共晶合金的凝固课件.ppt

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1、第六章共晶合金的凝固§6-1共晶合金的特点及其分类§6-2规则共晶（正常共晶）的凝固§6-3非规则共晶（异常共晶）的凝固§6-1共晶合金的特点及其分类一、共晶合金的特点1.从状态图看（见右图）●两组元A、B在液态互溶，固相部分互溶●不论A溶于B，还是B溶于A，其溶质平衡分配系数K0<1B在相中的A在相中的●共晶点为一奇异点在共晶点成分稍微变化，引起初生相的变化。增加B组元，析出初生相;增加A组元，析出初生相。T˚C2.从液态结构看●同类原子结合力大于异类原子结合力（x射线衍射证实）A-A和B-B大于A-B结合力，液相

2、中A-A和B-B两种原子集团经常同时存在。●在共晶E点，共晶反应：同时析出两个固相从宏观看：，相同时析出从微观看：，相析出有先有后，先析出相为领先相，一般为高熔点相●共晶点E一般偏向低熔点组元一边如:Fe-C合金CE=4.32%C(Fe熔点:1535℃,石墨熔点:3652℃)Al-Si合金CE=12.6%Si(Al熔点:660.8℃,Si熔点:1414℃)二、共晶合金的分类两种分类方法：——从生长后形成的组织形态分类（有无明显晶界分类）a—层片状；b—无方向性层片状；c、e—复杂图形；d—带状；f—条状。其中a、c、

3、d、e、f具有明显晶界的共晶，b的共晶团没有明显的晶界。——从组成相的晶体学生长方式分类（两相的生长方式分类）1.规则共晶（正常共晶）两相的界面是粗糙界面，即金属-金属或金属-金属间化合物的共晶。例如Al-Cu，Pb-Sn，Al-Al6Mn等。2.非规则共晶（异常共晶）一相界面是粗糙界面，另一相为光滑界面，即金属-非金属共晶。例如Fe-C，Al-Si等。此外还有两相为光滑界面的共晶，但在金属合金内一般没有，出现在非金属共晶中。目前倾向于后一种分类方法。§6-2规则共晶（正常共晶）的凝固规则共晶常见的组织为层片状共晶和

4、棒状共晶。本节只讲述层片状共晶的生长。一、层片状共晶的形核过程1.合金过冷到温度T，设界面上液、固相的浓度沿液相线和固相线的延长线变化。2.Lα和Lβ均处于过冷状态（过冷度为TE-T）和过饱和状态，对α相，过饱和了B组元，其量为（CLα-CE）对β相，过饱和了A组元，其量为（CLβ-CE）；两相争先析出，但总有先后，先析出相为领先相（一般为高熔点相）。假设先析出β相。βT℃A%3.析出的β相，其成分为Csβ(Csβ>CE)，β相的析出将过饱和的A组元排出，使相界面上液相的成分为CLβ(CLβ

5、组元贫乏），见右图。4.CLβ对于Lα来说，过饱和了A组元，过饱和量为(CLβ-CLα),迫使α相在β相的侧面析出(CSα含有较多的A组元)，此时α相界面上的固相成分为CSα(CSα

6、形成相互连在一起的层片状共晶团，这是规则共晶生核的一大特点（同种结构的相界面完全共格，生核过冷度小，X射线衍射已证实）球状共晶团内层片的生核和分枝示意图二、层片状共晶的生长过程●形核以后，α、β两相以共同的生长界面与液体接触，向液体内生长，称为共生生长，也称“合作”方式生长。●两相共生生长时，各在界面上排出另一组元的原子(β相排出A组元，α相排出B组元)，而两相各自排出的组元正是对方生长时所需要的组元，在界面前沿产生横向扩散：A→α相；B→β相。由于横向扩散的距离最短，共生生长的速度很快。层片状共晶界面前沿溶质的横向

7、扩散是规则共晶生长的一大特点。●当纯二元共晶中，存在杂质时（第三组元），此时杂质不是两相生长时所需要的元素，于是造成两相界面前沿第三组元（杂质原子）的富集而产生成分过冷。原来平的界面就不能保持而向胞状共晶、甚至条状共晶转变（见下图）。§6-3非规则共晶（异常共晶）的凝固一、金属—非金属共晶（粗糙界面—光滑界面共晶）凝固时，其热力学和动力学原理和规则共晶一样，其差别在于非金属的生长机制与金属不同，具有强烈的各相异性，且固—液界面也不像规则共晶那样平直，而是参差不齐、多角形的形貌。二、非规则共晶凝固很复杂，目前研究不够。

8、Fe-C和Al-Si共晶合金凝固较为深入，其生长模型有：●莱氏体共晶生长模型—先析出板块状Fe3C(正交晶格领先相)向液体生长发生分支—奥氏体(面心立方晶格)在Fe3C板块上树枝晶生长—在Fe3C板块生长方向上(a向)，形成层片状共晶，在垂直于Fe3C方向上(C向和K向)形成杆状共晶体，此方向上生长速度快。●片状石墨铸铁共晶团生长模型—石墨(六