有色金属的显微组织观察

实验．合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察一．实验目的１．观察和研究合金、铸铁、有色合金的显微组织；２．了解这些材料的成份、显微组织和性能的关系及应用。

二．概述合金钢的某些性能之所以比碳钢好，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，它们的加入改变了钢的内部组织与结构，其相变温度也有很大变化。

铸铁的组织（除白口铸铁外）可以认为是在钢的基体上分布着不同形态、尺寸和数量的石墨，其中石墨的形状及数量的变化对性能起着重要作用，所以正确认识和鉴别各类铸铁的金相组织对估计和评价铸铁的质量和性能有着重要意义。

有色金属及合金具有某些独特的优异功能，例如，铝合金比重而强度高；铜及铜合金导电性极好，耐蚀性强；铅与锡合金具有良好的减摩性等。

而这些性能特点也与其内部组织密切相关。

三．合金钢合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素的质量分数小于５％的称为低合金钢；合金元素质量分数大于１０％的称为高合金钢。

一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢，由于加入合金元素较少，铁碳相图虽发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微并没有太大的区别。

低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素使Ｃ曲线右移（除Ｃo外），即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。

例如４０Ｃr钢经调质处理后的显微组织和４０钢调质的显微组织完全相同，都是回火索氏体（图３－２９）；ＧＣr１５钢（轴承钢）８４０℃油淬低温回火试样的显微组织，与Ｔ１２钢７８０℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物＋残余奥氏体组织（图３－３０），但ＧＣr１５钢的碳化物颗粒较细小。

１．高速钢它是一种常用的高合金工具钢，以具有良好的强硬性著称，例如±Ｗ１８Ｃr４Ｖ。

因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的Ｅ点大大向左移，以虽然它的碳的质量分数只有０．７％~０．８％，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。

其中大量的合金元素除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会各种合金碳化物（如Ｆe4Ｗ2C、ＶＣ等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削加工性能。

兰州理工大学学生实验报告
学院材料科学与工程学院
实验室实验中心
课程名称工程材料
实验类型验证性
实验名称合金钢、铸铁、有色金属的
显微组织观察
学生姓名
学生学号
实验日期
指导教师何力力
合金钢、铸铁、有色金属的显微组织观察
实验报告
一、实验目的
二、使用的设备仪器
三、实验方法、步骤
四、画出下列材料的显微组织示意图，并用箭头标明示意图中所示组织的名称
材料名称：W18C r4V 材料名称：W18C r4V
处理状态：铸造处理状态：淬火+高温回火组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：灰口铸铁材料名称：球墨铸铁处理状态：铸造处理状态：铸造
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
材料名称：ZL102（未变质）材料名称：ZL102（变质）处理状态：处理状态：
组织：组织：
腐蚀剂：腐蚀剂：
放大倍数：放大倍数：
五、实验结果讨论
1.根据显微组织观察，试分析高速钢性能和热处理特
点，说明为什么？
3.将以上灰口铸铁的组织与性能同球墨铸铁进行比较，说明为什么？
4.试分析变质处理对硅铝明合金的作用。

