铝合金金相组织检验与力学性能实验

实验1.3 1.4 铝合金金相组织的观察及力学性能测定

一、实验目的

1.巩固制备金相试样的方法与技术

2.了解各种加工工艺对铝合金显微组织以及力学性能（硬度）的影响

二、实验内容

1. 对4种试样进行硬度测试

本次试验采用的是TH320全洛氏硬度计。

本次实验所涉及的样品中内应当包括：铸态、固溶处理、固溶处理+轧制、固溶处理+轧制+时效，4种样品。每个样品至少测试4点，第一点不计。两相邻压痕中心之间的距离至少应为压痕直径的4倍，并且不应小于2mm；任一压痕中心距离试样边缘的距离至少应为压痕直径的 2.5倍，并且不应小于1mm。

分别记录4种样品的硬度数据，并结合之后所观察得到的金相组织作出恰当分析。

2.制备、观察4种金相试样。

本次实验制备、显示一个样品，此样品是在之前的课程中制作的。样品涉及

领取属于自己的铝合金样品后，按照金相样品制备的一般要求进行。磨光过程经历200、400、600、800等四种规格的水砂纸，然后进行抛光和腐蚀。

完成金相试样的制备后进行显微镜观察、手工记录。注意观察、记录其他三种样平品，并结合上一个实验所测得得硬度数据，分析加工工艺对于金相力学性能的影响。

三、实验数据记录

1、四种试样洛氏硬度测试结果如下表：

四、实验结果分析

1、观察各种工艺下的样品以及显微组织图片，分析各种工艺处理后，形成

的显微组织的特点、原因。

答：（1）铸态组织

由于冷却的速度较快，固相中的原子来不及扩散，以至于先结晶和后结晶部分的成分不同，形成晶内偏析。由于负温度梯度，导致金属多呈树枝状，先结晶的枝轴与后结晶的的枝间的成分不同，即形成枝晶偏析。在凝固后的铸态组织中，可观察到凝固过程中的树枝晶将金属液分割成互不连通的小熔池。

（2）固溶处理

一般来说，固溶处理是将合金加热到单相区，保温一段时间后，再快速冷却，以获得过饱和固溶体的一种热处理工艺。从固溶处理后的金相组织中，出现较大的晶粒，且分布有细小黑色枝状物。原因是固溶处理保温的时间较短，导致铸态组织中的树枝晶为完全溶解，枝晶偏析未完全消除。

（3）固溶处理+轧制

轧制属于金属塑性变形工艺的一种。在金相组织中，可观察到几乎所有的晶粒都沿着轧辊所提供的切应力的方向被拉长，晶粒变得细长，而沿其他方向的尺寸无明显变化。

（4）固溶处理+轧制+时效

时效是过饱和固溶体脱溶分解，析出第二相的过程，未发现其组织与固溶处理+轧制后的金相组织有明显的区别。

2、分析、总结同学自己在样品制备、组织显示过程中的收获、问题。

答：在磨光时，应倒角，在磨光过程不宜用力过大，保持同一方向的划痕。因为铝合金是软金属，在抛光的过程，易出现划痕，这就需要抛光速度慢，即靠近转盘中心处。还有可能出现黑点，这可能是抛光过程，加水量不够，致使抛光布温度有点高。抛光过程保持在中心滴适量水。在显微镜下观察组织时，三号的样品和四号样品组织区别不是很大；一号样品在高倍与低倍的对比观察，能明显看到晶界。固溶后的晶粒变小。

3、请结合力学性能测试结果，分析各种工艺组织的力学性能表现的原因。

答：（1）从表中可知，固溶处理后合金的硬度高于铸态试样的硬度。这是因为：固溶处理产生了固溶强化作用。固溶强化作用的实质是溶质原子的长短应力场和位错的交互作用导致位错运动受阻。在间隙固溶体中，由于间隙原子的半径比晶体间隙的半径大，与位错进行弹性交互作用，结果间隙原子将在位错附近聚集，形成小原子集团，称为柯垂尔气团。柯垂尔气团的存在，使位错运动困难，这是因为位错只有从气团中挣脱或者拖着气团一起前进才能继续运动，这需要外力做更多的功，这就是固溶强化作用的基本原理。

（2）固溶处理+轧制状态的组织的硬度高于未经轧制的固溶处理组织的硬度。这是由加工硬化造成的。在金属塑性变形的过程中，位错大量增殖，位错密度急剧增加，不可动位错的数量增大，导致金属需外加更大的力才能使这些位错重新开动，使得金属的塑性变形受到约束，表现为强度、硬度增大。

（3）固溶处理+轧制+时效状态的组织的硬度低于未经时效处理的组织的硬度，与理论不符。理论上，时效过程中，从过饱和固溶体中析出坚硬的第二相ϑ''，与基体呈共格关系，导致一定的晶格畸变，产生硬化的效果，称为时效硬化。但是由于时效时间过长，导致试样内部的内应力被大量释放，金属变软；时间过长也会产生与基体呈非共格关系的θ相，导致过时效。两者共同作用，使得硬度反而下降。