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合金過(guò)冷至T1溫度時(shí)開(kāi)始凝固,首先析出的固相成分為a1,液相成分則為L(zhǎng)1。繼續(xù)冷至T2紫銅止水片溫度時(shí),析出的固相成分應(yīng)為a2,與之平衡的液相成分改變?yōu)長(zhǎng)2。a2將覆蓋在先析出的a1上,若能達(dá)到平衡條件,a1的成分也會(huì)逐漸改變成a2,以達(dá)到T2紫銅止水片下的平衡態(tài)。但實(shí)際上,固態(tài)的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于液態(tài)的擴(kuò)散速率,當(dāng)剩余液相的成分均勻達(dá)到L2時(shí),固相a中的成分仍為不均勻的,它們的平均成分可用a2表示。顯然,a2中的B原子濃度小于a2中B原子濃度。同理,當(dāng)溫度降至T3及T4時(shí),其a相的平均成分可用表示a3及a4。在此圖中a4即表示x合金的成分。說(shuō)明x合金在非平衡凝固的條件下T4溫度下凝固完畢,較之平衡凝固的固相點(diǎn)溫度降低了T3-T4。a1-a4表示的線稱非平衡的固相線,非平衡固相線相對(duì)于平衡固相線的偏離與凝固時(shí)的冷卻速率有關(guān),冷卻速率愈大,偏離愈大。

由于先后凝固的固相在成分上的差異,不同成分固相受侵蝕程度將不同,因而在我們觀察合金的顯組織時(shí)就會(huì)觀察到典型的枝晶組織,枝晶臂的成分與枝晶同胞間的成分(B組元含量高)不同,因而顯示出不同的顏色。這種因非平衡凝固(結(jié)晶)導(dǎo)致的晶粒內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱晶內(nèi)偏析或枝晶偏析。紫銅止水片Cu-Ni合金鑄造后的顯組織,白色枝干含鎳較高,周圍黑色部分含銅較高,但均為銅鎳a固溶體。



紫銅止水片凝固現(xiàn)象和組織
1.純銅的鑄錠組
從低倍組織可知,鑄錠邊部為柱狀晶,中部則為較粗的等軸晶。實(shí)際上,當(dāng)鑄錠時(shí)冷卻強(qiáng)度足夠大或鑄錠尺寸較小的情況下,整個(gè)鑄錠可能全由柱狀晶組成。紫銅止水片其他銅合金的低倍組織均具有與此相同的特點(diǎn)。從顯組織觀察可知,晶粒內(nèi)部無(wú)明顯特征,晶界較細(xì),與一般單相合金的平衡結(jié)晶組織無(wú)異。

2.單相銅合金的鑄錠組織特征
銅合金的凝固過(guò)程為非平衡過(guò)程,所以其鑄錠組織一般偏離平衡態(tài)。下面以勻晶、包晶及共晶二元系合金為例說(shuō)明。
勻晶系相圖及某合金凝固時(shí)可能的非平衡固相線軌跡。
    




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一包晶系相圖和某合金凝固時(shí)可能的非平衡固相線軌跡。與勻晶系合金類似,a1-a4表示x合金凝固時(shí)固相(a)平均成分的走向,即非平衡固相線。x合金按平衡態(tài)凝固時(shí),固相點(diǎn)溫度應(yīng)為T3,凝固完畢應(yīng)為a單相固溶體晶粒。但在非平衡凝固的情況下,x合紫銅止水片Cu30Ni合金鑄造顯金冷至T4溫度時(shí),剩余的液相L4將與部分固相a4發(fā)生包晶反應(yīng),即a4+L4→B,完成 的凝固過(guò)程,因此該合金的 凝固溫度為T4,并產(chǎn)生了一種通過(guò)包晶反應(yīng)而得到的新相B。此種B相為非平衡相,因?yàn)榘雌胶鈶B(tài),該相在x合金中是不存在的。一共晶系相圖和某合金凝固時(shí)可能的非平衡固相線軌跡。x合金凝固過(guò)程與上面兩個(gè)系列合金類似,a1-a表示x合金凝固時(shí)固相平均成分的走向。按平衡態(tài)凝固x合金的固相點(diǎn)溫度將為T3,凝固后合金組織為a單相固溶體晶粒。但在實(shí)際的非平衡凝固條件下,紫銅止水片在T溫度時(shí),剩余液相(L。)將發(fā)生共晶反應(yīng)即L?！鷄+,生成平衡態(tài)下不存在的非平衡共晶。




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