简述影响金属材料显微组织的主要因素?
几种常用合金钢的显微组织
合金钢依合金元素含量的不同，可分为三种：合金元素总量小于5％的称为低合金钢；合金元素为5～10％的称为中合金钢；合金元素大于10％的称为高合金钢。
① 一般合金结构钢、合金工具钢都是低合金钢。由于加入合金元素，铁碳相图发生一些变动，但其平衡状态的显微组织与碳钢的显微组织并没有本质的区别。低合金钢热处理后的显微组织与碳钢的显微组织也没有根本的不同，差别只是在于合金元素都使C曲线右移(除Co外)，即以较低的冷却速度可获得马氏体组织。例如40Cr钢经调质处理后的显微组织和40钢调质的显微组织完全相同，都是回火索氏体。GCrl5钢(轴承钢)840℃油淬低温回火试样的显微组织，与T12钢780℃水淬低温回火试样的显微组织也是一样的，都得到回火马氏体+碳化物+残余奥氏体组织。
② 高速钢是一种常用的高合金工具钢，例如W18Cr4V。因为它含有大量合金元素，使铁碳相图中的E点大大向左移，以致它虽然只含有0.7～0.8％的碳，但也已经含有莱氏体组织，所以称为莱氏体钢。
高速钢的铸造状态下与亚共晶白口铸铁的组织相似。其中莱氏体由合金碳化物和马氏体或屈氏体组成。莱氏体沿晶界呈宽网状分布，莱氏体中的碳化物粗大，有骨架状，不能靠热处理消除，必须进行锻造打碎。锻造退火后高速钢的显微组织是由索氏体和碳化物所组成的。
高速钢优良的热硬性及高的耐磨性，只有经淬火及回火后才能获得。它的淬火温度较高，为1270℃～1280℃，以使奥氏体充分合金化，保证最终有高的热硬性。淬火时可在油中或空气中冷却。淬火组织为马氏体、碳化物和残余奥氏体。由于淬火组织中存在有较大量(25～30％)的残余奥氏体，一般都进行三次约560℃的回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体(2～3％)。
③ 不锈钢是在大气、海水及其它浸蚀性介质条件下能稳定工作的钢种，大都属于高合金钢，例如应用很广的1Crl8Ni9钢，它的碳含量较低，因为碳不利于防锈；高的铬含量是保证耐蚀性的主要因素；镍除了进一步提高耐蚀能力以外，主要是为了获得奥氏体组织。这种钢在室温下的平衡组织是奥氏体+铁素体+(Cr，Fe)23C6。为了提高耐蚀性以及其它性能，必须进行固溶处理。为此加热到1050～1150℃，使碳化物等全部溶解，然后水冷，即可在室温下获得单一的奥氏体组织。
但是1Crl8Ni9在室温下的单相奥氏体状态是过饱和的，不稳定的，当钢使用时温度到达400～800℃的范围或者从较高温度，例如固溶处理温度下冷却较慢时，(Cr，Fe)23C6会从奥氏体晶界上析出，造成晶间腐蚀，使钢的强度大大降低。目前，防止这种晶间腐蚀的途经有两条：一是尽量降低碳含量，但有限度；二是加入与碳的亲和力很强的元素Ti，Nb等。因此出现了1Crl8Ni9Ti、0Crl8NigTi等及更复杂的牌号的奥氏体镍铬不锈钢。
⑵ 几种常用有色金属的显微组织
① 铝合金 应用十分广泛的铝合金主要分变形铝合金和铸造铝合金两大类。依照热处理效果又可分为能热处理强化的铝合金及不能热处理强化的铝合金。
铝硅合金是应用最广泛的一种铸造铝合金，常称为硅铝明，典型的牌号为ZLl02，含硅11—13％，从Al—Si合金相图可知，其成分在共晶点附近，因而具有优良的铸造性能，即流动性能好，产生铸造裂纹的倾向小。但铸造后得到的组织是粗大针状的硅晶体和a固溶体所组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体。粗大的硅晶体极脆，因而严重地降低了合金的塑性和韧性。为了改善合金性能，可采用变质处理。即在浇注前在合金液体中加入占合金重量2～3％的变质剂。变质处理后的组织由初生a固溶体和细密的共晶体(a+Si)组成。共晶体中的硅细小，因而使合金的强度与塑性显著改善。