5. 简述巴氏合金组织与性能的特点。

金相试样的制备及显微组织观察
金相试样的制备及显微组织观察是一种常用的金属材料性质研究方法。

下面是金相试样的制备及显微组织观察的基本步骤：
1. 试样的制备：
a. 选择要研究的金属材料，通常需要将大块材料裁剪成适当的尺寸，以便于后续加工。

b. 用砂纸或砂轮对试样进行打磨，以去除表面的氧化层或污染物。

c. 用酸洗或腐蚀剂对试样进行清洁，以去除表面的氧化物和污染物。

2. 试样的加工：
a. 利用车床、磨床或剪切机等设备将试样加工成所需要的形状和尺寸，通常需要将试样切割成小片。

b. 如果试样太硬或太大，可以借助切割机、电火花加工等方法进行切割。

3. 试样的打磨与光洁处理：
a. 用相应的砂纸、砂轮或抛光机对试样进行打磨，以去除加工留下的划痕或凸起的表面。

b. 利用抛光机或其他设备对试样进行抛光，使其表面平整、光滑。

4. 试样的腐蚀处理：
a. 将试样放入相应的腐蚀液中进行腐蚀处理，以便于观察該金属材料的显微组织特点。

b. 选择合适的腐蚀液和腐蚀时间，以获得清晰、有代表性的显微组织。

5. 显微组织观察：
a. 用光学显微镜观察试样的显微组织，通常使用透射光学显微镜、透射电子显微镜或扫描电子显微镜等设备进行观察。

b. 观察试样的晶粒结构、晶界、相分布、孪晶等显微组织特征，并进行记录和分析。

工程材料学实验（常用金属材料的显微组织观察）何艳玲编写机电工程学院材料系常用金属材料的显微组织观察一、实验目的1．观察各种常用合金钢，有色金属和铸铁的显微组织。

2．分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。

二、概述1．几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。

1）一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。

由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。

低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。

例如16Mn淬火后为马氏体组织，40Cr钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体，如图1、2所示。

GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体＋碳化物十残余奥氏体组织，如图3所示。

图1 16Mn淬火组织图2 40Cr钢调质后的组织图3 GCr15钢淬火低温回火后组织图4 W18Cr4V淬火三次回火后的组织2)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点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。

高速钢的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和马氏体或屈氏体组成。

莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。

锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。

高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。

它的淬火温度较高，为1270～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。

实验九合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察实验项目名称：钢在热加工后常见的缺陷实验项目性质：普通实验所属课程名称：金属材料与热处理实验计划学时：2一、实验目的1、观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。

2、了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。

二、实验内容和要求合金钢的性能之所以比碳钢优越，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，它们的加入改变了钢的内部组织与结构，其相变温度也是很大变化的。

铸铁的组织（除白口铸铁外）可以认为是钢的基体上分布着不同形态、尺寸和数量的石墨，其中石墨的形状及数量变化对性能起着重要作用，所以正确认识和鉴别各类铸铁的金相组织对估计和评定铸铁的质量和性能有着重要意义。

有色金属和合金具有某些独特的优异性能，例如铝合金比重小而强度高；铜及铜合金导电性极好，耐蚀性强；铅与锡合金具有良好的减摩性等，而这些性能特点也无不与其内部组密切相关。

下面着重研究和分析各种不同类型合金材料的组织特点。

（一）合金钢合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在基本相有：合金铁素体、奥氏体、碳化物（包括渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。

其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。

（1）高速钢高速钢是高合金工具钢，以具有良好的热硬性（或红硬性）著称。

这里以典型的W18Cr4V（简称18-4-1）钢为例加以分析研究。

W18Cr4V的化学成分为：0.7~0.8%C，17.5~19%W，3.8~4.4%Cr，1.0~1.4%V，≤0.3%Mo。

由于钢中存在大量的合金元素（大于20%）因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物（如Fe4W2C、VC等），这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。

高速钢的热处理状态有铸态组织，退火组织、淬火及回火后的组织。

实验三铸铁与有色金属的显微组织分析一、实验目的1. 观察和分析各种灰口铸铁的显微组织。

2. 熟悉常用的铝合金、铜合金及轴承合金的显微组织。

二、实验内容观察分析下列金相组织。

表3—1（一）灰口铸铁的组织分析：1. 普通灰口铸铁：灰口铸铁显微组织与白口铸铁的显微组织不同，白口铸铁中的碳全部以化合物渗碳体的形式存在，在组织中有共晶莱氏体，其断口白亮。

