，配炉料成分和 回炉料)的配比和用量。 C 掌握合金元素在熔炼过程中的烧损量。元素的烧损量与金 属炉料状态，加入方法，熔炼设备和熔炼工艺等因素有关， 变化范围较大。 熔炼铝合金时各元素的烧损量一般以烧损率来表示，各种元 素的烧损率如下： 硅：1%~10% 镍：0.5%~1% 铜：0.5%~1.5% 铍： 0.5%~1% 镁：2%~10% 钛：1%~20%锌：1%~3% 铝： 1%~5% 锰：0.5%~2%
二元合金显微组织分析
试验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区分的，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看到的金属内部情景，如晶粒尺寸和外形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状况。
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，因而组织比纯金属简单许多。
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0两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，即讨论各相的生成条件、数量、外形、大小以及它们之间的相互分布状态。
1. 试验目的依据凝固理论，采用二元相图，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。
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，固相原子经过充分集中，因而可以得到成份匀称的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及集中匀称，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，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。
Cu-20⅜Ni的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态匀称化退火后，则消失类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20%Ni的铜合金匀称化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。
U-6%Nb二元合金凝固过程中显微组织与显微偏析的模拟
关 键词 Ｕ— Ｎｂ合金，凝固组织，显微偏析，模拟
中图法分类号
Ｔ １ Ｂｌ ５
文献标识码
Ａ
文章编号
０ １ —１ ６ （０ ７ ０ —０ １ —０ ４ ２ ９ １２ ０ ）２ ２ ７ ８
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维普资讯
金 属 学 跋
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Ｖ０１ ３ ． ４
ＮＯ２ ．
２ 月 第 ２ ７ ２ ４页 １— ２
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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：
ⅡⅡ
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。
在显微镜下，除了从先共晶α相晶粒内或边界上析出的βⅡ有可能观察到外，共晶组织中析出的βⅡ和αⅡ一般不易辨认。
合金中组织组成物的相对量也可以用杠杆定律来计算。
亚共晶组织中的初晶α呈枝晶状分布。
参见图3-2。
⒊过共晶合金
凡成分位于共晶点e以右，d点以左的合金（如图中的合金Ⅲ）称为过共晶合金。
这类合金的结晶过程类似于亚共晶合金，所不同的是：先共晶相不是α，而是β固溶体。
结晶后的组织是。