合金钢的性能之所以比碳钢优越，主要是由于合金元素在钢中所起的作用，它们的加入改变了钢的内部组织与结构，其相变温度也有很大变化。

铸铁的组织(除白口铸铁外)可以认为是在钢的基体上分布着不同形态、尺寸和数量的石墨，其中石墨的形状及数量变化对性能起着重要作用，所以正确认识和鉴别各类铸铁的金相组织对估计和评定铸铁的质量和性能有着重要意义。

有色金属及合金具有某些独特的优异性能，例如铝合金比重小而强度高；钢及铜合金导电性极好，耐蚀性强；铅与锡合金具有良好的减摩性等，而这些性能特点也无不与其内部组织密切相关。

下面着重研究和分析各种不同类型合金材料的组织特点。

（一）合金钢

合金钢的显微组织比碳钢复杂，在合金钢中存在的基本相有：合金铁素体、合金奥氏体、合金碳化物(包括合金渗碳体、特殊碳化物)及金属间化合物等。其中合金铁素体与合金渗碳体及大部分合金碳化物的组织特征与碳钢中的铁素体和渗碳体无明显区别，而金属间化合物的组织形态则随种类不同而各异，合金奥氏体在晶粒内常常存在滑移线和孪晶特征。

1.高速钢

高速钢是高合金工具钢，以具有良好的热硬性(或红硬性)著称。这里以典型的W18Cr4V(简称18-4-1)钢为例加以分析研究。

W18Cr4V的化学成分为：0.7-0.8%C，17.5-19%W，3.8-4.4%Cr，1.0-1.4%V，≤0.3%Mo。由于钢中存在大量的合金元素(大于20%)，因此除了形成合金铁素体与合金渗碳体外，还会形成各种合金碳化物(如Fe₄W₂C、VC等)，这些组织特点决定了高速钢具有优良的切削性能。

（1）高速钢的铸态组织：按组织特点分类，高速钢属莱氏体钢，在一般铸造条件下存在以具有鱼骨状碳化物为特征的共晶莱氏体组织。图l所示为W18Cr4V钢的铸态组织。在显微镜下观察时，除共品莱氏体外还有部分呈暗黑色的δ共析体组织和少量马氏体(呈亮白色部分)o

（2）高速钢的退火组织：高速钢铸态组织极不均匀，特别是共晶组织中粗大碳化物的存在，使钢的性能显著降低，因此，高速钢铸造后必须经过锻造、退火，以改善碳化物的分布状况。图2所示为W18Cr4V钢经锻造及退火后的显微组织，组织中呈亮白色较大块状为一次碳化物，较细小块状为二次碳化物，基体组织是索氏体。

高速钢优良的热硬性及高的耐磨，只有经淬火及回火后才能获得。W18Cr4V钢通常采用较高的淬火温度(1270～1280ºC)，以保证奥氏体充分合金化淬火时可在油中或空气中冷却，图3为W18Cr4V钢经1270～1280ºC淬火后的显微组织，其组织为在马氏体及残余奥氏体的基体上布有一次碳化物的颗粒。在金相显微镜下观察时，马氏体不易显示。

高速钢经淬火后组织中存在相当数量(约30～40％)的残余奥氏化，需经560ºC回火（一般2～3次）加以消除。回火时从马氏体和部分残余奥氏体中析出高度分散的碳化物，降低了残余奥氏体中碳和合金元素的含量，使其稳定性降低，在冷却过程中这些奥氏体就会转变成马氏体。

图4所示为W18Cr4V钢经淬火及560ºC回火后的显微组织，其中呈亮白色块状的为合金碳化物(W₂C、VC)，暗黑色基底是回火马氏体和少量残余奥氏体。

2.不锈钢

不锈钢在大气、海水及化学介质中具有良好的抗腐蚀能力。这里以10Cr18Ni9Ti钢为l例加以分析研究。

该钢的化学成分为:≤0.12％C，17～19％Cr，8～11％Ni，0.6～0.9％Ti。铬在钢中的主要作用是产生钝化作用，提高电极电位而使钢的抗蚀性加强。镍的加入在于扩大g区及降低Ms，以保证室温下具有奥氏体组织。

lCrl8Ni9Ti钢的热处理方法是进行固溶处理(1050～1100ºC水淬)。图5所示为该钢经1050～1100ºC水淬后的显微组织。组织呈现出单一奥氏体晶粒并有明显的孪晶。

（二）铸铁

根据石墨的形态、大小和分布情况不同，铸铁分为：灰口铸铁(石墨呈片条状)

