二元合金的制备与显微组织分析 组长：高伟 金哲胡艳张蕾李孟桓 王侃麟范铸贤
二元合金的制备与显微组织分析 组长：高伟 组员：金哲 胡艳 张蕾 李孟桓 王侃麟 范铸贤
实验目的 ·1了解铸造铝合金配制，熔炼过程，二元合 金样品的制备，工艺设计及显微组织分析 的技术和方法，提高学生的实验综合能力。 2学会应用二元相图，分析各种二元合金 平衡或非平衡组织的形成过程。 3熟悉典型A-Si合金的二元相图，了解含硅 量及凝固速度的变化对组织和性能影响。 4初步掌握铸造铝硅合金的熔炼、浇注、 试样制备及观察显微组织等方法
实验目的 • 1 了解铸造铝合金配制，熔炼过程，二元合 金样品的制备，工艺设计及显微组织分析 的技术和方法，提高学生的实验综合能力。 • 2 学会应用二元相图，分析各种二元合金 平衡或非平衡组织的形成过程。 • 3 熟悉典型Al-Si合金的二元相图，了解含硅 量及凝固速度的变化对组织和性能影响。 • 4 初步掌握铸造铝硅合金的熔炼、浇注、 试样制备及观察显微组织等方法
实验原理 AI-Si合金以硅为主要合金元素的合金，所示为 A-Si二元相图。Al-Si二元系共晶成分含Si11.6%, 通常将含Si10%~13%的合金视为共晶合金，含 Si4%10%的合金视为亚共晶合金，含Si14%以 上的合金视为过共晶合金。AI-Si系合金具有优 良的铸造性能（流动性能好，气密性好，收缩 率小和抗热裂倾向小)经过变质和热处理之后， 具有良好的力学性能（强度高）、物理性能（热膨 胀系数小)、耐蚀性和耐磨性，是铸造合金中 用途最广，品种最多的一类合金
实验原理 • Al-Si合金以硅为主要合金元素的合金，所示为 Al-Si二元相图。Al-Si二元系共晶成分含Si 11.6%， 通常将含Si 10%~13%的合金视为共晶合金，含 Si 4%~10%的合金视为亚共晶合金，含Si 14%以 上的合金视为过共晶合金。Al-Si系合金具有优 良的铸造性能(流动性能好，气密性好，收缩 率小和抗热裂倾向小)经过变质和热处理之后， 具有良好的力学性能(强度高)、物理性能(热膨 胀系数小)、耐蚀性和耐磨性，是铸造合金中 用途最广，品种最多的一类合金
1600 1400 1430 1200 L C教蓝 1000 800 L +a 577 600 ≤411.6 65. 400 a+B 200 0 20· 40 60 80 100 AI Si(%) Si 铝一硅二元合金状态图
硅合金元素的作用 硅是大部分铸造合金的主要元素，硅同铝生成含 11.6%硅的共晶体，加入硅可以提高流动性，改善 铸造性能，提高补缩性和抗热裂性。富硅相是硬度 较高的。所以合金的硬度随着硅含量的增加而增加， 但是却降低塑性和切削加工性。 共晶铝硅合金结晶温度范围小，在一定的浇注温 度下流动性很好，凝固时形成集中的缩孔，这类合 金适用于薄壁件。亚共晶铝合金适用于高强度铸件 过共晶合金组织中有大量块状初生硅，切削加工性 差，但是这类合金红膨胀系数小，耐磨且抗热裂性 好，主要用于制造活塞等耐磨件
硅合金元素的作用 • 硅是大部分铸造合金的主要元素，硅同铝生成含 11.6%硅的共晶体，加入硅可以提高流动性，改善 铸造性能，提高补缩性和抭热裂性。富硅相是硬度 较高的。所以合金的硬度随着硅含量的增加而增加， 但是却降低塑性和切削加工性。 • 共晶铝硅合金结晶温度范围小，在一定的浇注温 度下流动性很好，凝固时形成集中的缩孔，这类合 金适用于薄壁件。亚共晶铝合金适用于高强度铸件， 过共晶合金组织中有大量块状初生硅，切削加工性 差，但是这类合金红膨胀系数小，耐磨且抗热裂性 好，主要用于制造活塞等耐磨件
熔炼 ● 铝合金的熔炼是铝铸件生产过程中的一个重要环节，它 包括选择熔炼设备和工具，炉料处理与配比计算以及控 制熔炼工艺过程。 A熔炼炉与坩埚 铝合金以及其它铸造有色合金熔炼中的问题是元素氧化 烧损量大，合金液吸气量多。因此熔炼炉应保证金属炉 料快速熔化，缩短熔炼时间，以减少合金元素烧损和吸 气；降低燃料、电能消耗；延长炉龄。常用的熔炼炉有： 电阻坩埚炉、电阻反射炉、中频炉、焦炭坩埚炉、油坩 。 埚炉 B坩埚 熔炼铝合金的坩埚有铸铁，铸钢（材质多为含铬耐热铸 铁或中硅耐热球铁)坩埚和石墨坩埚两种
熔炼 • 铝合金的熔炼是铝铸件生产过程中的一个重要环节，它 包括选择熔炼设备和工具，炉料处理与配比计算以及控 制熔炼工艺过程。 • A 熔炼炉与坩埚 • 铝合金以及其它铸造有色合金熔炼中的问题是元素氧化 烧损量大，合金液吸气量多。因此熔炼炉应保证金属炉 料快速熔化，缩短熔炼时间，以减少合金元素烧损和吸 气；降低燃料、电能消耗；延长炉龄。常用的熔炼炉有： 电阻坩埚炉、电阻反射炉、中频炉、焦炭坩埚炉、油坩 埚炉等。 • B 坩埚 • 熔炼铝合金的坩埚有铸铁，铸钢(材质多为含铬耐热铸 铁或中硅耐热球铁)坩埚和石墨坩埚两种
