金属材料的显微组织观察

有色金属：铜合金
黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。
α单相黄铜：含锌在39%以下 的黄铜属单相α固溶体，典 型牌号为H70（即三七黄 铜）。铸态组织：α固溶体 呈树枝状（用氯化铁溶液腐 蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮 白色，而枝晶富锌呈暗色）， 经变形和再结晶退火其组织 为多边形晶粒，有退火孪晶。 由于各个晶粒方位不同，所 以具有不同的颜色。
虽然高速钢在铸态下的组织存在严重的成分和组织不均匀性， 从而影响其性能，为此随后必须经过锻造和轧制，破碎莱氏体 网络，促使其碳化物均匀分布。
高速钢热处理组织
高 速 钢 铸 态 组 织
高速钢在铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似，其中莱氏体由合金碳化物、马氏 体、屈氏体以及残留奥氏体组成。
高速钢热处理组织
1280℃
高速钢热处理组织
三高 次速 回钢 火 组 织淬
火 后
高速钢淬火后需经三次回火，其组织为回火马氏体，碳化物和少量残余奥氏体（约 2%～3%）。回火后硬度为HRC63～65。
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马氏体不锈钢热处理组织
常用马氏体不锈钢的含碳量为0.1～0.45%，含铬量为12～ 14%，典型钢号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。1Cr13和 2Cr13具有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力，常作为耐蚀的结 构钢使用。为了获得良好的综合性能，常采用淬火+高温回火 （600～700℃），得到回火索氏体，来制造汽轮机叶片、锅 炉管附件等。
铸铁：球墨铸铁
球墨铸铁中石墨呈球状，金属基体强度利用率高达70%～90% （灰口铸铁只达30%左右），因而其机械性能远远优于普通灰口 铸铁和可锻铸铁。
球墨铸铁常常通过正火、调质和等温淬火来提高其机械性能。 球铁正火的主要目的是增加基体中珠光体数量，从而提高球铁的 强度和耐磨性。球铁调质处理后得到回火索氏体，从而有更高的 综合机械性能。球铁经等温淬火后的组织为下贝氏体，部分马氏 体和少量残余奥氏体，这种组织不仅具有较高的综合机械性能， 而且具有很好的耐磨性。球铁淬火、400℃等温淬火和280℃等温 淬火的基体组织见图4.11。
有色金属：铜合金
相图最下面相当于室温的情况， 可以看出，含锌量小于36%的 铜—锌合金，室温下是单相α，含 锌量在36%~46.5%之间，是α+β， 两相，含锌量大于46.5%就变为 单相β，，由于β，相得脆性很大， 实用的黄铜含锌量不大于43%， 室温下的组织只有α相或α+β，， 别称为单相黄铜和双相黄铜，下 图是单相黄铜和双相黄铜的金相 照片。单相黄铜的晶粒都是α相， 在液态中结晶的晶粒好像树枝一 样，称为树枝晶。由于开始结晶 的部分含铜量高，后结晶的部分 含锌量高（即成分偏析），所以 表现出明暗差别，灰色部分是后 结晶的，含锌量高。双相黄铜中 的白色组织是α相，黑色组织是β， 相。
40Cr 850 ℃
合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织
淬 火
合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织
GCr15 850℃淬火
组织 M+K
B下 A’
M
高速钢热处理组织
高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它 含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大左移，虽然只含 有0.7%～0.8%的碳，仍可获得莱氏体组织，所以又称为莱氏体 钢。
有色金属：铜合金
黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。
α相
β相
α+β两相黄铜：含锌量为 39%～45%的黄铜为α+β两相 黄铜，典型牌号有H62（即 四六黄铜）。在室温下β相 较α相硬得多，因而可用于 承受较大载荷的零件。α+β 两相黄铜可在600℃以上进 行热加工。α+β两相黄铜显 微组织：α为亮白色的固溶 体，β是CuZn为基的有序固 溶体
热处理实验
金属材料的显微组织观察（验证性）
实验内容
碳钢热处理后的组织 铸钢、铸铁的组织 不锈钢、耐热钢的组织 铝合金、铜合金的组织 轴瓦合金的组织
