共晶合金的凝固課件.ppt

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1、第六章共晶合金的凝固§6-1共晶合金的特點(diǎn)及其分類§6-2規(guī)則共晶（正常共晶）的凝固§6-3非規(guī)則共晶（異常共晶）的凝固§6-1共晶合金的特點(diǎn)及其分類一、共晶合金的特點(diǎn)1.從狀態(tài)圖看（見右圖）●兩組元A、B在液態(tài)互溶，固相部分互溶●不論A溶于B，還是B溶于A，其溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0<1B在相中的A在相中的●共晶點(diǎn)為一奇異點(diǎn)在共晶點(diǎn)成分稍微變化，引起初生相的變化。增加B組元，析出初生相;增加A組元，析出初生相。T?C2.從液態(tài)結(jié)構(gòu)看●同類原子結(jié)合力大于異類原子結(jié)合力（x射線衍射證實(shí)）A-A和B-B大于A-B結(jié)合力，液相

2、中A-A和B-B兩種原子集團(tuán)經(jīng)常同時(shí)存在?！裨诠簿點(diǎn)，共晶反應(yīng)：同時(shí)析出兩個(gè)固相從宏觀看：，相同時(shí)析出從微觀看：，相析出有先有后，先析出相為領(lǐng)先相，一般為高熔點(diǎn)相●共晶點(diǎn)E一般偏向低熔點(diǎn)組元一邊如:Fe-C合金CE=4.32%C(Fe熔點(diǎn):1535℃,石墨熔點(diǎn):3652℃)Al-Si合金CE=12.6%Si(Al熔點(diǎn):660.8℃,Si熔點(diǎn):1414℃)二、共晶合金的分類兩種分類方法：——從生長后形成的組織形態(tài)分類（有無明顯晶界分類）a—層片狀；b—無方向性層片狀；c、e—復(fù)雜圖形；d—帶狀；f—條狀。其中a、c、

3、d、e、f具有明顯晶界的共晶，b的共晶團(tuán)沒有明顯的晶界?！獜慕M成相的晶體學(xué)生長方式分類（兩相的生長方式分類）1.規(guī)則共晶（正常共晶）兩相的界面是粗糙界面，即金屬-金屬或金屬-金屬間化合物的共晶。例如Al-Cu，Pb-Sn，Al-Al6Mn等。2.非規(guī)則共晶（異常共晶）一相界面是粗糙界面，另一相為光滑界面，即金屬-非金屬共晶。例如Fe-C，Al-Si等。此外還有兩相為光滑界面的共晶，但在金屬合金內(nèi)一般沒有，出現(xiàn)在非金屬共晶中。目前傾向于后一種分類方法?！?-2規(guī)則共晶（正常共晶）的凝固規(guī)則共晶常見的組織為層片狀共晶和

4、棒狀共晶。本節(jié)只講述層片狀共晶的生長。一、層片狀共晶的形核過程1.合金過冷到溫度T，設(shè)界面上液、固相的濃度沿液相線和固相線的延長線變化。2.Lα和Lβ均處于過冷狀態(tài)（過冷度為TE-T）和過飽和狀態(tài)，對(duì)α相，過飽和了B組元，其量為（CLα-CE）對(duì)β相，過飽和了A組元，其量為（CLβ-CE）；兩相爭先析出，但總有先后，先析出相為領(lǐng)先相（一般為高熔點(diǎn)相）。假設(shè)先析出β相。βT℃A%3.析出的β相，其成分為Csβ(Csβ>CE)，β相的析出將過飽和的A組元排出，使相界面上液相的成分為CLβ(CLβ

5、組元貧乏），見右圖。4.CLβ對(duì)于Lα來說，過飽和了A組元，過飽和量為(CLβ-CLα),迫使α相在β相的側(cè)面析出(CSα含有較多的A組元)，此時(shí)α相界面上的固相成分為CSα(CSα

6、形成相互連在一起的層片狀共晶團(tuán)，這是規(guī)則共晶生核的一大特點(diǎn)（同種結(jié)構(gòu)的相界面完全共格，生核過冷度小，X射線衍射已證實(shí)）球狀共晶團(tuán)內(nèi)層片的生核和分枝示意圖二、層片狀共晶的生長過程●形核以后，α、β兩相以共同的生長界面與液體接觸，向液體內(nèi)生長，稱為共生生長，也稱“合作”方式生長?！駜上喙采L時(shí)，各在界面上排出另一組元的原子(β相排出A組元，α相排出B組元)，而兩相各自排出的組元正是對(duì)方生長時(shí)所需要的組元，在界面前沿產(chǎn)生橫向擴(kuò)散：A→α相；B→β相。由于橫向擴(kuò)散的距離最短，共生生長的速度很快。層片狀共晶界面前沿溶質(zhì)的橫向

7、擴(kuò)散是規(guī)則共晶生長的一大特點(diǎn)。●當(dāng)純二元共晶中，存在雜質(zhì)時(shí)（第三組元），此時(shí)雜質(zhì)不是兩相生長時(shí)所需要的元素，于是造成兩相界面前沿第三組元（雜質(zhì)原子）的富集而產(chǎn)生成分過冷。原來平的界面就不能保持而向胞狀共晶、甚至條狀共晶轉(zhuǎn)變（見下圖）?！?-3非規(guī)則共晶（異常共晶）的凝固一、金屬—非金屬共晶（粗糙界面—光滑界面共晶）凝固時(shí)，其熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理和規(guī)則共晶一樣，其差別在于非金屬的生長機(jī)制與金屬不同，具有強(qiáng)烈的各相異性，且固—液界面也不像規(guī)則共晶那樣平直，而是參差不齊、多角形的形貌。二、非規(guī)則共晶凝固很復(fù)雜，目前研究不夠。

8、Fe-C和Al-Si共晶合金凝固較為深入，其生長模型有：●萊氏體共晶生長模型—先析出板塊狀Fe3C(正交晶格領(lǐng)先相)向液體生長發(fā)生分支—奧氏體(面心立方晶格)在Fe3C板塊上樹枝晶生長—在Fe3C板塊生長方向上(a向)，形成層片狀共晶，在垂直于Fe3C方向上(C向和K向)形成桿狀共晶體，此方向上生長速度快?！衿瑺钍T鐵共晶團(tuán)生長模型—石墨(六