[材料科学]二元合金相图及合金的凝固.ppt

5.3共晶相图及共晶转变 共晶相图 共晶合金的平衡凝固 共晶组织及其形成机理 亚共晶及过共晶组织 共晶合金的不平衡凝固 不同成分过冷程度的三个区域 成分过冷对晶体生长形态的影响 c)在第Ⅲ区，当液相温度梯度更为平缓，成分过冷程度很大，液相很大范围处于过冷状态，类似负温度梯度条件，晶体以树枝状方式长大，界面上偶然的凸起，进入过冷液体，得到大的生长速度，并不断分枝，形成树枝状骨架。晶体生长中，周围液相富集溶质，使结晶温度降低，过冷度降低，同时，因放出潜热。周围温度升高，进一步减小过冷度，因而分枝生长停止，最后依靠固相散热、平界面方式生长，以填充枝晶间隙，直至结晶完成，形成晶粒。 成分过冷对晶体生长形态的影响 随着成分过冷的增大，固溶体晶体由平面状向胞状﹑树枝状的形态发展。在各组织之间还有过度形态，即介于平面状与胞状之间的平面胞状晶以及介于胞状与树枝晶之间的胞状树枝晶。 可见，影响固溶体晶体生长方式的关键因素是成分过冷程度。而影响成分过冷程度的因素，根据形成成分过冷的条件： 有液相的温度梯度G，固相凝固速度R，以及合金的成分C0。它们对晶体生长方式影响的综合关系如图所示。 控制和改变这些因素，可以获得所需要的生长方式。如，生产单晶硅棒时不能出现枝晶，必须按照平面生长方式凝固。此时，就需要很大的温度梯度。提高液相的温度可以获得大温度梯度。 液相中温度梯度G对固溶体晶体生长形态的影响 晶体成长形态 5.3共晶相图及共晶转变 Pb-Sn、Al-Si、Ag-Cu合金具有共晶相图。 Pb-Sn合金相图中有三个单相区: L：Pb与Sn形成的液溶体 α：Sn溶于Pb中的有限固溶体 β：Pb溶于Sn中的有限固溶体 三个双相区：L+α、L+β、α+β ??? 一条L+α+β三相共存线(水平线cde )。 这种相图称共晶相图。 Pb-Sn合金相图 d点为共晶点, 表示d点成分(共晶成分)的液相合金冷却到d点温度(共晶温度)时, 共同结晶出c点成分的α相和e 点成分的 β相。? Ld→(αc+βe)　 共晶反应：一种液相在恒温下同时结晶出两种 固相的反应，生成的两相混合物叫共晶体。 发生共晶反应时三相共存, 三相各自成分确定, 恒温进行。 Pb-Sn合金相图 水平线cde为共晶反应线, 成分在ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。 cf?线为Sn在Pb中的溶解度线(α相的固溶线)。Sn含量大于f点的合金从高温冷却到室温时, 从α相中析出β相，叫二次β：α→βII。 eg线为Pb在Sn中溶解度线。Sn含量小g点的合金, 冷却过程中同样发生二次结晶, 析出二次α。 1. 合金I的平衡结晶过程 合金室温组织为α+βII 。 其组成相是：f点成分的α相 g点成分的β相。 运用杠杆定律, 两相的质量分数为： 组织组成物可以是单相, 或是两相混合物。 组织组成物? 合金组织中那些具有确定本质, 一定形成机制的特殊形态的组成部分。 合金I的室温组织为α+βII 组织由α和βII 二部分组成, α和βII为组织组成物。 组织组成物α和βII 都为单相组成, 所以组织组成物α、βII的质量分数与组成相α、β的质量分数相等。 2. 合金II(共晶合金)的结晶过程 ???? 合金的室温组织：共晶体(α+β) 组织组成物：(α+β) 组成相：α和β相 共晶合金组织的形态 3. 合金Ⅲ(亚共晶合金)的结晶过程 合金室温组织：初生α+二次β+(α+β)? 组织组成物：α、二次β、(α+β)?? 组成相：α、β 组成相的质量分数为： 共晶转变 脱溶转变 4.过共晶合金(合金Ⅳ)的结晶： 位于共晶点右边, 成分在 de之间的合金。 过共晶合金室温组织为: 初生β+二次α+(α+β) 共晶转变 脱溶转变 亚共晶合金组织 过共晶合金组织 亚共晶合金和过共晶合金组织 初生α+二次β+(α+β)? 初生β+二次α+(α+β) 共晶组织及其形成机理 共晶组织因组成相的本质﹑冷却速度以及组成相的相对量不同，可以有多种多样的形态。如呈片状﹑棒状、球状﹑针状、螺旋状。 某些组织的立体模型如图5-51所示 层片状共晶是由两种组成相以层片状交替，