臺灣止水銅片 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。臺灣止水銅片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。從顯微組織觀察可知,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微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合金鑄造后的顯微組織,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合金鑄造顯微金冷至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。