材料科学基础第2版(于永宁)第11章.pptVIP

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Al-Mg合金的Al(白)-Mg2Al(黑)胞状共晶 平行凝固方向(由下而上)的截面 ×200 垂直凝固方向的截面,显示蜂窝状组织 ×200 Al-Cu合金的Al-CuAl2共晶组织 非定向凝固,各个共晶团长大的方向是不同的。蜂窝状组织是截面垂直于共晶团的凝固方向;扇状组织是截面平行于共晶团的凝固方向。 ×250 11.3.1.3 亚共晶和过共晶合金的凝固 (1)定向凝固 存在两相区,在两相区内有树枝状先共晶相,树枝主干及二次(高次)枝晶长大时把溶质排出到界面附近的液相中,当溶质富集到达共晶成分CE时便凝固成共晶,相应的温度是共晶温度。在非平衡冷却会使先共晶相出现偏析,共晶的相对两会增加。 一个亚共晶合金定向凝固的例子 定向凝固的亚共晶灰口铁,左侧为奥氏体枝晶+片状石墨共晶组织,右侧高温时为液相(水淬后为莱氏体)?64 Al-Ge亚共晶组织,黑色为先共晶铝枝晶 (2)共晶成分扩展?伪共晶 在非平衡凝固的条件下,成分在共晶点附近的合金也可能获得100%的共晶组织。这种非共晶成分的合金凝固后得到的100%共晶组织称为伪共晶组织。 当共晶中两相结晶速度相差很大时,结晶快的相就会形成类似先共晶相的组织,而不能得到全部共晶组织。而当两组成相的熔点相差悬殊时,平衡共晶成分点通常偏向低熔点相一边。这是因为两个组元扩散速度的差异引起的。 (3)离异共晶 当先共晶相的相对量很大(即共晶体的相对量很小时),形成共晶时,共晶中的另一相分布在先共晶相晶粒边界上,从而失去共晶的形貌,这类组织称为离异共晶组织。 当共晶成分点很靠近一个纯组元一边,共晶体中两相的相对量相差悬殊,相对量很小的相往往分布在相对量大的相之间的缝隙中,失去通常的共晶形貌,这也称离异共晶。 x(Al)=50%的Al-Sn合金出现的离异共晶形貌 共晶两相结构差异较大或第二组元的影响,如灰口铁中加入稀土球化剂时片状石墨变为球状石墨,两相相互配合的共晶生长特征消失,石墨球与奥氏体单独生长。 Fe-C共晶中石墨因稀土的加入而按离异方式生长 灰口铸铁,片状石墨 加稀土后石墨成球状,未浸蚀 凝固时淬火,球墨周围是奥氏体环(现为珠光体及马氏体),基体是莱氏体(水淬前是液相) 11.3.2 包晶凝固 C0 C1 按包晶反应两相比例反应生成a相外,还有液相剩余。 包晶反应两相的比例 AL/Ab=(C0CP) /(CbC0) C2 包晶反应要通过固相扩散,在一般的冷却条件下包晶反应是很难反应完全的。甚至是在C0以左的成分合金冷却后仍然有?相留下;而在C0以右成分的合金则有比平衡时多的?相。无论在?相或?相内,都存在晶内偏析。它们在适当的温度长时间保温会通过扩散慢慢回复为平衡组织。 C0 11.4 铸锭的凝固 11.4.1 铸锭的宏观组织 有三个晶区: ①外层是随机取向的等轴细晶的细晶区,又称激冷区; ②平行于热流方向排列的柱状晶晶区; ③在铸锭中心的较粗大的随机取向等轴晶粒的等轴晶区。 这3个晶区的相对厚度(或有无)取决于铸锭的成分及凝固条件。 ①细晶区(激冷区) 温度较低的模壁使与之接触的液体会产生强烈的过冷而形成的。当模壁被加热以后,这些晶体在湍流熔液的影响下,有很多从模壁上脱离下来。它们可能留下来或大部分重新熔化,只有那些仍然靠近模壁的晶粒成长而形成细晶区。 ②柱状晶区 细晶区前沿不易形核,随着液相温度逐渐降低,已生成的晶体向液体内生长而形成柱状晶。它们也可能是树枝晶,并且有择尤取向(铸造织构) 。柱状晶区的厚度主要由等轴晶区的出现早晚所控制。 ③等轴晶区 开始凝固的等轴激冷晶游离以及枝晶的熔断而产生大量游离自由细晶体,它们随熔液对流漂移到铸锭中心部分,如果中心部分熔液有过冷,则这些游离细晶体作为籽晶最终长成中心的等轴晶区。游离细晶越易形成,以后的中心等轴晶区越大。 游离晶体的形成过程 有两个来源:一是从最早激冷过程的模臂游离出来;另一是从成长的枝晶游离出来的。 工业纯铝铸件,外部柱状晶,中心等轴晶 柱状晶的形成,一个柱状晶包含多个一次枝晶 晶体与模壁的相交处熔液将会富集溶质原子,使晶粒不易生长,在晶体根部形成脖颈。脖颈的晶体不易沿模壁方向与邻近晶体连接成凝固壳,在液体对流冲击下会断开而成游离晶体。随着温度降低,对流减弱,这种游离也减弱,最后形成凝固壳。 形成凝固壳后,由于如振动等其它原因也会使部分枝晶断开而游离。游离晶体在移动的过程中有可能重熔,亦可能成长和增殖 。 铝锭子组织 1.5× 铝板铸造组织(下图加变质剂) 钢锭纵截面组织 10%硝酸水溶液侵蚀 43/4× 两个连铸薄件(3×4 吋

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