1、鐵碳合金的顯微組織及分析實驗報告摘要：依據(jù)鐵碳相圖分析了不同成分鐵碳合金及其形貌特征,解釋了如何鑒別細網(wǎng)狀鐵素體和網(wǎng)狀滲碳體，冷卻速度對組織形貌和相對量有無影響，各類鑄鐵的組織對性能有何影響等問題。關鍵詞：鐵碳合金 組織形貌 鐵碳相圖1 實驗設備與材料 光學顯微鏡， 標準試驗樣品若干2 實驗原理2.1 鐵碳相圖2.2鐵碳組織組成物鐵素體:碳在體心立方鐵中的固溶體 Fe（C）和 -Fe（C），通常也成鐵素體和 鐵素體。奧氏體 :碳在面心立方鐵的固溶體-Fe（C）珠光體:奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)生共析轉變所形成的，其立體形態(tài)為鐵素體薄層和碳化物(包括滲碳體)薄層交替重疊的層狀復相物。廣義則包括過冷

2、奧氏體發(fā)生珠光體轉變所形成的層狀復相物。在珠光體中鐵素體占88%,滲碳體占12%,由于鐵素體的數(shù)量大大多于滲碳體,所以鐵素體層片要比滲碳體厚得多.在球化退火條件下,珠光體中的滲碳體也可呈粒狀,這樣的珠光體稱為粒狀珠光體。萊氏體:萊氏體是液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉變形成的奧氏體和滲碳體所組成的共晶體，其含碳量為c4.3。當溫度高于727時，萊氏體由奧氏體和滲碳體組成，用符號Ld表示。在低于727時，萊氏體是由珠光體和滲碳體組成，用符號Ld表示，稱為變態(tài)萊氏體。滲碳體: Fe 和C 形成的Fe3C化合物2.3含碳量不同情況下的析出相及其組織形貌。根據(jù)組織特點及含碳量的不同，鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和

3、鑄鐵三大類。鋼又可根據(jù)含碳量分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼；鑄鐵根據(jù)含碳量也可分為亞共晶白口鐵、共晶白口鐵、過共晶白口鐵。工業(yè)純鐵 純鐵在室溫下具有單相鐵素體組織。含碳量0. 02 %的鐵碳合金通常稱為工業(yè)純鐵，它為兩相組織，即由鐵素體和極少量的三次滲碳體組成。顯微組織中的黑色線條是鐵素體的晶界，亮白色的基底是鐵素體的不規(guī)則等軸晶粒，在某些晶界處可以看到不連續(xù)的薄片狀三次滲碳體。亞共析鋼 亞共析鋼的含碳量在0.02%0.77%范圍內(nèi)，其顯微組織是由鐵素體和珠光體組成。用4%的硝酸酒精浸蝕后，鐵素體為亮白色，珠光體為暗黑色。 隨著含碳量的增加，組織中的鐵素體量逐漸減少，而珠光體的量不斷增加；當含

4、碳量大于0.60%時，鐵素體由塊狀變成網(wǎng)狀分布在珠光體的周圍。根據(jù)含碳量，可以由杠桿定律求得鐵素體和珠光體的相對量。另外，由顯微鏡中觀察鐵素體和珠光體各自所占面積的百分數(shù)，可近似地計算出鋼的含碳量，即，碳含量P0.77%，其中P為珠光體所占面積百分數(shù)。共析鋼 含碳量為0.77%的碳鋼稱為共析鋼，它由單一的珠光體組成。過共析鋼 過共析鋼的含碳量在0.77%2.11%，它在室溫下的組織由珠光體和二次滲碳體組成。鋼中含碳量越多，二次滲碳體數(shù)量就越多。經(jīng)硝酸酒精浸蝕后，二次滲碳體呈亮白色網(wǎng)分布在珠光體的周圍。亞共晶白口鑄鐵 含碳量是2.11%4.3%，在室溫下的組織由珠光體、 二次滲碳體和變態(tài)萊氏體所

