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紫銅止水片凝固現象和組織
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。實際上,當鑄錠時冷卻強度足夠大或鑄錠尺寸較小的情況下,整個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。從顯組織觀察可知,晶粒內部無明顯特征,晶界較細,與一般單相合金的平衡結晶組織無異。2.單相銅合金的鑄錠組織特征
銅合金的凝固過程為非平衡過程,所以其鑄錠組織一般偏離平衡態。下面以勻晶、包晶及共晶二元系合金為例說明。
勻晶系相圖及某合金凝固時可能的非平衡固相線軌跡。
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為L2。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。但實際上,固態的擴散速率遠小于液態的擴散速率,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,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(結晶)導致的晶粒內成分不均勻的現象稱晶內偏析或枝晶偏析。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。