② 铜合金 最常用的铜合金为黄铜(Cu—Zn合金)及青铜(Cu—Sn合金)。由铜-锌合金相图可知，少于36％Zn，的黄铜中组织为单相a固溶体，这种黄铜称为a黄铜或单相黄铜。单相黄铜H70经变形及退火后，其a晶粒呈多边形，并有大量退火孪晶。单相黄铜具有良好的塑性，可进行各种冷变形。含36～45％Zn的黄铜具有a+β ׳两相组织，称为双相黄铜。双相黄铜H62的显微组织中，a相呈亮白色，β ׳相为黑色
③ 轴承合金 巴氏合金是轴承合金中应用较多的一种。锡基巴氏合金含83％Sn，11％Sb和6％Cu。按照Su—Sb合金相图，合金的组织中主要有以Sb溶于Sn中a的固溶体为软基体和以Sn—Sb为基的有序固溶体β ׳相为硬质点。同时，为了消除由于β ׳相比重小而易上浮所造成的比重偏析，在合金中特地加入Cu形成Cu6Sn5。Cu6Sn5在液体冷却时最先结晶成树枝状晶体，能阻碍β ׳上浮，因而使合金获得较均匀的组织。巴氏合金的显微组织，暗黑色基体为软的a相，白色方块为硬的β ׳相，而白色枝状析出物则为Cu6Sn5，它也起硬质点作用。这种软基体硬质点混合组织能保证轴承合金具有必要的强度、塑性和韧性，以及良好的抗振减磨性能等等。
⑶ 铸铁的显微组织
依照结晶过程中石墨化程度的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。白口铸铁具有莱氏体组织而没有石墨，即全部碳均以渗碳体的形式存在；灰口铸铁中没有莱氏体，碳主要以石墨的形式存在。因此，灰口铸铁的组织是由钢基体和石墨所组成，其性能也完全由基体和石墨两方的特点来决定。麻口铸铁的组织介于白口和灰口之间。白口和麻口铸铁由于存在莱氏体，具有较大的脆性，在工业上较少应用。
在灰口铸铁中，由于石墨的强度和塑性几乎等于零，可以把这种铸铁看成是布满裂纹或空洞的钢，所以其抗拉强度与塑性远比钢低。且石墨数量越多，尺寸越大或分布越不均匀，则对基体的削弱割裂作用越大，铸铁的性能也就越差。
根据石墨化第三阶段发展程度的不同，灰口铸铁有三种不同的基体组织，即珠光体、珠光体+铁素体和铁素体。铁素体基体的铸铁韧性最好，而以珠光体为基体的铸铁的抗拉强度最高。
决定铸铁性能的组织因素主要在石墨方面，其次是基体。按照石墨的形状等特点，铸铁大致分以下几种：
① 灰口铸铁 一般灰口铸铁中石墨呈粗大片状。在铸铁浇注前往铁水中加入孕育剂增多石墨结晶核心时，石墨以细小片状的形式分布，这种铸铁叫做孕育铸铁。一般灰口铸铁的基体可以有珠光体、铁素体和珠光体+铁素体等三种。孕育铸铁的基体多为珠光体。
② 球墨铸铁 在铁水中加入球化剂，浇注后石墨呈球形析出，因而大大削弱了对基体的割裂作用，使铸铁的性能显著提高。球墨铸铁的组织主要有铁素体基体和珠光体基体两种。
③ 可锻铸铁 可锻铸铁又称展性铸铁，它是由白口铸铁经石墨化退火处理而得到。其中的石墨呈团絮状,也显著地减弱了对基体的割裂作用，因而使铸铁的机械性能比普通灰口铸铁有明显的提高，可锻铸铁分铁素体基体和珠光体基体两种，但铁素体基体的可锻铸铁应用较多。
对于铝合金的金相检验,你应该首先把GB/T3246.1-2000<变形铝及铝合金制品显微组织检验方法>和GB/T3246.2-2000<变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法>拿到手,学习理解后就知道要做些什么和要注意些什么了.
T6是固溶加人工时效,关键是不要过烧.
