五多相合金的凝固选编.ppt

五 多相合金的凝固;一 共晶组织的分类 以熔融熵值的大小为依据把共晶分为规则共晶和非规则共晶. 规则共晶(即金属-金属共晶)属于非小平面共晶.凡熔融 熵 者为非小平面相。规则共晶的形态又可分为层片 状和棒状两种，通常共晶中某一相体积分数小于 时， 容易出现棒状结构。 非规则共晶（即金属-非金属共晶）属于小平面共晶， 凡熔融熵 者为小平面相。非规则共晶的形态也可简 化为片状与丝状两大类。小平面相晶体的长大具有各向异性 的特点，其长大具有很强的方向性，小平面相在共晶中的体 积分数 对共晶形貌有着很大的影响。;二 非平衡状态下的共晶共生区 从相图可知，在平衡条件下，共晶反应只发生在一个固定 成分的合金下，任何偏离这一成分的合金都不能获得百分百的 共晶组织。从热力学观点看，在非平衡凝固条件下，具有共晶 型的合金，当快冷到两条液相线的延长线所包围的范围时，即 使是非共晶成分的合金也可以得到百分 百的伪共晶组织。如图5-10所示，图中 影线部分为共晶共生区。共生区规定了 共晶稳定生长的温度和成分范围，超过 这个范围，组织将变为亚共晶或过共晶。 ;并非所有的共晶共生区都像5-10图那样的对称的。对于金属 -非金属共晶，其共生区通常是非对称的，如图5-11，其相图上 的共晶点靠近金属组元一方。共晶共生区偏向非金属一方 ;一 层状共晶的生长 1.形核与长大 多数的金属-金属共晶其长大速度在四周各个方向上是均一的， 因此它具有球形长大的前沿，而在共晶组织内部两相之间却是 层片状的。这是就说在非方向性凝固的情况下，共晶体是以球 形方式长大，而球形的结构是由两相的层片所组成，并且向外 散射。球的中心有一个核心，它是两相中的一相，起着一个共 晶结晶核心的作用。 共晶中两相交替成长，这并不意味 着每一片都要单独形核，其长大过 程是靠搭桥的办法使同类相的层片 进行增殖。这样就可以由一个晶核 长出整整的一个共晶团。;2 共晶的稳定态长大及固-液界面曲率 由于金属-金属共晶的固-液界面是非光???的，所以其界面的 向前生长不取决于结晶的性质，而取决于热流的方向。两相 并排的长大方向垂直于固液界面。Jackson和Hunt认为，由于 两相的层片间距 很小，在长大过程中溶质的横向扩散是主 要的。 必须指出的是，在固液界面前沿很小的距离（相当于层片间 距）范围内，液相的成分是极不 均匀的。在共晶的固-液界面前沿 的液相中会形成A、B两组元的不 同富集区。;图5-18为共晶生长时固-液界面前沿成分的变化及其对共晶片状界面曲率的影响。由于在固-液界面前沿溶质浓度不同，势必会出现以共晶平衡温度TE为基准的不同的过冷度。以 相前沿为例，在其中央区的前沿液相中富集了最大的浓度 ，从图5-18a中可以看出， 与 相平衡液相线 交点至共晶温度TE的垂直距离 即为由于浓度差 所造成的过冷度，可以用下式表示： 式中， 为液相线斜率， 为具有无限大曲率半径 的固-液界面上平衡液相线 温度。 连接;从上式可知，在 相与 相交界处，由于这里的成分仍为 所以由于浓度差所造成的过冷度 。这样，正如图5-18c所示，在 相层片范围内， 的分布将是抛物线型的，该曲线与图5-18b所示的 相前沿液相成分 的分布曲相似，即 相中央区前沿液相溶质浓度最大，而与之相对应的过冷度 也最大。; 如图5-19所示，共晶结晶时，在 相和 相交界处，是 相、 相、液相三者处于平衡状态。在平衡条件下： 可得： 式中， ，上式表达了 与 相界面处 相的曲率半 径与层片厚度 、固-液界面张力 及 、 相界面张力 之间 的关系。;3 固-液界面前沿液相成分分布 前面提到的共晶固-液界面前沿成分不均匀分布仅局限于深入液体不太远的距离范围之内，其数量级仅相当于层片厚度的范围，超过这个距离，液相成分仍是均一的 。即使在此距离范围内，成分波动的幅度也随着距离固-液界面愈远而变得越小。图5-20可以清楚地说明这个问题。;为了定量地描述共晶固-液界面前沿液体中成分的分布，这里将溶质在固-液边界层中达到稳定态时的分布用二维空间表示为： 其边界条件为： 这里 是指 相层片中央，