20 -930℃
碳钢热处理组织
钢
淬 火
含碳量小于0.25%的非合金钢（碳素钢）或低碳低合金结构钢经强烈淬火，获得80% 以上甚至100%的低碳马氏体组织，这类钢统称为低碳马氏体钢。一般情况下，含碳 量在0.15%-0.25%范围内的钢淬火强化效果好，综合力学性能高。
奥氏体不锈钢热处理组织
1Cr18Ni9Ti固溶组织
铸铁
按铸铁在结晶过程中石墨化程度不同，可分为白口铸铁、灰 口铸铁和麻口铸铁。根据铸铁中石墨的形态不同，铸铁分为灰 口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。
根据基体组织的不同，灰口铸铁可分为铁素体灰口铸铁；铁 素体+珠光体灰口铸铁；珠光体灰口铸铁
铸铁：白口铸铁
有色金属：铝合金
有色金属：铝合金
属二元铝-硅合金，又名硅铝明，含Si%=10~13%。
共晶硅
α固溶体
初晶硅 基体α相
（α+Si）共晶体
未变质处理
已变质处理
图14-1 ZL102合金为未变质的显微组织
图14-2 ZL102合金为变质的显微组织
Al-Si合金变质前后的铸态组织
有色金属：铜合金
相图下部自左至右分别有αβγδεη 六个单相区，这六个相都是固相， 其中α向η相是固溶体，βγδε都是 金属化合物。液相和固相，固相 和固相之间是两相区，合金在这 些区域是两相共存。液相区的下 界限相当于不同成分合金的凝固 点，或者熔点，可以看出，液相 区的下界限从左到右逐渐降低， 也就是说，合金的含锌量越多， 合金的凝固点越低。此外，液相 区下面存在着几个液相和固相共 存的区域，也就是说，合金的凝 固不是恒温进行，结晶过程是在 一个温度范围内进行的，固—液 两相共存区域的垂直距离越大， 合金结晶的温度范围越大，这种 合金在结晶石的流动性就差一些。
45 860℃
碳钢热处理组织
钢
退 火
45钢含碳量低于0.77%，所以组织中的渗碳体量也少于12%，于是铁素体除去一 部分要与渗碳体形成珠光体外，还会有多余的出现，因此组织是铁素体+珠光 体。碳含量越少，钢组织中珠光体比例也越小，钢的强度也越低，但塑性越好。
碳钢热处理组织
45 860℃
正火是指：钢件加热到临
45 860℃
碳钢热处理组织
钢
淬 火
片状马氏体（或针状马氏体），由片状马氏体与残余奥氏体组成。又称为 孪晶马氏体。45 钢 860℃正常淬火后组织为细小的马氏体。
45 860℃ 200℃
碳钢热处理组织
钢 回 火
淬 火 后
低温回火所得到的组织是回火马氏体(马氏体及少量残余奥氏体，都是不稳定的组织)， 其性能是：具有高的硬度（HRC58-64）和高的耐磨性，因内应力有所降低，故韧性有 所提高.这种回火方法主要用于刃具，量具，拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件。
铸铁：球墨铸铁
F+P+G
F+G
P+G
破碎状F+P+G
球墨铸铁的显微组织，其中基体上分布着球状石墨。
铸铁：球墨铸铁
球状石墨
针状马氏体和残余奥氏体
上贝氏体
下贝氏体和残余奥氏体
球铁淬火、400℃等温淬火和280℃等温淬火的基体组织
有色金属：铝合金
铸造铝硅合金的典型牌号为ZL102，含硅10%～13%，组织为 粗大的针状的硅晶体和α固溶体组成的共晶体，以及少量呈多面 体形的初生硅晶体，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑 性。为了提高硅铝的力学性能，通常进行变质处理，处理后组 织为初生α固溶体枝晶（白亮）及细小的共晶（α+Si）（黑底）， 这是因为共晶中的硅呈细小点状颗粒（如下图所示）。
45
碳钢热处理组织
钢 调 质 处 理
调质处理后，组织为均匀细小的保持马氏体位向的回火索氏体。45钢调质后的组织形 态首先取决于淬火组织（当然淬前原始组织也有影响）。因加热不足而残留在马氏体 组织中的块状铁素体，或因冷却不足而在马氏体晶界区形成的网状铁素体，均会保留 到高温回火后的索氏体组织中。同时，淬火马氏体的粗细直接影响索氏体的粗细。
T10
碳钢热处理组织
钢 淬 火
组织为较粗大的针状马氏体和残余奥氏体。针状马氏体呈竹叶状或凸透镜状，在空间形 似铁饼。针状马氏体之间通常互成60º或120º角，一般限制在奥氏体晶粒内，最初形成的 马氏体针贯穿奥氏体晶粒，后形成的马氏体较短，先形成的马氏体较易浸蚀。所以完全 转变的马氏体为大小不同，分布不规则，颜色深浅不一的针状组织。
共晶白口铸铁
过共晶白口铸铁 亚共晶白口铸铁
铸铁：灰口铸铁
P+片状G
F+P+片状G
铸铁：可锻铸铁