目前国内外许多学者都在进行搅拌摩擦焊焊接过程塑性金属流动的可视化工作，并且提出了大量的方法，如嵌入示踪粒子法、钢球示踪法，异种铝合金金相组织显示法等等[1-7]。研究将两种铝合金通过搅拌摩擦焊连接，焊后制成金相试样，通过两种铝合金显微组织在同一腐蚀液下呈现的截然不同形貌的对比，观察搅拌摩擦焊焊缝金属的流动特性。
1 试验材料及方法
试验选用的材料为LY12和LF2两种铝合金，其化学成分见表1。试验在自制的FSW焊机上进行，选用的焊接参数见表2，焊接参数由焊机控制系统的MCGS组态软件实时检测记录[8]。具体试验过程如下：采用3mmLF2和6mmLY12搭接以及6mmLF2和6mmLY12对接，分别进行搅拌摩擦焊试验。焊后按照观测要求，分别截取不同位置的横、纵截面，用Keller's腐蚀剂腐蚀30秒后制成金相试样，在XJP-200光学显微镜下观察焊缝显微组织。由于两种材料不同的耐腐蚀性能，LY12耐腐蚀性较弱，显微组织较暗，而LF2耐腐蚀性较强，显微组织则较亮，因而试样呈现明暗两种显微组织的分布，通过不同组织外观显示了铝合金搅拌摩擦焊的流场分布。
表1 LY12与LF2铝合金的化学成分对比 （wt%）
型号 Mg Mn Fe Si Cu
LF2 2.0-2.8 0.15-0.40 0.40 0.40 0.10
LY12 1.2-1.8 0.3-0.9 — — 3.8-4.9
表2 焊接参数
焊接参数 轴肩/搅拌针 直径D/d（mm） 搅拌针长度l（mm） 旋转速度ω（r/min） 焊接速度v（mm/min） 焊接能量P（W）
搭接接头 32 /10 8.5 1025 16 6435
对接接头 24 /8 5.5 1250 42 5960
2 试验结果分析
2.1 3mmLF2和6mmLY12搭接结果分析
通过将3mmLF2和6mmLY12搭接观测搅拌摩擦焊塑性金属的竖直方向的流动状况， 接头组织分布如图1所示，接头上层为3mmLF2，下层为6mm LY12。因耐腐蚀性不同，LF2呈现较亮的组织，而LY12则呈现较暗的组织。根据组织形态的不同，焊缝接头可分为五个区：A区为黑白相间的薄层混合区，主要受搅拌针的旋转挤压作用剪切滑移过渡形成，局部放大如图2-1所示；B区为下层金属向前、向上流动区，向上流动高度高于被搭接板材的
厚度，主要受到摩擦头轴肩后部对焊缝金属的顶锻摩擦作用所致；C区为洋葱圆环区，纵截面放大图2-3可以看到明显的分层过渡迹象，这是由于搅拌摩擦头旋转前进使前方的塑化金属受到搅拌针的旋转挤压作用向后流动，并呈周期性的向后转移，并且在图中的S处可以观察到明显的拐点区，说明该处流动模式发生变化；D区为底部挤压区，由于搅拌针的长度略小于板材厚度以及摩擦头的旋转挤压使塑性金属在C区的流动模式在该区发生断裂，形成塑性金属的无序混合，该区也是焊缝接头的薄弱区；E区为旋转流动区，位于焊缝上层，主要受摩擦头轴肩的旋转摩擦作用，焊缝金属由返回侧向前进侧转移。
图1 3mmLF2和6mmLY12搭接焊缝组织宏观图
图2 典型区域放大图
2-1 A区放大图； 2-2 D区放大； 2-3 C区放大
2.2 6mmLF2和6mmLY12对接结果分析
通过将6mmLF2和6mmLY12对接观测搅拌摩擦焊塑性金属的水平流动状况，接头组织分布示意如图3所示，接头左侧为LF2，右侧为LY12。因耐腐蚀性不同，接头两侧呈现明暗不同的组织分布。焊缝对接接头分区与搭接接头相同，图3中A、B、C、D、E五个分区分别对应图1中的A、B、C、D、E五个分区。此外，从图3中可以观察到焊缝前进侧母材与焊缝分界线比较明显，而返回侧母材与焊缝分界线比较模糊，说明焊缝两侧塑性金属流动模式并不相同；焊核形状关于焊缝中心线并不对称，而是偏向返回侧，说明塑性金属流动也偏向返回侧，这也验证了搅拌摩擦焊对称位置上前进侧温度低于返回侧温度的不对称的温度场分布[9]；同样可以发现在焊缝上部，受摩擦头轴肩旋转摩擦作用的影响，塑性金属更多的是从返回侧进入前进侧，如E区所示；而在焊缝下部塑性金属更多的是从前进侧进入返回侧，如C、D区所示；而在A、C区，可以观察到塑性金属的黑白相间的分层过渡现象。
