铅基合金彩色金相图谱

铅基合金彩色金相图谱

Nancy(2010-08-06 11:35:07)

第一部分基础金相

在大千世界之中，金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。金属和合金的组织通常是指它由哪些相所组成以及它们之间的相互配置。比如形状、数量、大小及分布等等。“相是指体系中成分和性能均匀一致的部分；”相与相之间有明显的界线分出，金属与合金的组织与其成份、工艺过程以及所处的状态有关。

1 铅基合金的基本组织形态

铅锑合金、铅钙合金是铅酸蓄电池生产行业中应用最广泛的金属材料，铅锑合金使用量最大，它主要是由铅和锑所组成的合金，其中也加入一部分(有时是多种的)微量金属元素，统称铅锑多元合金。而铅钙合金系列主要应用在免维护铅酸蓄电池之中，其主要成分是铅和钙金属并加入一定量的有益元素以提高合金的使用性能。以上两大类合金，主要用于铅酸蓄电池板栅的制造方面。

1.1 铅锑合金基本组织形态

铅锑合金是共晶组织分布状态，其中有固溶体铅α，固溶体锑β以及共晶体α+β。常见的铅锑合金基本组织形态如下：

α体：富含铅(含Pb >95 ％以上)的固溶体，硬度低，塑性好。

β体：富含锑的固溶体，硬度高，延伸性差，脆易裂碎。

共晶体：由α体和β体两相以一定的比例所均匀分布的组织。

图1—1是典型的铅锑二元合金相图。

1.2 铅钙二元合金的基本组织形态

铅钙二元合金(含钙0.3%以下时)组织以包晶组织形态分布，其中有固溶体铅，金属间化合物Pb3Ca。常见的铅钙合金基本组织如下：

α体：富含铅的固溶体(含Ph>99.0%)。

金属间化合物：如Pb3Ca，添加某种元素与铅金属反应生成的产物，硬度较高，塑性差。

图1—2是典型的铅钙二元合金相图。

2 元素添加剂的作用

铅锑系列合金在生产实际中，经常根据特殊要求加入适量的As、Se、Sn、Cu、Ag、S等有益金属元素，以改进其合金的铸造性能和使用特性，比如铅锑合金中加入As、Cu，铅钙合金加入Sn元素，都是在提高合金硬度的同时，又提高了抗腐蚀能力，至于其它更多有益元素的添加往往也会在电池使用寿命过程，充、放电强电流过程中起到较好的作用。

铅钙系列合金在铸造过程中，经常需要补加一定的钙元素，原因是钙元素高温下不稳定，易氧化烧损，为较好地防止它的氧化，人们也常在合金中加入铝和锡元素，以改善合金的不稳定性，有时，还要加入一些特殊的元素，比如铋、硅等等，研究和探索更好的Pb—Ca多元合金。免维护铅酸蓄电池是未来重要的使用商品，使用量将会越来越大，因此，我们作为重点研究分析铅钙合金金相组织。

第二部分基础金相图片

1 铅锑合金基本组织形态

图号2—1

材料： Pb—1.95％Sb—0.15％As—0.11％Se—0.06％Sn —0.054％Cu

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理表面。

说明：α体均匀分布，枝晶组织极少，晶粒较规则排列，亚共晶体(黑白相间的小区域)分布均匀，二次β固溶体析出并分布于α体的边缘，呈不完全连续分布。

图号2—2 (同2—1)

图号2—3

材料：Pb—2.4％Sb—0.15％As—0.11％Sn—0.03％Cu

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：晶粒规则排列，晶界清楚，以一定方向排列的枝晶组织分布明显，亚共晶体析出较多，并以层状结构分布，二次β体均匀不连续的分布于α体四周。

图号2—4(同2—3)

2 铅钙系列合金基本组织形态

图号2—5

材料：Pb—0.82％Ca—0.8％Sn—0.02％A1

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：所有晶粒都以不规则的地图线形态排列分布，颗粒大小、形态无固定形状，个别区域存在相的富集，大晶粒体中的亚晶粒是以小球多面体的形态分布的。Pb3Ca金属间化合物的小球体聚集在α体附近。

图号2—6 (同2—5)

图号2—7

材料：Pb—0.08％Ca—0.9％Sn—0.025％A1—0.06％Si

处理状态：铸造合金标样中φ=12mm柱体，着色处理。

说明：α体均匀分布，其中分散析出一些具有特殊几何形状的金属间化合物第Ⅱ相，Pb3Ca组织的小颗粒状均匀析出，特殊第Ⅱ相的析出与加入Si元素有着重大关系。

图号2—8 (同2—7)

图号2—9

材料：Pb—0.085％Ca—0.9％Sn—0.025％Al—0.091％Re

处理状态：铸造合金标样φ=12mm 柱体，着色处理。

说明：在α体中和晶界线上均匀分布着Pb3Ca金属间化合物，呈小颗粒状。在某些个别区域析出枝条状的第Ⅱ相，即加入Re元素以后，组织偏析现象出现。(Re：稀土元素)

图号2—10 (同2—9)

图号2—11

材料：Pb—0.085％Ca—0.9％Sn—0.025％Al—0.11％Li

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：α体分布均匀，晶粒排列整齐，除了小球状分布的Pb3Ca化合物以外，还有形态、棱角分明的第Ⅱ相析出(其中也出现在晶界线上)。如图2—11中浅绿色不连续的第Ⅱ相在晶界线上析出，另外还有一部分黑兰色小球体的富集析出，此物也是一种金属间化合物。

图号2—12 (同2—11)

图号2—13

材料： Pb—0.085％Ca—0.9％Sn—0.02％Al—0.1％Bi

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：α体组织产生了特殊变异，晶粒中出现了类似Pb—Sb合金组织中的胞状枝晶生长状态，亚晶界线较为清晰，金属间化合物Bi2Ca3以小球状析出并均匀分布在亚晶界连结点上，某些区域有条状不连续的第Ⅱ相析出物(黑色)，对于上述组织中的小球状析出体，由于多集中于三个亚晶粒胞状体的连接点上，这种结构的组织稳定性较好，也证明它们的均匀分布有利于牵制亚晶粒胞状体的延伸生长，同时也显示出α体的大晶粒排列。

图号2—14(同2—13)

图号2—15

材料：Pb—0.085％Ca—0.8％Sn—0.025％Al—0.021％Bi—0.0065％Ag

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：α体晶粒大小均匀，某些区域有小球状第Ⅱ相的析出并富集成片，α体晶粒有一定量的圆柱体生长，亚晶粒界线清晰。

图号2—16(同2—15)

图号2—17

材料：Pb—0.095％Ca—1.0％Sn—0.025％Al—0.045％Bi—0.01％Ag

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：富铅α固溶体的晶粒粗大，随含Bi成份的增加，小球粒状体第Ⅱ相的析出更多，某些区域富集成团，这些粒状的Bi2Ca3，金属间化合物的析出往往以极小的球粒体表现出来。

图号2—18 (同2—17)

图号2-19

材料：Pb－0.15％Ca－2.1％Sn—0.025％Al－0.05％Bi－0.02％Ag

处理状态：铸造合金标样φ=12mm柱体，着色处理。

说明：由于含Sn元素较多，使α体晶粒粗大，并较规整，在柱状枝晶生长的截断面上，以小颗粒状体在圆周晶界上析出第Ⅱ相，一部分Bi2Ca3金属间化合物以小球体成片析出。