助剂 覆盖剂一一用来覆盖于合金液体表面， 防止合 金氧化和吸气。 主要有氯化钾氯化钠，氟化钙 等组成的覆盖剂 精炼剂一一用来清除合金液中所含的气体和氧 冠尖诗 锌，六氯乙烷，氯气，氮气及由氯化钠，氯 化钾， 冰晶石等组成的精炼剂。 精 质剂一指在金属液体中加入少量的添加剂， 鉍，锑，镧、磷等
助剂 • 覆盖剂――用来覆盖于合金液体表面，防止合 金氧化和吸气。主要有氯化钾氯化钠，氟化钙 等组成的覆盖剂 • 精炼剂――用来清除合金液中所含的气体和氧 化物夹杂等。铝合金熔炼常用的精炼剂有：氯 化锌，六氯乙烷，氯气，氮气及由氯化钠，氯 化钾，冰晶石等组成的精炼剂。 • 变质剂—指在金属液体中加入少量的添加剂， 使金属或合金的结晶组织和性能发生明显的改 善的工艺操作。常用的变质元素有：钠，锆， 锶，鉍，锑，镧、磷等
铝一硅合金机械性能与铸件 20 变质 (e)适景 23401612 抗拉强度 15 床变质 10 变质 5 8 延伸率 a一砂型铸件 0 未变质 b一金属型铸件 01 5 7 9 11 1315 a )Si(%) c一高硅含量铸件 0 70 20 Na005% 30 60 P0.01% 硬度 0 50 抗拉强度 量 (品)适现 10 40 Na0.05% 100.01%2 延伸率 30 0 0 8 12 16 8101214161820 b)Si(%) c)Si(%)
铝－硅合金机械性能与铸件 a－砂型铸件 b－金属型铸件 c－高硅含量铸件
实验步骤 1.参观铝锭的浇注过程，了解不同种模（砂模、金属模）的浇注 和凝固以及不同浇注条件对铝锭组织的影响。对不同成分、不 同条件、冷却方式下的浇注结果加以了解与认识。 2.显微观察室温下不同Fe-C合金组织的金相。 3.制备金相观察样品：A.切割：样品长度合适(3-4cm),固定， 放下盖子，旋转急停按钮，按start,操作（匀速拉杆），按急 停按钮，拉杆推上，开盖，取出样品。B.镶嵌：放试样，中心位 置，加粉(phenolic powder,,1-1.5勺)，升降台下，旋转盖子，压 紧，开始：压力2400psi,per-heating5-6min,heat3min,cool 1min.开盖，上升，取出试样，刻标号
实验步骤 1. 参观铝锭的浇注过程，了解不同种模（砂模、金属模）的浇注 和凝固以及不同浇注条件对铝锭组织的影响。对不同成分、不 同条件、冷却方式下的浇注结果加以了解与认识。 2. 显微观察室温下不同Fe-C合金组织的金相。 3. 制备金相观察样品：A.切割:样品长度合适（3-4cm），固定， 放下盖子，旋转急停按钮，按start ，操作（匀速拉杆），按急 停按钮，拉杆推上，开盖，取出样品。B.镶嵌: 放试样，中心位 置，加粉（phenolic powder, 1-1.5勺）,升降台下，旋转盖子，压 紧，开始：压力2400 psi ，per-heating 5-6min , heat 3min ,cool 1min. 开盖，上升，取出试样，刻标号
4.磨制与抛光：各种成分Al-Si合金相片：1.纯铝2.亚共晶金属 模3.102精制砂模4.102精制金属模5.102变质处理金属模6.过共 晶金属模 试样上中部套橡皮圈，放好，160转每分钟，1号盘，金刚石 砂纸，喷水，去划痕；2号盘，600目水砂纸，喷水，去划痕；3， 4,5抛光，喷抛光液，其中分别对应9um,3um,0.05um砂纸。每 次磨完，冲洗，使研磨液去净，再用超声波清洗，烘干，进入 下一步。 5.侵蚀：试样用酒精清洗，吹干，在氢氟酸中浸泡约10s,用 水冲干净（氢氟酸有害，用夹子取试样），再用酒精洗，吹干 6.观察所制得的金相样品：试样固定在橡皮泥上，放在金相显 微镜下，先50倍镜头，调节准焦螺旋，先粗后细，清晰后换500 倍镜头，再调，找到合适区域拍照。（由于氢氟酸挥发，对镜 头有害，最好不要腐蚀完了马上去拍照)
4. 磨制与抛光：各种成分Al-Si合金相片：1.纯铝 2.亚共晶金属 模 3.102精制砂模 4.102精制金属模 5.102变质处理金属模 6.过共 晶金属模 试样上中部套橡皮圈，放好，160转每分钟，1号盘，金刚石 砂纸，喷水，去划痕；2号盘，600目水砂纸，喷水，去划痕；3， 4，5 抛光，喷抛光液，其中分别对应9um,3um,0.05um 砂纸。每 次磨完，冲洗，使研磨液去净，再用超声波清洗，烘干，进入 下一步。 5．侵蚀：试样用酒精清洗，吹干，在氢氟酸中浸泡约10s，用 水冲干净（氢氟酸有害，用夹子取试样），再用酒精洗，吹干。 6. 观察所制得的金相样品：试样固定在橡皮泥上，放在金相显 微镜下，先50倍镜头，调节准焦螺旋，先粗后细，清晰后换500 倍镜头，再调，找到合适区域拍照。（由于氢氟酸挥发，对镜 头有害，最好不要腐蚀完了马上去拍照）
