单相多相合金的结晶
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图4-23 Pb-Sn层片状共晶
图4-24 Al-Al3Ni棒状共晶 （上——纵截面，下——横截面）
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粗糙-光滑界面（非小晶面-小晶面）共晶
金属-非金属共晶属于第Ⅱ类共晶体，长大过 程往往仍是相互偶合的“共生”长大，但由于小 晶面相（非金属相）晶体长大具有强烈的方向性， 且对凝固条件（如杂质元素或变质元素）十分敏 感，容易发生弯曲和分枝，所得到的组织较为无 规则，属于“不规则共晶”。
[
m
L
C0 (K GL
0
R
1)DL
1
]2
d1
64
mL DL (1 K 0 )C
R
1 4
G
L
1 2
冈本平 Hunt J.D
二次臂枝晶间距d2的表达式：
d2
A( TS
1
)3
R GL
△TS — 非平衡凝固的温度区间，A — 与合金性质相关的常数
R与GL的乘积相当于冷却wenku.baidu.com度（oC/sec）。冷却速度大，二次臂枝晶间距d2越小。
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2、为什么成为树枝晶的形态
晶体的表面总是由界面能较小的晶面组成，宽而平的 面是界面能小的晶面，而棱与角的狭面为界面能大的 晶面。界面能大的晶面（垂直）生长速度较快，长成 等轴树枝晶。晶体学特征 方向性较强的非金属晶体，其平衡态的晶体形貌具有 清晰的多面体结构；方向性较弱的金属晶体，其平衡 态近乎球形 。
（一） 规则共晶与非规则共晶 （二） 非平衡状态下的共晶共生区 （三） 离异生长及离异共晶
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（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
树枝晶组织细化程度的表征。实际中，枝晶间距采用金相 法测得统计平均值，通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）
间距d1、和二次分枝间距 d2 两种。
枝晶间距小
细晶强化效果显著 成分趋于均匀化
显微缩松、夹杂物细小 且分散 热裂纹倾向小
材料性能好
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枝晶间距的预测
一次臂间距d1的表达式：
d1
a0
1、自由树枝晶形成条件
界面前成分过冷的极大值大于 熔体等中轴非枝均晶质的形存核在所阻需止的了过柱冷 度时，在柱状枝晶生长的同时， 状晶区的单向延伸，此后的 前方熔体内发生非均质形核过 程结，晶并过在程过便冷是熔等体轴中晶的区自不由断生 长，形成了方向各异的等轴晶 （向自液由体树内枝部晶推）进。的过程。
非金属—非金属，如: 琥珀睛-茨醇共晶
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粗糙-粗糙界面（非小晶面-非小晶面）共晶
金属-金属共晶及金属-金属间化合物共晶多为第Ⅰ 类共晶，其典型的显微形态是有规则的层片状，或 其中有一相为棒状，因此称为“规则共晶”。 规则共晶长大时，两相彼此紧密相连，相互依赖生 长，两相前方的液体区域中存在溶质的运动。这种 长大方式称之为“共生生长”。
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第四节 共晶合金的凝固
大部分合金存在着两个或两个以上的相，多相合金的凝 固比单相固溶体的凝固情况复杂。本节讨论最为普遍的共 晶合金凝固方式及组织。
一、 共晶组织的分类及特点
二、 共晶组织的形成机理
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一、共晶组织的分类及特点
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3、“外生生长”与“内生生长”的概 念
晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生 长方式，称为“外生生长”。 平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外 生生长。 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为 “内生生长”。
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六、枝晶间距
枝晶间距：指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是
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光滑-光滑界面（小晶面-小晶面）共晶
非金属-非金属属于第Ⅲ类共晶体，长大过程不再是偶 合的。所得到的组织为两相的不规则混合物，也属于 “不规则共晶”。
图4-26 两相非偶合生长形成不规则共晶
a) 琥珀睛-茨醇共晶 ,
b) 偶氮苯-苯偶酰共晶,
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规则共晶体 c) 四溴化碳-六氯乙烷
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（二） 非平衡状态下的共晶共生区
