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L/O/G/O 共晶转变 组员：张祥昕 张英干 共晶转变的定义 共晶组织及分类 共晶转变的特点 共晶合金的应用 4 1 2 3 Contents 共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程。 L--液相 α，β--固相 (α+β)--共晶组织 如：Pb-Sn; Al-Si; Al-Cu; Mg-Si; Al-Mg等合金。 L→α+β 共晶转变的定义 ? 金属-金属型（粗糙-粗糙界面） 呈片层状、棒状 ? 金属-非金属型（粗糙-光滑界面） 呈针状、骨骼状 ? 非金属-非金属型（光滑-光滑界面） 在陶瓷、高分子中出现，研究较少。 (2)按液固界面结构划分为3类： ? 规则共晶：呈层状、棒状 ? 非规则共晶：呈针状、树枝状 (1)按微观特征划分为两类： 共晶组织分类 下面是几种典型的共晶组织： 层片状（Al-Al2Cu） 棒状或条状（Sb-MnSb） 球状（Cu-CuO） 针状（Al-Si） 螺旋状（Zn-Mg） Fe-C共晶组织 共晶组织分类 相的体积的影响 当两相中的一相占30～50％时，呈片层状； 当两相中的一相30％时，呈棒状。 ?两相比界面能的影响 当共晶体中两相间的比界面能较低时，尽管相的体积分数小于30%，仍有可能形成片状共晶体。 ?第三组元的影响 如纯组元两相共晶生长时，加入第三组元会以胞状生长，当含量较多时会发展成树枝状。 影响共晶体形貌的因素 Pb-Sn二元合金相图 以Pb-Sn为例，简述共晶转变的特点 共晶转变的特点 共晶合金的熔点最低，缓慢冷却过程中，共晶合金在TE温度发生共晶转变，这是一个恒温转变，在183?C液相全部转变成由固相α和β组成的共晶组织。 ?共晶转变的过程 共晶转变的特点 共晶反应有两相同时结晶，开始时有一领先相先形成。对于Pb-Sn合金α是领先相，α相形成后，其周边液相中Sn浓度升高，为β相的形成创造了成分条件促进了β相的形成。 共晶转变的机理 ?共晶体的形核 此后α相不是在β相的侧面形核长大，而是原有的α相在β相未铺满处长出分枝，以分枝为基础，在β相表面长出新的α相，称为“搭桥”， α相和β相通过交替“搭桥”的方式形成相互连接的层片状共晶团。 共晶转变的机理 ?共晶体的形核 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。此时，各在界面上排出另一组元的原子，该原子正是对方生长时所需的组元，在界面前沿产生横向扩散，共晶组织得以长大。 共晶转变的机理 ?共晶体的长大 边界条件 物质守恒 Jackson-Hunt模型 共晶转变动力学 菲克第二定律 解得： 共晶转变动力学 化简得： 共晶转变动力学 过冷控制方程： 共晶转变动力学 把扩散控制方程代入过冷方程： 共晶转变动力学 通过Zener，Tiller和Hillert条件在极限时 共晶转变动力学 实际上片状和棒状有类似的动力学方程， 片状和棒状生长是竞争生长 共晶转变动力学 20世纪60年代初Jackson-Hunt模型，成为理论基础 1981年Datye等预测长波振荡不稳定性---即一个振荡波长等于两个层片间距 1987年Karma发现Tilt生长模式---生长沿着与温度梯度方向成一定角度的方向 近年来，微观组织模拟方法的应用，最有效数值模拟方法---相场法 利用共晶转变生产的共晶合金在铸造工业中得到广泛的应用，这是由于它的一些特殊性质： ?比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作（微 电子器件中的Au-Si共晶焊）； ?共晶合金比纯金属有更好的流动性，凝固中防止 了枝晶形成，从而改善铸造性能； ?恒温转变减少了铸造缺陷，例如偏聚和缩孔； ?共晶凝固获得规则排列的共晶组织成为优异性能 的复合材料。 共晶合金的应用 参考文献 Jackson K A, Hunt J D. Trans Metal Soc of AIM[J], 1966, 236:1129 李述军, 李荣德, 于海朋.共晶凝固理论的研究与发展状况.沈阳工业大学学报.2000,22(1):17--20. 马东, 介万奇.定向凝固规则共晶生长相间距的选择.金属学报, 1996, 22(8):791—798 杨玉娟，王锦程，张玉祥，朱耀产，杨根仓.多相场模拟非共晶成分CBr4-C2Cl6 合金层片生长的形貌选择.稀有金属材料与工程.2008,37(4):594--598 Thank You! * L/O/G/O *