第8.6章 共晶合金的凝固.ppt

UCSD MAE-1 Fluid Dynamics Focus Area Lecture Notes, G.R. Tynan 半固态晶粒生长过程 a.搅拌因素 b.冷却因素 3 ) / ( / g S g S i R R V V f = = ) 1 0 (  i f 晶粒形状因子fi 晶粒形态方程 L g s dC C d a df df = 固相无扩散，液相有对流 v R i e f 2 - = d L D R i e f - = v D L 2 = d R为晶粒生长速度（取决于冷却条件） V为液体对流速度（取决于搅拌速度） v R i e f 2 - = R为晶粒生长速度（取决于冷却条件） V为液体对流速度（取决于搅拌速度） 、条件下的凝固过程 、条件下的凝固过程 * §8.6 共晶合金的凝固 §8.6 Eutectic Solidification 8.6.1 共晶组织特点与共晶共生区 1、二元共晶凝固组织特点 （1）生长方式不同，可将共晶分为规则共晶和非规则共晶。 （2）规则共晶中两个共晶相以层片状或棒状生长，形成规则结构。 金属相－金属相，金属－金属间化合物， （非小平面－非小平面相）（粗糙界面） 界面能最小原理！！ 规则共晶凝固组织 非规则共晶：金属－非金属（非小平面－小平面）相 非金属－非金属（小平面－小平面）相 小平面相生长的各相异性，导致共晶晶体的形状不规则 Al-12.6％Si共晶定向凝固组织（非规则共晶） 根据凝固条件 又可分为自由共晶 和 定向共晶两种 定向共晶是组成共晶的两相沿特定的方向耦合 生长形成的一维共晶组织。 自由共晶 与等轴晶凝固相似，耦合地向四周生长形成共晶团。 Al-Si共晶（非定向凝固） 2、近平衡状态下的共晶共生区 非共晶成分而获得的共晶组织为伪共晶组织。 原因：冷却速度、过冷度 对称型共晶的条件：组元熔点、液相线形状、两相性质等。 图6-3 非小平面－非小平面共晶共生区 实际共晶共生区 8.6.2 共晶合金的凝固 1、层片状共晶的生长 球形共晶的形核与长大 （自由共晶时——共晶团） 定向共晶时规则的片状共晶凝固组织 （Al-33%Cu合金） 图 共晶生长的J-H模型 a） α和β共生生长 b）共晶生长界面前的溶质B的分布c） 共晶生长界面过冷度分布 d）共晶生长界面简化模型与坐标系 层片间距： CE 2、棒状共晶 ?－?共晶 若?的体积分数f? (1/?)?0.32，棒状 0.32f? 0.5，片状 r——六边形等面积圆的半径，代替间距? 例：Ni-W合金的共晶凝固 共晶成分Ni-45％W Ni与W的片状共晶 Ni与W的棒状共晶 棒状共晶向片状共晶的过渡受冷却速度的影响——动力学因素 8.6.3 非规则共晶凝固 非规则共晶：金属－非金属相 （非小平面－小平面） 非金属－非金属相 （小平面－小平面） 1、Fe-G（石墨）的非规则共晶 A型石墨 D型石墨 深腐蚀扫描照片更清楚 [Fe-G（石墨）的非规则共晶] 图4-22 石墨的生长示意图 a)密排六方晶体结构 b)[1010]方向上以旋转挛晶台阶生长 c)[0001]方向以螺旋位错生长 石墨与奥氏体的共晶体 图 片墨类型 3、第三组元的影响 ＋Mg等? 球状石墨的放射状多晶结构（20～30个锥体状单晶体组成，外表面由(0001)面覆盖 (a) 石墨结构 (b) 石墨球的偏振光照片 图4-24 Mg处理球铁的石墨形态 共晶Al-Si合金中Si的空间形貌（自由共晶） Si为领先相 （定向凝固组织） 非规则共晶——Al-12.6％Si共晶定向凝固组织 凝固速度对Si间距的影响 R 例：铝硅合金的?-Al与Si相的共晶凝固 §4-3 偏晶合金和包晶合金的凝固 §4-3 Solidification of Monotectic Alloy and Peritectic Alloy 偏晶相图 图 三种情况下的偏晶凝固方式(图C中L1和L2颠倒错误）a) σSL2 σSL1 + σL1L2（b） σSL2 σSL1 + σL1L2 (c) σSL1 σSL2 + σL1L2 图 定向包晶凝固过程 WC0— 合金原始成分 WP — 包晶反应液相成分 *透明有机物凝固观察： 改变晶粒形态 § 4-4