共晶组织及其形成机理.doc
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1、共晶组织及其形成机理共晶组织的基本特征是两相交替排列,但两相的形态却是多种多样,如下图所示:层状片棒状球状针状螺旋状典型的共晶组织形态为什么会有不同的组织形态?这是由于共晶组织中的各相的熔化熵不同。从这一观点出发,可以把共晶组织分为三类:粗糙粗糙界面(即金属-金属型)共晶;粗糙平滑界面(即金属-非金属型)共晶;平滑平滑界面(即非金属-非金属型)共晶。金属-金属型共晶组织的形成机制以层片状共晶为例来说明,下边左图表明共晶凝固时固-液界面的平衡相浓度;下边右图说明层片状共晶成长时界面前沿的横向原子扩散。共晶凝固时的固/液层状共晶成长时界面界面的平衡相浓度前沿的横向原子扩散共晶两相同时存在共同成长称
2、为共晶凝固。共晶凝固所共同构成的共晶领域,称为共晶晶团,或晶区。一个共晶领域中的每一单相并不是都需要单独形核,各相间多半是通过“搭桥”连接起来的,即经过搭桥分枝形成,如下图所示:共晶生长时的“搭桥”机构在这类共晶组织中,究竟是呈层状还是棒状,主要取决于两个因素:共晶中两相的相对量(体积分数)及相间界面能。数学分析可知:当晶体中的体积分数在30%以下时,形成棒状的总界面比形成层状小,故有利于形成棒状共晶;当一相的体积分数在30%70%时,有利于形成层片状。金属-非金属型共晶组织由于非金属相晶体结构上的特性,使其成长时具有明显的各相异性,如Al-Si共晶时,由于Si相生长的各相异性,就出现了分枝长
3、大,呈不规则形态。如下图所示:Al-Si共晶成长形貌示意图共晶系合金的非平衡凝固和组织伪共晶组织非平衡凝固时,成分在共晶点附近的合金也可能获得全部共晶组织,这种由非共晶成分的合金所得的共晶组织称为伪共晶组织。伪共晶组织的形成可用下图左图来说明。由液相线所包围的伪晶区可分为:对称型伪晶区及不对称型伪区两种,如下图右图所示:伪共晶的形成伪共晶区的位置伪共晶区在相图中的位置,对说明合金中出现的不平衡组织有一定帮助。例如Al-Si系中,共晶成分的Al-Si合金在铸造状态下的组织为+(+Si)共晶,而不是单纯的共晶体。这种现象可以从下图左图所示的Al-Si合金的伪共晶区发生偏移来说明。Al-Si合金的伪
4、共晶区Cu-Al合金(wSn=0.04)离异共晶组织在共晶转变中,若晶体中与初晶相同的那个相会依附在初晶上生长,而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处,从而使共晶组织特征消失。这种两相分离的共晶称为离异共晶。上图右图为Al-Cu(wCu=0.04)合金中出现的离异共晶。Al- Cu合相图如下图所示:AL- Cu 相图富Al角 (a)层片状 (b)棒状(条状或纤维状) (c)球状 (d)针状 (e)螺旋状(1)金属-金属型(粗糙-粗糙界面)。由金属-金属组成的共晶,如 Pb-Cd,Cd-Zn,Zn-Sn,Ph-Sn等,以及许多由金属-金属间化合物组成的合金,如Al-Ag2AI,Cd-SnCd
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