共晶组织的形貌特征与形成机理
第四章课后作业
(a)
(b)
图4-2 两种溶质再分配情况下凝固过程固液、液相成分随距离的分布
第四章课后作业
练习一
一、判断题（T 或F ）
1、溶质再分配既受溶质扩散性质的制约，也受液相中的对流强弱等诸种因素的影响。
2、溶质再分配只影响凝固过程溶质宏观及微观分布及最终成分偏析现象，而不影响凝固组织形貌和晶粒大小，也不影响热裂、气孔等凝固缺陷的形成。
3、图4-1所示成分为C 0的合金熔体，实际凝固结束时，其组织中只有单相固溶体。
4、虽然实际凝固过程中固、液两相成分不可能完全遵从平
衡相图来分配，凝固理论认为，固-液界面处成分C *S 与C *
L 的比值在任一瞬时仍符合相应的溶质平衡分配系数K 0（处于局部平衡状态）。这被称为“界面平衡假设”。 5、“平衡凝固”条件下，凝固后零件断面的成分均匀地为C S =C 0。所以“平衡凝固”开始时晶体析出的成分即为C 0。
6、对于“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下，固-液界面前沿不存在溶质富集层，即界面处及其前方的液相成分处处相同。
7、在“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下，固-液界面处
的固相及液相成分C *S 、C *L 随凝固过程的进行均始终在不断升高。 8、在“液相只有有限扩散”以及 “液相中部分混合（有对流作用）”溶质再分配
条件下，固-液界面处的固相及液相成分C *S 、C *L 随凝固过程的进行始终不断升高。
9、在“液相只有有限扩散”以及液相容积很大的“液相中部分混合（有对流作用）”溶质再分配条件下，当达到稳定状态时，界面处及其前方液相成分均符合0)
al-cu共晶组织特征
al-cu共晶组织特征
共晶是指两个或多个物质在一定的温度范围内共同晶化形成的一种结构。在共晶组织中，不同的晶体以特定的比例排列在一起，形成一种独特的结构。
共晶组织的特征包括：
1. 高度有序性：不同晶体以特定的排列方式互相嵌入，在结构上呈现出高度有序的形态。
2. 均匀性：共晶组织的不同晶体在结构中具有均匀分布的特点，每个晶体的尺寸和形状基本相同。
3. 具有复杂的形态：共晶组织中的晶体可以呈现出各种形态，如柱状、纤维状、球状等。
4. 具有特定的晶界结构：不同的晶体之间存在晶界，晶界具有特定的结构和性质，在共晶组织中扮演重要的角色。
5. 特定的成分配比：共晶组织中的不同晶体以特定的比例组合，成分配比决定了共晶组织的性质和性能。
6. 具有特殊的性质：共晶组织的形成使得物质的性质和性能发生变化，可能表
现出比单一晶体更好的性能，如硬度、强度、导热性等。
总之，共晶组织是一种具有高度有序性和均匀性的结构，不同晶体以特定的比例组合在一起，形成复杂的晶界结构，具有独特的性质和特征。
共晶组织及其形成机理
共晶组织及其形成机理
共晶组织的基本特征就是两相交替排列,但两相的形态却就是多种多样,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？这就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就是都需要单独形核,各相间多半就是通过“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,究竟就是呈层状还就是棒状,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与组织
al-si合金的共晶组织-概述说明以及解释
al-si合金的共晶组织-概述说明以及解释
1.引言
1.1 概述
共晶组织是指在一种合金中两种或更多的固相晶体同时沉淀、生长、并相互交织形成的一种特殊的微观结构。在al-si合金中，共晶组织是由铝和硅两种元素组成的。这种共晶组织的形成对于al-si合金的性能具有重要影响。
共晶组织是一种典型的多相结构，其特点是两种或多种不同成分的晶体在固态下同时生成并形成相互交织的结构。在al-si合金的共晶组织中，铝和硅会形成交错排列的条纹状结构。这种特殊的结构形态为合金提供了许多独特的性质和特点。
在工程领域中，al-si合金广泛应用于航空、汽车和电子等领域。共晶组织作为al-si合金的典型微观结构，其形成机制和微观结构的研究对于理解合金性能、改善合金质量和开发新的应用具有重要意义。
因此，本文将从共晶组织的定义和特点出发，重点研究al-si合金共晶组织形成机制和微观结构，并探讨共晶组织对al-si合金性能的影响。同时，本文还将讨论共晶组织控制方法和应用，并提出未来的研究方向。通
过对al-si合金的共晶组织进行深入研究，有望为合金设计和应用提供有
力支持。
文章结构部分内容可以如下所示：
1.2 文章结构
本文共包括三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分主要是对al-si合金的共晶组织进行概述，并说明文章的目的。
正文部分分为三个小节，分别探讨共晶组织的定义和特点，al-si合金的共晶组织形成机制以及al-si合金共晶组织的微观结构。其中，2.1节将介绍共晶组织的基本定义以及其特点，解释为什么共晶组织在材料科学中具有重要意义。2.2节将详细讨论al-si合金的共晶组织形成机制，包括共晶相的选择和形成条件等方面的内容。2.3节将从微观结构的角度研究
共晶组织的形貌特征与形成机理
共晶组织的形貌特征及形成机理探讨
黄继龙
M050314132
（工程技术大学材料工程学院.201620）
摘要：共晶合金是一种被广泛使用的铸造合金，共晶组织的微观形貌对合金的拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展行为等力学性能有着重要影响。本文介绍了共晶组织的几种常见微观形貌；以及元素含量、冷却速度等因素对共晶组织微观形貌形成机理的影响，综述了国外在此方面的研究进展，预测了今后的发展趋势。
关键词：共晶组织；形貌特征；形成机理
The morphology of eutectic organization characteristics and formation mechanism is discussed
Huang Ji-Long
