1、金相检验第十单元 非铁金属金相检验内容导入：随着现代化交通工具、通信设施和科学技术的迅速发展，非铁材料的应用日趋广泛，也被各行各业的研究人员所重视。非铁金属材料包括铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、以及粉末冶金制品、硬质合金等性质完全不同的材料。内容提要内容提要 模块一 铝及铝合金的金相检验 模块二 铜及铜合金的金相检验模块一 铝及铝合金的金相检验铝合金按铝合金按成型方法成型方法分为分为铸造铝合金和变形铝合金铸造铝合金和变形铝合金两大类，如图两大类，如图10-110-1所示。所示。铸造铝合金铸造铝合金的的AL-SiAL-Si系、系、Al-CuAl-Cu系、系、Al-MgAl-Mg系系等；等；变形
2、铝合金变形铝合金的的防锈铝、硬防锈铝、硬铝、锻铝、超硬铝铝、锻铝、超硬铝等。等。图图10-1 10-1 二元铝合金的典型相图及铝合金的分类示意图二元铝合金的典型相图及铝合金的分类示意图铝及铝合金的金相检验主要包括宏观检验和微观检验两大部分。宏观检验包括断口检验和低倍检验两种方法。1针孔度检验图10-3为铝合金的针孔度检验试样。图图10-3 10-3 铝合金针孔度检验试样铝合金针孔度检验试样2.2.宏观缺陷检验宏观缺陷检验铝合金中宏观缺陷检验，可参照铝合金中宏观缺陷检验，可参照GB/T3246.2-2000GB/T3246.2-2000变形铝及铝合金制品低变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法倍组织
3、检验方法进行检验。进行检验。3 3宏观晶粒度检验宏观晶粒度检验GB/T3246.2-2000GB/T3246.2-2000中规定了断口检验方法和制品的晶粒度检验方法中规定了断口检验方法和制品的晶粒度检验方法。4 4.氧化膜缺陷检验氧化膜缺陷检验氧化膜在低倍试样上呈氧化膜在低倍试样上呈短线状裂缝短线状裂缝，多集中于，多集中于最大变形部位最大变形部位，并沿，并沿金属流金属流线方向分布线方向分布，如图，如图10-410-4所示。所示。图图10-4 2A5010-4 2A50合金低倍组织上的氧化膜合金低倍组织上的氧化膜“小分层小分层”（箭头所示）（箭头所示）5 粗晶环检验淬火处理后的挤压制品横向低倍试
4、样上，沿制品周边出现的粗大再结晶晶粒组织区，称粗晶环。单孔挤压呈环形，多孔挤压呈月牙形，如图10-5所示，检验时通常测定试样截面粗晶环的深度尺寸。图图10-5 2A1210-5 2A12合金的粗晶环合金的粗晶环铸造铝硅合金的变质检验铸造铝硅合金的变质检验a）未变质 100b）变质后 300图图10-6 ZL10210-6 ZL102的金相组织的金相组织铸造铝硅合金的过烧检验可铸造铝硅合金的过烧检验可按照按照JB/T7946.2-1999JB/T7946.2-1999铸造铝合铸造铝合金金相金金相 铸造铝硅合金过烧铸造铝硅合金过烧标准进行。标准进行。变形铝合金的微观检验变形铝合金的微观检验1 1.
