23.二元合金共晶相图及结晶要点.ppt

2.10 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织 1 相图分析 共晶相图 两组元在固态部分溶解，形成有限固溶体α和β，具有共晶转变 1 共晶相图分析 液相线 Ag-Cu共晶相图分析－线条 单相区 2 共晶系合金的平衡凝固和组织 B点左边和D点右边的合金属于固溶体合金 x1合金凝固过程 x1合金凝固过程 共晶合金（eutectic alloy）平衡凝固过程及其组织 x4合金 共晶合金（eutectic alloy）平衡凝固过程及其组织 x3亚共晶合金hypoeutectic alloy凝固过程及其组织 先析出初晶α（ Primary crystal ） 过共晶x2合金（ hypoeutectic alloy ） 凝固过程 先析出初晶β 相与组织 相：按照成分、结构和性能分类 合金x2凝固过程过程的杠杆定律 Ag-Cu合金的显微组织 共晶合金 （1）有良好的流动性，能很好地填充铸模 初晶组织的形态 共晶反应前从液体中单独析出的β相称为初晶，以区别共晶中的β相 相图应用 1：铝合金分类 Pb－Sn共晶系合金平衡凝固 Pb－Sn共晶系合金平衡凝固 II合金 Pb－Sn共晶合金平衡凝固的组织 Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织 亚共晶III合金： Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βII Pb－Sn过共晶合金平衡凝固的组织 VI合金：过共晶合金（ Pb－70％Sn ） 各种典型Pb－Sn合金的冷却曲线 3 共晶组织及其形成机理 共晶组织的基本特征：两相交替排列 共晶组织形态 按组成相的形态和分布特征可分七种 共晶组织形态 共晶组织形态 共晶组织形态 与固/液界面结构（或熔化熵）有关 1．粗糙-粗糙界面共晶（金属-金属型共晶，规则共晶） 金属-金属共晶和金属-金属间化合物共晶 粗糙-粗糙界面共晶 两相并排凝固时，影响成长形态的主要因素是热流方向和两组元在液体中的强烈互相扩散 粗糙-粗糙界面共晶 过冷到T2温度 粗糙-粗糙界面共晶 α相界面的液体成分k，β相界面的液体成分j，两相间的横向浓度差j-k 粗糙-粗糙界面共晶成长 靠两相不断成长来维持，两相同时存在共同成长时才称为共晶凝固 层片共晶形核 一个共晶晶粒中的每一单片层并不都需要单独形核 共晶组织片层厚度 片层厚度 规则共晶形状 呈层片状还是棒状，决定于共晶中两相的相对量（体积分数）、相间界面能及凝固条件 规则共晶形状 某些条件下也能产生不稳定的界面 规则共晶形状 某些条件下也能产生不稳定界面 2．粗糙－平滑界面共晶（金属－非金属型共晶，不规则或复杂规则共晶） 主要是指金属－非金属型共晶，如Fe-C系和Al-Si系两类铸造合金的共晶 规则共晶与不规则共晶 规则共晶界面等温，两相排列整齐，凝固后组织完全规则，层片厚度仅受成长速度的影响 规则共晶与不规则共晶 共晶的平均间距（λ）和界面过冷度（ΔT）受成长速度（R）及温度梯度（G）的影响 共晶成长 Al-Si合金 Al-Si系的不规则共晶Si相成长 Si相成长各向异性 Al-Si系的不规则共晶Si相成长 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 1．“伪共晶组织” 共晶系合金的非平衡凝固和组织 1．“伪共晶组织” 金属合金系中伪共晶区形状 （1）伪共晶区相对于共晶点随温度降低呈近乎对称地扩大，共晶具有规则的组织形态 伪共晶区形状 两个相的结晶速率与过冷度的关系差别很大，结晶速率随过冷度增加而降低较快的相就会被抑制，伪共晶区歪斜地偏向该相的一边 晶体结构复杂和平滑界面的相的成长速率随温度下降而降低较快，歪斜的伪共晶区往往偏向晶体结构复杂和平滑界面的一边 Al-Si系的伪共晶区 歪斜于Si的一边 Al-Si系的变质 加入少量Na、P或Sr进行变质处理获得细小分支的Si纤维组织 Al-Si系的变质 Al-Si系的变质原理 1. Na选择性吸附在Si晶体的孪晶面{111}凹槽处而阻止其成长，促使产生更多的分支，提高Al的界面过冷度，导致Al加速成长，变成超前相，迫使Si形成更多的分支，使Si晶获得细化 对称性伪共晶区组织 随过冷度增大，伪共晶区对称地扩大 2．非平衡共晶组织 Al-4%Cu合金在平衡凝固形成单相α 3．离异共晶 靠近固溶度极限的亚共晶或过共晶合金，初晶的量很多，而共晶的量很少 Al－Sn中的离异共晶 共晶凝固时固/液界面的 平衡相浓度 α、/β均达到过饱和，形核析出 若α领先形核并成长，含B量比原液体少，剩余的B排出在界面近旁的液体中，增大了β相过饱和度，促使β相在α相上形核长大 β相界面液体中的成分变至含A量更高的j点。含A量较高的液体有利于析出α相 α相、β相反复的互相促进，交替形核成长，形成α和β相间排列的晶体 同时α和β两相向液体中成长 层状共晶成长时界面前沿的横向原子扩散 界面液体中纵向浓度差