(College of Materials Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China) Abstract: eutectic alloy is a kind of widely used casting alloy, the microstructure of eutectic organization on the tensile properties of the alloy, the mechanical properties such as fracture toughness and fatigue crack growth behavior has important influence.This paper introduces the eutectic organization of several common microstructure;And element content and cooling rate on eutectic formation mechanism, the influence of the microstructure morphology in this aspect both at home and abroad, the paper summarized the research progress, forecasts the development trend in the future. Key words: eutectic organization;Appearance characteristics;The formation mechanism
共晶组织的形貌特征与形成机理
共晶组织的形貌特征与形成机理
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ﻩ
共晶组织的形貌特征及形成机理探讨
黄继龙
M0503141３2
(上海工程技术大学材料工程学院．上海201６2０)
摘要:共晶合金是一种被广泛使用的铸造合金,共晶组织的微观形貌对合金的拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展行为等力学性能有着重要影响。本文介绍了共晶组织的几种常见微观形貌；以及元素含量、冷却速度等因素对共晶组织微观形貌形成机理的影响,综述了国内外在此方面的研究进展,预测了今后的发展趋势。
关键词：共晶组织；形貌特征;形成机理
The morphoｌogy of eutectic ｏrganizatiｏｎcｈaracterisｔｉｃs aｎd formatｉon mechａｎiｓｍis ｄｉｓcussｅd
HuａｎgＪi-Long
(College ｏf ＭaｔerialsＥnｇｉnｅｅｒiｎg,Shaｎｇhai Univerｓｉty of Engiｎeering Scieｎcｅ,Ｓhanghai 20１620,Chｉna)
Abstracｔ: eutｅctic alｌoy iｓ a kiｎd ｏf wideｌy used caｓting alloy, thｅmｉcroｓtruｃｔｕｒe of eu ｔeｃticｏrganizａtion on ｔhｅｔenｓile prｏpｅrtiｅs of theａlloy, the ｍｅchanｉcａl prｏpｅrtｉe ｓｓuch as frａｃｔure toughnessａnd fatigｕe ｃrack gｒowｔh ｂehavｉor has importanｔｉnflueｎce.This paper ｉntrodｕcｅs thｅeuｔｅｃtic oｒｇaｎｉzatｉon of ｓeveｒａl ｃomｍon mｉcrostｒｕｃtｕre;Andｅlemenｔcｏnteｎt and cooling rate oｎeutｅcｔic forｍation mechanism,the iｎｆluｅｎｃe of the microｓtrｕcｔurｅmorpholｏgｙiｎthｉs ａspeｃt both at home ａnd ａｂrｏad，thｅpａpｅr summarizeｄthｅrｅseaｒch progrｅｓs, fｏｒecaｓtｓthe ｄeveｌｏpmeｎｔtｒｅnd in the fuｔure.ﻫKey woｒds: eｕtecｔiｃｏrganizatioｎ;Aｐpearance chａracｔｅriｓtｉcs；Ｔhe formatioｎmecｈanism
共晶组织的形貌特征及形成机理探究
共晶组织的形貌特征及形成机理探究
摘要：目前我们所熟悉的，无非主要是关于二元合金，共晶组织是由液相同时结晶出两个固相得到的，这便是共晶组织形成的最简便定义。当然，共晶组织形貌众多，为此以下便是主要对不同共晶组织的分类、对不同共晶组织形貌和它们主要形成机理的探索以及影响共晶组织的因素进行了阐述。
关键词：共晶组织；形态；特征；合金
To Investigate the Morphology of Eutectic Structure
and Formation Mechanism
Abstract：Currently, we are mainly familiar with something of binary alloy eutectic crystallization from the liquid phase to get out of both solid phase at the same time, which is the most convenient definitions eutectic formation. Of course, many eutectic morphology, for which the following is the main classification of different eutectic, the search for different eutectic morphology and their formation mechanism and the main factors affecting the eutectic structure are described.
