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第8章 相平衡與相圖 |
| 8.3 二元系相圖(6) 3）共晶合金的非平衡凝固 在緩慢冷卻平衡狀態(tài)下，只有共晶成分的合金可獲得共晶組織。但在較快冷卻的不平衡狀態(tài)，液相處于過(guò)  冷狀態(tài)，此時(shí)共晶組織在更低溫度、較寬的成分范圍獲得，如圖8-14中影線所示液相線延伸的范圍。在過(guò)冷條件下，影線成分范圍的液相同時(shí)處于α和β二相的過(guò)飽和區(qū)，因而在該成分范圍的合金可全部獲得共晶組織。這種非共晶成分所得到的共晶組織叫偽共晶。 由于過(guò)冷度增大、結(jié)晶速度加快，液相成分來(lái)不及均勻化，其平均成分偏離液相線，故偽共晶區(qū)范圍小于液相線延長(zhǎng)所給的范圍，如圖8-15所示。在二組元熔點(diǎn)接近、共晶點(diǎn)居中的合金系具有對(duì)稱形態(tài)，而在二組元熔點(diǎn)相差較大的合金系，共晶點(diǎn)偏向低熔點(diǎn)一側(cè)，偽共晶區(qū)偏移一邊，圖8-16示出Al-Si系的偽共晶區(qū)范圍。 偽共晶區(qū)對(duì)稱或偏移的原因與二組元相的結(jié)晶速度有關(guān)。二相結(jié)晶速度接近，同時(shí)接近形成偽共晶組織，偽共晶區(qū)具有對(duì)稱形態(tài)。若二相結(jié)晶速度相差很大，則結(jié)晶較快的相成為先共晶的初生相，使偽共晶區(qū)偏移。而二相結(jié)晶速度取決于二相成分和液相成分的差異。與液相成分接近的一相具有較大的結(jié)晶速度，易生成先共晶的初生相，顯然，以低熔點(diǎn)組元為基的相有較大結(jié)晶速度，偽共晶區(qū)偏向高熔點(diǎn)組元一側(cè)，在Al-Si合金中偽共晶區(qū)偏向Si的一側(cè)，使共晶成分過(guò)冷液體先析出α相，至液相平均成分進(jìn)入偽共晶區(qū)，才發(fā)生共晶反應(yīng)，形成偽共晶，因而共晶成分合金在過(guò)冷情況下得到亞共晶合金的組織。  4）相圖實(shí)例  圖8-17所示的是Pb-Sn二元共晶相圖。Pb的熔點(diǎn)為327℃，Sn的熔點(diǎn)為231.9℃。α相為Sn在Pb中的有限固溶體，β相為Pb在Sn中的有限固溶體。aeb為液相線，acedb為固相線，cf是Sn在Pb固溶度曲線，dg是Pb在Sn中的固溶度曲線。 該相圖有3個(gè)單相區(qū)：即液相L、固溶體α和固溶體β。單相區(qū)之間有3個(gè)兩相區(qū)：即L+α、L+β和α+β。在L+α、L+β與α+β兩相區(qū)之間有共晶線ced，是三相平衡線。共晶點(diǎn)成分為Pb：38.1%，Sn：61.9%，共晶溫度為183℃。 共晶點(diǎn)成分的合金Ⅱ冷卻到共晶溫度時(shí)，將發(fā)生共晶反應(yīng)，直到液相Le全部凝固完畢為止。此時(shí)共晶組織中 和 兩個(gè)相的相對(duì)含量可由杠桿定律求得，即 冷卻到室溫后， Pb-Sn共晶合金的顯微組織如圖8-18（a）所示，α和β呈層片狀交替分布，其中黑色為α相，白色的為β相。 w(Sn)=50％的合金Ⅲ屬于亞共晶合金，該合金由液態(tài)緩慢冷卻至1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)始結(jié)晶初晶α相。1～2點(diǎn)溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的緩慢下降，α固溶體的數(shù)量不斷增多，而液相逐漸減少。當(dāng)溫度降至2點(diǎn)即共晶溫度時(shí)，α相和剩余液相的成分分別達(dá)到c點(diǎn)和e點(diǎn)。此時(shí)兩相的含量分別是： 在te溫度下，成分為e的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。忽略共晶組織（αc+βd）析出的次生相，亞共晶合金在室溫時(shí)的組織是α+（α+β）+βⅡ。圖8-18（b）該合金的顯微組織。圖中暗黑色樹(shù)枝狀是初晶α，其中的白色顆粒為βⅡ，黑白相間分布的是共晶組織（α+β）。 w(Sn)＝85％的合金Ⅳ屬于過(guò)共晶合金。其平衡凝固過(guò)程及組織與亞共晶合金類似，所不同的只是初晶為β固溶體而不是α固溶體。其室溫組織由初晶β、次生相αⅡ和共晶體（α+β）所組成。顯微組織如圖8-18（c）所示。 |
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