图3 6mmLF2和6mmLY12对接焊缝组织宏观图
3 结 论
（1）采用异种铝合金搅拌摩擦焊的不同显微组织观测塑性金属流动情况，该方法简单直观。
（2）焊缝金属流动模式关于焊缝中心并不对称，按流动特征不同焊缝大致分为五个分区。
（3）可以观察到清晰的洋葱圆环区和薄层间混结构。
（4）搅拌针两侧焊缝下层金属有向前、向上流动的趋势，向上流动高度高于被搭接板材的厚度。
对应牌号： 国标：2A12(LY12) GB/T 3190-1996
ISO：AlCu4Mg1 ISO 209.1-1989
日标：A2024 JIS H4000-1999 JIS H4040-1999
非标：24530 IS5902
法标：2024（A-USG1) NF A50-411 NF A50-451
美标：2024 AA
铝及铝合金的力学、热学、物理性能符号和含义 ：
名称 符号 单位 含意 备注
比例极限 δp MPa 材料在拉伸过程中，应力与应变保持正比关系的最大应力。这个阶段的最大极限负荷Pp除以试棒的原始横截面积，即为比例极限 1 kgf/mm2 = 9.80665MPa
1 MPa = 0.10197kgf/mm2
英制：PSI ：lb/in2
KPSI = 1000PSI
=6.896MPa
弹性极限 δe MPa 材料在受载过程中，未产生塑性变形的最大应力
拉 伸
弹 性 模 量 E GPa 金属承受拉伸载荷时，在弹性范围内，应力与应变成正比例关系时，这个比例系数为拉伸弹性模量 1 kgf/mm2 = 0.0098067GPa
1GPa = 101.97162kgf/mm2
剪切
弹性模量 G GPa 金属在弹性范围内进行扭转试验时，外力和变形成比例地增长，即应力与应变成正比例关系时，这个比例系数称为剪切弹性模量
屈服强度 （条件屈服强度） δ0.2 MPa 在拉伸过程中，一般规定标距长度部分塑性变形量达到的原标距长度的规定数值时之负荷除以原始横截面积所得的应力，称为屈服强度或条件屈服强度。一般规定数值为拉伸试样原标距长度的0.2%，即用δ0.2表示
压缩屈服强度 （条件屈服强度） δ-0.2 MPa 试样在压缩过稆中，标距部分残余压缩达到原标距长度规定数值时的负荷除以原始横截面积所得的应力称为压缩屈服强度或条件压缩屈服强度。一般规定数值为压缩试样原标距长度的0.2%，由于受力方向与拉伸相反，故压缩屈服强度常用δ-0.2表示
抗剪强度 MPa 试样剪切时，在剪断面上所承受的最大负荷除以原始横截面积所得的应力，称为搞剪强度。表示材料在剪切力作用下抵抗破坏的最大能力。
抗拉强度 δb MPa 在单向均匀拉伸载荷作用下，断裂时材料的最大负荷除以原始横截面积所得的应力。
疲劳极限 δ-1 MPa 材料在重复交变应力作用下，承受过无限次循环而不产生断裂的最最大应力值
疲劳强度 δN
MPa 试样在交变应力作用下，在规定的循环次数内（如106、107、108次等），不至于产生断裂的最大应力值
伸长率
（延伸率） δ5
δ10 % 材料拉伸时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比。
是标距为5倍直径时的伸长率，是标距为10倍直径时的伸长率
断面收缩率 ψ % 金属试样在拉断后，其缩颈处横截面积与原始横截面积的百分比
冲击韧度 αk J/cm2
或
