铸件成形原理 教学课件 作者 祖方遒 第5章　多相合金凝固.pptx

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1、铸件成形原理第5章　多相合金凝固第5章　多相合金凝固5.1　共晶组织的分类及特点5.2　规则共晶的凝固5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.4　非小平面-小平面非规则共晶的一般特征及形成机制5.5　灰口铸铁的非规则共晶结晶㊀5.6　Al-Si合金的非规则共晶结晶㊀5.7　包晶凝固5.1　共晶组织的分类及特点(1)第一类共晶　由粗糙-粗糙界面(非小平面-非小平面)两相组成的共晶为第一类共晶，通常的金属-金属及一些金属-金属间化合物共晶系统(如Al-Al2Cu及Al-Al3Ni)属于此类。(2)第二类共晶　由粗糙-光滑界面(非小平面

2、-小平面)两相组成的共晶为第二类共晶，金属-非金属共晶及某些金属-金属间化合物共晶系统(图5-5所示的Mg-Mg2Sn)属于此类。(3)第三类共晶　由光滑-光滑界面(小平面-小平面)两相组成的共晶为第三类共晶，非金属-非金属(两共晶组成物都具有光滑界面)共晶系统属于此类。(1)第一类共晶图5-2　Al-ANi棒状规则共晶(1)第一类共晶图5-2　Al-ANi棒状规则共晶(上图为纵截面，下图为横截面)(2)第二类共晶图5-3　Al-ACu层片状规则共晶(2)第二类共晶图5-4　初晶及共晶体(亚共晶Cu-Ag合金)(3)第

3、三类共晶图5-5　Mg-MSn非规则共晶(3)第三类共晶图5-7　四溴化碳-六氯乙烷(3)第三类共晶图5-7　四溴化碳-六氯乙烷(规则共晶体)5.2　规则共晶的凝固5.2.1　层片状共晶组织的形核过程5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长5.2.3　层片状共晶组织生长的界面过冷度5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则5.2.5　棒状共晶生长5.2.1　层片状共晶组织的形核过程图5-8　球形共晶的形核与长5.2.1　层片状共晶组织的形核过程图5-9　层片状共晶搭桥式形核方5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图

4、5-10　层片状共晶生长时固-液界面前沿成分分布及扩散场示意5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图5-12　共晶界面浓度与温5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图5-12　共晶界面浓度与温5.2.3　层片状共晶组织生长的界面过冷度1.扩散场成分引起的过冷度ΔTc2.层片状共晶界面曲率效应1.扩散场成分引起的过冷度ΔTcΔTc=[Ce(1-K0)/2DL（1/mα+1/mβ）]λR=KcλR2.层片状共晶界面曲率效应下面重新回到固-液界面前沿的周期性浓度变化。由图5-12可见，对应于共晶生长界面的液相线温度T*L

5、=，从α相的某些区域的高于Te值，变化到α及β相中心区域的低于Te值，甚至低于界面实际温度T*q=的值。而由于热导率高及片层尺度小这两方面的原因，T*q=为常值，即规则共晶液-固界面为等温面。因此，过冷度的差值(图5-12c中的阴影部分)必然由曲率过冷ΔTr来补偿以维持界面处的局部平衡，即ΔT=ΔTc+ΔTr=Te-T*q=常量5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则当λ较小时，共晶的生长受毛细作用的控制，即曲率过冷ΔTr的作用大于ΔTc；而当λ较大时，则扩散成为关键因素，ΔTc作用占主导。在ΔT-λ关系曲线上存在一个极

6、值点，在λ=λe时共晶生长界面的温度最高，换言之，此时界面过冷度ΔT为最小值。一般认为，对于规则共晶，共晶生长最可能发生在过冷度最小值处,此即共晶凝固理论中著名的最小过冷度准则，亦称为极值准则(ExtremumCriterion)。根据这一准则，极值点对应的共晶片层间距趋于确定值λe。5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-13　层片状规则共晶生长中的界面过冷5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-14　R增大对共晶片层间距的调整a)片层间距的调整示意图　b)R增大引起Pb-Sn合金片层间距减小的实际凝

7、固组织照5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-15　铅锡共晶界面过冷度与生长速度的关5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则表5-1　不同合金共晶反应相关参数的参考值5.2.5　棒状共晶生长图5-17　第三组元的影响5.2.5　棒状共晶生长图5-17　第三组元的影响5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.2节以共晶成分点的合金为对象，主要介绍了标准层片状及棒状规则共晶的生长过程及其规律。然而，实际应用的共晶系合金，即使为非小平面-非小平面的合金类型，无论是共晶成分还是非共晶成分，还可能出现各种各样与上述标准规则

8、共晶完全不同的共晶生长方式及相应的组织形态。5.3.1　共晶生长界面的失稳5.3.2　偏离平衡相图的共晶共生区5.3.3　离异生长及离异共晶5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.3.1　共晶生长界面的失稳1.单相及两相两种类型的界面失稳2.工艺因素GL/R和熔体对流对共晶界面失稳的影响5.3.