5、变形强化铝合金的相鉴别变形强化铝合金的相鉴别 FeAl3FeAl3相呈针状或细条状，初生相呈针状或细条状，初生Al12Fe3SiAl12Fe3Si呈枝条状，共晶呈枝条状，共晶Al12Fe3SiAl12Fe3Si呈骨呈骨架状。架状。经变形加工后，杂质相被破碎沿压延方向呈不连续的条带状排列，经变形加工后，杂质相被破碎沿压延方向呈不连续的条带状排列，组织呈组织呈变形纤维状变形纤维状，杂质相分布其中不易发现，见图，杂质相分布其中不易发现，见图10-7b10-7b和图和图10-8b10-8b。a）半连续铸造状态 400b）冷轧材 210图图10-7 5A0610-7 5A06合金的金相组织合金的金相组织
6、 混合酸水溶液侵蚀混合酸水溶液侵蚀a）半连续铸造状态b）热轧板材图图10-8 3A2110-8 3A21合金的金相组织合金的金相组织 210210 10%NaOH 10%NaOH水溶液侵蚀水溶液侵蚀在实际中，由于在实际中，由于冷却速度以及杂质的影响冷却速度以及杂质的影响，组织中会出现（，组织中会出现（+Al6Mn+Al6Mn）共）共晶及粗大片状晶及粗大片状Al6(MnFe)Al6(MnFe)如图如图10-810-8所示。所示。当分别用当分别用25%HNO325%HNO3水溶液（室温）和水溶液（室温）和10gNaOH+100ml 10gNaOH+100ml 水溶液侵蚀水溶液侵蚀3 35 5秒后，
7、秒后，CuAl2CuAl2的颜色变为铜红色的颜色变为铜红色(图图10-910-9中的中的2 2，图，图10-1010-10中的中的1)1)。S S（CuMgAl2CuMgAl2）相）相与与（AlAl）组成的共晶组织未侵蚀时呈灰黄色蜂窝状，经）组成的共晶组织未侵蚀时呈灰黄色蜂窝状，经25%HNO325%HNO3水溶液侵水溶液侵蚀后变为黑褐色蚀后变为黑褐色(图图10-910-9中的中的1 1，图，图10-1010-10中的中的2)2)。图图10-9 2A1210-9 2A12合金的金相组织合金的金相组织 320 320 25%HNO325%HNO3水溶液侵蚀水溶液侵蚀 半连续铸造状态半连续铸造状态
8、图图10-10 2A0210-10 2A02合金的金相组织合金的金相组织 320 320 25%HNO325%HNO3水溶液侵蚀水溶液侵蚀 半连续铸造状态半连续铸造状态 2 2.硬铝的相鉴别硬铝的相鉴别硬铝是硬铝是铝铝-铜铜-镁镁系列的时效强化合金，一般还加有少量的系列的时效强化合金，一般还加有少量的锰锰。3 3.锻铝的相鉴别锻铝的相鉴别 锻造铝合金为锻造铝合金为铝铝-镁镁-硅硅-铜铜系合金。系合金。Mg2SiMg2Si相，粗晶呈多角形，共晶呈多角形。实际生产的半连续铸造铸锭，经相，粗晶呈多角形，共晶呈多角形。实际生产的半连续铸造铸锭，经2 25%HNO5%HNO3 3、0.5%HF0.5%H
9、F混合酸水溶液侵蚀呈黑色（图混合酸水溶液侵蚀呈黑色（图10-11a10-11a的的2 2）。铸锭经均匀化）。铸锭经均匀化后，还残存一部分枝晶状组织，并在基体上有条状的后，还残存一部分枝晶状组织，并在基体上有条状的Mg2SiMg2Si析出物和含析出物和含MnMn相相的分解质点（图的分解质点（图10-11b10-11b中的中的2 2）。（）。（FeMnSiFeMnSi）Al6Al6相，浅灰色呈骨骼状（图相，浅灰色呈骨骼状（图1010-11a-11a中的中的1 1，图，图10-11b10-11b中的中的1 1）。）。a）半连续铸造状态b)490均匀化12小时 空冷图图10-11 2A1410-11
