第8.6章 共晶合金的凝固

The End!
第4章习题二：P.86，4.9之第一问。
晶粒形状因子fi
固相无扩散，液相来自百度文库对流
C
* L
C0 R k (1 k ) exp( ) DL
df s dC a df g dC L
晶粒形态方程
fi e
R DL

2 DL v
fi e
2R v
R为晶粒生长速度（取决于冷却条件） V为液体对流速度（取决于搅拌速度）
2 DL
R

S
层片间距：
AR
1 2
2、棒状共晶 －共晶 若的体积分数f <(1/)0.32，棒状 0.32<f <0.5，片状
r——六边形等面积圆的半径，代替间距
r k R
1 2
例：Ni-W合金的共晶凝固
共晶成分Ni-45％W
Ni与W的片状共晶
界面能最小原理！！
规则共晶凝固 组织
非规则共晶：金属－非金属（非小平面－小平面）相 非金属－非金属（小平面－小平面）相
小平面相生长的各相异性，导致共晶晶 体的形状不规则
Al-12.6％Si共晶定向凝固组织（非规则共晶）
根据凝固条件 又可分为自由共晶 和 定向共晶两种 定向共晶是组成共晶的两相沿特定的方向耦合 生长形成的一维共晶组织。 自由共晶 与等轴晶凝固相似，耦合地向四周生 长形成共晶团。
fi e
2R v
R为晶粒生长速度（取决于冷却条件）
V为液体对流速度（取决于搅拌速度）
R 8m s 1
v 80m s 1
、条件下的凝固过程
R 2m s 1
v 240m s 1 、条件下的凝固过程
(a) 60rpm (b) 300 rpm 图5-14 不同螺杆转速下的半固态组织（浇注温度与冷却条件相同）
第8章 合金的凝固
Chapter 8 Solidification of alloys
§8.6
共晶合金的凝固
§8.6 Eutectic Solidification
§8.6
共晶合金的凝固
§8.6 Eutectic Solidification
8.6.1 共晶组织特点与共晶共生区
1、二元共晶凝固组织特点 （1）生长方式不同，可将共晶分为规则共晶和非规则共晶。 （2）规则共晶中两个共晶相以层片状或棒状生长，形成 规则结构。 金属相－金属相，金属－金属间化合物， （非小平面－非小平面相）（粗糙界面）
图4-24
Mg处理球铁的石墨形态
共晶Al-Si合金中Si的空间形貌（自由共晶）
Si为领先相 （定向凝固组织）
非规则共晶——Al-12.6％Si共晶定向凝固组织
A R
R
凝固速度对Si间距的影响
例：铝硅合金的-Al与Si相的共晶凝固
§4-3
偏晶合金和包晶合金的凝固
§4-3 Solidification of Monotectic Alloy and Peritectic Alloy
Al-Si共晶（非定向凝固）
2、近平衡状态下的共晶共生区
非共晶成分而获得的共晶组织为伪共晶组织。 原因：冷却速度、过冷度
对称型共晶的条件：组元熔点、液相线形状、两相性质等。
实际共晶共生区
图6-3 非小平面－非小平面共晶共生区
8.6.2 共晶合金的凝固
1、层片状共晶的生长
球形共晶的形核与长大 （自由共晶时——共晶团）
定向共晶时规则的片状共晶凝固组织 （Al-33%Cu合金）
图 共晶生长的J-H模型
CE
a） α和β共生生长 b）共晶生长界面前的溶质B的分布 c） 共晶生长界面过冷度分布 d）共晶生长界面简化模型与坐标 系
TC mL (CE CL )
T TE T TE Ti Tc Tr mL (C M C M )
b)[1010]方向 上以旋转挛 晶台阶生长
c)[0001]方向以 螺旋位错生长
图4-22 石墨的生长示意图
石墨与奥氏 体的共晶体
图 片墨类型
3、第三组元的影响
＋Mg等
球状石墨的放射状多晶结构 （20～30个锥体状单晶体组 成，外表面由(0001)面覆盖
(a) 石墨结构 (b) 石墨球的偏振光照片
偏晶相图
图 >
(图C中L1和L2颠倒错误） a) σSL2 > σSL1 + σL1L2（b） σSL2 σSL2 + σL1L2
三种情况下的偏晶凝固方式 <
σSL1 + σL1L2 (c) σSL1
图
定向包晶凝固过程
WP — 包晶反应液相成分
WC0— 合金原始成分
§ 4-4 对流对凝固组织的影响及半固态金属的凝固
改变晶粒形态 *透明有机物凝固观察：
*半固态组织演变——对流使枝晶向玫瑰形、球形转变 我们的研究成果（发表在国际权威刊物：Acta Materialia, 52 (2004) 3519–3524 )
半固态微观组织形成模型及 过程数值模拟 标题
半固态晶粒生长过程
a.搅拌因素
b.冷却因素
V /V (R /R )3 fi S g S g (0< fi < 1 )
Ni与W的棒状共晶
棒状共晶向片状共晶的过渡受冷却速度的影响——动力学因素
8.6.3 非规则共晶凝固
非规则共晶：金属－非金属相 非金属－非金属相 1、Fe-G（石墨）的非规则共晶 （非小平面－小平面） （小平面－小平面）
A型石墨
D型石墨
深腐蚀扫描照片更清楚 [Fe-G（石墨）的非规则共晶]
a)密排六方晶体结构