金属学原理实验指导书 - 图文(5)

实验6 有色金属组织观察与分析

实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验目的 1. 2.

掌握常用铝合金，钛合金以及轴承合金的显微组织特征。 分析金属材料显微组织与性能之间的关系。

二、实验原理 1. 铝合金

这里主要介绍铸造铝合金与变形铝合金（硬铝合金）。

（1） 铸造铝合金 在铸造铝合金中应用最广泛的是铝硅系合金（wsi=10%~13%）,典型 的牌号为ZL102。从Al-Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，具有优良的铸造性能，既流动性好，铸件致密，不容易产生铸造裂纹。但铸造后得到的组织是粗大针状硅晶体和α固溶体所组成的晶体，见图1。这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性和韧性。

图1硅铝明

处理过程:铸态（未变质） 金相组织：Si+(α+ Si )共晶

图2硅铝明

处理过程:铸态（经变质） 金相组织：Si+(α+ Si )共晶 浸蚀剂：3--5％硝酸酒精

浸蚀剂：3--5％硝酸酒精

为了提高铝合金的力学性能，通常进行变质处理，既在浇注以前向合金溶液中加入占合金质量2%~3%的变质剂（通常2/3NaF+1/3NaCl）。由于钠盐能促进硅的生核，并能吸附在硅的表面阻碍它长大，使组织大大细化，同时使晶体右移，

故是使原合金成分变为亚共晶体成分，所以变质处理后的组织为初生α固体枝晶（白亮）及细小的（α+Si）共晶体（黑底）组成，见图2。由于共晶体中的硅呈细小圆形颗粒，因而使合金的强度与塑性显著改善。

（2）变形铝合金（硬铝合金） 硬铝合金属于Al-Cu-Mg系合金，具有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度。这类合金具有优良的加工性能和耐热性，但塑性，韧性低，耐腐蚀性差。

硬铝合金按照合金元素及性能不同，可分为三种类型：低强度硬铝，如2A01,2A10等合金；中强度硬铝，如2A11等合金；高强度硬铝，如2A12等合金。其中2A12是使用最广的高强度硬铝。

硬铝合金人工时效比自然时效具有更大的晶间腐蚀倾向，硬铝的时效强化一般采用自然时效。时效后的组织为α固溶体+θ相（细小颗粒）+S相和其他金属间化合物。 2．铜合金

铜合金按照化学成分可分为黄铜，青铜和白铜。这里主要介绍黄铜。 黄铜是以锌为主要元素的铜合金。最简单的黄铜是铜锌二元合金，简称普通黄铜。由相图可知，Wzn<39%的黄铜组织为单相α固溶体，这种铜称为α黄铜或单相黄铜（单相黄铜具有良好的塑性，可进行各种冷变形）。单相黄铜H70经变形及退火后，其α晶粒呈多边形，并有大量退火孪晶，见图3。

图3 H90（黄铜）

图4 Ｈ62 （黄铜） 处理过程:退火 处理过程：退火 金相组织：单相α固溶体（有退火孪晶) 金相组织：α＋β‵ 浸蚀剂：氯化铁盐酸水溶液硅铝明 浸蚀剂：氯化铁盐酸水溶液

双相黄铜H62（Wzn=39%~45%）的退火组织具有（α+β′）。Α相呈亮白色，见图4。在低温下硬而脆，但在高温下具有较好的塑性，所以双相黄铜可以进行

热压力加工，冷变形能力较差。 3．滑动轴承合金

巴氏合金是滑动轴承合金中应用较多的一种。锡基巴氏合金ZSnSb11Cu6是常用的一种，其 WSn =83%， WSb=11%和 WCu= 6%，其组织是以Sb溶入Sn中的α固溶体为基本和以SbSn为基的有序固溶体β′相密度小而易上浮造成比重偏析，因此在合金中特地加入Cu形成Cu6Sn5相，Cu6Sn5在液体冷却时最先结晶形成树状晶体，能阻碍 ?′ 相上浮，因而可使合金获得较均匀的组织。ZSnSb11Cu6合金的显微组织见图5，暗色基体为软的α固溶体，亮方块或三角形为硬的SnSb化合物，亮色针状或星状基体为Cu6Sn5。

ZSnSb11Cu6常用于浇注大型机器的滑动轴承，如汽轮机以及汽车发动机的滑动轴承。但含有稀缺元素锡，价格昂贵，所以尽可能用铅基合金代替。

常用的铅基合金是ZPbSn16Sb16Cu2合金，其中 WPb =66%，WSn=16%， WSb=16%， WCu=2.0%，组织中花纹状基体为共晶体α（Pb）+?,而硬的质点是白色方块状的?相（SnSb）。加入质量分数为16%的Sn其作用是生成硬的SnSb质点和溶入Pb中是基体强化，加入2%的Cu能生成Cu2Sb软质点，增加耐磨性或减轻合金的比重偏析。铅基轴承合金的硬度，强度和韧性较锡基合金为低，因而只能用于浇注中等负荷的滑动轴承，如汽车、拖拉机曲轴以及电动机曲轴等。

图5 ZSnSb11Cu6 处理过程: 浇铸

金相组织:α+β‵+Cu6Sn5 浸蚀剂：3-5％硝酸酒精

三、实验设备及材料 1、金相显微镜。

2、铝合金、铜合金、钛合金以及轴承合金相试样。 四、实验内容及步骤

1、观察铝合金，铜合金，钛合金以及轴承合金相试样的显微组织，分析各组织组成物的形态特征以及形成。

2、绘制所观察实验试样的显微组织特征。 五、实验报告要求 1、写出实验目的及内容。

2、画出所观察试样的显微组织，并分析组织特征及性能特点。

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