二元合金的显微组织

序号: 1200134000101组别: 5深圳大学实验报告课程名称：材料科学基础实验实验项目名称：二元合金显微组织分析学院：材料学院专业：材料科学与工程指导教师：钱海霞报告人：叶淳懿学号：2016200084 班级：实验时间：2018.12.19实验报告提交时间：教务部制数据处理分析纯铁，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体(α相)由图可知，经过4%硝酸酒精腐蚀的退火态纯铁拥有大小较为明显和均匀的晶粒，且均为铁素体(α相)。

由熔融态纯铁随着温度下降，先析出δ相铁；随着温度继续下降，δ相铁发生转变变成γ相铁。

当温度降至912℃时，γ相铁开始转变为α相铁，即图中铁素体。

20钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体经过4%硝酸酒精腐蚀的退火态20钢图中有浅色与黑色两种晶粒分散分布，其中浅色为铁素体，黑色为珠光体。

为亚共析钢。

20钢冷却时先匀晶转变析出δ相固溶体，之后发生包晶转变析出γ相，此时仍有δ相，但随着温度降低全部转变为奥氏体。

温度继续冷却，开始析出铁素体，并逐渐增多。

在770℃发生共析转变形成珠光体（α+FeC）。

345钢，退火态， 4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体45钢也是亚共析钢，由图可知，相比起20钢，黑色的珠光体含量更加多，且珠光体的晶粒更大。

45钢冷却时先匀晶转变析出δ相固溶体，之后发生包晶转变析出γ相，此时仍有液相，但随着温度降低全部转变为奥氏体。

其余过程与20钢相比并无太大差异，不再赘述。

60钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜10倍，铁素体，珠光体由图可知60钢仍是亚共析钢，但绝大部分已经是珠光体了，浅色的铁素体只占其中很小的一部分。

45钢冷却时直接匀晶转变析出γ相，无δ相析出。

其余过程与20钢相似，不再赘述。

T8钢，退火态，4%硝酸酒精腐蚀，物镜40倍，铁素体，渗碳体，珠光体T8钢为共析钢，从图中可看到黑绿色为渗碳体，浅色为铁素体。

他们共同构成了珠光体。

实验教学大纲：材料学基础实验Ⅰ教学大纲课程名称：材料学基础实验Ⅰ课程编码：050242021课程类别：专业基础课课程性质：必修适用专业：金属材料工程课程总学时：8实验（上机）计划学时：8开课单位：材料学院一、大纲编写依据本实验教学大纲依据：我校材料类本科生培养计划和培养目标，综合本专业的特点，制定本大纲，指导实践教学环节。

二、实验课程地位及相关课程的联系本实验课程是金属材料工程专业本科生必修的一门独立实验课，让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法；在学习本课程前应先学完《材料工程基础》、《材料科学基础》，《物理化学》《普通物理》等课程，可以为后期的专业课程实验、课程设计、毕业论文（设计）以及毕业后从事相关工作打下坚实的理论及实践基础。

三、实验目的、性质和任务实验目的：1、了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。

学会最基本的晶粒度的测定（二选一）2、掌握金相显微试样的一般制备方法，独立完成金相试样的基本操作，熟练操作抛光机。

3、结合理论教学，对典型的二元合金组织进行观察和分析；掌握铁碳合金的平衡组织观察和分析，了解含碳量对铁素体、珠光体和渗碳体对组织及相对量的影响。

实验性质：操作性、观察性、验证、综合性实验。

实验任务：完成实验项目中规定的各项实验要求。

通过验证、综合实验，培养学生观察问题、分析问题和运用综合知识独立解决问题的能力通过实验操作、观察、结果分析，培养正确处理实验数据和分析实验结果的能力，以及正确书写实验报告的能力。

四、实验基本要求1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明材料学基础实验是材料研究的重要组成部分。

为了使学生能更好地把理论知识与实践知识结合起来，独立开设8学时实验。

通过实验让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法，为以后开展实验工作和研究打下基础。

2、每个实验项目应达到的教学要求和具体规定第一个实验：了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法，学会光学显微镜的维护，初步认识并绘出组织示意图；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。

第三章金相显微组织分析第一节二元合金平衡（非平衡）显微组织分析金相显微组织是在金相显微镜下能够看到的合金内部组成物的直观形貌，它描述了各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。

这些组成物由不同的相所组成。

合金的显微组织可以是一种相组成的单相组织，也可以是几种相组成的复合组织。

相：是具有同一聚集状态、同一结构、同一性质、并与其他部分在界面分开的均匀组成部分。

相图：是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形。

组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状，分布及各相之间的组合状态。

平衡组织：合金经缓慢冷却后具有的显微组织。

非平衡组织：合金经快冷后具有的显微组织。

二元合金：由两种组元组成的合金称为二元合金。

固溶体：以合金某一组元为溶剂，其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质）所组成的异类原子混合的结晶相，结构保持溶剂元素的点阵类型，其实质是固态溶液。

匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。

共晶转变：具有E点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即M点成分的α相与N点成分的β相。

包晶转变：由一个固相与液相作用形成另一个固相的过程，称为包晶转变。

晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称晶内偏析。

离异共晶：当不平衡共晶体量很少时，其中与初生晶体相同的相，常与初生晶体连成一片，不能分辩，而共晶体的另一相则留在枝晶间，这种形式的共晶组织称离异共晶。

伪共晶：亚共晶和过共晶合金在快冷时，初生晶体数量减少，共晶体的实际成分偏离原共晶点，形成伪共晶，成分靠近共晶点的合金，快冷时，甚至来不及析出初生晶体即发生共晶反应，得全部共晶体。

这种由非共晶成分的合金而获得全部共晶体的组织，称为伪共晶组织。

脱溶：由α固溶体中析出另一种固相的过程，称脱溶，一般脱溶相称为次生相或次生固溶体，以βⅡ表示。

观察二元合金显微组织，应根据该合金系的相图，分析合金在平衡及非平衡冷却条件下可能出现的相及组织组成物。

典图3-1 Ni-Cu相图型二元合金的显微组织可分为以下几类：一、固溶体合金的显微组织具有匀晶转变的合金，如图3—1所示,在平衡冷却条件下,其室温组织均为单相固溶体。

试验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区分的，主要表现在它的尺度不同。

组织是显微尺度，结构是原子尺度。

组织是指用肉眼和显微镜观看到的金属内部情景，如晶粒尺寸和外形以及组成物的特点等。

而结构是指组成金属的同类或异类原子在三维空间的排列状况。

目前一般是用X射线衍射分析才能确定。

合金在室温下可以同时存在几种晶体结构，即可以多相共存，因而组织比纯金属简单许多。

合金的组织，既可由单相组成，也可由两相甚至多相组成。

不同的相可以构成不同的组织。

单相合金是以金属为溶剂的固溶体0两相或多相合金的组织中，数量较多的一相，称为基体相，大多是以金属为溶剂的固溶体。

其余的相可以是合金的另一组元为基体形成的固溶体或另一-组元的纯金属；也可是合金各组元形成的化合物或以化合物为溶剂的固溶体。

合金的相组成是说明合金由几种相和那几种相组成。

合金的显微组织分析就是进一步分析相组成、相分布和相形态，即讨论各相的生成条件、数量、外形、大小以及它们之间的相互分布状态。

1. 试验目的依据凝固理论，采用二元相图，在金相显微镜下，识别二元合金组织特征，进行显微组织分析。

合金中的基本组织特征合金成份不同时，二元合金可构成不同的组织，成份相同、但凝固及处理条件不同时，也可构成不同的组织。

合金的显微组织与合金的成份、组成相的性质、冷却速度及其他处理条件、组成相相对量等因素有关，一般可有以下几种形貌：2.1单相固溶体固溶体结晶时，先从溶体中析出的固相成分与后从溶体中析出的固相成份是不同的。

冷却速度慢（平衡凝固）时，固相原子经过充分集中，因而可以得到成份匀称的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及集中匀称，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，故各处耐腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征。

下面以Cu-20%Ni合金为例进行说明。

Cu-20⅜Ni的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态匀称化退火后，则消失类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20%Ni的铜合金匀称化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。

二元系合金的显微组织分析实验指导书一、实验目的1）掌握根据相图分析合金凝固组织的方法。

2）熟悉典型共晶系合金的显微组织特征。

3）了解初晶及共晶形态。

4）分析二元合金的不平衡凝固组织，掌握其组织特征及某与平衡组织的差别二、原理概述研究合金的显微组织时，常根据该合金系的相图，分析其凝固过程，从而得知合金缓慢冷却后应具有的显微组织。

显微组织是指各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。

特征不同，即使组成物的本质相同，合金的性能也不一样。

具有共晶反应的二元合金系有：Pb-Sb、Pb-Sn、Al-Si、Al-Cu、Cu-O、Zn-Mg等。

根据合金在相图中的位置，可分为端部固溶体、共晶、亚共晶和过共晶合金来研究其显微组织特征。

1、端部固溶体合金端部固溶体合金位于相图两端。

如Pb-Sn相图中含锡的质量分数小于19％的合金，见图3-1；Pb-Sb相图中含锑的质量分数小于3.5％的合金，见图3-2。

这类合金慢冷凝固终了得到单相固溶体α，继续冷却到固溶度曲线以下，将析出二次相βⅡ，一般合金中的二次相常呈粒状或小条状分布在α固溶体的晶界和晶内。

图3-3为含锡10％的Pb-Sn合金的显微组织，其中暗色的基体为铅基固溶体α，亮色颗粒为二次相β，记为βⅡ，β是以锡为基体的固溶体。

图3-1 Pb-Sn相图图3-2Pb-Sb相图图3-3 Pb-10%Sn合金的显微组织2、共晶合金位于二元相图中共晶点成分的合金液体L E 冷至共晶温度t E 时，发生共晶反应，b a t E EL βα+→凝固终了得共晶体组织。

