金属材料的显微组织观察(PPT51页)
金属材料显微组织图谱
金属材料显微组织图谱(共42个图谱)图谱01、不锈钢中的位错线：图谱02、铁碳合金的室温平衡组织(0.01%C )：（纯铁的室温平衡组织）铁素体 w ww .b zf x w .c om铁素体+珠光体图谱04、铁碳合金的室温平衡组织(0.77%C )：（T8钢的室温平衡组织）珠光体w ww .b zf xw .c om珠光体+二次渗碳体图谱06、球状珠光体：（T12钢的球化退火组织）球状珠光体w ww .b zf xw .c om图谱07、灰口铸铁的组织(一)：（灰口铸铁的显微组织）铁素体+片状石墨 铁素体+珠光体+片状石墨 珠光体+片状石墨图谱08、灰口铸铁的组织(二)：铁素体和团絮状石墨w ww .b zf xw .c om图谱09、灰口铸铁的组织(三)：铁素体和球状石墨图谱10、陶瓷在室温下的组织：w ww .b zf xw .c om图谱11、W18Cr4V钢离子氮碳共渗+离子渗硫复合处理渗层组织：图谱12、共晶合金组织的形态：w ww .b zf xw .c om图谱13、亚共晶合金组织的形态：图谱14、过共晶合金组织的形态：w ww .b z f xw .c om图谱15、共析钢的室温组织：图谱16、共晶白口铸铁室温平衡组织：图谱17、亚共晶白口铸铁室温平衡组织：w ww .b zf xw .c om图谱18、过共晶白口铸铁室温平衡组织：图谱19、珠光体型组织：图1 珠光体 放大3800倍图2 索氏体 放大8000倍w w w .b z f xw .c om图3 屈氏体 放大8000倍图谱20、上贝氏体形态：图1 光学显微照片 放大500倍图2 电子显微照片 放大5000倍w ww .b zf xw .c om图谱21、下贝氏体形态：图1 光学显微照片 放大500倍图2 电子显微照片 放大12000倍图谱22、低碳马氏体的组织形态：w ww .b zf xw .c om图谱23、高碳马氏体的组织形态：图谱24、铸锭结构：(1) 细晶区； (2)柱状晶区； (3)等轴晶区w ww .b z f xw .c om图谱25、回火索氏体：图谱26、低碳钢渗碳缓冷后的显微组织：图谱27、38CrMoAl 钢氮化层的显微组织：w ww .b zf x w .c om图谱28、球墨铸铁的显微组织：图谱29、蠕墨铸铁的显微组织：图谱30、可锻铸铁的显微组织：w ww .b z f xw .c om图谱31、ZL102合金的铸态组织(一)：未变质处理图谱32、ZL102合金的铸态组织(二)：变质处理后w ww .b zf xw .c om图谱33、铜锌合金的显微组织(一)：单相黄铜图谱34、铜锌合金的显微组织(二)：双相黄铜w ww .b zf xw .c om图谱35、Ti-6Al-4V 合金时效处理后的显微组织：图谱36、GCr15钢淬火、回火后的显微组织：w w w .b zf x w .c om图谱37、ZChSnSb11-6轴承合金的显微组织：图谱38、高速钢淬火、回火后的组织：（）w ww .b z f xw .c om图谱39、钨纤维铜基复合材料中的裂纹在铜中扩展受阻：图谱40、碳纤维环氧树脂复合材料断裂时纤维断口电子扫描照片：图谱41、韧性断裂断口：（韧窝）w ww .b zf xw .c om图谱42、脆性断裂断口：（河流花样）（全文完）w ww .b zf xw .c om。
常用金属材料的显微组织观察
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。
