[物理]金属学与热处理33.ppt

上节要点回顾 概念：匀晶转变、平衡凝固、非平衡凝固、成分过冷、枝间偏析 匀晶相图的分析 固溶体的凝固过程 由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。 两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生共晶反应的相图，称为共晶相图。 点 tA、tB、E M、N、F、G 线 tAEtB线为液相线 tAMENtB线为固相线 MEN线是共晶转变线 MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线 相区 单相区 两相区 三相线 共晶合金:???? 61.9 %Sn 亚共晶合金: 19.2% ~ 61.9%Sn 过共晶合金: 61.9% ~ 97.5%Sn Sn19.2%和Sn97.5% 的合金可以看作是匀晶合金 共晶合金的显微组织是由α和β两相组成，所以它的相组成物为α和β两相。 相组成物是指组成合金显微组织的基本相。 组织组成物是指合金在结晶过程中，形成的具有特定形态特征的独立组成部分。 ? 在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金，凝固后组织却可以全部是共晶体，称为伪共晶。 伪共晶的组织形态与共晶相同，但成分不同。 两组元熔点大致相同的，一般出现对称的伪共晶区；两组元相差悬殊，伪共晶区偏向高熔点组元。 合金II在不平衡凝固时，由于固相线偏离平衡位置，冷到共晶温度以下，还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成不平衡共晶组织。 由于共晶体中与初生固溶体相同的一相，往往依附在初生固溶体上生长，而把另一相推向最后凝固的晶界处，因此这种共晶体失去了共晶组织的形态特征，看上去好象两相被分离开来，所以称为离异共晶。 本节要点 概念：共晶转变、亚共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶 共晶合金的平衡凝固 理解伪共晶和离异共晶的形成 思考题 7、简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。 伪共晶——靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织； 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征； 不平衡共晶——在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组织。 层片状共晶的形成 交替形核：在一定的过冷度下，尽管两固相都可能从液体中形核，由于两固溶体的成分结构的差别，总有一个固相先形核，它称为领先相，设领先相为α， 由于α富A组元，其生长时附近液体则富B组元，α的存在和液体中B的富集，β相将附着在α上形核并长大，同理在β相外将附着α的形核长大。这种方式就是交替形核。 前沿液相中原子扩散示意图 共同生长：两个相长大时都要排放相应的溶质组元，排出的溶质将阻碍自身的生长，但两相同时生长时，一相排出的组元正是另一相生长所需要的， 所以两相的生长过程将互相促进，最后是两相共同携手长大。由于两固相的成分是固定的，综合成分应和液体的成分相同，它们的数量反映在二者的厚度相对比例上。 共晶生长的搭桥机制 当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长成层片状。当两相的相对数量比相差悬殊时，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。 当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较强的各向异性，不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度关系，同时生长过程要求的动态过冷度也有差异，往往有一个相在生长中起主导作用，决定了两相的分布，共晶体的形态也具有独特性，这时常见的形态有针状、骨肋状、蜘蛛网状、螺旋状等。 层片状 （Al-CuAl2，定向凝固） 棒状或条状 （Sb-MnSb，横截面） 球状或短棒状 （Cu-CuO） 针状（Al-Si） 螺旋状（Zn-Mg） Fe-C(石墨)的共晶组织 伪共晶 （2）共晶合金的不平衡凝固 四种伪共晶区 共晶系合金的不平衡凝固 不平衡共晶体 可能产生离异共晶示意图 离异共晶 离异共晶（Al-50%Sn合金） 共晶组织中的Al已并入先共晶Al相，只有Sn被留在晶界处。 下节内容：包晶相图 1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。 A 是B 否 思考题 ?答案：B 成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发生共晶反应。 2. 发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。 A 是B 否 思考题 ?答案：A 能够发生共晶反应的液相成分一定是共晶成分。 3. 共晶转变进行时，系统的自由度F A 为–1B 为0C 为1 思考题 ?答案：B 二元合金发生共晶反应时是三相（L, a, b）共存，根据相律计算可以知道系统的自由度为0。任何系统的自由度最小值是0，不可能为负值。 4. 相图中的共晶线? A 是一条水平线直线；B 是一个三相区（L, α, β）；C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。 思考题 ?答案：A 因为共晶