有色合金的显微组织

有色金属的显微组织观察
一、实验目的
1. 观察和研究各种有色金属的显微组织特征。

2. 熟悉常用的铝合金、钛合金、铜合金及巴比合金的显微组织。

二、观察下列合金试样的组织
三、实验内容讨论
有色金属
1.铝合金
①铸造铝合金：应用最广泛的铸造铝合金为含有大量硅的铝合金，即所谓硅铝明。

典型的硅铝明牌号为ZL102。

含硅11~13%，成分在共晶成分附近，因而具有优良的铸造性能——流动性好，铸件致密，不容易产生铸造裂纹。

铸造后几乎全部得到共晶组织即灰色的粗大针状的共晶硅分布在发亮的铝的α固溶体的基体上，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性。

为提高硅铝明的力学性能，通常进行变质处理，即在浇注前向合金溶液中加入占合金重量2~3%的变质剂（常用2/3NaF+1/3NaCl）。

处理后使共晶点从11.6%Si右移，故使原来的合金变为了亚共晶组织，其组织为初生α固溶体枝晶（亮底）及细的共晶体（α+Si）（黑底），由于共晶中的硅呈细小圆形颗粒，因而使合金的强度与塑性提高。

（a）未经变质处理（100X）（b）已变质处理（100X）
浸蚀剂：0.5%HF溶液浸蚀剂：0.5%HF溶液
②形变铝合金：硬铝Al—Cu—Mg系时效合金，是重要的形变铝合金。

由于它的强度大和硬度高，故称为硬铝。

在国外又称为杜拉铝。

近代机器制造和飞机制造业中得到广泛应用。

在合金中形成了CuAl2（θ相）和CuMgAl2（S相）。

这两个相在加热时均能溶入合金的固溶体内，并在随后的时效热处理过程中通过形成“富集区”、“过渡相”而使合金达到强化。

而后者（S相）在合金强化过程中的作用更大，因之，常把它称为强化相。

硬铝的自然时效组织与淬火组织毫无区别。

由不同方位的固溶体晶粒组成（在光学显微镜下G、P区是无法辨认的），只能通过X—光线结构分析及电子衍射来证实。

2.黄铜
①α单相黄铜：含锌在36%以下的黄铜属单相α固溶体，典型牌号有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，呈亮色，而枝间富锌呈暗色），经变形和再结晶退火其组织为多边形晶粒，有退火变晶。

由于各种晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。

退火处理后的α黄铜能承受极大的塑性变形，可以进行冷加工。

②α+β两相黄铜：含锌为36—45%的黄铜为α+β′两相黄铜，典型牌号有H62。

在室温下β′相较α相硬得多，因而只能承受微量的冷态变形，但β′相在600℃以上即迅速软化，因此可以进行热加工。

3.巴比合金
①锡基巴比合金：主要有ZChSnSb11—6，含11%Sb，6%Cu。

合金含11%Sb可以形成软的α固溶体（锑在锡中的α固溶体）基体及少量镶嵌在基体上的β′（以合物SnSb为基的β′固溶体）两相组织，铜加入可形成Cu3Sn，避免比重偏析产生。

黑色基体α（软基）和具有方形和三角形的白色粗晶为β′固溶体（硬质点），白色针状和星状的是化合物Cu3Sn晶体，也是硬质夹杂。

这种轴承合金摩擦系数小，硬度适中，疲劳抗力高，是一种优良的轴承合金。

但价格较贵，只用于最重要的轴承上。

②铅基巴比合金：ZChPbSn16—16—2是最常用的铅基轴承合金，属于过共晶合金，其组织：白色方块为初生相β相（SnSb），花纹状软基体是α（Pb）+单
相黄铜（H70）的显微组织两相黄铜（H62）的显微组织
放大倍数：100X 放大倍数：100X
浸蚀剂：3%FC2+10%HC溶液浸蚀剂：3%FC2+10%HC溶液
ZChSnSb11—6轴承合金
的显微组织
浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
β共晶体。

白色针状晶体是化合物Cu2Sb。

化合物Cu2Sb，SnSb是合金中的硬质点。

这种轴承合金含锡量少，成本较低，铸造性能及耐磨性较好。

一般用于中、低载荷的轴瓦。

ZChPbSn16—16—2的显微组织
浸蚀剂：4%硝酸酒精溶液
4.钛合金
钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。

钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。

此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度（抗拉强度／密度）高（见图）,抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60％。

②中温强度好,使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。

③耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。

通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。

但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。

④低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。

⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。

合金元素钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。

其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。

②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。

前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。

③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。

氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。

通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。

氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。

通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。

氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。

类别钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以TA、TC、TB表示。

①α合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。

α合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀材料。

α合金通常又可分为全α合金（TA7）、近α合金(Ti-8Al-1Mo-1V)
和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。

②(α+β)合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组织为α相和β相。

(α＋β)合金有中等强度、并可热处理强化，但焊接性能较差。

(α＋β)合金应用广泛,其中Ti-6Al-4V合金的产量在全部钛材中占一半以上。

③β合金含大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。

β合金通常又可分为可热处理β合金（亚稳定β合金和近亚稳定β合金）和热稳定β合金。

可热处理β合金在淬火状态下有优异的塑性，并能通过时效处理使抗拉强度达到130～140kgf/mm2。

β合金通常作高强度高韧性材料使用。

缺点是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困难。

四、实验要求
（一）.实验材料及设备
1.金相显微镜
2.有色金属金属样品
3.相应金相图谱
（二）实验步骤
1.比较变质处理与未变质处理的硅铝明的显微组织。

2.了解钛合金铜合金和轴承合金的组织的特征。

3.将所观察到的金相组织，用示意图画出。

五、实验报告要求
1.明确实验目的
2.根据组织观察，分析有色金属的显微组织特征以及组织对性能的影响。