金属材料学实验：6-有色金属的显微组织观察

1、1.了解铝合金及铜合金的分类。 2.掌握典型的铝、铜合金在不同状态下的显微组织特征。 定义：以铝为基体元素和加入一种或多种合金元素组成的合金。铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金。形变铝合金又分为可热处理强化和不可热处理强化，按性能和用途分为防锈铝、硬铝、超硬铝及锻铝等。铸造铝合金：应用最广泛的铸造铝合金为含有大量硅的铝合金，即所谓硅铝明。典型的硅铝明牌号为ZL102。含硅1113%，成分在共晶成分附近，因而具有优良的铸造性能流动性好，铸件致密，不容易产生铸造裂纹。铸造后几乎全部得到共晶组织即灰色的

2、粗大针状的共晶硅分布在发亮的铝的固溶体的基体上，这种粗大的针状硅晶体严重降低合金的塑性。为提高硅铝明的力学性能，通常进行变质处理，即在浇注前向合金溶液中加入占合金重量23%的变质剂（常用2/3NaF+1/3NaCl）。处理后使共晶点从11.6%Si右移，故使原来的合金变为了亚共晶组织，其组织为初生固溶体枝晶（亮底）及细的共晶体（+Si）（黑底），由于共晶中的硅呈细小圆形颗粒，因而使合金的强度与塑性提高。变质处理：变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。变质处理的精髓是

3、改变组织中硅的形态。形变铝合金：硬铝AlCuMg系时效合金，是重要的形变铝合金。由于它的强度大和硬度高，故称为硬铝。在国外又称为杜拉铝。近代机器制造和飞机制造业中得到广泛应用。在合金中形成了CuAl2（相）和CuMgAl2（S相）。这两个相在加热时均能溶入合金的固溶体内，并在随后的时效热处理过程中通过形成“富集区”、“过渡相”而使合金达到强化。而后者（S相）在合金强化过程中的作用更大，因之，常把它称为强化相。铝合金常用腐蚀剂：科尔试剂： HF 2ml, HCl 3ml ,HNO3 5ml, H2O 190ml，最常用的腐蚀剂，一般都能显示铝合金比较理想的组织，但对一些变形后的组织效果可能不是很

4、理想，但很多时候只要在科尔试剂基础上调整下即可达到满意效果。以下是几种在实践中总结出来的调配后的科尔试剂腐蚀剂： 1.二倍浓度科尔试剂：HF 4ml, HCl 6ml ,HNO3 10ml, H2O 190ml 能很好显示2 系、7系变形后铝合金热处理（固溶、时效）后的组织； 2.改良科尔试剂： HF 1ml, HCl 15ml ,HNO3 5ml, H2O 190ml 能很好显示2系、7系变形后组织。 牌号系列牌号系列组别组别1 1纯铝（铝含量不小于纯铝（铝含量不小于99.00%99.00%）2 2以铜为主要合金元素的铝合金以铜为主要合金元素的铝合金3 3以锰为主要合金元素的铝合金以锰为主要

5、合金元素的铝合金4 4以硅为主要合金元素的铝合金以硅为主要合金元素的铝合金5 5以镁为主要合金元素的铝合金以镁为主要合金元素的铝合金6 6以镁和硅为主要合金元素并以以镁和硅为主要合金元素并以MgMg2 2SiSi相为强化相的铝合金相为强化相的铝合金7 7以锌为主要合金元素的铝合金以锌为主要合金元素的铝合金8 8以其他元素为主要合金元素的铝合金以其他元素为主要合金元素的铝合金9 9备用合金组备用合金组以铜为基体元素同时加入一种或几种合金元素组成的合金。产量大应用广的铜合金有黄铜、青铜、白铜等。黄铜黄铜：简单黄铜和复杂黄铜。简单黄铜：为Cu-Zn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表示合金的平均含

