铸件成形原理作者祖方遒第5章　多相合金凝固课件.pptxVIP

铸件成形原理第5章　多相合金凝固第5章　多相合金凝固5.1　共晶组织的分类及特点5.2　规则共晶的凝固5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.4　非小平面-小平面非规则共晶的一般特征及形成机制5.5　灰口铸铁的非规则共晶结晶一5.6　Al-Si合金的非规则共晶结晶一5.7　包晶凝固5.1　共晶组织的分类及特点(1)第一类共晶　由粗糙-粗糙界面(非小平面-非小平面)两相组成的共晶为第一类共晶，通常的金属-金属及一些金属-金属间化合物共晶系统(如Al-Al2Cu及Al-Al3Ni)属于此类。(2)第二类共晶　由粗糙-光滑界面(非小平面-小平面)两相组成的共晶为第二类共晶，金属-非金属共晶及某些金属-金属间化合物共晶系统(图5-5所示的Mg-Mg2Sn)属于此类。(3)第三类共晶　由光滑-光滑界面(小平面-小平面)两相组成的共晶为第三类共晶，非金属-非金属(两共晶组成物都具有光滑界面)共晶系统属于此类。(1)第一类共晶图5-2　Al-ANi棒状规则共晶(1)第一类共晶图5-2　Al-ANi棒状规则共晶(上图为纵截面，下图为横截面)(2)第二类共晶图5-3　Al-ACu层片状规则共晶(2)第二类共晶图5-4　初晶及共晶体(亚共晶Cu-Ag合金)(3)第三类共晶　图5-5　Mg-MSn非规则共晶(3)第三类共晶　图5-7　四溴化碳-六氯乙烷(3)第三类共晶　图5-7　四溴化碳-六氯乙烷(规则共晶体)5.2　规则共晶的凝固5.2.1　层片状共晶组织的形核过程5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长5.2.3　层片状共晶组织生长的界面过冷度5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则5.2.5　棒状共晶生长5.2.1　层片状共晶组织的形核过程图5-8　球形共晶的形核与长5.2.1　层片状共晶组织的形核过程图5-9　层片状共晶搭桥式形核方5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图5-10　层片状共晶生长时固-液界面前沿成分分布及扩散场示意5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图5-12　共晶界面浓度与温5.2.2　层片状共晶组织的扩散耦合生长图5-12　共晶界面浓度与温5.2.3　层片状共晶组织生长的界面过冷度1.扩散场成分引起的过冷度ΔTc2.层片状共晶界面曲率效应1.扩散场成分引起的过冷度ΔTcΔTc=[Ce(1-K0)/2DL（1/mα+1/mβ）]λR=KcλR2.层片状共晶界面曲率效应下面重新回到固-液界面前沿的周期性浓度变化。由图5-12可见，对应于共晶生长界面的液相线温度T*L=，从α相的某些区域的高于Te值，变化到α及β相中心区域的低于Te值，甚至低于界面实际温度T*q=的值。而由于热导率高及片层尺度小这两方面的原因，T*q=为常值，即规则共晶液-固界面为等温面。因此，过冷度的差值(图5-12c中的阴影部分)必然由曲率过冷ΔTr来补偿以维持界面处的局部平衡，即 ΔT=ΔTc+ΔTr=Te-T*q=常量 5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则当λ较小时，共晶的生长受毛细作用的控制，即曲率过冷ΔTr的作用大于ΔTc；而当λ较大时，则扩散成为关键因素，ΔTc作用占主导。在ΔT-λ关系曲线上存在一个极值点，在λ=λe时共晶生长界面的温度最高，换言之，此时界面过冷度ΔT为最小值。一般认为，对于规则共晶，共晶生长最可能发生在过冷度最小值处,此即共晶凝固理论中著名的最小过冷度准则，亦称为极值准则(Extremum Criterion)。根据这一准则，极值点对应的共晶片层间距趋于确定值λe。5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-13　层片状规则共晶生长中的界面过冷5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-14　R增大对共晶片层间距的调整a) 片层间距的调整示意图　b)R增大引起Pb-Sn合金片层间距减小的实际凝固组织照5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则图5-15　铅锡共晶界面过冷度与生长速度的关5.2.4　确定共晶片层间距的最小过冷度准则表5-1　不同合金共晶反应相关参数的参考值5.2.5　棒状共晶生长图5-17　第三组元的影响5.2.5　棒状共晶生长图5-17　第三组元的影响5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.2节以共晶成分点的合金为对象，主要介绍了标准层片状及棒状规则共晶的生长过程及其规律。然而，实际应用的共晶系合金，即使为非小平面-非小平面的合金类型，无论是共晶成分还是非共晶成分，还可能出现各种各样与上述标准规则共晶完全不同的共晶生长方式及相应的组织形态。5.3　共晶与枝晶相的竞争生长5.3.1　共晶生长界面的失稳5.3.2　偏离平衡相图的共晶共生区5.3.3　离异生长及离异共晶5.3.1　共晶生长界面的失稳1.单相及两相两种类型的界面失稳2.工艺因素GL/R和熔体对流对共晶界面失稳