《金相检验》课件
金相检验的目的和意义
评估金属材料的质量和性能
通过金相检验，可以了解金属材料的微观结构和夹杂物分 布，从而评估其力学性能、耐腐蚀性能等，为产品的可靠 性和安全性提供保障。
控制生产过程
金相检验可以对生产过程中的金属材料进行实时监控，及 时发现并解决生产过程中出现的问题，提高产品质量和生 产效率。
促进新材料研发
利泽 。
04
金相显微镜观察
金相显微镜的构造与原理
金相显微镜由照明系统、载物台、物 镜、目镜等主要部分组成，能够将物 体放大并清晰地展示在屏幕上。
金相显微镜的原理基于光学成像原理 ，通过透镜的折射和反射将物体放大 并投影到目镜上，以便观察。
02
可以观察金属材料的相 组成、相比例和相分布 等相组成特征。
03
可以观察金属材料的表 面形貌、粗糙度和纹理 等表面特征。
04
可以观察金属材料的内 部缺陷、夹杂物和析出 相等内部特征。
05
金相检验标准与报告编写
金相检验标准
1 2
金属材料的金相检验标准
根据金属材料的种类、牌号和用途，制定相应的 金相检验标准，包括金相组织、晶粒度、夹杂物 等方面的规定。
相变类型
02
共析、包析、马氏体相变等。
相变对性能的影响
03
相变会导致金属材料的性能发生显著变化，如钢铁在冷却时发
生相变，硬度增加，耐磨性提高。
03
金相制备技术
金相试样的选取与截取
选取代表性试样
根据检验目的和要求，选取具有代表 性的金相试样，确保能够反映材料或 零件的整体特征。
截取方法
根据试样的大小和形状，采用适当的 锯切、切割或破碎等方法，将试样从 原始材料中截取下来。
实验四常用金属材料的显微组织PowerPointPr
淬火组织：马氏体+碳化物+残余奥氏体。
8
高速钢（W18Cr4V）淬火组织
9
几种常用合金钢的显微组织 2、高速钢 ( W18Cr4V )
淬火回火组织：回火马氏体+颗粒状碳化物 +少量残余奥氏体。
10
高速钢（W18Cr4V）淬火回火组织
14
铸铁的显微组织 1、普通灰口铸铁
---石墨呈粗片状。
15
普通灰口铸铁
16
铸铁的显微组织 2、球墨铸铁
---石墨呈球状。
17
球墨铸铁
18
铸铁的显微组织 3、可锻铸铁
---石墨呈团絮状。
19
可锻铸铁
20
几种常用有色金属的显微组织 1、 铝合金（ZL102）
（1）未变质处理 铸造后的组织：共晶体 （ α +Si粗）
体。
2
GCr15钢
3
几种常用合金钢的显微组织 2、高速钢 ( W18Cr4V )
铸态组织：鱼骨状共晶碳化物+共析体+ 马氏体。
4
高速钢（W18Cr4V）铸态组织
5
几种常用合金钢的显微组织 2、高速钢 ( W18Cr4V )
锻造退火组织：索氏体+碳化物。
6
高速钢（W18Cr4V）锻造退火组织
几种常用合金钢的显微组织 1、低合金钢：合金元素总量小于5%。
---相图发生了一些变化，但其平衡状态的 显微组织与碳钢没有质的区别。
---热处理后的显微组织仍然可借助C曲线来 分析。除了Co元素之外，合金元素都使 C曲线右移。
1
几种常用合金钢的显微组织 GCr15钢
工艺：球化退火--- 840℃油淬+低温回火， 组织：回火马氏体+碳化物+少量残余奥氏
金相制样与显微观察ppt课件
以防止试样受热改变组织。不需要检查表层组织的试样要倒角倒边。
❖ 检验面整平 ❖ 倒角 ❖ 粗砂纸磨制
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目
XJP—3A型金相显微镜的构造
❖ 1载物台 ❖ 2物镜 ❖ 3目镜
❖ 4视场光栏
❖ 5孔径光栏 ❖ 6底座
