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3.鑄態(tài)銅合金的性能特征
由于鑄態(tài)銅合金組織偏離平衡態(tài),因此其性能表現(xiàn)如下特征。
①若枝晶偏析使組織中出現(xiàn)非平衡脆性相[如 Cu-Sn-P合金中出現(xiàn)的非平衡(a+8)共析體及Cu3P相],則合金塑性降低明顯,特別是枝晶網(wǎng)胞間生成連續(xù)的粗大脆性化合物。
②枝晶芯部與同胞間化學成分不同,可形成濃度差電池,降低材料的電化學腐蝕抗網(wǎng)狀殼層時,合金塑性將急劇下降。
③鑄錠加工變形時,具有不同化學成分的各顯區(qū)域拉長并形成帶狀組織,導致材料力。當出現(xiàn)非平衡第二相時一般亦降低抗蝕性。各向異性以及增加晶間斷裂的傾向(如層狀斷口)。
④固相線溫度下移,使工藝過程的一些參數(shù)難以掌握,如熱變形前的加熱溫度不能超過因非平衡凝固固相線下移導致的 固相點溫度,以免造成過燒現(xiàn)象。



合金過冷至T1溫度時開始凝固,首先析出的固相成分為a1,液相成分則為L1。繼續(xù)冷至T2紫銅止水片溫度時,析出的固相成分應為a2,與之平衡的液相成分改變?yōu)長2。a2將覆蓋在先析出的a1上,若能達到平衡條件,a1的成分也會逐漸改變成a2,以達到T2紫銅止水片下的平衡態(tài)。但實際上,固態(tài)的擴散速率遠小于液態(tài)的擴散速率,當剩余液相的成分均勻達到L2時,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,當溫度降至T3及T4時,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,非平衡固相線相對于平衡固相線的偏離與凝固時的冷卻速率有關(guān),冷卻速率愈大,偏離愈大。




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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就會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。一包晶系相圖和某合金凝固時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,固相點溫度應為T3,凝固完畢應為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,剩余的液相L4將與部分固相a4發(fā)生包晶反應,即a4+L4→B,完成 的凝固過程,因此該合金的 凝固溫度為T4,并產(chǎn)生了一種通過包晶反應而得到的新相B。此種B相為非平衡相,因為按平衡態(tài),該相在x合金中是不存在的。




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