共晶合金的组织特征
共晶合金的组织特征
共晶合金是由两种或多种组分组成的合金，其特点是在固态状态下存
在着共晶组织。共晶合金的组织特征主要包括相比例、相间分布和微观结构。
首先，共晶合金的组织特征之一是相比例。在共晶组织中，各个相的
比例相对固定，呈现出特定的配比。这是由于在共晶合金的凝固过程中，
不同相的成分在相平衡条件下相互转移，直到达到相比例平衡。相比例直
接影响着共晶合金的力学性能、热学性能等。
其次，共晶合金的组织特征之二是相间分布。共晶合金中的两种或多
种相以一定的几何关系分布在整个合金体中。这是由于在共晶合金的凝固
过程中，不同相在液相中的成核、长大、排列过程中形成了一定的细微结构。相间分布的特点决定了共晶合金的显微硬度、可塑性、抗热腐蚀性等
性能。
再次，共晶合金的组织特征之三是微观结构。共晶合金的微观结构是
共晶组织在显微尺度上的结构特征。在光学显微镜下观察，可以看到共晶
组织中的各个相的形貌、大小和排列方式。共晶合金的微观结构直接影响
着共晶合金的力学性能、热学性能和腐蚀性能等。
从原理上讲，共晶是由于一些组分的固相溶液在过冷度较大的区域下
熔化固化属于共晶现象。共晶合金因为比较均匀沉淀固化，其界限比较模糊。相界面是共晶组织形成的边界，也是金属间共晶合金的固相成分互溶
的边界。
共晶合金的组织特征还与凝固过程中的晶核形成、生长机制、梯度冷
却速度等有关。在共晶合金中，晶核形成是制约共晶组织形成的关键因素。
凝固过程中的冷却速度和温度梯度对于晶核形成和生长也起着重要的影响。冷却速度越大，共晶组织中的晶粒尺寸越小、形态越靠近球状。而温度梯
材料科学基础课件第六章第三节第四节第五节
②金属-非金属型：粗糙-光滑小平面，动态过冷
度相差几十倍，一个垂直生长，一个横向生长并
有取向性。在动态过冷度较小时．生长速率明显
不同，因此在生长过程中两相不能较好地合作、
协调及匹配长大，则其规则性差。这类共晶组织
形态必然与生长速度快的引领相的性质、生长形
态有关，而生长速度又与界面前沿的过冷度有关
(图6—12)，它是由外界条件控制的，当过冷
相变阻力大。两相间若存在晶体学取向界面能 会下降，在<30%时，若有取向性，共晶体也 可能呈层片状，特别是过冷度很小时。
共晶合金结晶
（3）外部条件，过冷度 △T。
（4）杂质和第三组元。会 引起成分过冷，有胞状 生长，甚至成树枝状。
共晶合金结晶
三、共晶系的非平衡结晶 1、伪共晶：非共晶合金
经非平衡冷却得到 100%共晶组织 （1）热力学伪共晶区 形成条件：熔点相近，固 溶度相差不大，E在中 间，两相生长速度相近， 金属-金属型
（Cu-Ag)、新亚稳相（Ag-Ge)、非晶体 （Au-Si(25%))、更多微晶（0.2~0.3μm）， 抑制或减少偏析。
凝固技术
得非晶合金所需冷速：单元系金属≥1010K/s，多 元合金要小几个数量级。
产品：低维材料，粉末、细丝和薄膜（带）等 方法：喷射雾化、单辊、双辊
凝固技术
纯金属的结晶
二、影响铸锭组织的因素 有利柱状晶生长因素 （1）铸模冷却能力强（2）浇注温度高（3）散
第三章 共晶相图及其结晶 (2)
kR
1 2
• 形态：取决于两相的体积分 数和相界面的比界面能。 一相的体积分数小于30%，且比界面能较高时，易 形成棒状共晶。 一相的体积分数在30%~50%时，利于形成层片状。
第 三 节 二 元 共 晶 相 图
（二） 粗糙-平滑界面（金属-非金属型）共晶 • 特点：形态不规则
（三） 平滑-平滑界面共晶 特点：形态很不规则
二、包晶合金的平衡凝固和组织
（一）
ωAg=0.424的Pt-Ag合金
• 结晶过程： • 包晶转变机理：
（二）其他包晶合金的平衡凝固
三、 包晶合金的非平衡凝固和组织
• 包晶偏析：由于包晶转变不完全性而产生的组织变化 与成分偏析现象。 • 措施：扩散退火
例
题
例题1： 一种由 WSiO2=0.90与 WAl2O3=0.10所 组成的物质，从 1800℃以极其缓 慢的速率冷却至 1400 ℃，问在 冷却过程中总共 有哪几种相出现？
第五节 共晶相图及其合金的结晶
