金属材料的组织

（一）什么是组织

这节所涉及到的组织有宏观和微观两种。宏观组织是指30倍以下的放大镜或人的眼睛直接能观察到的金属材料内部所具有的各组成物的直观形貌。例如观察金属材料的断口组织，渗碳层的厚度，以及经酸浸后低倍组织等，一般分辨串是0.15mm。显微组织是指光学显微镜下能够看到的金属材料内部所具有的各组成物的直观形貌。一般极限分辨率为0.2微米（um）。它所包含的内容是各种相，各种相的形状，大小，分布及相对量等。经抛光的金属材料试样，在显微镜下检查，只能分析研究非金属夹杂物的组织。经浸蚀后的试样在显微镜下检查，则可看到各种形态的组织，但就相的多少来说归纳起

来有下列三类：

（1）单相组织它包括纯金属和单相合金，在显微镜下看到的是许多边形晶粒组成的多晶体组织。

（2）两相组织这一类组织的花样很多。

（3）多相组织许多高合金钢多半是具有多相的复杂组织。

这些组织中相的相对量、形状、大小、分布是重要的内容。

（二）为什么要分析研究组织

金属学是研究金属材料内部的成分、组织结构和性能之间的关系，以及它们变化的规律。这里所说的组织是指宏观组织、光学金相组织、电子显微组织和晶体结构等。我们着重讨论的是光学金相显微组织。这里所说的性能是指使用性能和工艺性能，前者如力学性能，物理性能和化学性能等，后者如浇注性能，锻压性能和热处理性能等。金属学是一门实验科学，多年来的研究实践总结出这样一条规律：组织是性能的根据，性能是组织的反映。所以研究金属材料时，应当着重分析研究金属材料的组织。组织随着成分，生产工艺条件而变化。因此研究组织时，应分析研究影响组织变化的条件。

（三）影响组织变化的条件

影响组织变化的条件首先是合金的成分。不同成分的合金，显示不同的组织，例如Cu-Zn合金系，含Zn量小于30%者，得到单相黄铜，含Zn在40%-50%则得两相黄铜。又如碳钢和白口铁，同是Fe-C系合金，含碳小于2.11%者为钢，含碳量大于2.11%者为白口铁，钢和白口铁的组织虽然在室温都是由铁素体和渗碳体两相组成，但是它们的组织形态，相的相对量差别很大。因而钢和白口铁的使用性能和工艺性能迥然不同。当合金的成分确定后，影响金属材料组织变化的因素就是生产工艺条件。凝固，锻压及热处理等对组织的形成影响极大。例如在生产中普通浇注的铸锭和连续铸锭的组织不同，前者的宏观组织显示出细等轴晶区，柱状晶区及中心大等轴晶区，呈典型的铸锭组织；而后者柱状晶发达，中心等轴晶极少。又如同是含碳量0.2%的碳钢，一般挠注条件得到魏氏组织而退火条件得到的组织为均匀的铁素体晶粒和珠光体。同样是20钢从奥氏体化区空冷则得到细小均匀的铁素体晶粒和珠光体。

上述工艺条件的影响，归纳起来主要的一点就是冷却速度对组织形成的作用。此外，锻压变形对组织形成的影响，亦是极其重要的，这里就不再举例赘述。所以分析研究组织时，一要问合金的成分，二要问工艺条件。

（四）如何分析研究组织

首先要搞清合金的成分，尤其是组成合金的主要成分。

根据合金的成分，查找相应的合金系相图，主要的二元合金相图基本上都能在有关的金属手册中查到。三元合金的相图，只能查到某些合金系，重要合金的等温截面或垂直截面图。查到有关相图后，按照合金成分（主要成分）找到平衡状态时具有的合金相。单相，双相还是三相；并根据杠杆定则，大致估算其相对量，作为判定组织时的参考。

对于一些较复杂的合金，准确的相图查找不到，只能参照主要成分的相图，根据我们所掌握的合金相和二元相图，三元相图的基本知识，推理判断组织中出现的各种相。

其次要了解该合金的历史，亦即了解该合金制备的工艺过程。原料纯度。熔炼方法，凝固过程，锻轧工艺，热处理工艺等。

第三，要了解试样截取的部位，取样的方法，磨面的方向，试样的制备及显微组织显示方法等。

第四，在显微镜下，实际观察时，先用低倍观察组织的全貌，其次用高倍对某相或某些细节进行仔细地观察。最后根据需要，再选用特殊的方法如暗场，偏振光，干涉，显微硬度等，或者用特殊的组织显示方法，进一步确定所观察的合金相。先做相鉴定，然后做定量测试。

定量分析可以对照半定量的标准图，也可以用带标尺的目镜测量所研究的对象。自动图象分析仪，是金相定量测试的现代工具。

对于光学金相还不能确定的合金相，则用衍射方法和电子探针来确定。