6、铜量如H70表示含铜量为70，其余为锌。复杂黄铜：在Cu-Zn合金中加入少量铅、锡、铝、锰等，组成多元合金。第三组元为铅的称铅黄铜，为铝的称铝黄铜，如HSn70-1表示含70Cu、1Sn、余为锌的锡黄铜。多元合金则以第三种含量最多的元素相称，如：HMn57-3-1：57Cu、3Mn、1Al、余为锌的锰黄铜；HAl66-6-3-2：66Cu、6Al、3Fe、2Mn、余Zn的铝黄铜普通黄铜的成分、性能和用途普通黄铜的成分、性能和用途二元黄铜性能变化规律：其导电、导热性随Zn含量的增加而下降，而机械性能(抗拉强度、硬度)则随Zn含量的增加而上升；二元黄铜在工业上的应用，主要根据其性能来选择。H96、

7、H90和H85：良好的电导率、热导率和耐蚀性，有足够的强度和良好的冷、热加工性能，被大量采用来制作冷凝管、散热管、散热片、冷却设备及导电零件等。H70、H68：高的塑性和较高的强度，冷成型性能特别好，适于用冷冲压或深拉法制造各种形状复杂的零件。H62：+黄铜，高的强度，在热态下塑性良好；冷态下塑性也比较好，切削加工性好，耐蚀，易焊接，以板材，棒材、管材、线材等供工业大量使用，应用广，有“商业黄铜”之称。H59：强度高；含锌量高，能承受热态压力加工，有一般的耐蚀性，多以棒材和型材应用于机械制造业。二元黄铜组织：1）单相黄铜：含锌在36%以下的黄铜属单相固溶体，典型牌号有H70（即三七黄铜）。铸态

8、组织：固溶体呈树枝状（用氯化铁溶液腐蚀后，枝晶主轴富铜，呈亮色，而枝间富锌呈暗色），经变形和再结晶退火其组织为多边形晶粒，有退火孪晶。由于各种晶粒方位不同，所以具有不同的颜色。退火处理后的黄铜能承受极大的塑性变形，可以进行冷加工。2）+两相黄铜：含锌为3645%的黄铜为+两相黄铜，典型牌号有H62（即四六黄铜）。在室温下相较相硬得多，因而只能承受微量的冷态变形，但相在600以上即迅速软化，因此可以进行热加工。白铜以镍为主要添加元素的铜合金。呈银白色，有金属光泽,铜镍之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为-单相合金。铜镍二元合金称普通白铜加有锰铁锌铝等元素的白铜合金

9、称复杂白铜。以B表示。如：B10为10Ni、余为铜；B30为30%Ni、余Cu的铜镍合金。纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、硬度、电阻和热电性，并降低电阻率温度系数。因此白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀。白铜富有深冲性能，被广泛使用于造船、石油化工、电器、仪表、医疗器械、日用品、工艺品等领域，并还是重要的电阻及热电偶合金。白铜的缺点是主要添加元素镍属于稀缺的战略物资，价格比较昂贵。青铜青铜青铜原指铜锡合金后除黄铜白铜以外的铜合金均称青铜并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。如：锡青铜、铝青铜、磷青铜等，锡青铜其主要合金成分是锡，和无锡青铜（特殊青铜）其主要合金成分没有锡，而是铝、铍等其它元素。锡青铜的铸造性能减摩性能好和机械性能好适合于制造轴承蜗轮齿轮等。铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。铝青铜强度高耐磨性和耐蚀性好适铸造高载荷的齿轮轴套船用螺旋桨等。铍青铜和磷青铜的弹性极限高导电性好适制造精密弹簧和电接触元件铍青铜还用来制造煤矿油库等使用的无火花工具。铜合金常用腐蚀剂：铜合金常用腐蚀剂：三氯化铁盐酸水溶液三氯化铁盐酸水溶液FeCl3FeCl3， 5g5g；HClHCl，15ml15ml；H2OH2O，100ml100ml或或FeCl3 10gFeCl