10、2A14合金的金相组织合金的金相组织 210 210 混合酸水溶液侵蚀混合酸水溶液侵蚀4 4.变形铝合金的过烧检验变形铝合金的过烧检验 过烧是铝合金制品在热处理（均匀化、淬火）加热时，因仪表失灵或操过烧是铝合金制品在热处理（均匀化、淬火）加热时，因仪表失灵或操作不当，使炉温超过合金中最低共晶温度，造成该作不当，使炉温超过合金中最低共晶温度，造成该共晶组织复熔共晶组织复熔的结果。的结果。开始过烧开始过烧时主要是时主要是晶界不光滑晶界不光滑（图（图10-12a10-12a）,严重过烧严重过烧时晶界时晶界普遍复熔和普遍复熔和出现三角晶界出现三角晶界（图（图10-12b10-12b）。）。b)严重过烧
11、a)开始过烧图图10-12 2A1210-12 2A12合金的过烧组织特征合金的过烧组织特征 200 200为提高硬铝合金的为提高硬铝合金的耐腐蚀性能耐腐蚀性能，一般采用轧制工艺包覆纯铝，因而在热处，一般采用轧制工艺包覆纯铝，因而在热处理淬火加热时保温时间太长，理淬火加热时保温时间太长，会使基体合金中会使基体合金中CuCu原子向包铝层中扩散，在原子向包铝层中扩散，在包铝层中出现须状组织，包铝层中出现须状组织，如图如图10-1310-13所示。所示。图图10-13 2A12 T410-13 2A12 T4板材包铝层中的板材包铝层中的CuCu扩散扩散 150 150 混合酸水溶液侵蚀混合酸水溶液侵
12、蚀模块二 铜及铜合金的金相检验传统的铜合金分类方法，可分为传统的铜合金分类方法，可分为紫铜、黄铜、青铜和白铜四大类紫铜、黄铜、青铜和白铜四大类。根据加。根据加工方法不同，又可分为工方法不同，又可分为铸造铜合金和形变铜合金。铸造铜合金和形变铜合金。一、紫铜的金相组织紫铜的紫铜的基本相组成为基本相组成为单单相组织相组织，含氧后出现，含氧后出现Cu2OCu2O颗粒，含量较多时沿晶界颗粒，含量较多时沿晶界形成共晶网络，铸态组织形成共晶网络，铸态组织特征，见图特征，见图10-1410-14。图图10-14 10-14 紫铜中的（紫铜中的（Cu+Cu2OCu+Cu2O）含硫后出现含硫后出现Cu2SCu2S
13、颗粒，呈网状分布于基体上，见图颗粒，呈网状分布于基体上，见图10-1510-15。图图10-1610-16为为T2T2纯铜半连续铸造的铸锭低倍组织。纯铜半连续铸造的铸锭低倍组织。图图10-15 10-15 硫铜铸态组织硫铜铸态组织 200200抛光态抛光态 颗粒状颗粒状Cu2SCu2S呈网状分布于呈网状分布于相基体相基体图图10-16 T210-16 T2纯铜铸锭低倍组织纯铜铸锭低倍组织 1/3 1/3 边缘较细柱状晶，中心较粗等轴晶边缘较细柱状晶，中心较粗等轴晶紫铜经加工退火后，为完全再结晶组织，见图紫铜经加工退火后，为完全再结晶组织，见图10-1710-17。图图10-17 T210-17
14、 T2纯铜再结晶退火组织纯铜再结晶退火组织120120无氧铜含氧量检验无氧铜含氧量检验纯铜中氧含量评定可以参照纯铜中氧含量评定可以参照YS/T335-2009YS/T335-2009无氧铜氧含量金相检验方法无氧铜氧含量金相检验方法进进行。行。图图10-1810-18为标准氧含量图判定级别图。为标准氧含量图判定级别图。1级晶界无裂纹2级晶界个别裂纹 3级晶界有局部不连续裂纹4级晶界有连续裂纹5级晶界有严重连续裂纹图图10-18 10-18 标准氧含量图标准氧含量图通常也可采用通常也可采用金相抛光状态的试样通过比较法或定量金相测定紫铜的含氧量金相抛光状态的试样通过比较法或定量金相测定紫铜的含氧量，
15、图，图10-1910-19为紫铜在抛光态不同含氧量的特征图。为紫铜在抛光态不同含氧量的特征图。a 含氧量 0.035%b 含氧量 0.09%图图10-19 10-19 紫铜抛光态的含氧量紫铜抛光态的含氧量 200200二、黄铜的金相组织二、黄铜的金相组织 Cu-ZnCu-Zn二元合金相图见图二元合金相图见图10-2010-20，其组织为，其组织为固溶体。单相固溶体。单相黄铜的铸态黄铜的铸态组织具有明显的树枝晶及偏析特征，枝轴含铜量较高，难侵蚀，在显微镜组织具有明显的树枝晶及偏析特征，枝轴含铜量较高，难侵蚀，在显微镜下色泽发亮；枝间含锌量较高，易侵蚀，色泽发暗，见图下色泽发亮；枝间含锌量较高，易