5、組成。經(jīng)硝酸酒精浸蝕后，組織呈現(xiàn)：暗黑色的樹枝狀的珠光體（枝晶態(tài)）和斑點狀變態(tài)萊氏體，二次滲碳體的空間位置是在珠光體的周圍，但形態(tài)上與共晶滲碳體無法區(qū)分。共晶白口鑄鐵 含碳量為4.3%，室溫下的組織由單一的變態(tài)萊氏體組成。經(jīng)浸蝕后，顯微組織為暗黑色粒狀或條狀珠光體分布在亮白色的滲碳體的基底上。有時通俗地稱為“斑點組織”。過共晶白口鐵 含碳量為4.3%6.69%，在室溫下的組織是一次滲碳體和變態(tài)萊氏體。經(jīng)浸蝕后，一次滲碳體呈亮白色的粗大條片狀分布于斑點狀的變態(tài)萊氏體的基底上。2.4鑄鐵的分類及分類標準根據(jù)碳在鑄鐵中存在形式的不同，鑄鐵可分為 1.白口鑄鐵 碳除少數(shù)溶于鐵素體外，其余的碳都以滲碳體

6、的形式存在于鑄鐵中，其斷口呈銀白色，故稱白口鑄鐵。目前白口鑄鐵主要用作煉鋼原料和生產(chǎn)可鍛鑄鐵的毛坯。 2.灰口鑄鐵 碳全部或大部分以片狀石墨存在于鑄鐵中，其斷口呈暗灰色，故稱灰口鑄鐵。 3.麻口鑄鐵 碳一部分以石墨形式存在，類似灰口鑄鐵；另一部分以自由滲碳體形式存在，類似白口鑄鐵。斷口中呈黑白相間的麻點，故稱麻口鑄鐵。這類鑄鐵也具有較大硬脆性，故工業(yè)上也很少應用。 根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)不同，鑄鐵可分為 1.灰口鑄鐵 鑄鐵中石墨呈片狀存在。 2.可鍛鑄鐵 鑄鐵中石墨呈團絮狀存在。它是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)高溫長時間退火后獲得的。其機械性能（特別是韌性和塑性）較灰口鑄鐵高，故習慣上稱為可鍛鑄鐵。 3

7、.球墨鑄鐵 鑄鐵中石墨呈球狀存在。它是在鐵水澆注前經(jīng)球化處理后獲得的。這類鑄鐵不僅機械性能比灰口鑄鐵和可鍛鑄鐵高，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，而且還可以通過熱處理進一步提高其機械性能，所以它在生產(chǎn)中的應用日益廣泛鑄鐵經(jīng)不同程度石墨化后所得到的組織 名 稱 石 墨 化 程 度 顯微組織 第一階段 第二階段 第三階段 灰口鑄鐵 充分進行 充分進行 充分進行 充分進行 充分進行 充分進行 充分進行 部分進行 不進行 FG FPG PG 麻口鑄鐵 部分進行 部分進行 不進行 LePG 白口鑄鐵 不進行 不進行 不進行 LePFe3C 2.5金相侵蝕原理及常用侵蝕劑純金屬及單相合金的腐蝕是一個化學溶解的過程

8、。由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來，在顯微鏡下可以看到多邊形的晶粒。若腐蝕較深，則由于各晶粒位向不同，不同的晶面溶解速率不同，腐蝕后的顯微平面與原磨面的角度不同，在垂直光線照射下，反射進入物鏡的光線不同，可看到明暗不同的晶粒。 兩相合金的腐蝕主要是一個電化學腐蝕過程。兩個組成相具有不同的電極電位，在腐蝕劑中，形成極多微小的局部電池。具有較高負電位的一相成為陽極，被溶入電解液中而逐漸凹下去；具有較高正電位的另一相為陰極，保持原來的平面高度。因而在顯微鏡下可清楚地顯示出合金的兩相。 常用侵蝕劑硝酸酒精溶液適用范圍:碳鋼及低合金鋼，能清晰的顯示鐵素體

9、晶界苦味酸酒精溶液:適用范圍：碳鋼及低合金鋼，能清晰的顯示珠光體和碳化3實驗過程觀察如下合金的顯微組織圖并畫出示意圖序號類別合金牌號浸蝕劑1工業(yè)純鐵4%硝酸酒精溶液2亞共析鋼204%硝酸酒精溶液3454%硝酸酒精溶液4604%硝酸酒精溶液5共析鋼T84%硝酸酒精溶液6過共析鋼T124%硝酸酒精溶液T12堿性苦味酸溶液7亞共晶白口鑄鐵4%硝酸酒精溶液8共晶白口鑄鐵4%硝酸酒精溶液9過共晶白口鑄鐵4%硝酸酒精溶液4實驗結果及討論1 -Fe 顯微組織圖熱處理：退火態(tài)顯微組織：-固溶體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍凝固過程：Wc0. 0218 %的奧氏體 ,緩冷至 GS 線對應的溫度時

