材料成型原理PPT课件3.6多相合金结晶包晶和偏晶.ppt

大连理工大学材料学院本科生课程大连理工大学材料学院本科生课程材料成形原理材料成形原理 ——液态成形原理液态成形原理主讲教师：姚曼主讲教师：姚曼 教授教授大连理工大学大连理工大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院3 凝固的结晶学基础凝固的结晶学基础Fundamentals of Crystalization3 Fundamentals of Crystalization3.1 经典形核理论经典形核理论 3.2 固固-液界面结构液界面结构3.3 晶体生长晶体生长3.4 凝固过程溶质的分配凝固过程溶质的分配3.5 固固-液界面的稳定性液界面的稳定性3.5 多相合金的结晶多相合金的结晶3.6 多相合金的结晶多相合金的结晶共晶共晶 Eutectic L+ 包晶包晶 Peritectic L + 偏晶偏晶 Monotectic L1+ L23.6.2 包晶结晶包晶结晶 Peritectic Solidification•包晶凝固包晶凝固: L+β→α •存在二元包晶反应的合金：如存在二元包晶反应的合金：如:– Fe-C，，Fe-Ni，，Fe-Cr-Ni；；– Ni-Al，，Cu-Fe，，Ti-Al轻工程材料；轻工程材料；– Nd-Fe-B ，，Re永磁材料；永磁材料；– Tb-Dy-Fe Re 超磁致伸缩材料超磁致伸缩材料;– Re-Ba-Cu-O高温超导材料高温超导材料.平衡包晶结晶过程平衡包晶结晶过程非平衡结晶过程非平衡结晶过程•平衡难以实现：平衡难以实现：是扩散控是扩散控 制相变，制相变，动力是动力是 相两界面相两界面 的浓度梯度（的浓度梯度（Cb-Cc））/δ，， 生长速度随生长速度随δ增大越来越慢；增大越来越慢；•  上形成上形成 相后，相后，   向向 内生长内生长是有限的，是有限的，  将从将从L直接结晶。

直接结晶• 初晶残枝在凝固完成后还存初晶残枝在凝固完成后还存在铝黄铜铝黄铜ZCuZn24Al5Fe2Mn2的凝固过程的凝固过程p99案例案例3.38实验条件：实验条件：材料：材料：69~69.55%Cu，，5~5.5%Al，，2.1~2.64%Mn，， 2~2.8%Fe，，Zn余量，平均余量，平均Zn当量当量44.6%方法：热分析法、液淬法方法：热分析法、液淬法 所有试样加热至所有试样加热至1210°C，随炉降温到指定温度，，随炉降温到指定温度，压力下（气枪法压力下（气枪法 ）喷入冰盐水中激冷喷入冰盐水中激冷ZH67-5-2-2, Feγ, SEMT q=1200º C热分析法确定凝固热分析法确定凝固温度范围为温度范围为939~966°C ZH67-5-2-2, Fe γ,能谱能谱,点扫描点扫描ZH67-5-2-2, R=12.5ºC/min, X425, Tq=1040-1050ºC, Fe γ = 3-27μm,发生包晶反应发生包晶反应 Fe γ +L→ β R=21-24ºC/min, Tq=939-966ºC, Fe=11-84μm, 640XR=21-24ºC/min, Tq=939-966ºC, Fe=11-84μm, 640X发生包晶反应发生包晶反应 Fe γ +L→ β ZH67-5-2-2 残留富铁相残留富铁相Tq=840-850ºC β →α+ β 粒化现象粒化现象•许多包晶合金系中，许多包晶合金系中， 和和 相之间存在良相之间存在良好的界面共格对应关系。

好的界面共格对应关系在一个在一个 枝晶上枝晶上可能长出几个可能长出几个 相晶核，相晶核，各晶核在生长过各晶核在生长过程位向偏移和界面溶质富集，最终程位向偏移和界面溶质富集，最终好象好象 把原把原 枝晶分成几个部分，这种现象称为枝晶分成几个部分，这种现象称为粒化粒化  3.6.3 偏晶结晶偏晶结晶 Monotectic Solidification• L1→ α+ L2 液相液相L1在一定的温度分解为固在一定的温度分解为固相相α和另一种液相和另一种液相L2 •偏晶点、偏晶反应温度水平线偏晶点、偏晶反应温度水平线•在二元相图中的特点是存在一在二元相图中的特点是存在一个两液相不混溶区（个两液相不混溶区（miscibility gap），区内两种不同成分液相），区内两种不同成分液相平衡共存，被称为平衡共存，被称为难混溶难混溶（（immiscible）合金）合金Al-In偏晶合金的单向凝固组织偏晶合金的单向凝固组织p102案例案例3.41实验方法：实验方法：•定向凝固、液淬（熔炼过程定向凝固、液淬（熔炼过程Ar气保护）气保护）偏晶点：偏晶点：17.5wt.%In 偏晶温度：偏晶温度：639ºC R=25μm/sR=2.5μm/sR=2.5μm/sR=25μm/sR=2.5μm/sL1：：17.5wt.%In α: Al相（白色）相（白色）L2：：In相（黑色）相（黑色） Al-Pb偏晶合金微观结构偏晶合金微观结构p103案例案例3.42实验方法实验方法：在离心力作用下液滴甩：在离心力作用下液滴甩入水中冷却，制备颗粒试样，研入水中冷却，制备颗粒试样，研究冷却速度的影响。

究冷却速度的影响偏晶点：偏晶点：1.52wt.%Pb偏晶温度：偏晶温度：932ºC 重力偏析问题重力偏析问题颗粒直径颗粒直径d=1.1mm的试样的冷却速的试样的冷却速度比度比4.1mm的大的大10倍以上随冷却倍以上随冷却速度加大，组织细化，没有明显的速度加大，组织细化，没有明显的Pb重力偏析重力偏析L1：：1.52wt.%Pb(富Al相)α: Al相（白色）相（白色）L2：富：富Pb相（黑色）相（黑色）•End of Chapter 3。