1/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理11/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理21/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理31/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理4表面積小表面積大P118P1011/2/2023金屬凝固原理表面積小表面積大P118P10112/18/2022金屬凝固5共晶中小平面相體積分?jǐn)?shù)與溶解熵A—規(guī)則層片B—規(guī)則棒狀C—非規(guī)則分枝層片D—紊亂層片E—復(fù)雜規(guī)則結(jié)構(gòu)F—準(zhǔn)規(guī)則結(jié)構(gòu)G—非規(guī)則絲狀結(jié)構(gòu)1/2/2023金屬凝固原理共晶中小平面相體積分?jǐn)?shù)與溶解熵12/18/2022金屬凝固原6隨著Pb量的減少，即遠(yuǎn)離共晶成分（26%），共晶將由層片狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻睢Ｒ簿褪钦f共晶中體積分?jǐn)?shù)明顯影響到共晶的組織結(jié)構(gòu)。但是片狀共晶中兩相間的位相關(guān)系要比棒狀共晶中兩相間位相關(guān)系強(qiáng)，因此，片狀共晶中，片狀共晶兩相間界面能可能較低，此時，雖然一相的體積分?jǐn)?shù)小于1/π，也會出現(xiàn)片狀共晶而不是棒狀共晶。但是反過來，一相體積分?jǐn)?shù)大于1/π時，不會出現(xiàn)棒狀共晶情況。1/2/2023金屬凝固原理隨著Pb量的減少，即遠(yuǎn)離共晶成分（26%），7平衡條件下，共晶反應(yīng)只發(fā)生在固定成分合金下，任何偏離這一成分的合金凝固后都不能獲得100%共晶組織。非平衡條件下，具有共晶型的合金，當(dāng)快冷到兩條液相線的延長線所包括的范圍內(nèi)時，即使是非共晶成分的合金，也可以獲得100%的偽共晶組織。圖中陰影部分即為共晶共生區(qū)，共生區(qū)規(guī)定了共晶穩(wěn)定生長的溫度和成分范圍，超過這個范圍，組織將變?yōu)閬喒簿Щ蜻^共晶組織。以共晶成分中心對稱型共生區(qū)，只發(fā)生在共晶中兩相的熔點(diǎn)相近的金屬-金屬體系中。1/2/2023金屬凝固原理平衡條件下，共晶反應(yīng)只發(fā)生在固定成分合金下，任何偏離這一成分8對于金屬-非金屬共晶，其共生區(qū)通常是非對稱的，其相圖上的共晶點(diǎn)靠近金屬組元一方，共晶共生區(qū)偏向非金屬一方。Al-Si及Fe-C合金的共晶共生區(qū)屬于此類?？梢?，即使是共晶成分的合金，在快冷的條件下也是得不到共晶組織的。1/2/2023金屬凝固原理對于金屬-非金屬共晶，其共生區(qū)通常是非對稱的，其相圖上的共晶91/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理10隨著β相長大，在β相附近的液相中有α析出，于是就形成了α相與β相的交替組織。共晶中兩相交替生長并不意味著每一片都要單獨(dú)形核，其長大是靠搭橋方式使得同類相的層片進(jìn)行增殖。這樣就可以由一個晶核長出一個共晶團(tuán)，即共晶晶粒。1/2/2023金屬凝固原理隨著β相長大，在β相附近的液相中有α析出，于是就形成了α相與111/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理121/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理131/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理14α相中間前沿液相富集B原子，而靠近α相邊緣，B原子富集很小，α相與β相交界處，沒有富集，此處液相成分為CE。（P108）固液界面前沿溶質(zhì)濃度不同，造成以共晶平衡溫度TE為基準(zhǔn)的不同的過冷度。即ΔTD為由濃度差帶來的過冷度。ΔTD=TE-TL∞=mL(CE-CL*)式中：mL為液相線斜率，TL∞為具有無窮大曲率半徑的固-液界面上平衡液相線溫度。在α相層片范圍內(nèi)，由于濃度差引起的過冷度ΔTD分布是拋物線型的。在α相和β相交界處，成分仍為CE，則此處濃度差帶來的過冷度ΔTD=01/2/2023金屬凝固原理α相中間前沿液相富集B原子，而靠近α相邊緣，B原子富集很小，15共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間距較?。