10、 ,開始從奧氏體中析出鐵素體.隨著溫度的下降 ,由于鐵素體的不斷析出 ,奧氏體的含碳量逐漸增多.鐵素體和奧氏體的含碳量分別沿 GP 線和 GS線變化,冷至 GP線 ,奧氏體全部轉化為鐵素體.2 20鋼顯微組織圖熱處理：退火態(tài)顯微組織：-鐵素體+珠光體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：黑色部分為珠光體，白色部分為鐵素體。由于放大倍數(shù)不夠，珠光體片層結構不明顯。凝固過程：Wc0.20%的奧氏體 ,緩冷至GS 線對應的溫度時 ,開始從奧氏體中析出鐵素體.隨著溫度的下降 與鐵素體的不斷析出 ,奧氏體的含碳量逐漸增多.鐵素體和奧氏體的含碳量分別沿GP 線和 GS 線變化, 冷至 PS

11、K 線對應的溫度(727 )時 ,奧氏體發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體. 當冷至 PS K 線對應 溫 度 時 ,發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體.。由杠桿原理知，鐵素體含量約為75.9%。3 45鋼顯微組織圖熱處理：退火態(tài)顯微組織：-鐵素體+珠光體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：黑色部分為珠光體，白色部分為鐵素體。由于放大倍數(shù)不夠，珠光體片層結構不明顯。凝固過程：Wc0.45%的奧氏體 ,緩冷至GS 線對應的溫度時 ,開始從奧氏體中析出鐵素體.隨著溫度的下降 與鐵素體的不斷析出 ,奧氏體的含碳量逐漸增多.鐵素體和奧氏體的含碳量分別沿GP 線和 GS 線變化, 冷至 PS K 線對應

12、的溫度(727 )時 ,奧氏體發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體. 當冷至 PS K 線對應 溫 度 時 ,發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體.。由杠桿原理知，鐵素體含量約為42.0%。4 60鋼顯微組織圖熱處理：退火態(tài)顯微組織：-鐵素體+珠光體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：黑色部分為珠光體，白色部分為鐵素體。由于放大倍數(shù)不夠，珠光體片層結構不明顯。凝固過程：Wc0.45%的奧氏體 ,緩冷至GS 線對應的溫度時 ,開始從奧氏體中析出鐵素體.隨著溫度的下降 與鐵素體的不斷析出 ,奧氏體的含碳量逐漸增多.鐵素體和奧氏體的含碳量分別沿GP 線和 GS 線變化, 冷至 PS K 線對應的溫度(7

13、27 )時 ,奧氏體發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體. 當冷至 PS K 線對應 溫 度 時 ,發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體.。由杠桿原理知，鐵素體含量約為25.7%。5 T8 鋼 熱處理：退火態(tài)顯微組織：珠光體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：從圖中可以看出珠光體片層結構凝固過程：Wc = 0. 76 %的奧氏體,緩冷至 S點對應的溫度(727 )時,奧氏體發(fā)生共析轉變,生成珠光體.6 T12鋼 熱處理：退火態(tài)顯微組織：珠光體侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：圖中片層狀結構為珠光體，白色線為晶界凝固過程：Wc1.2%的奧氏體 ,緩冷至 ES線對應的溫度時 ,奧氏體

14、中的含碳量達到飽和而開始析出二次滲碳體.隨著溫度的下降 ,二次滲碳體不斷析出 ,致使奧氏體的含碳量逐漸減少 ,奧氏體的含碳量沿 ES 線變化.當冷卻到 PS K線對應的溫度時奧氏體碳質(zhì)量分數(shù)減至 0. 77 % ,發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體。由于硝酸酒精溶液侵蝕，顯示出白色晶界。7 T12鋼 熱處理：退火態(tài)顯微組織：珠光體侵蝕條件：堿性苦味酸溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：圖中黑線為晶界凝固過程：Wc1.2%的奧氏體 ,緩冷至 ES線對應的溫度時 ,奧氏體中的含碳量達到飽和而開始析出二次滲碳體.隨著溫度的下降 ,二次滲碳體不斷析出 ,致使奧氏體的含碳量逐漸減少 ,奧氏體的含碳量沿 ES 線變化.

