多相合金的凝固课件.ppt

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1、第六章多相合金的凝固一、共晶组织的分类二、非平衡状态下的共晶共生区三、共晶组织的形成机理1一、共晶组织的分类（一）规则共晶与非规则共晶规则共晶：金属—金属，如:Pb-Sn，Ag-Cu层片状共晶金属—金属间化合物，如:Al-Al3Ni棒状共晶.规则共晶长大时，两相彼此紧密相连，相互依赖生长，两相前方的液体区域中存在溶质的运动。这种长大方式称之为:“共生生长”。这种属于非小平面（nonfacet-nonfacet）共晶2规则共晶(非小平面-非小平面)形态又分层片状及棒状两种。通常共晶中的某一相体积分数小于1/π时容易出

2、现棒状结构，这是因为在相间距λ一定的条件下棒状的相间界面积比层片状的小，因此其界面能最低，这种情况在规则共晶里是很明显的。但是当界面能的各向异性很强时，层片结构可以在体积分数很小的情况下存在．此类共晶的固-液界面在原于尺度上是粗糙界面，即固-液界面不是特定的晶面。3图4-23Pb-Sn层片状共晶图4-23Pb-Sn层片状共晶4非规则共晶:金属—非金属：如:Fe-C,Al-Si共晶非金属—非金属：如:琥珀睛-茨醇共晶非金属-非金属共晶体，长大过程不再是偶合的。所得到的组织为两相的不规则混合物，也属于“不规则共晶”。5

3、非小平面-小平面（nonfacet-facet）共晶非规则共晶(非小平面-小平面)多由金属-非金属相组成，其组织形态可以简化为片状与丝状两大类，但是由于其小平面相晶体长大的各向异性(如界面能、热传导、最优生长方向等)很强，其固-液界面为特定的晶面，共晶长大过程中，虽然也靠附近液相中的原子横向扩散合作进行长大，但其固-液界面的形态是非平面的(non-Planar)，且是极不规则的。67图4-26两相非偶合生长形成不规则共晶规则共晶体a)琥珀睛-茨醇共晶,b)偶氮苯-苯偶酰共晶,c)四溴化碳-六氯乙烷8根据Jackso

4、n界面结构理论，熔融熵△Sf＞4R者为小平面相，熔融熵△Sf＜4R者为非小平面相。Croker在对共品组织进行分类时，采用溶解熵entropyofsolution作为分类的标准。凡溶解熵大于23J／mol.K的为小平面相，而小于23J／mol.K者为非小平面相。Crocker绘制了在长大速度为5μm/s时，相的体积分数对共晶微观结构的影响：在溶解熵大于23J／mol.K的非规则共品中，当φf＜l0％时的C区组织：为破断的层状结构。但在扫描电镜下观察，小平而相并末破断而是连续的分枝，当共晶中的小平面相体积分数φf在1

5、0-20％之间时(图中D区)：共晶组织为不规则的片状结构，A1-Si及Fe-C（G）时典型的代表9当共晶中的小平面相体积分数φf在20-35％之间时，E区，共品组织为复杂的规则结构。当共晶中的小平面相的体积分数φf＞40％时(图中F区)，共晶组织为准规则结构，Fe-FE3C属于此类结构，由非小平面的板片状和少量棒状组成，而基体为小平面相只是，小平面相不能按小平面方式而是按非小平面方式长大。在板片与棒状混合存在的组织中，通常，板片的扩展方向与热流方向一致，而棒状结构则与板片相垂直。当液相中的温度梯度减少或者长大速度增

6、加时，棒状结构的比例将会增加。10二、非平衡状态下的共晶共生区非平衡凝固过程，由于共晶生长动力学因素的影响，共晶组织有以下三种情况：1)共晶成分的合金，在冷速较快时，不一定能得到100％的共晶组织，而是得到亚共晶或过共晶2）有些非共晶成分的合金在冷速较快时可以在TE以下温度得到100％的共晶组织，该区域称之为共生区,图中阴影区,即两条液相线的延长线以下,对两相同时过冷,而结晶出偶合生长的共晶组织,称为伪共晶,此区也称为；伪共晶区.3)有些非共晶成分的合金，在一定冷速下，既不出现100％的共晶组织，也不出现初晶+共晶

7、的情况，而是出现“离异共晶”。111、对称型共生区两个组元熔点相近、两条液相线基本对称、两相长大速度基本相同的非小晶面-非小晶面合金，容易形成对称型共生区。122、“非对称型共生区”当两个组元熔点相差较大，两条液相线不对称时，共晶点往往偏向于低熔点组元一侧，而共生区则由共晶点向高熔点组元一侧倾斜。原因：由于浓度起伏和扩散的原因，共晶成分附近的低熔点相在非平衡结晶条件下较高熔点相更易于析出，其生长速度也更快。因此结晶时往往容易出现低熔点组元一侧的初生相。为了满足共生生长所需的基本条件，就需要合金液在含有更多高熔点组元

8、成分的条件下进行共晶转变。133、共生区的概念的意义把平衡相图概念和不平衡共晶结晶动力学过程联系了起来；可以满意地解释非平衡结晶现象：如非共晶成分的合金可以结晶成100％的共晶组织，而共晶成分的合金结晶时反而得不到100％共晶组织；有助于对共生生长和离异生长这两种不同共晶方式作进一步分析和探讨。共生区的概念与平衡图并不矛盾，在无限缓慢的冷却条件下，共生区退缩