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不論包晶系還是共晶系合金,在非平衡凝固狀態下,基體相a固溶體均具有枝晶偏析的特征,而枝晶同胞間將出現非平衡的第二相(B)。在常用銅合金中,CuZn、CuSn、CuSi等富銅側均為包晶系合金,而CuA,CuP等富銅側為共晶系合金。

Cu10Zm合金的鑄態組織,該合金為a單相固溶體,枝晶干富銅,枝晶間富鋅。當CuZn合金中鋅含量達30%-32%時,則因非平衡凝固會導致枝晶間出現少量B相(包晶反應所得)。紫銅止水片Cu7A合金及Cu6.55n0.1P合金鑄態組織。從圖2-18(a)可知,平衡態為單相a固溶體的Cu7A合金,在鑄態下,基體為具有枝晶偏析的a固溶體,枝晶間出現非平衡的少量(a+Y2)共析產物。這種共析體是因非平衡結晶時生產了非平衡共晶(a+B),其中的β相再發生共析轉變所致。Cu6.55m0.1P合金在平衡態亦應為單相的a固溶體,但在鑄錠時非平衡凝固的條件下,基體a具有較嚴重的枝晶偏析枝晶間富錫和磷,在一定情況下可能在枝間出現(a+8)共析體及Cu3P化合物(可視為++Cu3P三相低熔共晶)CuAl系合金中,當含鋁量超過7%時會出現β相。在降至一定溫度時,B相會發生共析分解,生成a+y2共析體。含鋁較高的圖2-17Cu-10Zn合金鑄態組織120合金,凝固時亦會首先生成B晶粒,溫度進步降低時,將從B相基體中析出具有魏氏組織特征的a相。




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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。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,該相在x合金中是不存在的。




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