15、當冷卻到 PS K線對應的溫度時奧氏體碳質(zhì)量分數(shù)減至 0. 77 % ,發(fā)生共析轉變 ,生成珠光體。由于堿性苦味酸染色，圖中只顯示出晶界。8 亞共晶白口鐵熱處理：退火態(tài)顯微組織：珠光體+低溫萊氏體侵蝕條件：堿性苦味酸溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：基體為黑白相間分布的變態(tài)萊氏體，黑色樹枝狀為初晶奧氏體轉變成的珠光體，白色為二次滲碳體與共晶滲碳體連在一起，不易分辨。凝固過程：11 % Wc 4. 3 %的鐵碳合金 ,由液體緩冷到 CD線對應的溫度時 ,從液相中開始結晶出一次滲碳體.冷至 ECF線對應的溫度(1 148 )時 ,剩余液相成分達到共晶點成分( Wc = 4. 3 %) ,發(fā)生共晶轉變

16、,生成高溫萊氏體 ,再冷至 PS K線對應的溫度(727 )時 ,高溫萊氏體轉變?yōu)榈蜏厝R氏體.5 思考題5.1 怎樣鑒別0.7wt%C合金的網(wǎng)狀鐵素體和1.3wt%C合金的網(wǎng)狀滲碳體。1化學試劑侵蝕法：在堿性苦味酸鈉水溶液中，將被測試樣浸入其中煮沸5min左右，取出水沖干凈并吹干，若白色網(wǎng)變?yōu)楹谏蚋畹暮谏瑒t確定為碳化物，若其顏色不變?nèi)猿拾咨ú皇芙g）為鐵素體相。2 硬度法：已知鐵素體的硬度為80HBS,滲碳體的硬度為800HBW，通過測量硬度可鑒別鐵素體和滲碳體。5.2 冷卻速度對組織形貌和相對量有無影響？并舉例說明。 有。例如，在強磁場下冷卻速度對Fe一012C合金顯微組織的影響的研

17、究中。在12 T強磁場作用下Fe一012C合金中的珠光體團的長軸方向沿磁場方向平行且伸長的程度隨其冷卻速度增大而減弱，因為冷卻速度大的試樣的先共析鐵素體晶核的形核率較高，使其先共析鐵素體晶核之間的距離較小，導致鐵素體晶粒沿磁場方向伸長且呈鏈狀排列的程度減弱強磁場熱處理試樣中的珠光體組織的面積分數(shù)低于非磁場熱處理試樣中的珠光體組織的面積分數(shù)，而且隨冷卻速度降低這種差別愈加明顯.5.3鑄鐵的組織對性能的影響。 鑄鐵各類組織的力學性能如下：鐵素體性能：鐵素體的力學性能特點是塑性、韌性好，而強度、硬度低。（=30%50%，AKU=128160J）b=180280MPa，5080HBS）。奧氏體性能：具

18、有一定的強度和硬度（b=400 MPa，170220HBS），塑性和韌性也好（=40%50%）。 奧氏體是一種高溫組織，穩(wěn)定存在的溫度范圍為7271394，顯微組織為多邊形晶粒，晶粒內(nèi)?？梢姷綄\晶（昌粒的平行的直線條），生產(chǎn)中利用奧氏體塑性好的特點，常將鋼加熱到高溫奧氏體狀態(tài)進行塑性加工。滲碳體性能：其力學性能特點是硬度高，脆性大，塑性幾乎為零。 滲碳體是鋼中的強化相，根據(jù)生成條件不同滲碳體有條狀、網(wǎng)狀、片狀、粒狀等形態(tài)，它們的大小、數(shù)量、分布對鐵碳合金性能有很大影響。珠光體性能：力學性能介于鐵素體與滲碳體之間，強度較高，硬度適中，塑性和韌性較好（b=770MPa、180HBS、=20%35%

