材料科學(xué)基礎(chǔ)凝固與結(jié)晶-共晶合金結(jié)晶8.3共晶合金的結(jié)晶8.3.1共晶轉(zhuǎn)變機(jī)制

8.3.2共晶組織形貌8.3.3亞共晶和過共晶合金初生相形態(tài)8.3.4共晶系合金的非平衡結(jié)晶1偽共晶2離異共晶3固溶體合金中的共晶組織8.3共晶合金的結(jié)晶8.3.1

共晶轉(zhuǎn)變機(jī)制1.共晶晶核的形成與長大過程

層片狀交替形核生長總有一領(lǐng)先相？WhichOne？???領(lǐng)先相β，一般是低熔點(diǎn)相；滿足濃度起伏及擴(kuò)散條件。兩相熔點(diǎn)相差懸殊時(shí)，平衡共晶成分點(diǎn)通常

偏向低熔點(diǎn)相一邊。縱向擴(kuò)散長大縱向擴(kuò)散速率很快。典型共晶形態(tài)：層片狀、棒條狀。分離擴(kuò)散：橫向短程擴(kuò)散長大。層片狀交替形核生長及搭橋機(jī)構(gòu)降低界面能晶體學(xué)取向關(guān)系：α(Al)-CuAl2共晶體:(111)α(Al)//(211)CuAl2[101]α(Al)//[120]CuAl2

層片交界面//(111)α(Al)共晶轉(zhuǎn)變：動(dòng)力：自由能降低阻力：L-S表面能+α-β界面能。

層片狀球狀針狀螺旋狀花朵狀8.3.2

共晶組織形貌規(guī)則共晶：片層狀、棒條狀、螺旋狀等；非規(guī)則共晶：針狀、樹枝狀、骨骼狀等。棒狀螺旋狀（Zn-MgZn)x100針狀（Al-Si）球狀（Cu-Cu2O)層片狀（Pb-Sn)x200放射狀（Cu-P)X200蛛網(wǎng)狀金屬-金屬型（粗糙-粗糙界面）：匹配長大，規(guī)則共晶組織形態(tài)---按組成相Jackson因子α分類：金屬-非金屬型（粗糙-光滑界面）：匹配性差，不規(guī)則

非金屬-非金屬型（光滑-光滑界面）：規(guī)則影響因素：內(nèi)因：外因兩相性質(zhì)與體積分?jǐn)?shù)：

<30%→棒條狀；30%-50%→層片狀。雜質(zhì)：胞狀，樹枝狀。過冷度：驅(qū)動(dòng)力8.3.3亞共晶和過共晶合金初生相形態(tài)取決于液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)1．粗糙界面：一般呈樹枝狀

2．光滑界面：一般有較規(guī)則外形8.3.4共晶系合金的非平衡結(jié)晶共晶點(diǎn)附近非共晶合金由于不平衡結(jié)晶得到

完全共晶組織。共晶合金得到亞/過共晶組織。（偽共晶區(qū)偏移）1.偽共晶兩相熔點(diǎn)相差懸殊時(shí)，平衡共晶成分點(diǎn)通常

偏向低熔點(diǎn)相一邊。由兩個(gè)組元擴(kuò)散速度的差異引起的。偽共晶區(qū)的不同形狀2.離異共晶成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。Ⅱ兩相分離的共晶組織。

消除：擴(kuò)散退火。50%Al的Sn-Al合金離異共晶形貌3.固溶體合金中的共晶組織合金Ⅰ：平衡條件下，無共晶組織。

非平衡條件下：少量共晶組織。閱讀：鑄錠組織的形成與控制一、鑄錠三晶區(qū)及形成機(jī)理：1.激冷層（表面細(xì)晶區(qū)）2.柱狀晶區(qū)(動(dòng)畫）3.中心等軸晶區(qū)澆注后鑄錠內(nèi)溫度分布與變化示意圖柱狀晶區(qū)交界處的脆弱分界面柱狀晶形成弱面，熱軋時(shí)開裂X100細(xì)化晶粒：提高硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性。二、控制鑄錠組織晶粒大小用單位體積中的晶粒數(shù)Z來表示；1)增加過冷度：N/Vg增加,晶粒細(xì)化;2)變質(zhì)處理：形核劑(孕育劑)，促進(jìn)非均勻形核;3)振動(dòng)與攪拌：長大的晶體破碎，提供更多的結(jié)晶核心;Z決定于形核率和長大速率。N：形核率；Vg長大速率。鋁合金鑄棒截面組織

右側(cè)加入變質(zhì)劑鋁板鑄造組織（下圖加變質(zhì)劑）電磁振動(dòng)臺(tái)

1-鑄型；2-平臺(tái)；

3-電樞；4-鐵芯振動(dòng)澆注裝置振動(dòng)與攪拌：

機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)、超聲波振動(dòng)等。4-振動(dòng)器3-鑄型2-澆杯閱讀：新型凝固技術(shù)一、定向凝固:使鑄件沿同一方向生長→柱/片層/棒狀組織，縱向性能明顯高于橫向性能。定向凝固(a)與非定向凝固(b))的葉片二、單晶的制取1、垂直提拉法2、尖端形核法溶質(zhì)再分配：溶質(zhì)貧化——溶質(zhì)富聚。（動(dòng)畫）例如對k0＝0.1的雜質(zhì)，經(jīng)幾次區(qū)熔后，料棒前面一半的雜質(zhì)濃度約減低至原來的1‰。三、區(qū)域提純

四、急冷凝固技術(shù)

將熔體分成小尺寸，增大散熱面積，再急冷凝固。制備非晶態(tài)合金、微晶合金、準(zhǔn)晶態(tài)合金

——新材料——新性能。1.霧化技術(shù)——粉末

熔體在離心力、機(jī)械力或

高速流體沖擊力

作用下，分散成極小尺寸霧狀熔滴，急冷凝固粉末。離心霧化法、雙輥霧化法。2.高能束流法激光或高能電子束快速熔化工件表面，表層快速冷卻。界面熱阻幾乎為零，冷速可達(dá)108K/s。3.旋凝法----薄帶借助于惰性氣體壓力，將液態(tài)金屬?zèng)_射到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的