实验4. 典型二元合金显微组织观察与分析
一、合金中基本组织特征
根据二元相图及凝固条件，二元合金可构成不同组织，其形态组成本性、冷却速度、组成相相量不同可有多种形貌，现分别介绍如下。
1．单相固溶体
固溶体结晶时如(Cu-Ni系，见图3-1)，
图3-1Ni-Cu合金相图
图3-2a Cu --20%Ni的铜合金铸态组织 图3-2b Cu --20%Ni的合金均匀化退火组织
组织分析：此合金本是固溶体，由于 组织分析：呈枝晶偏析的Cu --20%Ni合金
非平衡结晶，呈现出树枝状晶体（枝晶偏析） 轻均匀化退火组织为多形晶粒
腐蚀剂：CuCl2氨水溶液 腐蚀剂：CuCl2氨水溶液
放大倍数：100x 放大倍数：100x
图3-3 Cu-O合金相图
图3-4 Cu-O合金系过共晶组织 组织分析：树枝状初晶+点状组织 浸蚀剂：未浸蚀 放大倍数：200X
由于先后从溶体中析出固相成分不同，冷却快时，来不及扩散均匀，凝固结束，晶粒内各部分存在浓度梯度，故各处腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征，如图3-2a所示单相固溶体组织存在晶内偏析、呈树枝状。图3-2a所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一样的多边形晶粒，如图3-2b所示单相固溶体平衡组织。
2．二元合金中初晶与共晶特征
初晶：在凝固过程中，初晶首先从液相中析出，其形态很大程度上由液-固界面性质而定，若初晶是固溶体或纯金属，一般呈树枝状，金相磨面上呈椭圆形或不规则形状。初晶为亚金属、非金属或中间相，一般具有较规则外形(多边形、三角形、正方形、针状、棱形等)。
共晶：二元共晶内两相组成，由组成相本质凝固时冷却速度，组成相相对量不同，可构造成多种形态，按组织形态分类有层片状、球状、点状、针状、螺旋状、树枝状、花朵状等。共晶一般是两相共存，比初晶细。具有典型组织特征的金相图片及相应合金相图如下。见下图。
隐蔽共晶：初晶析出后，剩余液相量极少，则共晶中一相常附着初生相上，而不显现晶特征，只见一相孤独地分布在另一相上或晶间，称为隐蔽共晶(或离异共晶)。
3．次晶
由于固溶度变化，固态下析出较细小的组织，常分布在布晶界和晶内。 4．二元共析组织特征
共析转变产物组织一般是两相大致平行，互相交替的片层所组成的领域，也有呈球状的，比共晶更为细小。
5．包晶
初晶相和周围熔液在恒温下反应，形成新相，反应在固相一液相界面上发生，在正常凝固条件下，这种反应常常不完全，组织中出现包晶反应生成物包围着先析出相，如Fe-Sb相图中含16t的合金。。
6．非平衡共晶
固溶体区的合金，由于冷却较快出现共晶如Al-Cu系含4.5%Cu的合金，在平衡状态下应为单相固溶体加次晶，由于冷却快，在晶界处出现了非平衡共晶。
不完全包晶、非平衡组织，晶内偏析都属于非常平衡组织，经扩散退火，可促使组织趋向平衡状态。
图5(a) Sb-16t合金包晶组织 图5(b) Sb-Fe相图 组织分析：由于包晶反应不能完全进行，灰色为先析出相ε，包围着其周围白色为包晶反应产物FeSb2化合物，黑色为共晶中的Sb相 浸蚀剂：FeCl3盐酸水溶液 放大倍数：450X
(a) (b)
(a)
图6(a) Al-Si合金相图
(b)
(c)
图6(b) Al-12%Si合金组织
组织分析：块状初晶+针状共晶 浸蚀剂：未浸蚀 放大倍数：100X 图6(c) Al-12%Si合金变质处理组织 组织分析：树枝状初晶+共晶
浸蚀剂：混合酸 放大倍数：100X
(a)
图7(a)Fe-C相图
图7(b)Fe-C共析组织(0.77%C)
组织分析：片层状铁素体（F）+渗碳体（Fe3C）A→F+ Fe3C 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶 放大倍数：450X
(b)
图7(C)Fe-C共晶组织(4.3%C) 组织分析：莱氏体组织 浸蚀剂：4%硝酸酒精溶 放大倍数：100X
(c)