7物镜转换器 8纵动手轮 9横动手轮 10粗调焦手轮 11细调焦手轮 12灯泡 13变压器
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目
金相试样的制备过程包括取样、手工磨制、抛光、浸蚀等几个步骤，制备好的试
样应能观察到真实组织，无磨痕、麻点、水迹，并使金属组织中的夹杂物、石墨等不脱 落，否则将会严重影响显微分析的正确性。
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目
❖ 观察的金相样品必须完全干燥，否则损坏物镜。 ❖ 缓慢转动手轮选择视域，边观察边进行，勿超出
范围。
认 识 到 了 贫 困户贫 困的根 本原因 ，才能 开始对 症下药 ，然后 药到病 除。近 年来国 家对扶 贫工作 高度重 视，已 经展开 了“精 准扶贫 ”项目
3 本实验采用
(1) 手工磨样 (2) 抛光 (3) 化学浸蚀
常用金属材料的显微组织
03
钢铁材料的显微组织
钢的显微组织分类
铁素体
一种具有体心立方晶格 的相，在钢中通常作为
基体相。
奥氏体
一种具有面心立方晶格 的相，在钢的熔炼过程
中通常形成。
渗碳体
一种具有复杂晶格结构 的相，在钢中作为强化
相。
珠光体
由铁素体和渗碳体组成 的层状相，具有较好的
塑性和韧性。
钢材的显微组织特点
钢材的显微组织结构取决于其制造工艺，如熔炼、 轧制、热处理等。
马氏体
形状记忆合金中的马氏体是 一种有序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 变化。
奥氏体
形状记忆合金中的奥氏体是 一种无序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 恢复。
孪晶
形状记忆合金中的孪晶是一 种特殊的晶体结构，能够通 过温度变化实现形状的变化 和恢复。
06
金属材料显微组织的观察与分析方法
高温合金中的碳化物是一种硬质点，能够 提高材料的耐磨性和抗腐蚀性能。
精密合金的显微组织
特点 精密合金是一种具有优异物理、 化学和机械性能的金属材料，其 显微组织通常包括单相、双相、 多相等结构。
多相 精密合金中的多相组织由多种晶 体结构组成，如奥氏体、铁素体 和碳化物，能够提供优异的机械 性能和耐腐蚀性能。
铝及铝合金
纯铝具有轻巧和良好的导电性， 但强度较低。铝合金通过添加镁、 锰等元素来提高其强度和耐腐蚀
性。
钛及钛合金
钛是一种轻巧、高强度的金属， 具有良好的耐腐蚀性和生物相容 性。钛合金通过添加铝、钼等元 素来进一步提高其强度和耐腐蚀
性。
特殊金属材料
不锈钢
功能金属材料
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性和良 好机械性能的合金钢。常见的类型包 括奥氏体、马氏体和双相不锈钢。
金相制样和显微组织观察
三类镶嵌方法：• 1.加压热壤嵌简称热壌嵌 *> 2.浇注冷镏嵌简称冷報嵌 •:，3■麵加持
金相试样制备-镶嵌
热镇嵌的优点：1、 硬度较高2、 鮮上耐腐蚀3、 尺寸稳定4、 试样边缘平整性好5、 无毒6、 价格低廉冷壌嵌的优点:1、 可同时浇注多块试样2、 工作周期短3、 试样不发生组织转变（例：铝合金淬火态试样热锡时效）4、 无须设备投资5、 不产生变形（不加压）6、 可采用真空镶嵌技术填充孔隙
退火高纯洞抛光表面在600#SiC砂纸上自右至左磨一小段行程（SEt
金相试样制备-磨光
碳化硅砂纸已经使用多年，它的的使用寿命较短.
