材料科学基础-材料科学基础-§6-3-共晶合金的结晶课件.ppt

《材料科学基础-材料科学基础-§6-3-共晶合金的结晶课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§6-3共晶合金结晶一、共晶转变机制Pb-Sn二元相图LE→αC+βD这一转变如何进行？共晶组织如何形成、长大？t/℃1.共晶核心的形成交替形核：在一定的过冷度下，由于两固溶体的成分的差别，总有一个固相领先形核，它称为领先相，设领先相为β，由于β富集溶质B组元，其生长时附近液体则出现溶质贫化区，β的存在和液体中溶质的贫化，α相将附着在β上形核并长大，同理在α相外将附着β的形核长大。于是两相交替形核、长大，构成了共晶组织。共同生长：两个相长大时都要排放相应的溶质组元，排出的溶质将阻碍自身的生长，但两相同时生长时，一相排

2、出的组元正是另一相生长所需要的，所以两相的生长过程将互相促进，最后是两相共同携手长大。由于两固相的成分是固定的，综合成分应和液体的成分相同，它们的数量反映在二者的厚度相对比例上。2.共晶体的长大a)片层状交替形核生长b)片层状共晶分离扩散片层状共晶的形核与生长b)二、共晶组织形貌1.共晶组织及分类(1)按微观特征分：层片状，棒状，球状，针状，螺旋状等。当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长成层片状。当两相的相对数量比相差悬殊时，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。当

3、有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较强的各向异性，不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度关系，同时生长过程要求的过冷度也有差异，往往有一个相在生长中起主导作用，决定了两相的分布，共晶体的形态也具有独特性，这时常见的形态有针状、骨肋状、蜘蛛网状、螺旋状等。共晶组织形貌典型共晶组织横截面片层状棒状球状针状螺旋状蛛网状放射状(2)按共晶两相本性与液固界面结构分3类：①金属-金属型（粗糙-粗糙界面）呈片层状、棒状共晶。②金属-非金属型（粗糙-光滑界面）呈针状、骨骼状共晶。③非金属-非金属型（光滑-光滑界面）这类

4、共晶在陶瓷、硅酸盐、有机高分子材料中出现，形态资料很少。2.影响共晶体形貌的因素构成共晶体两相的性质及相的体积分数会影响晶体形貌。当两相中的一相占30～50％时，呈片层状；当两相中的一相<30％时，呈棒状。第三组元加入会在界面前沿液相内造成成分过冷影响其生长。如纯组元两相共晶体生长保持平面界面，加入杂质或第三组元会以胞状生长，当含量较多时也会发展成树枝状。三、亚共晶与过共晶合金中初生相形态初生相的形态与相的性质有关。纯金属或以金属为基的固溶体相，是按匀晶转变得到的产物，组织中呈树枝状；若初生相为非金属相或化合物则呈针

5、状、片状或多边多角状。a)Pb-Sn过共晶合金b)Pb-Sb亚共晶合金初生相形态四、共晶系合金的非平衡结晶1.伪共晶区由非共晶成分在非平衡冷却条件下所得到的全部共晶组织称为伪共晶。热力学伪共晶区单纯从热力学考虑，当合金溶液过冷到两条液相线的延长线所包围的影线区时，可得到伪共晶组织。过冷度△T增大，伪共晶区增大。E点附近的合金（C1、C2)快冷可得到(α+β)的伪共晶组织。热力学伪共晶区(2)动力学伪共晶区动力学伪共晶区偏移与变形2.离异共晶（C3合金)结晶时在先共晶相（初生相）α数量较多而共晶体数量甚少的情况下，共晶

6、组织中与先共晶相相同的那一相会依附于先共晶相生长，并把另一相推向最后凝固的晶界处，从而使共晶组织特征消失，呈两相分离状态，称为离异共晶。Al-Sn合金离异共晶3.不平衡共晶组织（C4合金)合金C4在平衡态下结晶时不发生共晶转变，但在非平衡条件下由于固相成分线偏离固相线TAC（变为图中虚线）和铸模冷却具有定向散热特征，使最后结晶部分的液体内溶质富集达到共晶成分，过冷后发生共晶转变得到少量共晶组织。§6-4铸锭组织的形成与控制一、铸锭三晶区及其形成机制铸锭三晶区：表层细晶区－强过冷,非均匀形核。柱状晶区－纯金属:过冷度减

7、小,形核困难,沿散热方向生长;合金:成分过冷,一次轴发达,沿散热方向生长。中心等轴晶区－均匀散热、液相区成分过冷、熔体对流导致细晶漂移或枝晶破碎。铸锭三晶区示意图1－细晶区2－柱状晶区3－中心等轴晶区二、影响铸锭组织的因素受浇铸温度、冷却速度、化学成分、变质处理、机械振动与搅拌等因素影响。铸模冷却能力强，浇注温度高，散热方向性强，液体内正温度梯度大时形成柱状晶。金属纯度越高，越有利于柱状晶的发展。必须抑制柱状晶的发展，避免出现穿晶。采取下列措施：（1）机械搅动破坏柱状晶生长；（2）增加籽晶，增大中心等轴晶区；（3）孕

8、育处理，加入形核剂，促进非均匀形核。§6-5凝固技术一、定向凝固定向凝固是使铸件全部沿同一方向生长。由此产生有相同取向的柱状、片层状及棒状所构成的单相或双相组织，它的纵向性能明显高于横向性能。高温涡轮叶片以成功应用该技术。这种叶片工作中常沿与主应力相垂直的横向晶界发生沿晶断裂。通过定向凝固可使叶片中的晶界与主应力相平行，从而显著提高叶片使用寿命