性质硬而脆，故工业上很少应用，主要作炼钢原料。

普通灰口铸铁中碳全部或部分以自由碳—片状石墨形式存在，断口呈现灰色。

其显微组织根据石墨化程度的不同为铁素体或珠光体或铁素体+珠光体基体上分布片状石墨。

由于片状石墨无反光能力，故试样未经腐蚀即可看出呈灰黑色。

石墨性脆，在磨制时容易脱落，此时在显微镜下只能见到空洞。

为了研究石墨的形状和分布，一般均先观察未经腐蚀的试片。

灰口铸铁的基体在未经腐蚀的试片上呈白亮色，经过硝酸酒精腐蚀后和碳钢一样。

在铁素体基体的灰口铸铁中看到晶界清晰的等轴铁素体晶粒。

在珠光体基体的灰口铸铁中，珠光体片的大小随冷却速度而异。

由于石墨的强度和塑性几乎等于零，这样可以把铸铁看成是布满裂纹和空洞的钢，因此铸铁的抗拉强度与塑性远比钢低。

且石墨数量越多，尺寸越大，石墨对基体的削弱作用也愈大。

在铸铁中由于含磷较高，在实际铸造条件下磷常以Fe3P的形式与铁素体和Fe3C形成硬而脆的磷共晶。

因此在灰铸铁的显微组织中，除基体和石墨外，还可以见到具有菱角状沿奥氏体晶界连续或不连续分布的磷共晶（又叫斯氏体）。

磷共晶主要有三种类型，即二元磷共晶（在Fe3P的基体上分布着粒状的奥氏体分解产物—铁素体或珠光体）、三元磷共晶（在Fe3P的基体上分布着呈规则排列的奥氏体分解产物的颗粒及细针状的渗碳体）和复合磷共晶（二元或三元磷共晶基体上嵌有条块状渗碳体）。

用硝酸酒精或苦味酸腐蚀时Fe3P不受腐蚀，呈白亮色，铁素体光泽较暗，在磷共晶周围通常总是珠光体。

由于磷共晶硬度很高，故当二元或三元磷共晶以少量均匀孤立分布时，有利于提高耐磨性，而并不影响强度。

合金钢、铸铁、有色合金的显微组织观察一、实验目的1. 观察和研究各种不同类型合金材料的显微组织特征。

2. 了解这些合金材料的成分、显微组织对性能的影响。

二、观察下列合金试样的组织编号钢号处理过程显微组织腐蚀剂1 W18Cr4V 铸造屈氏体+莱氏体4%硝酸酒精2 W18Cr4V 退火碳化物+索氏体∥3 W18Cr4V 1280℃油淬马氏体+初生碳化物+A，∥4 W18Cr4V 1280℃油淬560℃回火回火马氏体+碳化物∥5 1Cr18Ni9Ti 1100℃固溶处理奥氏体（内有孪晶）王水6 灰口铸铁（基P）铸造4%硝酸酒精P+片状石墨7 可锻铸铁（F基）可锻化退火4%硝酸酒精F+团絮石墨8 球墨铸铁（F+P基）铸造4%硝酸酒精牛眼睛9 硅铝明（ZL102）铸造未变质0.5HF水溶液（Si +α）共晶1硅铝明（ZL102）铸造变质0.5HF水溶液α+（Si+α）1 1 单相黄铜（H70）冷加工退火3%FeCl3+10%HCl水溶液单相α（孪晶）1 2 两相黄铜（H63）铸造退火3%FeCl3+10%HCl水溶液α+β′1 3 锡基巴比合金ZChSnSb11—6铸造4%硝酸酒精α（黑基体）+β′（方块）+Cu3Sn星状三、实验内容讨论（一）合金钢合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在的基本相有：合金铁素体、合金奥氏体、合金碳化物（包括合金渗碳体、特殊碳化物）及金属间化合物等。

其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢中的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。

1.高速钢高速碳是高合金工具钢，具有良好的红硬性，即使工作温度达到600℃时，仍保持高的硬度和切削性能。

经常用它来制造各种刀具。

这里以典型的W18Cr4V （简称18—4—1）钢为例加以分析研究。

W18Cr4V 的化学成分为：0.7~0.8%C ，17.5~19%W ，3.8~4.4%Cr ，1.0~1.4%V ，﹤0.3%Mo 。

金属显微组织检验方法(一)金属显微组织检验方法概述金属材料显微组织检验是对金属材料内部结构进行观察和分析，以确定其组织特征和缺陷情况，从而评价材料的性能和可靠性。