┯扇苜|(zhì)濃度富集導(dǎo)致平衡凝固溫度從TE變?yōu)門L∞ΔTD為溶質(zhì)濃度富集導(dǎo)致的過冷度。ΔTr為層片曲率導(dǎo)致的過冷度。ΔTr*r=常數(shù)P109P1101/2/2023金屬凝固原理共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間16共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間距較大）若共晶層片間距較大，由于橫向擴(kuò)散距離較長會造成片層中央的液相溶質(zhì)濃度CL*較高。CL*與α相平衡凝固溫度TL∞的交點(diǎn)處的溫度可能低于T*。負(fù)曲率1/2/2023金屬凝固原理共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間17層片規(guī)則共晶情況下，設(shè)α相與液相的接觸部分為半圓柱體，由曲率半徑所引起液相過冷度的改變ΔTr，由下式（由教材14頁式2-21得到）表示：可知ΔTr在α相與β相交界處最大，在α相中間處最小，甚至為負(fù)。這種晶體表面曲率半徑的差別自動的調(diào)整了整個固液界面前沿液體的過冷度，使之完全一致，即為常數(shù)1/2/2023金屬凝固原理層片規(guī)則共晶情況下，設(shè)α相與液相的接觸部分為半圓柱體，由曲率18嚴(yán)格來說式2-21計(jì)算的曲率半徑是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閮H考慮了α相及其平衡的液相這一孤立體系，事實(shí)上在共晶凝固時，在α相和β相交界處是α相、β相、液相三者的平衡狀態(tài)。在平衡條件下有：1/2/2023金屬凝固原理嚴(yán)格來說式2-21計(jì)算的曲率半徑是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閮H考慮了α相191/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理201/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理21即振幅隨x值增加，快速衰減。1/2/2023金屬凝固原理即振幅隨x值增加，快速衰減。12/18/2022金屬凝固原理221/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理231/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理241/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理25片間距過小時，由于相間面積增加，使界面能增大，將自動增大片間距。片間距過大時，層片中間前沿的液相由于擴(kuò)散距離較遠(yuǎn)，富集大量溶質(zhì)原子，從而迫使這里的固液界面曲率半徑出現(xiàn)負(fù)值，形成凹袋，并逐漸向界面的反向延伸，直到這里產(chǎn)生另一相為止。事實(shí)上也就自動調(diào)整了層片間距。1/2/2023金屬凝固原理片間距過小時，由于相間面積增加，使界面能增大，將自動增大片間26金屬-非金屬結(jié)晶時，結(jié)晶形貌不同，是由于非金屬與金屬不同的長大機(jī)制所致。金屬具有粗糙界面，長大是連續(xù)的，而且不具有晶體學(xué)擇優(yōu)取向；而非金屬具有光滑界面，長大沿著某一晶面擇優(yōu)生長。因此金屬-非金屬共晶的固液界面的結(jié)晶形貌不是平直的，而是參差不齊、多角形的。1/2/2023金屬凝固原理金屬-非金屬結(jié)晶時，結(jié)晶形貌不同，是由于非金屬與金屬不同的長271/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理28P120P1201/2/2023金屬凝固原理P120P12012/18/2022金屬凝固原理29試驗(yàn)證明金屬—非金屬共晶是按照合作長大機(jī)制進(jìn)行長大的。其關(guān)鍵在于共晶中非金屬晶體在長大過程中是不斷進(jìn)行分支以改變其長大方向的。1/2/2023金屬凝固原理試驗(yàn)證明金屬—非金屬共晶是按照合作長大機(jī)制進(jìn)行長大的。其關(guān)鍵30非金屬相的層片中心也形成凹袋，使非金屬的層片在固液界面處產(chǎn)生分枝，分枝形成使其與另一層片相向生長，導(dǎo)致溶質(zhì)原子擴(kuò)散距離縮短，溶質(zhì)富集減弱，ΔTe減小，生長溫度提高。層片間距達(dá)到最小值λe。層片相互背離長大時，由于溶質(zhì)原子擴(kuò)散距離的增加，將會在固液界面前沿造成較大的溶質(zhì)富集，導(dǎo)致金屬相的層片中心形成凹袋。