• 共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变。 LE==αM+βN L • 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。 α β 液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。 • 共晶组织：共晶转变产物。（是两相或多相的机械混合物） • Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi 等合金系相图都是二元共晶 相图
材料科学基础第四章2 (2)
• 继续冷却，α和β相都要发生脱熔转变。室 温下合金组织为α初+βⅡ+(α+β)共。这里的共 晶体中析出的次生相在显微镜下不能分辨。 该合金的显微组织如图4-22所示。图中黑 色树枝晶为初生α固熔体，由于直接从液体 中结晶，故比较粗大；分布在树枝间隙中 黑白相间的组织为(α+β)共晶体。从相图上 看，该合金室温下仍处于α+β两相区内，是 由α和β两个相所组成。
• 4.4.1 相图分析(以Pt-Ag相图为例) 两组元 液态无 限互熔， 固态部 分互熔， 有三相 平衡包 晶转变。
• 与共晶相图相比，包晶相图中各条相变线 的意义类似，只有水平线CDP有差异。 CDP温度以上只有一个固相α，而在CDP线 上，两个固相α和β都可以分别与液相平衡。 凡是位于此线范围的液态合金冷却到此温 度时，都会发生包晶反应： C β • LP+αC 1186º D • CDP线称为包晶线，P点称为包晶点。
图4-32 Cu-Al合金(wCu=0.04) 的离异共晶组织
• 离异共晶是在初晶量相对很多的条件下形 成的。可以在平衡凝固中得到，也可以在 非平衡凝固中得到。 • 在进行金相分析时，要特别注意离异共晶 的组织形态。不要把枝晶间的共晶体误认 为是次生相；或者把端部固熔体合金误认 为是亚共晶合金。
• 4.3.3.1 粗糙-粗糙界面共晶：包括金属-金 属和金属-金属间化合物共晶。往往呈简单 规则(层片状，球状)的组织形态。 • 共晶体形核也需要一 • 定的过冷度。设液相 • 过冷到t2，α和β相同 • 时饱和，但通常总有 • 一相先析出，称为领 • 先相。
第五章 共晶合金的凝固
3、共生区的概念的意义 有共可把以助生满平于 区意衡对 的地相共 概解图生 念释概生与非念平长平衡和和衡结不离图晶平异并现衡生不象共长矛：晶如这盾非结两，共晶种在晶动不无成力同限分学共缓的过合晶慢金程方的可
冷以却结晶条成件1下00，％共的共生晶区组退织缩，到而共共晶晶成点分E的，合合金金结液晶即时按反而平 式衡得联作相不系到进图1了一所0起0步 示％来分 的共；析 规晶组和律织探进；讨行。结晶。
成分的残留液体很少，类似
相于为薄衬膜底分而布生于核枝，晶或之因间液。体当过
冷共倾晶向转大变使时该，相一析相出就受在阻初时晶，
初相生的相枝就晶继上续继长续大长而出把，另面一把相
留另在一枝相晶单间独。留在枝晶间。
3、“晕圈型”离异共晶形成
• 两相性质差别较大的非小晶面—小晶面共晶合金中能更经 常地见到这种晕圈组织。由于两相在生核能力和生长速度 上的差别，第二相环绕着领先相表面生长而形成一种镶边 外围层的情况，此外围层称为“晕圈”。
（一） 规则共晶与非规则共晶
规则共晶： 粗糙－粗糙界面
金属—金属，如: Pb-Sn ，Ag-Cu层片状共晶
金属—金属间化合物，如: Al-Al3Ni棒状共晶
非规则 共晶
粗糙—光滑界面 金属—非金属，如: Fe-C , Al-Si 共晶 光滑—光滑界面
非金属—非金属，如: 琥珀睛-茨醇共晶
第六章 共晶合金的凝固3
Leabharlann Baidu
三、非平衡共晶组织
1. 伪共晶：非共晶合金在非平衡结晶时获得100%共晶组 织。 （1）热力学伪共晶区 由液相线延长线包围的影线区域。 （2）动力学伪共晶区 取决于两相结晶速度 • • 熔点相近——对称 熔点相差大——不对称，偏向高熔点
III
2. 离异共晶：共晶体中两相分离而不呈现共晶组织 特征。 3. 不平衡共晶：成分在共晶线以外的合金在非平衡 结晶时得到少量的共晶组织。
（2）CL- （ + ）= C4 - C3 = CL- + CL- ——横向扩散： • • 共晶体前两组元的分离扩散。 纵向长大速度大于横向。