kJ/m2 用一定尺寸和形状的U型缺口标准试样，在规定类型试验机上受冲击载荷折断时，试样刻槽处单位横截面积上所消耗的冲击功。它表示金属材料对冲击载荷的抵抗能力。 1 kgf•m/cm2 = 98.0665kJ/m2
1kJ/m2 = 0.010197kgf/cm2
布氏硬度 HBS 用一定直径的淬硬钢球压入试样表面，并在规定载荷下保持一定时间，以其载荷除压痕面积所得的商表面材料的布氏硬度。其计算公式为
HBS = 2P/лD[D – （D2-d2）1/2]
P——载荷
D——压头直径，mm；
d——压痕直径，mm 通常由测得的压痕直径直接查表得硬度值
洛氏硬度 HRB
HRF 在洛氏硬度机上，用直径为1。58mm的淬硬钢球作压头，载荷为980N试验所得的硬度值。
用1.58mm淬硬钢球作压头，载荷为588N测得的洛氏硬度值 HRB常用作测量淬火时效后铝合金硬度值。
HRF用作测量铝合金煅件硬度
显微维氏硬度 HV 用夹角为136o的金刚石四棱锥压头以小于等于0.2kgf（常扩大至1kgf）的载荷压入试样，以单位面积上所受载荷表示材料的硬度值。仪器上装有金相显微镜，用于测量合金的显微组织和极薄表面层的硬度值
密度 ρ g/cm3或
kg/m3 金属材料单位体积的质量
熔点 ℃ 材料由固态转变为液态时的熔化温度
平均线膨系数 α
µm/(m•k) 物体的长度随温度变化而改变，在指定的温度范围内，每当温度升降1，其单位长度胀缩的长度称平均线膨胀系数 膨胀及收缩率计算式见表1-5
热导率
（导热系数） λ W/(m•℃) 表示物体导热的能力。以物体内维持单位温度梯度（ΔL/ΔT）时，在单位时间（t）内流经垂直于热流方向的单位面积（A）上的热量（Q）表示 1 cal/(s•cm•℃) = 418.68W/(m•℃)
λ=1/A•Q/t•ΔL/ΔT
比热容 С
J/(kg•K)
或
J/(kg•℃) 将单位质量的物质在等压过程（或等容过程）中温度升高1K度时吸收的热量或温度降低1K度放出的热量 1 kcal/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)
1 kcalth/(kg•K) = 4186.8J(kg•K)
电阻率
（比电阻电阻系数） ρ Ω•m
чΩ•m
nΩ•m 表征物质导电能力的一个物理常数，它等于长1m、横截面为1mm2 的导线两端间的电阻，也可用一个单位立方体的两平等端面间的电阻表示 1µΩ•cm = 10-8Ω•m
1nΩ•cm = 10-9Ω•m
电导率 λ S/m 电阻率的倒数叫电导率。在数值上它等于导体维持单位电位梯度时，流过单位面积的电流
电阻温度
系数 αp ℃-1 温度每升1℃，材料电阻率的改变量与原电阻率之比
表1—2为铝及铝合金的膨胀与收缩率计算式。表中L0为0℃时的长度；Lt 为在给定定温度范围内，t ℃时的长度；C为合金常数，其数值在表达1—3中列出。
表1—2 铝及铝合金的膨胀率与收缩率计算式
温度范围，℃ t ℃时的长度
-196 ~ 0
0 ~500
-60 ~ 10 Lt = L0[1+C(20.83t – 0.01177t2 - 0.0001446t3) x 10-6]
Lt = L0[1+C(22.29t + 0.01009t2 ) x 10-6]
Lt = L0[1+C(22.16t + 0.01219t2 ) x 10-6]
固溶热处理→淬火→时效处理。
固溶处理系指将材料生温至固溶体单相区一段时间，以便让溶质全部溶入基地而成单一α相；淬火系指将固溶处理后的材料迅速冷却以得饱和固溶体。时效处理则将此过饱和固溶体放置在恒温，使其逐渐析出析出物而造成性质上的变化。此恒温若为室温则称为自然时效，若在叫高温炉中进行则称之为人工时效