非晶应2金以）平生只根在下有衡长发据冷温些凝动生平速度非固力在衡较得共过学一相快到晶程因个图时1成0，素固，可0分由的％定共以的于影的的晶在合共响共成反TE， 共分晶晶，组组任织织何，有偏该以离区下这域三一称种成之情分为况的共： 合生1)金区共凝（晶固图成后中分都阴的不影合能区金获），得；在100 3冷％）速的有较共些快晶非时组共，织晶。成不如分一P的定b-合能Sn金得合， 在到金一1在0定平0冷％衡速的凝下共固，晶时既组，不织只出，有现而Pb1是6010得.％9到S的n亚的共共共晶晶晶组或合织过金，共才也晶能不；获出 现得初10晶0％+共共晶晶的组情织况。，而是 出现“离异共晶”。
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（1）立方晶系<100>晶向生长
密排六方为（ 10 10 ）方向生长
体心立方为<110>晶向
(110) (110)
<100> (111)
(110)
(111) <100>
(111) (111)
a)
<100>
(111) (111)
b)
<100>
立方晶系枝晶的生长方向
a）小平面生长 b）非小平面生长
微量变质元素（如稀土）影响合金CL、k0、σsl，也可使二次臂枝晶间距d2减小。
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“成分过冷”对合金固溶体 晶体形貌的影响规律
随“成分过冷”程度增大， 固溶体生长方式： → 平面晶 → 胞状晶 →胞状树枝晶(柱状树枝晶) →内部等轴晶(自由树枝晶)
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1、“对称型共生区” 2、“非对称型共生区” 3、共生区的概念的意义
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1、“对称型共生区”
两个组元熔点相近、 两条液相线基本对称、 两相长大速度基本相 同的非小晶面-非小 晶面合金，容易形成 对称型共生区。
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2、“非对称型共生区”
原因：由于浓度起伏和扩散的 原因当，两共个晶组成元分熔附点近相的差低较熔点 相大在，非两平条衡液结相晶线条不件对下称较时高，熔 点相更易于析出，其生长速度 也共更晶快点。往因往此偏结向晶于时低往熔往点容易 出组现元低一熔侧点，组而元共一生侧区的则初由生相。 为共了晶满点足向共高生熔生点长组所元需一的侧基本 条件，就需要合金液在含有更 多倾高斜熔。点组元成分的条件下进 行共晶转变。
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图4-23 Pb-Sn层片状共晶
图4-24 Al-Al3Ni棒状共晶 （上——纵截面，下——横截面）
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粗糙-光滑界面（非小晶面-小晶面）共晶
金属-非金属共晶属于第Ⅱ类共晶体，长大过 程往往仍是相互偶合的“共生”长大，但由于小 晶面相（非金属相）晶体长大具有强烈的方向性， 且对凝固条件（如杂质元素或变质元素）十分敏 感，容易发生弯曲和分枝，所得到的组织较为无 规则，属于“不规则共晶”。
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C0 (K GL
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1)DL
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mL DL (1 K 0 )C
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冈本平 Hunt J.D
二次臂枝晶间距d2的表达式：
d2
A( TS
1
)3
R GL
△TS — 非平衡凝固的温度区间，A — 与合金性质相关的常数
R与GL的乘积相当于冷却wenku.baidu.com度（oC/sec）。冷却速度大，二次臂枝晶间距d2越小。
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2、为什么成为树枝晶的形态
晶体的表面总是由界面能较小的晶面组成，宽而平的 面是界面能小的晶面，而棱与角的狭面为界面能大的 晶面。界面能大的晶面（垂直）生长速度较快，长成 等轴树枝晶。晶体学特征 方向性较强的非金属晶体，其平衡态的晶体形貌具有 清晰的多面体结构；方向性较弱的金属晶体，其平衡 态近乎球形 。
（一） 规则共晶与非规则共晶 （二） 非平衡状态下的共晶共生区 （三） 离异生长及离异共晶
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（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
树枝晶组织细化程度的表征。实际中，枝晶间距采用金相 法测得统计平均值，通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）
间距d1、和二次分枝间距 d2 两种。
枝晶间距小
细晶强化效果显著 成分趋于均匀化
显微缩松、夹杂物细小 且分散 热裂纹倾向小
材料性能好
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枝晶间距的预测
一次臂间距d1的表达式：
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1、自由树枝晶形成条件
界面前成分过冷的极大值大于 熔体等中轴非枝均晶质的形存核在所阻需止的了过柱冷 度时，在柱状枝晶生长的同时， 状晶区的单向延伸，此后的 前方熔体内发生非均质形核过 程结，晶并过在程过便冷是熔等体轴中晶的区自不由断生 长，形成了方向各异的等轴晶 （向自液由体树内枝部晶推）进。的过程。