19、、AKU=2432J）萊氏體性能：萊氏體的力學性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性極差，幾乎為零。微觀組織的不同對鑄鐵性能造成的如下影響：1. 白口鑄鐵：根據(jù)室溫下組織的不同，白口鑄鐵可分為以下三類：1.亞共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量分數(shù)為.11%-4.3%，其組織是珠光體，二次滲碳體與萊氏體2.共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量分數(shù)為4.3%，其組織是萊氏體3.過共晶白口鑄鐵 碳的質(zhì)量分數(shù)大于4.3%，其組織為一次滲碳體和萊氏體白口鑄鐵性質(zhì)很脆，不能鍛造，不能進行切削加工，可制造承受強烈擠壓和磨損的零件，如拉絲模、球磨機、軋輥等。2.合金鑄鐵所謂合金鑄鐵是在普通鑄鐵內(nèi)有意識地加入一些合金元素，如鎳、鉻、錳、鈦等配

20、制而成的鑄鐵。加入的合金元素可改善熱處理組織，從而提高基體強度和耐磨性。3.球墨鑄鐵碳的質(zhì)量分數(shù)為3.5%-3.9%，基體組織為鐵素體、珠光體。其主要特點a.必須經(jīng)過球化處理，即在鑄鐵液中，加入球化劑（鎂或鎂合金），使石墨成球狀存在。b.具有很高的強度，其抗拉強度高達400MPa-600MPac.具有一定的韌性和塑性，經(jīng)過熱處理后，其力學性能可進一步得到改善d.球墨鑄鐵主要用于制造曲軸、軸套、軋輥和齒輪等4.可鍛鑄鐵碳的質(zhì)量分數(shù)為2.2%-2.8%，其基體組織為鐵素體、珠光體、少量滲碳體和微量石墨。a.必須經(jīng)過高溫長時間退火，即白口鑄鐵在900-1000下經(jīng)2-9d退火處理而成b.具有較高的韌

21、性和塑性，但因含碳和含硅量高，因此并不能鍛造c.可鍛鑄鐵中，石墨呈團絮狀存在，綜合力學性能較好，可制造形狀復雜的零件，如管子接頭、大炮上的零件5.灰鑄鐵灰鑄鐵碳的質(zhì)量分數(shù)為2.7%-3.6%，其基體組織分為鐵素體、珠光體、及珠光體+鐵素體，其主要特點如下a.鑄鐵組織中的石墨以片狀形式存在，其斷面成暗灰色b.熔點低，流動性好，冷卻凝固時收縮量小，具有優(yōu)良的鑄造性能c. 抗拉強度小，容易拉斷，塑性差，不宜進行壓力加工d.硬度低，性質(zhì)嬌軟，容易切削，主要用于制造機架、床身、軸承蓋、減速箱等5.4 如何改變灰口鑄鐵的性能。1灰口鑄鐵的熱處理：熱處理只能改變灰口的鑄鐵的基體組織，不能改變石墨的形狀和分布

22、，故對提高力學性能的作用不大，因此灰口鑄鐵的熱處理一般用于消除鑄件的內(nèi)應力及改善切削加工性?；铱阼T鐵的熱處理方法有以下幾種： （1）去應力退火。將鑄件加熱到500-600，保溫一段時間，然后隨爐緩冷至150-200以下出爐空冷。目的是消除內(nèi)應力，防止鑄件產(chǎn)生變形和裂紋。 （2）降低硬度，改善切削性能退火。將鑄件加熱到850-950，保溫一定時間，然后隨爐冷卻至400-500，出爐空冷。目的是降低硬度，改善切削加工性能。 （3）表面淬火。目的是提高鑄件表面硬度和耐磨性。常用的方法有火焰加熱表面淬火、高（中）頻表面淬火和接觸電阻加熱淬火等。如對機床導軌進行接觸電阻加熱淬火，能顯著提高機床導軌的硬度

