华科材料成型原理第六章多相合金的凝固.ppt

第六章多相合金的凝固 第二节 偏晶合金和包晶合金的凝固 1. 偏晶合金的凝固 这种合金的特点是： ①在一定温度以上两组元在液态无限互溶； ②在固态有限互溶，各组元的k＜1； ③在一定的成分和温度范围内出现两个互不溶解的液体Ll和L2；偏晶成分Cm的液体在Tm温度时液体L1中能分解出两个相：固相α和新的液相L2，即 L1= α + L2 此转变与共晶转变非常相似，但共晶转变是从液体中同时析出两个固相而偏品转变时只析出一个固相，另一个则为液相L2，故称为偏晶。随着温度的下降，L2中会不断析出α，最后残余的液体L2在一定温度时还会产生其它转变，如共晶、包晶等。 * * Chapter 6 Solidification of multi-phase alloys 第一节 共晶合金的结晶 共晶合金可以由两个纯组元(A-B)构成，也可以由一个纯组元和一个化合物(A-AmBn)或两个化合物构成。 共晶合金的特点是液态无限互溶，固态局部互溶(有时固溶度非常小)；溶质元素在另一个相中的分配系数k＜1；共晶点大多偏向低熔点组元一边；在共晶转变时，从液体中同时析出两个固相，对成分偏离共晶成分的合金，则出现初生相。 共晶结晶形成的两相混合物，具有多种多样的组织形态。 宏观形态——平面生长、胞状生长、枝晶生长 柱状晶(共晶群体 eutectic colony)到等轴晶(共晶 团 eutectic cell) 微观形态——共晶体内两相析出物的形状与分布，与组成相的 结晶特性、它们在结晶过程中的作用以及具体的 结晶条件有关。 一．共晶组织的特点和共晶合金的分类 在众多的复杂因素中，共晶两相生长中的固-液界面结构在很大程度上决定着其微观形态的基本特征。根据界面结构的不同，可将共晶合金分为两大类。 非小平面一非小平面合金。该类合金在结晶过程中，共晶两相均具有非小平面生长的粗糙界面。由于粗糙界面的连续生长是金属状态物质结晶的基本特点，又称金属－金属(金属间化合物)共晶合金。组成相的形态为规则的棒状或层片状(规则共晶合金)。Sn-Pb，Ag-Cu，Al-Al3Cu (2)非小平面一小平面合金。该类合金在结晶过程中，一个相的固液界面为非小平面的粗糙界面，另一相则为小平面生长的平整界面。故又称金属－非金属共晶合金。Fe-C, Al-Si 二．共晶合金的结晶方式 共晶成分的合金结晶时，两相趋向同时析出，但总是有先有后，通常先析出一个相，再在其表面析出另一相，形成共同的生长界面，然后共同生长。共同生长的界面称为共生界面。形成共生界面的过程，是共晶合金的生核过程。两相共同生长称为共生生长。 但在近平衡凝固条件下，即使非共晶成分的合金，从热力学考虑，当其较快地冷却到两条液相线的延长线所包围的影线区域时，液相内两相组元达到过饱和，两相具备了同时析出的条件，但一般总是某一相先析出、然后再在其表面上析出另一个相，于是便开始两相的竞相析出的共晶凝固过程．最后获得100％的共晶组织。称这样的非共晶成分而获得的共晶组织为伪共晶组织，影线区域称为共晶共生区，如图所示。 (1)对称型共晶共生区 当组成共晶的两个组元熔点相近，两条液相线形状被此对称,共晶两相性质相近，两相在共晶成分附近析出能力相当，因而易于形成彼此依附的双相核心；同时两相在共晶成分附近的扩散能力也接近，因而也易于保持两相等速的协同生长。因此其共生区以共晶成分CE为对称轴，而成为对称型共晶共生区。非小平面一非小平面共晶合金的共生区属此类型。 (2)非对称型共晶共生区 当组成共晶的两个组元熔点相差较大，两条液相线不对称，共晶点通常靠近低熔点组元一侧。共晶两相的性质相差很大，高熔点 相往往易于析出、且其生长速度也较快、这样凝固时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要的基本条件，就需要合金液在含有更多高熔点组元成分的条件下进行共晶转变。因此其共晶区失去了对称性，而往往偏向于高熔点组元一侧；两相性质差别愈大，则偏离愈严重。这种类型称为非对称共晶共生区。 实际上共晶共生区取决于液相温度梯度、初生相和共晶的长大速度与温度的关系，如图所示，阴影部分为温度梯度GL0，呈 铁砧式的对称型金属一金属共晶共生区。可以看出，当晶体长大速度较小时(阴影区的上部)，此时为单向凝固的情况，可以获得平直界面的共晶组织。随着长大速度或过冷度的增加，共晶组织将变为胞状、树枝状，最后成为粒状(等轴晶)。 三．规则共晶凝固 1. 层片状共晶生长 在液相中析出呈球状的α领先相，即α相为共晶核心。由于两相性