金属材料的显微组织观察（PPT51页)

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,金属材料的显微组织观察（验证性）,热处理实验,1,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,2,碳钢热处理组织,20,钢,-930,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。,3,碳钢热处理组织,45,钢,860,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。,4,碳钢热处理组织,45,钢,860,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。,正火是指：钢件加热到临界点,A,c3,或,A,cm,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。,5,碳钢热处理组织,45,钢,860,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。,6,碳钢热处理组织,45,钢,860,淬火后,200,回火,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。,7,碳钢热处理组织,45,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。,8,碳钢热处理组织,T10,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,60,或,120,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。,9,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。,10,合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织,40Cr 850 ,淬火,11,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,M,A,12,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。,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。,13,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,。,14,高速钢,热处理组织,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,。,15,高速钢,热处理组织,高速钢,1280,淬火组织,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,HRC61,62,16,高速钢,热处理组织,高速钢,1280,淬火后三次回火组织,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,。,17,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。,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。,18,马氏体不锈钢,热处理组织,3Cr13,的退火组织,19,马氏体不锈钢,热处理组织,3Cr13,的,1000,淬火,+250回火组织,回火马氏体,20,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。,21,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。,22,奥氏体不锈钢,热处理组织,1Cr18Ni9Ti,固溶组织,23,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,24,铸铁：白口铸铁,共晶白口铸铁,过共晶白口铸铁,亚共晶白口铸铁,25,铸铁：灰口铸铁,P+,片状,G,F+P+,片状,G,26,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。,27,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,。,28,铸铁：球墨铸铁,球墨铸铁的显微组织，其中基体上分布着球状石墨。,F+P+G,F+G,P+G,破碎状,F+P+G,29,铸铁：球墨铸铁,球铁淬火、,400,等温淬火和,280,等温淬火的基体组织,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,30,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,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,固溶体枝晶（白亮）及细小的共晶（,+Si,）（黑底），,这是因为,共晶中的硅呈细小点状颗粒,（如下图所示）。,31,有色金属：铝合金,32,有色金属：铝合金,未,变质处理,已,变质处理,Al-Si,合金变质前后的铸态组织,属二元铝,-,硅合金，又名硅铝明，含,Si%=1013%,。,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,初晶硅,共晶硅,固溶体,（,+Si,）,共晶体,基体,相,33,有色金属：铜合金,相图下部自左至右分别有六个单相区，这六个相都是固相，其中向相是固溶体，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。,34,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，含锌量在,36%46.5%,之间，是,+,，,两相，含锌量大于,46.5%,就变为单相,，,，由于,，,相得脆性很大，实用的黄铜含锌量不大于,43%,，室温下的组织只有相或,+,，,，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相，黑色组织是,，,相。,35,有色金属：铜合金,黄铜为,Cu-Zn,合金，常用的黄铜为,单相黄铜和,+,两相黄铜。,单相黄铜：,含锌在,39%,以下的黄铜属单相,固溶体，典型牌号为,H70,（即三七黄铜）。铸态组织：,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。,36,有色金属：铜合金,黄铜为,Cu-Zn,合金，常用的黄铜为,单相黄铜和,+,两相黄铜。,单相黄铜：,含锌在,39%,以下的黄铜属单相,固溶体，典型牌号为,H70,（即三七黄铜）。铸态组织：,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。,37,有色金属：铜合金,黄铜为,Cu-Zn,合金，常用的黄铜为,单相黄铜和,+,两相黄铜。,+,两相黄铜：,含锌量为,39%,45%,的黄铜为,+,两相黄铜，典型牌号有,H62,（即四六黄铜）。在室温下,相较,相硬得多，因而可用于承受较大载荷的零件。,+,两相黄铜可在,600,以上进行热加工。,+,两相黄铜显微组织：,为亮白色的固溶体，,是,CuZn,为基的有序固溶体,相,相,38,轴瓦合金的组织,轴瓦合金主要用于汽车、拖拉机、空压机、柴油机等轴瓦、轴套、衬套等。,轴瓦合金的侵蚀剂一般为,2,5%,的硝酸酒精溶液。,轴瓦合金分为两大类：软基体，硬质点，如锡基、铅基；,硬基体，软质点，如铜铅合金等。,39,轴瓦合金主要用于汽车、拖拉机、空压机、柴油机等轴瓦、轴套、衬套等。,40,典型金相组织,1,、锡基轴承合金,锡基轴承合金是以锡为基础，例如,Sb-Cu,等元素组成的合金，称巴氏合金，其显微组织为,+,+Cu6Sn5,相组成,。,图,11-9,铸态 锡基轴承合金的显微组织,固溶体,Cu,6,Sn,5,相,固溶体,加入铜的目的是为了防止,相上浮减少合金的比重偏析，同时提高了合金的耐磨性,。,41,典型金相组织,2,、铅基轴承合金,铅基轴承合金是以,Pb,、,Sb,为基础，加入,Sn,Cu,等元素组成的合金，其显微组织为（,+,）,Cu,2,Sb,相组成。,图,14-11,铸态 铅基轴承合金的显微组织,Cu,2,Sb,相,+,42,典型金相组织,3,、铜基轴承合金,图,14-12,铸态 铜基轴承合金的显微组织,Pb,固溶体,铜基轴承合金,Cu-Pb,二元系合金，其组织特点为硬基体，软质点。,43,典型金相组织,3,、铜基轴承合金,铜基轴承合金,Cu-Pb,二元系合金，其组织特点为硬基体，软质点。,44,实验报告填写,实验内容,绘组织形貌图，要求用箭头和相应符号标识出相应物相。,要求绘制的组织形貌图为：,Al-Si,合金变质前、后的铸态组织；,单相和双相黄铜退火态组织；,F+P,灰铁组织，以及,F+P,球铁退火组织；,1Cr18Ni9Ti,奥氏体不锈钢固溶组织，以及,3Cr13,的,1000,淬火,+250,回火组织；,45,钢：,860 ,退火、正火、淬火、淬火,+200 ,回火组织；,T10,钢淬火；,GCr15,等温淬火组织；,Sn-Cu,铸态组织；,Pb-Sb,铸态组织；,45,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,46,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,47,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,48,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,49,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,50,观察并绘出试样经热处理工艺试验后的组织（用箭头和代表符号标明各组织组成物），画出其热处理工艺曲线，并在,C,曲线表示其冷却方式和在,Fe-C,合金相图标示其位置，最后判断其热处理工艺是否正确。,51,