二、共晶合金组织形貌 1. 组织分类（液-固界面的性质）
层片状、棒状（纤维状）、球状、针状和螺旋状等
（1）金属-金属型（粗糙-粗糙界面）。由金属-金属组成的
共晶以及许多由金属-金属间化合物组成的共晶，大多是 层片状或棒状共晶。
（2）金属-非金属型（粗糙-光滑界面）。由金属-非金属或
金属-亚金属组成的共晶，其中非金属的液-固界面为光 滑界面，形态复杂，如针片状、骨骼状等。
（3）非金属-非金属（光滑-光滑界面）。
2. 影响因素 （1）L/S界面性质 （2）两相体积分数 （3）界面能 （4）过冷度 （5）第三组元
材料科学基础
第五章
凝固
Mg—Cu合金共晶组织形貌及CuMg2的小平面特性
Ｅｕ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｃ Ｍｏ ｒ ｐ ｈｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｍｇ 。 Ｃｕ Ａｌ ｌ ｏ ｙ ａ ｎ ｄ Ｆａ ｃ ｅ ｔ ｅ ｄ Ｃｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｃｕ Ｍｇ ２ Ｐｈａ ｓ ｅ
ＴＡ Ｎ Ｇ Ｌｉ ｎｇ
ｃ ｏｒ ｎ ｅ ｒ ｓ，ｗｈｉ ｌ ｅ ｔ ｈａ ｔ ｏ ｆ Ｃｕ ２ Ｍｇ ｐｈａ ｓ ｅ ｉ ｓ ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｎｏｎ ～ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： Ｍｇ — Ｃｕ ａ ｌ ｌ ｏｙ；Ｃｕ ２ Ｍ ｇ；ＣｕＭ ｇ２ ；ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ；ｆ ａ ｃ ｅ ｔ；ｎｏ ｎ － ｆ ａ ｃ ｅ ｔ
Ｃｕ Ｍｇ ２ ａ ｎ ｄ Ｃｕ ２ Ｍｇ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｉ ｎ Ｍｇ — Ｃｕ ａ ｌ ｌ ｏ ｙ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｃｕ Ｍｇ ２ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｅ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ｄ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ
Ｍｇ — Ｃｕ合 金 廿日 日 日 组 织 形 貌 及 Ｃｕ Ｍｇ ２ 的小 平 面 特 性
詹 玲
（ 陕西理 工 学院 材料 学 院 ， 陕西 汉 中 ７ ２ ３ ０ ０ ３ ）
摘要 ： 利 用 ＯＭ 和 Ｓ Ｅ Ｍ 等观察不同铜含量 Ｍｇ — Ｃ ｕ合 金 的铸 态 共 晶 组 织 形 貌 ， 探 讨 不 同共 晶组 织 的 形 成
ausn共晶焊料层的微观形貌
ausn共晶焊料层的微观形貌
AUSN共晶焊料层是一种常用的金属焊接材料，具有优异的焊接性能和机械性能。在微观形貌上，AUSN共晶焊料层呈现出一种特殊的结构和形态。
AUSN共晶焊料层的微观形貌主要由金属晶粒和金属间化合物组成。在焊接过程中，当AUSN焊料与基材接触并加热时，AUSN焊料会熔化并扩散到基材表面。随着温度的升高，AUSN焊料中的Au和Sn元素会相互扩散并发生共晶反应，形成AuSn2和AuSn金属间化合物。
在AUSN共晶焊料层的微观结构中，AuSn2和AuSn金属间化合物以及金属晶粒是主要组成部分。AuSn2和AuSn金属间化合物通常呈现出针状或板状的结构，这是由于焊接过程中金属元素的扩散和共晶反应导致的。针状结构的AuSn2和AuSn金属间化合物具有较高的强度和硬度，可以提高焊料层的机械性能。
除了金属间化合物外，AUSN共晶焊料层中还存在着一定数量的金属晶粒。这些金属晶粒通常呈现出多面体或等轴晶形状。金属晶粒的尺寸和形状对焊料层的性能有着重要影响。较小尺寸的金属晶粒可以提高焊料层的强度和韧性，而较大尺寸的金属晶粒则可能导致焊料层的脆性增加。
