材料课件实验四二元合金组织观察

实验六：二元合金组织观察一、实验目的观察几种不同类型的二元合金显微组织，结合状态图分析讨论各类合金的组织特点二、实验说明1． Cu-Ni合金铜和镍两组元在液态及固态下都能无限互溶，在L+α两相区，自由度为1，结晶是在一个温度区内进行的（图5所示）。

任一Cu-Ni合金由液态极缓慢地冷却到室温时，可得到均匀的单相α固溶体，但在快速冷却（生产条件）时，扩散未能充分进行，使凝固过程偏离平衡条件而出现枝晶偏析，显微组织呈树枝状组织，枝干为富Ni的α（高熔点组元先凝固），枝间为富Cu的α（低熔点组元多）2． Pb-Sn合金Pb-Sn合金为液态下无限溶解，固态下有限互溶的共晶系（图6）。

当缓慢冷却时，合金按照相图平衡凝固。

合金Ⅰ为共晶组织（α+β），室温下全部为层片交替的共晶体，合金Ⅱ室温组织为β+（α+β）。

由于固溶体溶解度的变化，从初晶或共晶的α会析出β，（α+β）共晶保持共晶的特征，经4%硝酸酒精浸蚀，黑色为α相，白色为β3． Sn-Sb合金图7为Sn-Sb合金状态图，从图中可知，Sn-Sb在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，具有如下两个包晶反应：其中β是金属化合物SnSb，冷却到325～320℃间转变为有序相β′；α是Sb在Sn中的固溶体；γ是Sn在Sb中的固溶体。

合金Ⅰ，室温显微组织为α固溶体的基体上分布由β′相，有时能看到β′呈枝晶状（达不到平衡条件所至）且在其上观察到αⅡ。

合金Ⅱ，冷却时首先析出γ固溶体，到425℃进行包晶反应，生成β相（包晶），反应结束仍有过剩液相，随后冷却过程，液相不断结晶成β，一直到结晶完毕，继续冷却β转变为β′。

若是平衡条件下最后得到均匀的单相组织β′。

但在包晶转变过程中，扩散极为困难，达不到平衡条件，所以当试样经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，往往能看到白色的外包着灰色的β（富Sb）而基体为L转变成的β（暗黑色，富Sn）。

三、实验材料及设备1．典型试样（见下表）2．金相显微镜四、实验步骤及内容1．熟悉匀晶、共晶、包晶三类相图2．结合相图对已制好的典型试样进行观察3．绘制典型合金的组织示意图五、实验报告要求1．绘制六种典型合金的组织示意图，用箭头标明示意图中所示的组织，并注明处理状态、腐蚀剂和放大倍数。

第五章 二元合金组织的观察一、概述合金的种类不同，合金状态图的形式也不同，有的则十分复杂，但任何复杂的二元合金状态图，都是由一些简单的基体状态图组合起来的。

这些基本类型有匀晶状态图，共晶状态图和包晶状态图等。

熟悉掌握这些相图，是分析合金的结晶过程，组织转变规律及组织特制的必要知识。

1、二元匀晶相图及合金的结晶过程和组织特征这类状态图的特点是合金的二组元在液态与固态下均能完全互溶，Cu －Ni 合金就是其中的一种，如图1所示。

具有这种类型状态图的合金，结晶过程及所获得组织都具有独特的特征，现以合金钢为例，简要叙述如下：改合金加热至液态后自高温缓慢冷却至t 1温度时，开始从液相中结晶处α1固溶体，此时与其平衡存在得液态是L 1，由图可见，α1要比原液相含有较多的Ni 组元。

继续冷却到t 2温度时，合金的相平衡关系则变为：222t L α−−→←−−为了达到这种新的平衡，在t 1温度结晶出的α1相，必须改变为与α2相同的成分，液相成分也必将由L 1向 L 2变化。

在温度不断下降过程中，固相的成分将不断的沿固相线变化，液相的成分也不断的沿液相线变化。

同时固相的量不断增多，而液相量逐渐减少。

在一定温度下两相的相对量可用杠杆定律求出。

当冷却到t 3温度时，结晶全部完了，得到了与原合金成分相同的α固溶体。

在显微镜下观察，固溶体的组织特征与纯金属相似，为多边形晶粒所组成。

但在实际生产中，由于冷却速度比较快，因此，合金不可能完全按照平衡条件进行结晶。

2、二元共晶状态图及合金的结晶过程与组织特征二元合金具有共晶转变特征的状态图叫做共晶状态图，在这种合金系中，二组元在液态下无限互溶，而在固态下可有限互溶。

下面以Pb －Sn 合金（参看图2）为例分析其共晶、亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成组织形态的特征。

1）含Sn 小于19％的合金由图2可见，含10％Sn 的合金，缓慢冷却到液相线时，从液体中开始结晶出α固溶体。

实验4. 典型二元合金显微组织观察与分析一、合金中基本组织特征根据二元相图及凝固条件，二元合金可构成不同组织，其形态组成本性、冷却速度、组成相相量不同可有多种形貌，现分别介绍如下。

1．单相固溶体固溶体结晶时如(Cu-Ni系，见图3-1)，图3-1Ni-Cu合金相图图3-2a Cu --20%Ni的铜合金铸态组织图3-2b Cu --20%Ni的合金均匀化退火组织组织分析：此合金本是固溶体，由于组织分析：呈枝晶偏析的Cu --20%Ni合金非平衡结晶，呈现出树枝状晶体（枝晶偏析）轻均匀化退火组织为多形晶粒腐蚀剂：CuCl2氨水溶液腐蚀剂：CuCl2氨水溶液放大倍数：100x 放大倍数：100x图3-3 Cu-O合金相图图3-4 Cu-O合金系过共晶组织组织分析：树枝状初晶+点状组织浸蚀剂：未浸蚀放大倍数：200X由于先后从溶体中析出固相成分不同，冷却快时，来不及扩散均匀，凝固结束，晶粒内各部分存在浓度梯度，故各处腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征，如图3-2a 所示单相固溶体组织存在晶内偏析、呈树枝状。

图3-2a所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一样的多边形晶粒，如图3-2b所示单相固溶体平衡组织。

2．二元合金中初晶与共晶特征初晶：在凝固过程中，初晶首先从液相中析出，其形态很大程度上由液-固界面性质而定，若初晶是固溶体或纯金属，一般呈树枝状，金相磨面上呈椭圆形或不规则形状。

初晶为亚金属、非金属或中间相，一般具有较规则外形(多边形、三角形、正方形、针状、棱形等)。

共晶：二元共晶内两相组成，由组成相本质凝固时冷却速度，组成相相对量不同，可构造成多种形态，按组织形态分类有层片状、球状、点状、针状、螺旋状、树枝状、花朵状等。

共晶一般是两相共存，比初晶细。

具有典型组织特征的金相图片及相应合金相图如下。

见下图。

隐蔽共晶：初晶析出后，剩余液相量极少，则共晶中一相常附着初生相上，而不显现晶特征，只见一相孤独地分布在另一相上或晶间，称为隐蔽共晶(或离异共晶)。

实验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区别的，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察到的金属内部情景，如晶粒尺寸和形状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情况。

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，因而组织比纯金属复杂很多。

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。

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，即研究各相的生成条件、数量、形状、大小以及它们之间的相互分布状态。

1 ．实验目的根据凝固理论，利用二元相图，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。

二．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，固相原子经过充分扩散，因而可以得到成份均匀的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及扩散均匀，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，1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。

C u-20 ％Ni 的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20％Ni 的铜合金均匀化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。