在金属材料的成型、加工和使用过程中，其显微组织会发生变化，因此显微组织检验也是对材料加工过程的监控和产品质量的保证。

常用检验方法金相显微镜检验法金相显微镜是依靠显微镜的放大功能对金属材料的显微组织进行观察和分析的一种方法。

先将材料进行切割、打磨、腐蚀等处理，使其内部组织暴露，然后将样品置于显微镜下进行观察和拍照记录。

配合用不同的酸液、抛光剂和染色剂，可以更好地显示出材料的组织结构和缺陷。

金相显微镜检验法可用于评价材料的组织均匀性、晶粒尺寸、晶格结构、相对含量等。

扫描电镜检验法扫描电镜是利用电子束对材料的表面和内部进行观察的一种方法。

与金相显微镜相比，扫描电镜放大倍数更高，可观察到纳米级别的结构。

扫描电镜需要对样品进行金属镀层和真空处理，然后使用电子束扫描样品，并通过对电子束的信号进行处理得出图像。

扫描电镜检验法可用于评价材料的结晶形态、晶体缺陷、纳米级结构等。

透射电镜检验法透射电镜是利用电子束穿过样品进行观察的一种方法。

相比扫描电镜，透射电镜放大倍数更高，可以观察到更高级别的原子结构。

透射电镜需要对样品进行纳米级切片，然后使用电子束穿过样品，并通过对电子束的信号进行处理得出图像。

透射电镜检验法可用于评价材料的原子结构、位错密度、晶界结构等。

结语金属显微组织检验方法是评价金属材料质量和可靠性的重要手段。

不同的检验方法可以从不同的角度进行材料分析，为材料科学的发展和工程应用的推广提供了有力支持。

注意事项1.在进行金相显微镜检验时，必须保证样品表面光洁度和腐蚀时间、温度的标准化。

2.在进行扫描电镜或透射电镜检验时，样品必须经过电镀或真空处理。

同时，在操作过程中要注意防止样品的电离损伤和热损伤。

3.在进行显微组织检验时，操作人员必须严格遵守安全操作规程，特别是在使用电镜检验时要注意电磁辐射和高压等危险因素。

常用金属材料的显微组织观察一、实验目的1.观察各种常用合金钢,有色金属和铸铁的显微组织。

2.分析这些金属材料的组织和性能的关系及应用。

二、金属材料的显微组织观察及分析1.几种常用合金钢的显微组织合金钢依合金元素含量的不同,可分为三种:合金元素总量小于 5%的称为低合金钢;合金元素为 5~10%的称为中合金钢;合金元素大于 10%的称为高合金钢。

1一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。

由于加入合金元素,铁碳相图发生一些变动,但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。

低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同, 差别只是在于合金元素都使 C 曲线右移 (除 Co 外 ,即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。

40Cr 钢经调质处理后的显微组织是回火索氏体。

GCrl5钢 (轴承钢 840℃油淬低温回火试样的显微组织,与 T12钢 780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的,都得到回火马氏体+碳化物十残余奥氏体组织。

图 1、 16Mn-淬火 -x40016Mn 钢属于碳锰钢,碳的含量在 0.16%左右。

16Mn 钢的合金含量较少,焊接性良好,焊前一般不必预热。

加入合金元素锰,使 C 曲线右移,在淬火处理后,组织为马氏体组织。

但由于 16Mn 钢的淬硬倾向比低碳钢稍大,所以在低温下(如冬季露天作业或在大刚性、大厚度结构上焊接时,为防止出现冷裂纹,需采取预热措施。

1图 2、 16Mn-正火 -x40016Mn 属于低碳钢,碳含量 <0.16%,正火后组织为 F+S。

在 400倍显微镜下, 索氏体基本上不可分辨。

16Mn 钢是目前我国应用最广的低合金钢。

广泛应用于各种板材、钢管。

图 3、 65Mn-等温淬火 -40065Mn ,锰提高淬透性,但 Mn 含量过大会导致过热现象。

特性:经热处理后的综合力学性能优于碳钢, 65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比 65号钢高。