16、侵蚀，色泽发暗，见图10-2110-21。图图10-20 Cu-Zn10-20 Cu-Zn合金相合金相图图10-21 H9010-21 H90黄铜的铸态组织黄铜的铸态组织 120 120 铸态铸态+两相黄铜两相黄铜在凝固过程中在凝固过程中先析出先析出晶粒晶粒，冷却时由，冷却时由相析出相析出，两相之间存在位向关系，常表现为两相之间存在位向关系，常表现为魏氏组织魏氏组织的特征。冷速越快，的特征。冷速越快，相越细。相越细。用三氯化铁盐酸水溶液侵蚀时，用三氯化铁盐酸水溶液侵蚀时，相相因含铜量较高不易腐蚀，明场下因含铜量较高不易腐蚀，明场下呈亮白呈亮白色色，相相易受腐蚀，易受腐蚀，颜色较深颜色较深，如图
17、，如图10-2210-22所示。经热变形后，其组织为具所示。经热变形后，其组织为具有有带状分布特点的带状分布特点的相加相加相，其中相，其中晶粒内有孪晶晶粒内有孪晶，如图，如图10-2310-23所示，图所示，图中等轴孪晶的晶粒为中等轴孪晶的晶粒为相，黑色链条状为相，黑色链条状为相。相。图图10-22 10-22 双相黄铜的魏氏组织双相黄铜的魏氏组织图图10-23 10-23 热轧热轧H62H62黄铜的金相组织黄铜的金相组织 120 120 黄铜的金相检验黄铜的金相检验 1.1.黄铜的应力腐蚀倾向评定黄铜的应力腐蚀倾向评定 黄铜制品应力腐蚀倾向的评定一般采用黄铜制品应力腐蚀倾向的评定一般采用氨熏
18、法或硝酸汞检测法。氨熏法或硝酸汞检测法。2.2.黄铜的的晶粒度检验黄铜的的晶粒度检验 铜及铜合金晶粒度评定可参照铜及铜合金晶粒度评定可参照YS/T347-2004YS/T347-2004铜及铜合金平均晶粒铜及铜合金平均晶粒度测定方法度测定方法进行。该标准规定了用进行。该标准规定了用比较法、面积法和截距法比较法、面积法和截距法测定铜及测定铜及铜合金晶粒度的具体方法，通常测定可以用铜合金晶粒度的具体方法，通常测定可以用比较法比较法。青铜是指青铜是指除紫铜、黄铜、白铜、除紫铜、黄铜、白铜、以外的各类铜合金，常见的以外的各类铜合金，常见的青铜有锡青铜有锡青铜、铝青铜和铍青铜等。青铜、铝青铜和铍青铜等。
19、1.1.锡青铜锡青铜 铸态组织常为树枝状铸态组织常为树枝状固溶体及（固溶体及（+）共析组织。）共析组织。见图见图10-2410-24。三、青铜的金相检验图图10-24 10-24 半连续铸造半连续铸造QSn8-0.4QSn8-0.4合金合金2.铝青铜 铝青铜中含铝量较低时，在一般铸造冷速下得到单相组织，含铝量质量分数8%-9%时，铸态组织中就会出向（+2）共析体，分布于晶粒间，见图10-25。图图10-25 10-25 QAl9-2QAl9-2合金的铸态组织合金的铸态组织 3.3.铍青铜铍青铜 铸态显微组织为铸态显微组织为枝晶状枝晶状铜和蓝灰色铍金属间化合物粒子铜和蓝灰色铍金属间化合物粒子。在随后的冷。在随后的冷却过程中却过程中相共析转变为相共析转变为和和22，见图，见图10-2610-26，图中黑色部分为，图中黑色部分为（+2+2）共析体共析体。图图10-26 10-26 QBe2.0QBe2.0合金的铸态组织合金的铸态组织1非铁金属材料常用的有哪几种？2铝合金如何分类？3铸造铝合金共有哪几大类？4什么叫变质处理？起到何种作用？5变形铝合金如何分类？与铸造铝合金在显微组织中有何明显区别？6黄铜的应力腐蚀倾向如何评定？【想一想】谢谢 谢谢 观观 赏！赏！
