铝合金金相组织的观察及力学性能测定实验

铝合金金相组织的观察

一、实验目的

1.了解铸造、固溶处理、轧制及时效处理4种加工工艺对铝合金的组织特征的影响； ⒉分析不同材料加工工艺对铝合金力学性能的影响；

3.深入了解材料四要素之间的内在联系及其在材料生产制造环节中的实际应用。

二、实验内容

分别观察：（1）铸造，（2）固溶处理，（3）轧制，（4）时效处理后铝合金的金相组织；

三、实验过程

1. 样品制备

每一位同学根据名单选取相应工艺的样品，根据《光学技术实验平台》中对于金相样品制备的学习，按照金相样品制备的一般要求进行制样。样品涉及4种工艺，参看下表：

磨光在M-2型预磨机上进行，依次使用200、400、600、800等四种牌号的水砂纸，然后进行抛光、腐蚀。

铝合金比较软，在样品制备过程中一定要控制好磨光的力度，以减少砂粒的嵌入，减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时，样品上应当保持一个方向的划痕。在整个制备过程中，样品的倒角一定要始终保持，特别是抛光阶段。

为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜，请按照下面示意的实线磨削方向进行磨光操作，避免沿虚线示意的方向进行。

铸锭、固溶处理样品的磨光方向 轧制、轧制时效样品的磨光方向

制样的要点：

A 缩短在砂纸上停留的时间

B 挡水盘距离盘面1cm，请节约用水

C 样品抛光前必须在粗砂纸上修出倒角

D 抛光膏的使用原则是微量、多次；注水少量、恰当

E 抛光时，用力避免过大，应当适中，可以任意方向抛光

腐蚀：腐蚀剂采用HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%的混合试剂；腐蚀时间为5分钟左右。为了保证腐蚀效果，样品避免放置在腐蚀液中长时间不动，应当每隔20~30秒钟移动、按动（在脱脂棉上），以保证金属面所接触腐蚀液的效力。

2. 组织观察

5×50×

一

号

样

二

号

样

三

号

样

四

号

样

四、实验分析

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）铸造组织：

铸造金属在冷却时由于局部负温度梯度，导致过冷度不同，金属晶粒多呈树枝晶生长。又由于冷却的速度较快，各组分析晶温度不同，固相中的原子来不及扩散，以至于结晶分先后顺序，在枝晶间产生成分偏析。所以在凝固后的铸造组织中，可观察到树枝状晶粒。

在高倍显微镜下观察时，还能明显地观察到枝晶间的成分偏析现象，表现为颜色深度不同的带状分界，颜色深度不同是因为其中的铜元素含量不同，因而在腐蚀液作用下产生颜色梯度，在局部还能看到CuAl2存在于枝晶间。

（2）固溶处理：

固溶处理将金相组织中的成分逐渐均匀化。由于温度再次升高，导致晶粒长大。高倍镜下晶界间有黑色小点（CuAl2杂质），这是由于冷却过程中得到过饱和固溶体，固溶处理保温的时间较短，铸态组织中的树枝状晶粒并未完全转化，枝晶偏析未完全消除，存在杂质CuAl2。

（3）固溶处理+轧制：

轧制是通过应力使金属内部的位错产生运动从而发生塑性变形。在金相组织中，可观察到晶粒呈纤维状，顺着轧制方向被拉长，而沿其他方向的尺寸无明显变化。在高倍镜下可观察到大量明显的位错。

（4）固溶处理+轧制+时效：

时效是过饱和固溶体的脱溶分解，析出第二相的过程。但实验中在低倍显微镜观察下时只发现很少的第二相。其金相组织与固溶处理+轧制后的金相组织没有明显的区别。

2、实验过程中的收获和心得体会。

实验开始前，老师首先给我们讲解了各种不同工艺所得到的微观组织的差别。1号试样为铸造组织，在低倍镜下观察到了树枝状的晶粒，在高倍镜下可以观察发现是由于成分的偏析而造成的腐蚀效果的差异，造成这种现象的原因是在铸态情况下，由过时效引起的含铜量的不同，多余的铜以CuAl2的形式存在于成分偏析处。4号样品通过轧制处理，产生了形变强化，晶粒发生了明显的变化，了解了塑性变形的微观机理，也了解了冷加工造成的晶粒形状的变化。

因为有了上个学期的实验基础，在制备金相样品的时候比较顺利，能够很快速地对铝合金试样进行磨光、抛光，并自己动手完成了观察、照相等操作。这也是对上个学期实验操作的一个复习。

通过对这4个试样的对比，让我了解了材料的使用性能、加工发放和微观组织的相互关系，联系课本所学的理论知识，更加深入地理解了每号样品由于自身的微观组织不同而导致的力学性能（硬度）的差异。