23、和耐磨性，使用壽命約提高1.5倍。2 低溫氣體多元共滲法利用一種轉化裝置,實現(xiàn)了多種元素以氣體方式進入爐體,對灰口鑄鐵表面進行低溫氣體氮、碳、氧多元共滲試驗;利用SEM對共滲層進行成分分析,并對滲層的硬度和力學性能進行測試。結果表明:灰口鑄鐵表面形成的滲層由鈍化層和白亮層組成,厚約50m。最外層鈍化層中氧含量顯著高于基體,且滲層中氮元素的含量明顯提高,在試樣表面形成了彌散分布的氮化物;灰口鑄鐵表面顯微硬度顯著提高,達到750 HV。6 總結通過這次實驗，學會了依據(jù)鐵碳相圖分析了不同成分鐵碳合金及其組織形貌特征,解釋了如何鑒別細網(wǎng)狀鐵素體和網(wǎng)狀滲碳體，冷卻速度對組織形貌和相對量有無影響，各類鑄鐵

24、的組織對性能有何影響等問題。 類似實驗也可依照相圖，對不同成分的合金組織進行顯微鏡下觀察，分析成分。7 參考文獻 1 朱凱 申超英 .灰口鑄鐵低溫氣體多元共滲力學性能的變化研究 .熱加工工藝,2009. 2 李鵬志. 鐵碳合金相圖分析.石家莊職業(yè)技術學院學報,2006 3 宋建宇 趙驤 宮明龍 王守晶 左良. 強磁場下冷卻速度對Fe一0.12C合金顯微組織的影響.材料研究學報,2009 4 王運炎 .金相圖譜 .北京 高等教育出版社,1994金屬及合金凝固組織的觀察及分析材科0905 楊瓊 40930364摘要：描繪了鋁錠組織形貌圖并依據(jù)金屬結晶的一般規(guī)律對鋁錠組織形貌進行分析，總結影響鋁錠組

25、織形貌的因素。觀察并描繪勻晶類型，共晶類型，包晶類型的二元合金及三元合金組織形貌并依據(jù)相圖進行分析關鍵詞：鑄錠三晶區(qū) 二元合金 三元合金 組織形貌1 實驗原理1 .1金屬結晶的一半規(guī)律1 .晶核的形成在一定的過冷度下,當F體F表時,晶核就形成。臨界形核半徑（假設球形）隨過冷度增大而減小。 當過冷液體中出現(xiàn)晶坯時，一方面由于原子由液態(tài)的聚集狀態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的排列狀態(tài)，使體系的自由能降低）；另一方面，由于晶坯構成新的表面，又會引起表面自由能的增加。rr*時，隨晶胚長大，系統(tǒng)自由能降低，凝固過程自動進行。晶核形成的形式: *自發(fā)形核（均質(zhì)形核） T = 200 *非自發(fā)形核（異質(zhì)形核） T = 202

26、晶核的長大晶核的長大有兩種：平面生長，樹枝狀生長。3 影響晶體形核率和晶體長大率的影響因素1 過冷度：2 未熔雜質(zhì)的影響2實驗結果及討論2.1 鑄錠三晶區(qū)的形貌特征及形成條件1. 表層細晶區(qū)的形貌特征：隨機取向的等軸細晶形成條件：緊靠模內(nèi)壁，過冷區(qū)窄，正溫度梯度，非均勻成核，形核率高，互相碰撞，形成細晶區(qū)2. 柱狀晶區(qū)的形成形貌特征：平行于熱流方向排列的柱狀晶粒形成條件：過冷度減小，形核率低，生成垂直模壁生長的柱狀景區(qū)，成份過冷，樹枝狀生長3 中心等軸粗晶區(qū)的形成形貌特征：較粗大的隨機取向等軸晶粒形成條件：在凝固過程中，開始凝固的等軸激冷晶游離以及枝晶熔斷而產(chǎn)生大量游離自由細晶體，它們隨溶液對

27、流漂移到鑄錠中心部分。如果中心部分溶液有過冷，則這些游離細晶體作為籽晶最終長成中心的等軸晶區(qū)。即：成核過冷理論.籽晶成核理論22 三種不同條件下鑄錠三晶區(qū)的組織形貌及其形成原因。樣品編號Abc澆注溫度780680658模壁材料金屬模砂模金屬模（a）所視金屬膜導熱快，并且澆注溫度較高，（比熔點高100），因此在鑄模中會有大的溫度梯度，故形成的全部為柱狀晶，（b）所示砂模導熱慢，并且澆注溫度低（比熔點高22），不易造成澆注熔體中較大的溫度梯度，整體較均與冷卻，全部形成大等軸晶；（c）雖然金屬膜導熱快，但澆注溫度較低（比熔點高22），冷卻條件介于（a）和（b）之間，開始凝固時，存在一定的正溫度梯度，