此外，在AUSN共晶焊料层的微观形貌中还存在一些细小的孔隙和裂纹。这些孔隙和裂纹通常是由于焊接过程中气体和液体的挥发以及热应力引起的。孔隙和裂纹的存在可能会降低焊料层的机械性能和可靠性。
总之，AUSN共晶焊料层的微观形貌主要由金属晶粒、AuSn2和AuSn金属间化合物以及细小的孔隙和裂纹组成。这些微观结构和形态对焊料层的性能有着重要影响，因此在焊接过程中需要控制好焊接参数和工艺，以获得理想的AUSN共晶焊料层微观形貌和性能。
材料科学基础-材料科学基础-§6-3 共晶合金的结晶
三、亚共晶与过共晶合金中初生相形态 初生相的形态与相的性质有关。纯金
属或以金属为基的固溶体相，是按匀晶转
变得到的产物，组织中呈树枝状；若初生
相为非金属相或化合物则呈针状、片状或 多边多角状。
初生相形态
a) Pb-Sn过共晶合金
b) Pb-Sb亚共晶合金
四、共晶系合金的非平衡结晶 1.伪共晶区 由非共晶成分在非平衡冷却条件下所 得到的全部共晶组织称为伪共晶。 (1) 热力学伪共晶区 单纯从热力学考虑，当合金溶液过冷 到两条液相线的延长线所包围的影线区时， 可得到伪共晶组织。 过冷度△T增大，伪共晶区增大。 E点附近的合金（C1、C2)快冷可得到 (α+β)的伪共晶组织。
四、激冷技术（快速凝固） 雾化技术 是把熔体在离心力、机械力或高速流 体冲击力作用下，分散成尺寸极小的雾状
熔滴，并使熔滴在与流体或冷模接触中凝
固，得到急冷凝固的粉末。常用的有离心 雾化法、双辊雾化法。
Thanks
Al-Sn合金离异共晶
3.不平衡共晶组织（C4合金) 合金C4在平衡态下结晶时不发生共晶转 变，但在非平衡条件下由于固相成分线偏 离固相线TAC（变为图中虚线）和铸模冷 却具有定向散热特征，使最后结晶部分的 液体内溶质富集达到共晶成分，过冷后发 生共晶转变得到少量共晶组织。
§6-4
铸锭组织的形成与控制
2.影响共晶体形貌的因素 构成共晶体两相的性质及相的体积分数会影 响晶体形貌。 当两相中的一相占30～50％时，呈片层状；
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共晶组织的形貌特征及形成机理探讨
黄继龙
M050314132
（工程技术大学材料工程学院.201620）
摘要：共晶合金是一种被广泛使用的铸造合金，共晶组织的微观形貌对合金的拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展行为等力学性能有着重要影响。本文介绍了共晶组织的几种常见微观形貌；以及元素含量、冷却速度等因素对共晶组织微观形貌形成机理的影响，综述了国外在此方面的研究进展，预测了今后的发展趋势。
关键词：共晶组织；形貌特征；形成机理
The morphology of eutectic organization characteristics and formation mechanism is discussed
Huang Ji-Long
(College of Materials Engineering，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China) Abstract: eutectic alloy is a kind of widely used casting alloy, the microstructure of eutectic organization on the tensile properties of the alloy, the mechanical properties such as fracture toughness and fatigue crack growth behavior has important influence.This paper introduces the eutectic organization of several common microstructure;And element content and