7共晶相图及共晶系合金的凝固和组织

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3.3 共晶组织及其形成机理
共晶组织的基本特征：两相交替排列 两相的形态多种多样：层片状、棒状（或带状）、纤维状
（或点状）、针状、螺旋状、蛛网状及骨骼状（枝状）等
层片状(cd-Sn),×250
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棒状
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共晶组织形态
纤维状(Al-Ni)(横截面),×150
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工业中最普遍的共晶型合金有铸铁和铝硅系铸造合金，以 及各种焊料合金
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Pb－Sn共晶系合金平衡凝固
I合金（Pb－10％Sn） 组织：α+βII
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500x
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II合金：全部共晶组织
EN
97.5 61.9
共晶温度时两相相对含量：
W
W


MN
ME MN
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共晶合金的性能
（1）有良好的流动性，能很好地填充铸模 （2）合金系中共晶的熔点最低，简化熔化和铸造工艺，降
低能源消耗和坩埚腐蚀 （3）利用定向凝固使共晶两相获得细而均匀的定向排列，
制造共晶复合材料
利用共晶熔点最低的特性配制各种易熔合金，如焊料、保 险丝材料：铅和锡的共晶熔点为183℃，若制成铅、锡和 铋三元共晶，其熔点降至96℃
相含量：？
P点：T3时βⅡ成分
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x2合金凝固过程（过共晶合金）
T1:L→β初， T2共晶反应： LE→αC＋βD ，全部液体凝固完毕
凝固完毕后的组织为： β初晶＋共晶， β初晶＝E2/ED×100% 共晶＝2D/ED×100%
相组成物的百分量： α ＝2D/CD×100% β ＝C2/CD×100%
3 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织
3.1 相图分析 3.2 共晶系合金的平衡凝固和组织 3.3 共晶组织及其形成机理 3.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
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3.1共晶相图分析
两组元在固态部分溶解，形成有限的固溶体α和β，具有共晶转变 Ag-Cu、Pb-Sn、Al-Si、Al-Sn、Cd-Sn、Au-Pt……
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初晶α
共晶（α+β）
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x4共晶合金凝固过程及其组织
TE：LE→共晶（αC＋βD） ， TE以下：析出次晶
形核中心
一般铸造的共晶组织
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定向凝固层片状共晶 Ag-Cu共晶：
两相交替排列，组织较细密
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初晶形态:取决于初晶相的固/液界面微观结构
Pb-70Sn的显微组织，500x
β (α+β)
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α II
组织：β + α II +共晶
500 x
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例题：
1按下列数据，做出A-B二元共晶相图:
(1)TA>TB(TA,TB分别是A，B的熔点)；
(2)
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L WB 0.6
WB 0.15
WB 0.95
(3)B在A中的溶解度随温度下降而减少，室温时为
线条
α和β的液相线： AE和BE线 α和β的固相线： AC和BD 共晶线CED：三相平衡LE→αC＋βD， 自由度为零，温度和相成分都恒定 不变 固溶度线CF和DG：α和β固溶体的 溶解度随温度的降低而减少
Ag-Cu共晶相图
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相区
单相区：自由度ƒ=2 两相区：两相平衡，ƒ=1，温度和两相的成分固定一个参数，其它两
（1）粗糙-粗糙界面（即金属-金属型）共晶 （2）粗糙-平滑界面（即金属-非金属型）共晶 （3）平滑-平滑界面（非金属-非金属型）共晶
金属合金只涉及前两类
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1．粗糙-粗糙界面共晶（金属-金属型共晶，规则共晶）
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T2：共晶→αⅡ+βⅡ ，
β初→αⅡ= β初*（100-92）/100
T3，α和β的成分分别为F和G，相组成物的量发生变化， 但组织组成物的特征保持原样
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初晶β
共晶
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x3亚共晶合金凝固过程及其组织
T1~T2:L→α初 ， T2：L→共晶（α+β）， T2~T3：析出次晶，可忽略不计。
100%
100%


97.5 19
61.9 1.9 97.5 19
100%
100%


45.4%
54.6%
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III合金：亚共晶， Pb－50％Sn，
β II
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组织：α＋共晶＋βII
α+β
α
500x
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VI合金：过共晶合金（ Pb－70％Sn ）
个随之就固定不变，如T0温度α和β相的成分分别为k和h 三相区：为一条水平线
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3.2 共晶系合金的平衡凝固和组织
C点左边和D点右边的合金属于固溶体合金，与前述的固溶体合金 在固态继续冷却时不同
CD线中间的合金在凝固时均有共晶反应发生，属于共晶型合金 E点合金称为共晶合金，C-E之间的合金称为亚共晶合金，D-E之间
的合金称为过共晶合金
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x1合金凝固过程（固溶体合金）
T1~T2：L→α 初，
T2~T3：（ α 初）
T3：α初→βⅡ ， 晶界、 缺陷处
T3~T4:α和β分别沿CF 和DG变化。
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最终组织为α初和βⅡ
含量：
α初=4G/FG×100%
βⅡ =F4/FG×100%
针状(Al-Si),×100
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螺旋状(Zn-MgZn2),×500
蛛网状(Al-Si),×100
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骨骼状(Al-Ge),×500
Fe－C（石墨）共晶中的石墨晶体 a-电子扫描照片，显示石墨晶体互连；b-金相照片 19
共晶组织形态与固/液界面结构有关，按共晶两相 的固/液界面特性分成三类：
WB=0.03；A在B中的溶解度不变。
2.一个二元共晶反应如下：
L WB 0.75
WB 0.15
WB 0.95
求（1）WB=0.50的合金凝固后，α初与（α+β）共晶的相对 量；α相与β相的相对量。
（2）若共晶反应后β初和（α+β）共晶各占一半，问该合金 成分如何：
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过共过晶共Pb晶-SPbb的-S显b的微显组微织组织
1．粗糙界面： 一般呈树枝状，显微组织中表现 为各分枝的截面，呈不连续不规则的椭圆形，试 样表面恰好通过枝晶主轴时，显示出完整的枝晶 形貌，Ag-Cu合金α和β初晶皆呈树枝状
2．光滑界面：一般呈规则 的多边形，如方块、三角形， 针状或条状等
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