28、形成柱狀晶，最后中心區(qū)域整體過冷，形成中心等軸晶。2.3總結：影響鑄錠組織的因素1 模壁材料：金屬膜導熱快，如果澆注溫度較高，模中會有大的溫度梯度，故較易形成柱狀晶。如果澆注溫度較低，開始凝固時，存在一定的正溫度梯度，形成柱狀晶，最后中心區(qū)域整體過冷，形成中心等軸晶。如（a）（c）樣品砂模導熱慢，不易造成澆注熔體中較大的溫度梯度，整體較均與冷卻，易形成大等軸晶，如（b）2 澆注溫度：澆注溫度較高，模中會有大的溫度梯度，故較易形成柱狀晶。如果澆注溫度較低，開始凝固時，存在一定的正溫度梯度，形成柱狀晶，最后中心區(qū)域整體過冷，形成中心等軸晶。如（a）（c）樣品2.4不同類型合金組織形貌圖2.4.1勻

29、晶合金1 25%Ni+75%Cu （鑄造）熱處理：鑄造顯微組織：-固溶體侵蝕條件：氯化銅氨水溶液原放大倍數(shù)：400倍說明：樹枝狀部分為先析出的-固溶體，呈枝晶偏析1 25%Ni+75%Cu （退火）熱處理：退火顯微組織：-固溶體侵蝕條件：20%過硫酸銨 原放大倍數(shù)：400倍說明：經(jīng)退火處理，樹枝狀的固溶體會發(fā)生擴散，使組織趨于均勻一致，接近平衡凝固時的顯微組織。分析：如圖為Cu-Ni合金相圖合金從液態(tài)開始緩慢冷卻，當溫度降低到液相線時，結晶開始。此時結晶出來極少量固相成分，液相的成分基本未變。隨著溫度降低，固相逐漸增多，液相不斷減少。 液相的成分沿液相線變化，固相的成分沿固相線變化。 勻晶合金

30、在平衡條件下結晶，冷卻速度極其緩慢，先后結晶的固相雖然成分不同，但是有足夠的時間進行均勻化擴散。所以，室溫下的組織是均勻的固溶體，在光學顯微鏡下觀察，與純金屬十分相似。 在鑄造條件下，合金的冷卻速度很快，遠遠達不到平衡的條件。因此，固、液二相中的擴散來不及充分進行，先后結晶出來的固相中較大的成分差別被保留下來。這種成分差別的存在，還造成結晶時固相以樹枝狀形態(tài)生長。因此，這種成分上的不均勻性被稱為“樹枝狀偏析”或枝晶偏析。 如（a）經(jīng)退火處理，樹枝狀的固溶體會發(fā)生擴散，使組織趨于均勻一致，接近平衡凝固時的顯微組織。如（b）2.4.2共晶合金組織圖:20%Pb+80%Sn（鑄造）熱處理：鑄造顯微組

31、織：初生相，共晶體+，次生相侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍熱處理：鑄造顯微組織：初生相，共晶體+，次生相侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍說明：基體為黑白相間分布的共晶體（+），白色卵形為初晶固溶體，初晶內(nèi)的黑點為次生相。 70%Pb+30%Sn（鑄造）熱處理：鑄造顯微組織：初生相，共晶體+，次生相侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍熱處理：鑄造顯微組織：初生相，共晶體+，次生相侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍說明：基體為黑白相間分布的共晶體（+），黑色樹枝狀的為初生固溶體，內(nèi)的少量白色小顆粒為次生固溶體。分析：（a）中，溫度下降到該

32、成分下對應的液相線，開始析出白色卵狀初晶固溶體，隨著溫度下降，初生相增多，當溫度下降到共晶溫度時，剩余的液相開始轉變?yōu)楹诎紫嚅g的共晶體（+），冷卻繼續(xù)析出少量的次生相。（b）中，溫度下降到該成分下對應的液相線，開始析出樹枝狀初晶固溶體，隨著溫度下降，初生相增多，當溫度下降到共晶溫度時，剩余的液相開始轉變?yōu)楹诎紫嚅g的共晶體（+），冷卻繼續(xù)析出少量的次生相。2.4.3包晶類型1 80%Sn+20%Sb 熱處理：鑄造顯微組織：初生相，包晶產(chǎn)物Sn+，次生相侵蝕條件：HCl：HNO3=1:1 原放大倍數(shù)：400倍說明：白色規(guī)則為初生相，基體為黑白相間的包晶產(chǎn)物，初生相與包晶產(chǎn)物邊緣有次生相分析：液體冷