溶質(zhì)富集引起的過冷度ΔTe增加，生長溫度減低，層片間距達(dá)到最大值λb。P120-1221/2/2023金屬凝固原理非金屬相的層片中心也形成凹袋，使非金屬的層片在固液界面處產(chǎn)生31穩(wěn)定的共晶生長，共晶層片間距在λb到λe之間變動。特別是分枝困難的共晶，其層片間距平均值是較大的。相對生長的層片，曲率半徑小的，其ΔTr值大，生長溫度降低，生長停止，另一層片繼續(xù)長大，使得層片間距變大。1/2/2023金屬凝固原理穩(wěn)定的共晶生長，共晶層片間距在λb到λe之間變動。特別是分枝321/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理331/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理341/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理35L2與α不潤濕，且其密度大于α與L1的密度1/2/2023金屬凝固原理L2與α不潤濕，且其密度大于α與L1的密度12/18/20236部分潤濕當(dāng)達(dá)到共晶溫度時，L2轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，只是共晶組織中的α相與偏晶反應(yīng)產(chǎn)生的α合并在一起。凝固后的最終組織為在α相的基底上分布著棒狀或纖維狀的β相。1/2/2023金屬凝固原理部分潤濕當(dāng)達(dá)到共晶溫度時，L2轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，只是共晶組織中37不潤濕利用這種方法可以制備α相的單晶，其優(yōu)點(diǎn)是不發(fā)生偏析和成分過冷。半導(dǎo)體HgTe單晶就是如此制取的。液相不能在α相上形核，只能孤立在液相L1中形核θ=180o1/2/2023金屬凝固原理不潤濕利用這種方法可以制備α相的單晶，其優(yōu)點(diǎn)是不發(fā)生偏析和成38液相L2被α相包圍，而排出的B原子繼續(xù)供給L2，從而使L2在生長方向拉長，使生長進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，低于偏晶溫度，從L2中將析出α相，這些α相沉積到原有的α相上，使得L2變細(xì)。到達(dá)TE，最后剩余L2發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。P1241/2/2023金屬凝固原理液相L2被α相包圍，而排出的B原子繼續(xù)供給L2，從而使L2在39完全潤濕α只能斷續(xù)在L1-L2界面上形成，其最終組織是α相與β相的交替分層組織。θ=0o1/2/2023金屬凝固原理完全潤濕α只能斷續(xù)在L1-L2界面上形成，其最終組織是α相與401/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理411/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理42Cu-Sn平衡相圖1/2/2023金屬凝固原理Cu-Sn平衡相圖12/18/2022金屬凝固原理431/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理44G/R值足夠高，可以獲得α+ε復(fù)合材料1/2/2023金屬凝固原理G/R值足夠高，可以獲得α+ε復(fù)合材料12/18/2022金45P1271/2/2023金屬凝固原理P12712/18/2022金屬凝固原理461/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理471/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理481/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理491/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理501/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理51表面積小表面積大P118P1011/2/2023金屬凝固原理表面積小表面積大P118P10112/18/2022金屬凝固52共晶中小平面相體積分?jǐn)?shù)與溶解熵A—規(guī)則層片B—規(guī)則棒狀C—非規(guī)則分枝層片D—紊亂層片E—復(fù)雜規(guī)則結(jié)構(gòu)F—準(zhǔn)規(guī)則結(jié)構(gòu)G—非規(guī)則絲狀結(jié)構(gòu)1/2/2023金屬凝固原理共晶中小平面相體積分?jǐn)?shù)與溶解熵12/18/2022金屬凝固原53隨著Pb量的減少，即遠(yuǎn)離共晶成分（26%），共晶將由層片狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘魻?。