cooling rate on eutectic formation mechanism, the influence of the microstructure morphology in this aspect both at home and abroad, the paper summarized the research progress, forecasts the development trend in the future. Key words: eutectic organization;Appearance characteristics;The formation mechanism
引言
材料的性能取决于它的微观组织。对于绝大多数金属(合金)材料，微观组织的变化主要包含在液相一固相以及固相一固相转变过程中。过去人们为了改善金属(或合金)的质量，往往侧重于研究工艺过程等外部因素对微观组织影响。事实上，无论是液一固相变，还是固一固相变，都是极为复杂的非平衡过程随着研究的深入，人们逐步认识到金属(或合金)的相变过程为界面前沿的浓度起伏、结构起伏、能量起伏及界面微观结构等因素所控制。
图1为pb-Sn二元共晶相图，图中AEB为液相线，
AMENB 为固相线，MF 为Sn 在pb 溶解度曲线，也叫固溶度曲线，NG 为Pb 在Sn 中的溶解度曲线。相图中有三个单相区：即液相L 、固溶体α和固溶体β相。α相是Sn 溶于pb 中的固溶体,β相是pb 溶于Sn 中的固溶体。各个单相区之间有三个两相区，即L+α、L+β和α+β。在L+α、L+β与α+β两相区之间的水平线MEN 表示α+β+L 三相共存区。
图1 pb-Sn 二元共晶相图
在三相共存水平线所对应的温度下，成分相当于E 点的液相（E L ）同时结晶出与M 点相对应的M α 和
N β点所对应的两个相，形成两个固溶体的混合物。
这种转变的反应式是：N M E L βα+⇔。根据相律可知，在发生三相平衡转变时，自由度等于零（F=2-3+1=0），所以这一转变必然在恒温下进行，而且三个相的成分应为恒定值，在相图上的特征是三个单相区与水平线只有一个接触点，其中液相单相区在中间，位于水平线之上，两端是两个固相单相区。这种在一定的温度下，有一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程，称为共晶转变或共晶反应。共晶转变的产物为两个固相的混合物，称为共晶组织。相图中的MEN 水平线称为共晶线，E 点称
为共晶点，E 点对应的温度称为共晶温度，成分对应于共晶点的合金称为共晶合金，成分位于共晶点以左、M 点以右的合金称为亚共晶合金，成分位于共晶点以右、N 点以左的合金称为过共晶合金[1]
。
1.共晶组织形貌
共晶组织的形态很多，按其中两相的分布形态，可将它们分为层片状、棒状（条状或纤维状）、球状（短棒状）、针片状、螺旋状等。共晶组织的形态受到多种因素的影响。近年来有人提出，共晶组织中两个组成相的本质是其形态的决定性因素。在研究纯金属结晶时已知，晶体的生长形态与固液界面的结构有关。金属的界面为粗糙界面，半金属和非金属为光滑界面。因此，金属-金属型的两相共晶组织大多为层片状或棒状，金属-非金属型的两相共晶组织通常具
有复杂的形态，表现为树枝状、针片状或骨骼状等[2]
。 卢锦堂[3]
研究了冷却速度对用于热浸镀办的Zn-024Ni 合金共晶组织的影响。结果表明，在炉冷、空冷和铁模水冷3种不同冷却条件下，合金分别生成粗大的、细小的棒状共晶和离异共晶组织。并对合金形成片状、棒状共晶和离异共晶的条件进行了讨论。 假定两种不同形态的共晶体如图2所示，边长均为a ，层片状共晶体中(见图2 a)，β相片层间距与棒状共晶体(见图2 b)β相圆棒的中心距均为λ，圆棒半径为r 。棒状共晶体中，β圆棒的总数应为2)/(λa ，圆棒表面总表面积为2
)/(2λπa rL 。层片状共晶体片β层总数为)/(λa ，β片层表面总面积为)/(2λa aL 。当两种不同形貌的共晶体中，a —β界面面积相等时，
2)/(2λπa rL =)/(2λa aL ，即r=)/(πλ，所以通过
等式可以知道此时棒状共晶β相所占体积分数为