33、卻至液相線開始析出白色的初生相，繼續(xù)冷卻初生相增多，冷卻至250，生成包晶體Sn+，即圖中黑白相間的基體。冷卻至242，發(fā)生結構轉變，繼續(xù)冷卻，在初生相與包晶產(chǎn)物相接處析出次生相。2.4.4三元合金顯微組織1 58%Bi+16%Pb+26%Sn熱處理：鑄造顯微組織：（Bi+Sn）+（Bi+Pb+Sn）侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍說明：帶有黑點的白色塊狀為（Si+Sn）基體為黑白相間的三元共晶（Bi+Pb+Sn）分析：該合金的成分點正好在二元共晶線E3E上，當液相冷卻到二元共晶溫度時，液相中開始析出（Bi+Sn）二元共晶。液相濃度沿E3E變化，當冷卻至三元共晶溫度時，剩余液相

34、轉變?yōu)椋˙i+Pb+Sn）三元共晶。室溫時組織由三元共晶（Bi+Sn）及三元共晶（Bi+Pb+Sn）組成。1 65%Bi+10%Pb+25%Sn熱處理：鑄造顯微組織：Bi+（Bi+Sn）+（Bi+Pb+Sn）侵蝕條件：4%硝酸酒精溶液 原放大倍數(shù)：400倍說明：白色塊狀為Bi，周圍黑白相間為二元共晶（Bi+Sn），更黑的部分為三元共晶（Bi+Pb+Sn）分析：該合金成分位于EE3Bi區(qū)域內(nèi)，液相冷卻先接觸到Bi的液相線，開始析出白色塊狀固體Bi，繼續(xù)冷卻進入三相區(qū)（L+Bi+Sn）在初生相Bi相周圍析出二元共晶（Bi+Sn），此時液相線沿E3E運動，當冷卻到三元共晶溫度時，剩余液相全部轉變?yōu)槿?/p>

35、元共晶（Bi+Pb+Sn），比二元共晶相更細更暗一些。 3總結不同類型二元合金及三元合金的結晶過程和緩慢冷卻所獲得組織的一般規(guī)律如下： 勻晶合金由相圖看出，合金從液態(tài)開始緩慢冷卻，當溫度降低到液相線時，結晶開始。此時結晶出來極少量固相成分，液相的成分基本未變。隨著溫度降低，固相逐漸增多，液相不斷減少。 液相的成分沿液相線變化，固相的成分沿固相線變化。 勻晶合金在平衡條件下結晶，冷卻速度極其緩慢，先后結晶的固相雖然成分不同，但是有足夠的時間進行均勻化擴散。所以，室溫下的組織是均勻的固溶體，在光學顯微鏡下觀察，與純金屬十分相似。 在鑄造條件下，合金的冷卻速度很快，遠遠達不到平衡的條件。因此，固、液二相中的擴散來不及充分進行，先后結晶出來的固相中較大的成分差別被保留下來。這種成分差別的存在，還造成結晶時固相以樹枝狀形態(tài)生長。因此，這種成分上的不均勻性被稱為“樹枝狀偏析”或枝晶偏析。如經(jīng)退火處理，樹枝狀的固溶體會發(fā)生擴散，使組織趨于均勻一致，接近平衡凝固時的顯微組織。共晶合金由相圖看出：合金從液態(tài)開始緩慢冷卻，當溫度下降到該成分下對應的液相線，開始析出或的初生固溶體，隨著溫度下降，初生相增多，當溫度下降到共晶溫度時，剩余的液相開始轉變?yōu)楹诎紫嚅g的共晶體（+），冷卻繼續(xù)析出少量的次生或相。 共晶合金的基體一般為黑白相間的（+）共晶體，初生相形貌呈樹枝狀或針狀，片狀 多邊多角狀