共晶体是由两种一定成分的固相（b a βα+）组成，两相的本质和成分可由相图上得知。

如Pb-Sn 合金的共晶体中两个相的本质分别为以铅和锡为基的固溶体α和β，在共晶温度时，α和β中锡的质量分数分别为19％和97.5％（见图3-1）。

而在Pb-Sb 合金中，由于铅在锑中的固溶度很小，β相的成分接近纯锑，故其共晶体由α＋Sb 所组成。

第三章金相显微组织分析第一节二元合金平衡（非平衡）显微组织分析金相显微组织是在金相显微镜下能够看到的合金内部组成物的直观形貌，它描述了各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。

这些组成物由不同的相所组成。

合金的显微组织可以是一种相组成的单相组织，也可以是几种相组成的复合组织。

相：是具有同一聚集状态、同一结构、同一性质、并与其他部分在界面分开的均匀组成部分。

相图：是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形。

组织：用肉眼或显微镜所观察到的不同组成相的形状，分布及各相之间的组合状态。

平衡组织：合金经缓慢冷却后具有的显微组织。

非平衡组织：合金经快冷后具有的显微组织。

二元合金：由两种组元组成的合金称为二元合金。

固溶体：以合金某一组元为溶剂，其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质）所组成的异类原子混合的结晶相，结构保持溶剂元素的点阵类型，其实质是固态溶液。

匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。

共晶转变：具有E点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即M点成分的α相与N点成分的β相。

包晶转变：由一个固相与液相作用形成另一个固相的过程，称为包晶转变。

晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称晶内偏析。

离异共晶：当不平衡共晶体量很少时，其中与初生晶体相同的相，常与初生晶体连成一片，不能分辩，而共晶体的另一相则留在枝晶间，这种形式的共晶组织称离异共晶。

伪共晶：亚共晶和过共晶合金在快冷时，初生晶体数量减少，共晶体的实际成分偏离原共晶点，形成伪共晶，成分靠近共晶点的合金，快冷时，甚至来不及析出初生晶体即发生共晶反应，得全部共晶体。

这种由非共晶成分的合金而获得全部共晶体的组织，称为伪共晶组织。

脱溶：由α固溶体中析出另一种固相的过程，称脱溶，一般脱溶相称为次生相表示。

或次生固溶体，以βⅡ观察二元合金显微组织，应根据该合金系的相图，分析合金在平衡及非平衡冷却条件下可能出现的相及组织组成物。

典图3-1 Ni-Cu相图型二元合金的显微组织可分为以下几类：一、固溶体合金的显微组织具有匀晶转变的合金，如图3—1所示,在平衡冷却条件下,其室温组织均为单相固溶体。

实验报告班级姓名学号中北大学材料科学及工程学院实验中心一实验名称:实验一、金相显微镜的使用及金相样品制备二实验目的(扼要说明研究对象,实验意义及作用等)1.了解光学显微镜的原理及构造；2.掌握显微镜的使用方法；3.学习金相试样的制备过程；4.了解金相显微组织的显示方法。

三实验原理(简要说明实验所依据的理论.包括重要定律,公式及据此推算的重要结果):光学显微镜的基本原理:光学显微镜是由两个透镜组成，对着金相试样的透镜称为物镜，对着眼睛的透镜称为物镜。

借助于物镜与目镜的两次放大，就能是物体放大到很高倍数。

其光学原理如图所示。

1)显微镜的放大倍数由下式来确定：M=M物·M目=L/f物·D/f目式中：M—显微镜的放大倍数；M物——物镜的放大倍数；M目——目镜的放大倍数；f物——物镜焦距；f目——目镜焦距；L—显微镜的镜筒长度（即目镜与物镜的距离）;D—明视距离（250mm）。

2)显微镜的鉴别率:光学显微镜的鉴别率是指它能清晰的分辩物体上两点间最小距离d的能力。

d值越小，鉴别率就越高。

鉴别率是显微镜的一个重要的性能，它可由下式求得：d=λ/(2N·A)式中 d—物镜能分辩出的物体相邻两点间的最小距离(即鉴别率)；λ—入射光线的波长；N⋅A—物镜的数值孔径，表示物镜的聚光能力。

数值孔径越大时,d值也就越小。

数值孔径表示物镜的聚光能力，数值孔径大的物镜的聚光能力强，能吸收更多的光线，使物像更加明显。

数值孔径可用下式求得：N⋅A=n⋅Sinφ⑶式中：n—物镜与物体间介质的折射率；φ—物镜孔径角的一半。

进入物镜的光线所张开的角度称为物镜的孔径角，其半角为φ，如图1-2所示。

图1-2 孔径角当n与φ值越大时，则数值孔径值就越大，物镜的鉴别能力也就越高。

3)透镜成像的质量单片透镜在成像过程中，由于几何光学条件的限制，以及其它因素的影响，常使映像变的模糊不清或发生变形迹象，这种缺陷称为相差。