金相试样制备-磨光
制备的三个阶段L磨平阶段一 __试样要观察的面平整2. 无损伤（磨光）阶段一去除试样表面的变形损伤，使其不影响观察到试样的真实组织3, 抛光阶段一去除残余的微细磨痕
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手工砂纸磨抛
半自动磨盘磨抛
金相试样制备-磨光
磨料粒度对照表
APEX™ DGD金刚石磨光片 —种通用系统，可用于臣铁基材料， 陶瓷，热喷涂涂层，玻瑀，碳化钨，铸铁， 钛,萵溫合金等许多材料；不适于用 来制备以下材料：铝、锡、铋、锑、 钎埋埋料，以及其它非甫软和延性 非常好的材料!使用时只需加水即可.瘀料尺寸有以下几沖：165, 125, 70, 45f 30,15. 9, 6, 3, 0.5 微米对于较软的材料，转速应些, 对于较硬的材料转速可以更快一些，
金相显微组织分析(清晰)
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。 其显微组织形态表现为一个个的晶粒及晶界。但在非平衡冷却时，固相成分来
图 3-2 固溶体合金不平衡凝固时固相成分的变化
不及扩散均匀，在凝固过程中各温度的固相平均成分将偏离原平衡相图上固相线的位置， 如图 3 一 2 所示。在合金完全凝固后，先 结晶出的枝干（包括一次轴和二次轴）含 高熔点的组元多，后结晶的枝间含低熔点 组元多。由于二者抗蚀性不同，浸蚀后呈 现出树枝状组织特征，在显微镜下可观察 到明暗的差异。 图 3-3 为 Cu—Sn 合金相图。 含 5%Sn 的铜锡合金显微组织中富集高熔 点组元铜的枝干部分呈亮白色，而富集低 熔点组元锡的枝晶间隙则呈暗黑色，即出 现晶内偏析，如图 3—4a 所示。通过对不 平衡结晶的合金进行扩散退火（均匀化） 处理，即将合金加热到低于固相线温度， 保温一定时间，缓冷，从而可消除或减轻 偏析，得到接近平衡结晶的组织。图 3-4b 为 Cu—Sn5％合金的树枝晶消除后的固溶 液体晶粒。
图 3-17 Pt — Ag 合 金 相 图
图右方，如 Al—Si 相图（见图 3-13） ，此时 只有过共晶成份合金，才可能得到全部共晶组织。 三、二元包晶系合金的组织 由相图可知， 具有包晶成分的合金， 在平衡冷却条件下， 其初生相应在转变中全部耗尽， 成为均匀的单相固溶体。但在实际情况下，由于冷却较快，包晶反应常常不能充分进行。以 至于合金的显微组织达不到平衡状态，例如图 3—17 所示的 P 点以及 P 点以右的 Pt—Ag 合 金。 在平衡凝固完成之后，便不存在α相。但如果是不平衡结晶则在β相中心仍保留一些 残留的α相，且β相本身的成分也是不均匀的，呈枝晶偏析。又如图 3—3 所示的 Cu—65％ Sn 的合金冷却到 415℃时要发生 L + ε → η 的包晶转变，剩余的液相 L 到 227℃又会发 生共晶转变，所以在平衡凝固时最终组织应由η相和共晶体（η+θ）组成。而实际的不平 衡组织却保留相当数量的ε相（灰色） ，包围它的是η相（白色） ，在外面的则是黑色的共晶 组织， 如图 3—18 所示。 这种由于包晶转变的不完全性而产生的组织变化与成分偏析的现象， 称为包晶偏析。 包晶偏析易于在一些包晶温度较低的合金中出现。 包晶偏析一般采用扩散退 火方法予以改善和消除。
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合金结构钢和滚动轴承钢热处理组织
40Cr 850 ℃淬火
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 A’
M
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。
45钢 860℃退火
碳钢热处理组织
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。
45钢 860℃正火
碳钢热处理组织
正火是指：钢件加热到临 界点Ac3或Acm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。
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。
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。
马氏体不锈钢热处理组织
3Cr13的退火组织
3Cr13的1000℃淬火 +250℃回火组织
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。
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
T10钢淬火
碳钢热处理组织
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60º或120º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。
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。
高速钢铸态组织
高速钢热处理组织
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。
高速钢锻造退火组织
高速钢热处理组织
高速钢1280℃淬火后三次 回火组织
高速钢热处理组织
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。
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。
马氏体不锈钢热处理组织 回火马氏体
铁素体不锈钢热处理组织
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。
热处理实验
金属材料的显微组织观察（验证性）
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
20钢-930℃淬火
碳钢热处理组织
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。
45钢 860℃淬火
碳钢热处理组织
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。
45钢 860℃淬火后 200℃回火
碳钢热处理组织
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。
45钢调质处理
碳钢热处理组织
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。