非金属—非金属，如: 琥珀睛-茨醇共晶
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粗糙-粗糙界面（非小晶面-非小晶面）共晶
金属-金属共晶及金属-金属间化合物共晶多为第Ⅰ 类共晶，其典型的显微形态是有规则的层片状，或 其中有一相为棒状，因此称为“规则共晶”。 规则共晶长大时，两相彼此紧密相连，相互依赖生 长，两相前方的液体区域中存在溶质的运动。这种 长大方式称之为“共生生长”。
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第四节 共晶合金的凝固
大部分合金存在着两个或两个以上的相，多相合金的凝 固比单相固溶体的凝固情况复杂。本节讨论最为普遍的共 晶合金凝固方式及组织。
一、 共晶组织的分类及特点
二、 共晶组织的形成机理
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一、共晶组织的分类及特点
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3、“外生生长”与“内生生长”的概 念
晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生 长方式，称为“外生生长”。 平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外 生生长。 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为 “内生生长”。
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六、枝晶间距
枝晶间距：指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是
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光滑-光滑界面（小晶面-小晶面）共晶
非金属-非金属属于第Ⅲ类共晶体，长大过程不再是偶 合的。所得到的组织为两相的不规则混合物，也属于 “不规则共晶”。
图4-26 两相非偶合生长形成不规则共晶
a) 琥珀睛-茨醇共晶 ,
b) 偶氮苯-苯偶酰共晶,
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规则共晶体 c) 四溴化碳-六氯乙烷
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（二） 非平衡状态下的共晶共生区
非晶应2金以）平生只根在下有衡长发据冷温些凝动生平速度非固力在衡较得共过学一相快到晶程因个图时1成0，素固，可0分由的％定共以的于影的的晶在合共响共成反TE， 共分晶晶，组组任织织何，有偏该以离区下这域三一称种成之情分为况的共： 合生1)金区共凝（晶固图成后中分都阴的不影合能区金获），得；在100 3冷％）速的有较共些快晶非时组共，织晶。成不如分一P的定b-合能Sn金得合， 在到金一1在0定平0冷％衡速的凝下共固，晶时既组，不织只出，有现而Pb1是6010得.％9到S的n亚的共共共晶晶晶组或合织过金，共才也晶能不；获出 现得初10晶0％+共共晶晶的组情织况。，而是 出现“离异共晶”。
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（1）立方晶系<100>晶向生长
密排六方为（ 10 10 ）方向生长
体心立方为<110>晶向
(110) (110)
<100> (111)
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(111) <100>
(111) (111)
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(111) (111)
b)
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立方晶系枝晶的生长方向
a）小平面生长 b）非小平面生长
微量变质元素（如稀土）影响合金CL、k0、σsl，也可使二次臂枝晶间距d2减小。
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“成分过冷”对合金固溶体 晶体形貌的影响规律
随“成分过冷”程度增大， 固溶体生长方式： → 平面晶 → 胞状晶 →胞状树枝晶(柱状树枝晶) →内部等轴晶(自由树枝晶)
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1、“对称型共生区” 2、“非对称型共生区” 3、共生区的概念的意义
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1、“对称型共生区”
两个组元熔点相近、 两条液相线基本对称、 两相长大速度基本相 同的非小晶面-非小 晶面合金，容易形成 对称型共生区。
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2、“非对称型共生区”
原因：由于浓度起伏和扩散的 原因当，两共个晶组成元分熔附点近相的差低较熔点 相大在，非两平条衡液结相晶线条不件对下称较时高，熔 点相更易于析出，其生长速度 也共更晶快点。往因往此偏结向晶于时低往熔往点容易 出组现元低一熔侧点，组而元共一生侧区的则初由生相。 为共了晶满点足向共高生熔生点长组所元需一的侧基本 条件，就需要合金液在含有更 多倾高斜熔。点组元成分的条件下进 行共晶转变。