也就是說共晶中體積分?jǐn)?shù)明顯影響到共晶的組織結(jié)構(gòu)。但是片狀共晶中兩相間的位相關(guān)系要比棒狀共晶中兩相間位相關(guān)系強(qiáng)，因此，片狀共晶中，片狀共晶兩相間界面能可能較低，此時，雖然一相的體積分?jǐn)?shù)小于1/π，也會出現(xiàn)片狀共晶而不是棒狀共晶。但是反過來，一相體積分?jǐn)?shù)大于1/π時，不會出現(xiàn)棒狀共晶情況。1/2/2023金屬凝固原理隨著Pb量的減少，即遠(yuǎn)離共晶成分（26%），54平衡條件下，共晶反應(yīng)只發(fā)生在固定成分合金下，任何偏離這一成分的合金凝固后都不能獲得100%共晶組織。非平衡條件下，具有共晶型的合金，當(dāng)快冷到兩條液相線的延長線所包括的范圍內(nèi)時，即使是非共晶成分的合金，也可以獲得100%的偽共晶組織。圖中陰影部分即為共晶共生區(qū)，共生區(qū)規(guī)定了共晶穩(wěn)定生長的溫度和成分范圍，超過這個范圍，組織將變?yōu)閬喒簿Щ蜻^共晶組織。以共晶成分中心對稱型共生區(qū)，只發(fā)生在共晶中兩相的熔點(diǎn)相近的金屬-金屬體系中。1/2/2023金屬凝固原理平衡條件下，共晶反應(yīng)只發(fā)生在固定成分合金下，任何偏離這一成分55對于金屬-非金屬共晶，其共生區(qū)通常是非對稱的，其相圖上的共晶點(diǎn)靠近金屬組元一方，共晶共生區(qū)偏向非金屬一方。Al-Si及Fe-C合金的共晶共生區(qū)屬于此類?？梢姡词故枪簿С煞值暮辖?，在快冷的條件下也是得不到共晶組織的。1/2/2023金屬凝固原理對于金屬-非金屬共晶，其共生區(qū)通常是非對稱的，其相圖上的共晶561/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理57隨著β相長大，在β相附近的液相中有α析出，于是就形成了α相與β相的交替組織。共晶中兩相交替生長并不意味著每一片都要單獨(dú)形核，其長大是靠搭橋方式使得同類相的層片進(jìn)行增殖。這樣就可以由一個晶核長出一個共晶團(tuán)，即共晶晶粒。1/2/2023金屬凝固原理隨著β相長大，在β相附近的液相中有α析出，于是就形成了α相與581/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理591/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理601/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理61α相中間前沿液相富集B原子，而靠近α相邊緣，B原子富集很小，α相與β相交界處，沒有富集，此處液相成分為CE。（P108）固液界面前沿溶質(zhì)濃度不同，造成以共晶平衡溫度TE為基準(zhǔn)的不同的過冷度。即ΔTD為由濃度差帶來的過冷度。ΔTD=TE-TL∞=mL(CE-CL*)式中：mL為液相線斜率，TL∞為具有無窮大曲率半徑的固-液界面上平衡液相線溫度。在α相層片范圍內(nèi)，由于濃度差引起的過冷度ΔTD分布是拋物線型的。在α相和β相交界處，成分仍為CE，則此處濃度差帶來的過冷度ΔTD=01/2/2023金屬凝固原理α相中間前沿液相富集B原子，而靠近α相邊緣，B原子富集很小，62共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間距較?。┯扇苜|(zhì)濃度富集導(dǎo)致平衡凝固溫度從TE變?yōu)門L∞ΔTD為溶質(zhì)濃度富集導(dǎo)致的過冷度。ΔTr為層片曲率導(dǎo)致的過冷度。ΔTr*r=常數(shù)P109P1101/2/2023金屬凝固原理共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間63共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間距較大）若共晶層片間距較大，由于橫向擴(kuò)散距離較長會造成片層中央的液相溶質(zhì)濃度CL*較高。CL*與α相平衡凝固溫度TL∞的交點(diǎn)處的溫度可能低于T*。