可锻铸铁由白口铸铁经石墨化退火处理而获得的，其渗碳体发生分解而形成 团絮状石墨。按其组织不同，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸 铁两类。图为铁素体基体可锻铸铁和珠光体基体可锻铸铁的显微组织，其中 石墨呈暗灰色团絮状，亮白色晶粒为基体。
合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织
合金元素的加入，使铁碳相图发生一些变化，但其平衡状态 的显微组织与碳钢没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微 组织与碳钢没有根本不同，差别只在于合金元素加入后，使C曲 线右移（除Co以外），即以较低的冷却速度也可以获得马氏体 组织。例如，40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质后的 显微组织基本相同，都为回火索氏体。GCr15钢840℃油淬、低 温回火后的显微组织，与T12钢780℃水淬、低温回火后的显微 组织也一样，为回火马氏体和碳化物。
有色金属：铜合金
黄铜为Cu-Zn合金，常用的黄铜为α单相黄铜和α+β两相黄铜。
α单相黄铜：含锌在39%以下 的黄铜属单相α固溶体，典 型牌号为H70（即三七黄 铜）。铸态组织：α固溶体 呈树枝状（用氯化铁溶液腐 蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮 白色，而枝晶富锌呈暗色）， 经变形和再结晶退火其组织 为多边形晶粒，有退火孪晶。 由于各个晶粒方位不同，所 以具有不同的颜色。
而3Cr13和4Cr13钢，由于含碳量高一些，耐蚀性就相对差 一些，通过淬火+低温回火（200～300℃），得到回火马氏体， 具有较高的强度和硬度（HRC达50），因此常作为工具钢使 用，制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。
3Cr13
马氏体不锈钢热处理组织
的 退 火 组 织
马氏体不锈钢热处理组织
回火马氏体
高 速 钢 锻 造 退 火 组 织
高速钢锻造退火组织为索氏体+碳化物。其中粗大的亮色晶粒为初生共晶碳化物，较细小 的为次生碳化物以及索氏体基体中的极细共晶碳化物，退火后的的硬度为HB207～255。
1280℃
高速钢热处理组织
组高 织速
钢
淬 火
高速钢淬火加热温度一般为1260～1280℃，高温加热的目的是使较多的碳化物溶解于奥氏 体中，淬火后马氏体中合金元素含量高，回火后钢的红硬性高且耐磨性好。淬火采用油冷 或空冷，其显微组织为马氏体+未溶碳化物+残余奥氏体（尚有20%～30%）。马氏体呈隐 针状，其针形很难显示出来，但可看出明显的奥氏体晶界及分布于晶粒内的未溶碳化物， 淬火后的硬度约为HRC61～62
3Cr13 1000℃ +250℃
回的
火
组 织淬
火
铁素体不锈钢热处理组织
常用的铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%,含铬量为12～30%， 典型钢号有0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等，其显微组织始 终是单相铁素体组织。图为0Cr17的退火组织。
奥氏体不锈钢热处理组织
在含18%Cr的钢中加入8～11%Ni，就是的奥氏体不锈钢，如 1Cr18Ni9是最典型的钢号。这类钢由于镍的加入，扩大了奥氏 体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相。18-8型不锈钢 在退火状态下呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对 钢的耐腐蚀性有很大损伤，故通常采用固溶处理方法，即把 钢加热到1100 ℃后水冷，使碳化物溶解在高温下所得到的奥 氏体中，再通过快冷，就在室温下获得单相的奥氏体组织。 但在450～850℃加热，或在焊接时，由于在晶界析出铬的碳 化物（Cr23C6）,使晶界附近的含铬量降低，在介质中会引起 晶间腐蚀。
钢 界点Ac3或Acm以上的温度，
保温一定的时间(见奥氏
体化)，然后在空气中冷
却的金属热处理工艺，广
泛应用于工业生产。
正
火
从实质上说，钢的正火是钢退火的一种特殊情况。由于正火的冷却速度比退火的冷却速度 快，所获得的珠光体片层间距较小，组织较细，因而其硬度和强度也较高。适用范围：正 火只适用于碳素钢和低、中合金钢，而不适用于高合金钢。因为高合金钢的奥氏体非常稳 定，在空气中冷却也将得到马氏体组织。对共析碳素钢来说，正火可得到索氏体组织；对 亚共析或过共析钢，正火组织中还有先共析铁素体或先共析渗碳体，但与相应的退火组织 比较，先共析相的量较少。