铸铁和有色金属的显微组织观察

实验五铸铁与有色金属的显微组织观察

一、实验目的

1、观察与分析各种铸铁的显微组织特征;

2、熟悉常用铝合金、铜合金及轴承合金的显微组织。

二、铸铁及有色金属概述

铸铁的组织(除白口铸铁外)可以认为就是在钢的基体上分布着不同形态,尺寸与数量的石墨,其中石墨的形状及数量变化对性能起着重要的作用,所以正确认识与鉴别各类铸铁的金相组织对估计与评定的质量与性能有着重要意义。

有色金属与合金具有某些独特的优良性能,例如铝合金比重小而强度高;铜及铜合金导电性好,耐腐性强;轴承合金具有良好的减摩性等,而这些性能特点也无不与其内部组织密切相关。

下面着重介绍与分析各种类型合金材料的组织特点。

（一）铸铁:

根据石墨的形态、大小与发布情况不同,铸铁分为:灰口铸铁(石墨呈片条状),可锻铸铁(石墨呈团絮状)与球墨铸铁(石墨呈圆球状)。

1、灰口铸铁

灰口铸铁的组织特征就是在钢的基体上分布着片状石墨。根据石墨化程度及基体组织的不同,灰口铸铁分为:铁素体灰口铸铁,铁素体-珠光体灰口铸铁与珠光体灰口铸铁。

图1(a)为铁素体灰口铸铁的显微组织,其中石墨呈黑灰色片状分布在亮白色的铁素体基体上。

图1(b)为铁素体-珠光体灰口铸铁的显微组织,其中除黑灰色片状石墨外,暗黑色基体为珠光体,亮白色的为铁素体基体。

图1 灰口铸铁的组织观察

2、可锻铸铁

可锻铸铁(又称为韧性铸铁)就是由白口铸铁经石墨化退火处理而得,其中渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按照基体组织的不同,可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁与珠光体可锻铸铁两类。

图2(a)为铁素体可锻铸铁的显微组织,其中石墨呈暗黑色团絮状,亮白色晶粒为基体铁素体。

图2(b)为珠光体可锻铸铁的显微组织,在珠光体基体上分布着黑灰色絮状石墨。

图2 可锻铸铁的显微组织

3、球墨铸铁

在球墨铸铁的组织中石墨呈圆球状。球状石墨的存在可使铸铁内部的应力集中现象得到改善,同时减轻了对基体的割裂作用,从而充分发挥了基体性能的潜力,使球墨铸铁获得很高的强度与一定的韧性。

图3 球墨铸铁的显微组织

图3中(a)为铁素体基体球墨铸铁的显微组织,其中亮白色晶粒为铁素体基体,黑灰色圆球状为石墨。

图3中(b)为铁素体-珠光体基体球墨铸铁的显微组织,其中呈暗黑色基底为珠光体,分布在黑灰色石墨周围的亮白色基体为铁素体。

（二）有色金属

1、铝合金

在铸造铝合金中应用最广的就是铝-硅系列(含10%-13%Si),常称为“铝硅明”。由Al-Si合金的相图可知该成分在共晶点附近,所以组织中均有由α固溶体与针状硅晶体组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体,其显微组织如图4(a)所示。这种粗大的针状硅晶体显然会使合金的塑性降低,为了改善合金的性能,通常采用“变质处理”。经变质处理后,不仅组织细化,还可得到由枝晶状的α固溶体与细密共晶体组成的亚共晶组织,如图4(b)所示,这样的组织相应的提高

了铝合金的强度与塑性。

图4 铸造铝合金(ZL102)的显微组织

2、铜合金

工业上广泛使用的铜合金有铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(锡青铜)、铜铝合金(铝青铜)以及铜铍合金(铍青铜)、通镍合金(白铜)等。这里以黄铜为例加以分析研究。

常用的黄铜中含锌量均在45%以下。由Cu-Zn相图可知,含锌量少于39%的黄铜均为α固溶体单相组织,称为α黄铜(或单相黄铜)。

图5为单相黄铜(H70)经变形及退火后的显微组织。其中α晶粒呈多边形,并具有明显的孪晶。

含锌量少于39-45%的黄铜呈α+β两相组织,称为(α+β)黄铜(或两相黄铜)。

图6为两相黄铜(H62)在铸造状态的显微组织。其中α相呈亮白色,β相为暗黑色。β相就是以CuZn电子化合物为基的固溶体,在低温时性脆而硬,而在高温时则具有较好的塑性,故适于进行热加工。

3、轴承合金

轴承合金又称巴氏合金,通常用来制造滑动轴承的轴瓦及内衬。轴瓦材料应同时兼有硬与软两种性质,因此轴承合金理想的组织应该就是由软硬不同的相组织的混合物,例如在软而有塑性的基体上分布着硬的质点。替铅或锡为基的轴承合金具有满足上述要求的组织特征。最常用的轴承合金为ZChSnSb11-6。该合金的成分中除基本元素Sn外,还含有11%Sb及6%Cu。

图7所示为ZChSnSb11-6合金的显微组织,其中暗黑色的为软基体α相,白色块状为硬质点β’相,而白色针状及星形析出物Cu6Sn5化合物η相。这种既硬又软的混合物组织,保证了轴承合金具有足够的强度与塑性的配合以及良好的减摩

性。

三、实验材料、药品与仪器清单

主要实验材料:0Cr13、3Cr13、1Cr17、1Cr13、2Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、GH36、GH132、GH37与GH33试样各1个。

主要设备:光学显微镜。

四、实验内容

1、用光学显微镜观察0Cr13、3Cr13、1Cr17钢的退火组织,1Cr13、2Cr13、4Cr13及1Cr18Ni9Ti钢的淬火组织,GH36、GH13

2、GH37与GH33钢的热处理组织。

2、描绘所观察到的金相组织。

五、复习思考题

1、分析各类不锈钢、耐热钢的金相组织在制备金相试样时采取何种腐蚀剂

较好？

2、各类不锈钢及常用的耐热钢中合金元素的作用就是什么？

3、简述常用的不锈钢与耐热钢的热处理方法。

六、实验注意事项

1、每位同学应将所观察到的组织及时用铅笔描绘下来。

2、学生不得随意调光学显微镜。