負(fù)曲率1/2/2023金屬凝固原理共晶生長時固-液界面前沿成分變化及層片各處的曲率半徑（層片間64層片規(guī)則共晶情況下，設(shè)α相與液相的接觸部分為半圓柱體，由曲率半徑所引起液相過冷度的改變ΔTr，由下式（由教材14頁式2-21得到）表示：可知ΔTr在α相與β相交界處最大，在α相中間處最小，甚至為負(fù)。這種晶體表面曲率半徑的差別自動的調(diào)整了整個固液界面前沿液體的過冷度，使之完全一致，即為常數(shù)1/2/2023金屬凝固原理層片規(guī)則共晶情況下，設(shè)α相與液相的接觸部分為半圓柱體，由曲率65嚴(yán)格來說式2-21計(jì)算的曲率半徑是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閮H考慮了α相及其平衡的液相這一孤立體系，事實(shí)上在共晶凝固時，在α相和β相交界處是α相、β相、液相三者的平衡狀態(tài)。在平衡條件下有：1/2/2023金屬凝固原理嚴(yán)格來說式2-21計(jì)算的曲率半徑是不準(zhǔn)確的，因?yàn)閮H考慮了α相661/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理671/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理68即振幅隨x值增加，快速衰減。1/2/2023金屬凝固原理即振幅隨x值增加，快速衰減。12/18/2022金屬凝固原理691/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理701/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理711/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理72片間距過小時，由于相間面積增加，使界面能增大，將自動增大片間距。片間距過大時，層片中間前沿的液相由于擴(kuò)散距離較遠(yuǎn)，富集大量溶質(zhì)原子，從而迫使這里的固液界面曲率半徑出現(xiàn)負(fù)值，形成凹袋，并逐漸向界面的反向延伸，直到這里產(chǎn)生另一相為止。事實(shí)上也就自動調(diào)整了層片間距。1/2/2023金屬凝固原理片間距過小時，由于相間面積增加，使界面能增大，將自動增大片間73金屬-非金屬結(jié)晶時，結(jié)晶形貌不同，是由于非金屬與金屬不同的長大機(jī)制所致。金屬具有粗糙界面，長大是連續(xù)的，而且不具有晶體學(xué)擇優(yōu)取向；而非金屬具有光滑界面，長大沿著某一晶面擇優(yōu)生長。因此金屬-非金屬共晶的固液界面的結(jié)晶形貌不是平直的，而是參差不齊、多角形的。1/2/2023金屬凝固原理金屬-非金屬結(jié)晶時，結(jié)晶形貌不同，是由于非金屬與金屬不同的長741/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理75P120P1201/2/2023金屬凝固原理P120P12012/18/2022金屬凝固原理76試驗(yàn)證明金屬—非金屬共晶是按照合作長大機(jī)制進(jìn)行長大的。其關(guān)鍵在于共晶中非金屬晶體在長大過程中是不斷進(jìn)行分支以改變其長大方向的。1/2/2023金屬凝固原理試驗(yàn)證明金屬—非金屬共晶是按照合作長大機(jī)制進(jìn)行長大的。其關(guān)鍵77非金屬相的層片中心也形成凹袋，使非金屬的層片在固液界面處產(chǎn)生分枝，分枝形成使其與另一層片相向生長，導(dǎo)致溶質(zhì)原子擴(kuò)散距離縮短，溶質(zhì)富集減弱，ΔTe減小，生長溫度提高。層片間距達(dá)到最小值λe。層片相互背離長大時，由于溶質(zhì)原子擴(kuò)散距離的增加，將會在固液界面前沿造成較大的溶質(zhì)富集，導(dǎo)致金屬相的層片中心形成凹袋。溶質(zhì)富集引起的過冷度ΔTe增加，生長溫度減低，層片間距達(dá)到最大值λb。P120-1221/2/2023金屬凝固原理非金屬相的層片中心也形成凹袋，使非金屬的層片在固液界面處產(chǎn)生78穩(wěn)定的共晶生長，共晶層片間距在λb到λe之間變動。特別是分枝困難的共晶，其層片間距平均值是較大的。相對生長的層片，曲率半徑小的，其ΔTr值大，生長溫度降低，生長停止，另一層片繼續(xù)長大，使得層片間距變大。1/2/2023金屬凝固原理穩(wěn)定的共晶生長，共晶層片間距在λb到λe之間變動。特別是分枝791/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理801/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理811/2/2023金屬凝固原理12/18/2022金屬凝固原理82