金属试样成分分析及金相分析实验报告

金属试样成分分析及金相分析实验报告

1.实验目的

●电火花直读光谱仪，分析材料各组成元素及含量含量；

●激光共聚焦显微镜观察材料金相组织，分析相组成；

●超景深显微镜观察断口形貌，分析断裂类型。

2.实验设备

●QSN-750型电火花直读光谱仪；

●VK-9710型激光共聚焦显微镜；

●VHX-1000超景深显微镜

3.实验步骤

●电火花直读光谱仪成分分析

对需要检测成分的金属试样（最小尺寸需大于15mm，本实验实验为7A04ZrSc）进行表面处理，将表面的氧化层打磨干净，用150#的砂纸粗磨即可；然后对试样进行成分分析。

●激光共聚焦显微镜金相分析

a.镶样：为方便样品的打磨和观察，将7A04ZrSc试样镶嵌在环氧树脂镶样件上；

b.打磨：分布使用400#、600#、800#金相砂纸逐级打磨，然后再抛光机上利用金刚石抛光剂抛光

直至表面呈镜面无划痕；

c.腐蚀：采用混合酸腐蚀试样至无大量气泡产生，再用蒸馏水、无水乙醇清洗干净后吹干。

d.观样：使用激光共聚焦显微镜观察7A04ZrSc试样金相组织。

4.实验结果及分析

●成分分析

QSN-750型电火花直读光谱仪成分分析得出的数据，经整理如表1所示。

表1 7A04ZrSc试样组成各元素含量（质量分数，%）

合金Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr Sc 7A04ZrSc 0.199 0.863571 1.559 0.232 1.977 0.179143 6.351 0 0.146914 0.2

7A04ZrSc属Al-Zn-Mg-Cu系超高强度铝合金，亦称超硬铝，是超硬铝中相当成熟.使用较久和较广的一个合金。强度高，热处理强化效果好，退火和新淬火状态下塑性中等；与硬铝不同，人工时效状态下的耐蚀性比自然时效状态的耐蚀性好，且自然时效进程慢，需经过3个月后才能达到时效硬化峰值，故7A04在淬火人工时效状态下使用。其缺点是组织稳定性不高，低频疲劳强度低，有应力腐蚀破裂倾向。合金点焊焊接性良好，气焊不良，热处理后可切削性良好，但退火后的可切削性不佳。其内外加的Sc、Zr元素作用如下：

a.Sc元素

一般来说，过渡族元素被加入到纯铝中时，由于它们在铝中溶解度低，易于沉淀或结晶，形成金属间化合物。因而合金的强度、再结晶温度及微观组织被显著提高。少量的Sc元素加入到硬质铝合金内，合金的强度、再结晶温度及微观组织被显著提高，其主要原因是由于产生了与基体共格的、稳定的、弥散的Al3Sc粒子，对位错有强烈钉扎作用，并能阻止晶界的迁移，在高温下仍能保持与基体共格的关系。

b.Zr元素

7A04ZrSc合金中加入Zr元素，用Zr来代替部Sc元素，形成Al、Sc、Zr化合物,在合金凝固过程中起到非均质晶核的作用，从而细化了合金的晶粒，并对合金有极强烈的亚结构强化、弥散强化及共格强化等强化作用。

c.Ti元素

Ti对Al有较强的细化能力，但对硬度没有提高，当与0.2%Sc联合添加时，主要表现出较强的细化效果。为获得超强度和硬度，因而Ti的含量为0。

金相分析

激光共聚焦显微镜得到的7A04ZrSc试样金相图如图1所示。

图1 7A04ZrSc试样金相组织

a.组织均匀，晶粒大小一致、呈球状，均在30~50μm之间，属于中等尺度晶粒。由于试样成形方

法、热处理形式未知，可推测为快速冷却、结晶过程的振动或再结晶的热处理、合金元素Sc、Zr的细化晶粒的作用。

b.局部黑色斑点，可能为Fe、Si杂质相。