(石墨呈团奖状)和球墨铸铁(石墨呈圆球状)。

1.灰口铸铁

灰口铸铁组织的特征是在钢的基体上分布着片状石墨。根据石墨化程度及基体组织的不同，灰口铸铁可分为：铁素体灰口铸铁，铁素体—珠光体灰口铸铁和珠光体灰口铸铁。

图6所示为铁紊体灰口铸铁的显微组织，其中石墨呈黑灰色条片状分布在亮白色的铁素体基体上。

图7所示为铁素体－珠光体灰口铸铁的显微组织，其中除黑灰色条片状石墨外暗黑色基底为珠光体，亮白色部分为铁素体。

3.可锻铸铁

可锻铸铁(又称韧性铸铁)是由白口铸铁经石墨化退火处理而得，其中渗碳体发生分解而形成团絮状石墨。按照基体组织不同，可锻铸铁分为铁素体可锻铸铁和球光体可锻铸铁两类，如图3.8所示。图8（a）为铁素体可锻铸铁的显微组织，其中石墨呈暗灰色絮状，亮白色晶粒为基体铁素体。图8(b)为珠光体可锻铸铁的显微组织，在珠光体基体上分布着黑灰色的团絮状石墨。

4.球墨铸铁

在球墨铸铁中组织中石墨呈圆球状。球状石墨的存在可使铸铁内部的应力集中现象得到改善，同时减轻了对基体的割裂作用，从而充分地发挥了基体性能的潜力，使球墨铸铁获得很高的强度和一定的韧性。

球墨铸铁的显微组织如图9所示。

图9中(a)为铁素体基体球墨铸铁的显微组织，其中亮白色晶粒为铁素体基体，黑灰色圆球状为石墨。

图9中(b)为铁素体—珠光体基体球墨铸铁的显微组织，其中呈暗黑色基底为珠光体，分布在圆球状石墨周围的亮白色基体是铁素体。

（三）有色合金

1.铝合金

在铸造铝合金中应用最广的是铝—硅系合金(含l0～13％Si)，常称“硅铝明”。由Al-Si台金相图可知该成分在共晶点附近，所以组织中均有由α固溶体和粗针状硅晶体组成的共晶体及少量呈多面体状的初生硅晶体，其显微组织如图10(a)所示。这种粗大针状硅晶体显然会使合金的塑性降低，为了改善合金的性能，通常采用“变质处理”。经变质处理后，不仅组织细化还可得到由枝晶状的“固溶体和细密共晶体组成的亚共晶组织，如图10(b)所示。这样的组织相应地提高了铝合金的强度和塑性。

2.铜合金

工业上广泛使用的铜合金有铜锌合金(黄铜)、铜锡合金(锡青铜)、钢铝合金(铝青铜)以及铜铍合金(铍青钢)、铜镍合金(白铜)等。这里以黄铜为例加以分析研究。

常用的黄铜中含锌量均在45%以下。由Cu-Zn合金相图可知，含锌少于39％的黄铜均呈α固溶体单相组织，称为“黄铜(或单相黄铜)。

图11所示为单相黄铜(H70)经变形及退火后的显微组织。其中α晶粒呈多边形，并具有明显的孪晶。

含锌量在39～45％的黄铜呈（α+β）两相组织称为(α+β)黄铜(或两相黄铜)。图12所示为两相黄铜(H62)在铸造状态的显微组织。其中α相呈亮白色，β相为暗黑色。β相是以CuZn电子化合物为基的固溶体，在低温时性硬而脆，而在高温则有较好塑性，故适于进行热加工。

3.轴承合金

轴承合金又称巴氏合金，通常用来制造滑动轴承的轴瓦及其内衬。轴瓦材料应同时兼有硬和软两种性质，因此轴承合金理想的组织应该是由软硬不同的相组成的混合物，例如在软而有塑性的基体上分布

着硬的质点。以铅或锡为基体的轴承合金具有满足上述要求的组织特征。最常用的锡基袖承合金为别ZCbSnSb11-6。该合金的成分中除基本元素Sn外还含有11％Sb及6％Cu。

图13 ZCbSnSb11-6轴承合金的显微

浸蚀剂：4％硝酸酒精溶液

组织图13所示为ZCbSnSb11-6合金的显微组织，其中暗黑色的为软基体α相，白色块状是以化合物SnSb为基的硬质点β相，而白亮针状及星形折出物则为Cu₃Sn化合物η相。这种既硬又软的混合相组织，保证了轴承合金具有足够的强度与塑性的配合以及良好减摩性。