与规则共晶生长相关的问题规则共晶

2017/11/21,1,（2）棒状共晶 规则共晶以棒状还是层状生长是由两个组成相的界面能决定的，符合界面能最小原理。假定共晶组织中两个组成相的界面能是各向同性的，且两相均以非小平面相（粗糙界面）生长时，则当某一相的体积分数小于1时，该相以棒状生长。例如Cr-Cu、Al-Zn等共晶中就有呈棒状的倾向。 各向同性粗糙界面vf1/ 在棒状共晶生长过程中，圆棒状相按图2-41所示的六边形分布。,目录,2017/11/21,2,图2-41 棒状共晶生长过程的横截面图,目录,2017/11/21,3,设棒状相为相，则相的晶界为正六边形。可用与该六边形等面积的圆的半径r取代层状共晶中的间距作为共晶组织的特征尺寸。参照层状共晶生长模型的分析方法，通过求解凝固界面前的溶质浓度场方程和过冷度分析获得捧状共晶凝固的理论模型。其中浓度场解析解的形式与层状共晶相似，只是Fourier级数将被Bessel函数取代，最终得到过冷度T、凝固速率R及片间距r之间的关系为 (2-99),目录,2017/11/21,4,按照过冷度最小原理求得 (2-100)式（2-99）和（2-100）中，Ab、Bb、K 是由共晶组成相的物理性质决定的常数，其中K = Bb/Ab .（3）第三组元对共晶组织的影响 在二元共晶合金结晶过程中，由于溶质的横向扩散比较容易，使得界面前沿的溶质富集层很薄（只相当于一个层片的厚度），它远小于单相合金结晶过程中的界面富集层 。,目录,2017/11/21,5,但当二元共晶合金中有第三组元存在时，溶质富集将会明显地增强，从而扩大界面前沿的成分过冷区。如果第三组元对共晶体的两个组成相的分配系数相差悬殊，则第三组元可能仅引起其中的一个组成相产生特别大的成分过冷。这时，产生成分过冷相的层片在生长过程中将会超过另一相层片的界面而独自伸入液相中，并通过搭桥作用将落后的一相分隔成筛网状，并最终使落后的一相成为棒状组织。,目录,2017/11/21,6,（4）共生区 在共晶成分左右一定区间内的合金可能形成共晶组织，而在该区间以外的合金将首先形成枝晶，随后在枝晶间形成共晶。共晶生长的扩展区间与温度梯度和生长速率有关，其边界可由枝晶或胞晶与共晶竞争生长条件来确定。一般认为仅当枝晶或胞晶生长尖端的温度高于共晶生长温度时才会形成枝晶或胞晶，实用的判据是共晶生长速率。,目录,2017/11/21,7,枝晶生长的尖端过冷度Tt与凝固速率R及温度梯度GL的关系为 （2-101）式中TL 合金的液相线温度； Tt 枝晶尖端温度； R 凝固速率； B0 常数。共晶生长的过冷度为 （2-102）式中 TE 平衡共晶温度； Ta 共晶界面实际生长温度； A0 常数。,目录,2017/11/21,8,令TaTt，则可得出共晶生长区与相枝晶生长区的边界（用C表示）与凝固速率R的关系为 式中，m 相析出时的液相线斜率； DL 液相溶质扩散系数； CEB 共晶成分的合金中B组元的质量分数； C0B 实际合金中B组元的质量分数； GL 温度梯度。,目录,2017/11/21,9,用同样方法可以确定出共晶生长区与相区的边界。由于生长速率通过式（2-102）或2-101）与过冷度相关，因此共晶生长区与生长速率的关系可转换为与过冷度的关系，并可在相图中表示出来，如图2-42所示。这一共晶生长区称为共生区。,2017/11/21,10,图2-42 共晶共生区,目录,2017/11/21,11,3）非规则共晶生长 不规则共晶组织一般由金属-非金属（或亚金属）相组成。两组成相的各自性质差别较大。金属相的界面微观结构往往是非小平面型（粗糙界面），这种界面以连续生长机制生长，界面各向同性，动态过冷度小，生长速率大。,2017/11/21,12,而非金属相的界面微观结构往往是小平面型（光滑界面），这种界面以台阶方式生长，界面有鲜明的晶体学特性，动态过冷度大而生长速率小。小平面型可以有多种台阶生长机制，因此即使是同一种合金，由于生长条件不同而可能生成形态不同和性能各异的多种组织。这种不规则共晶的典型代表有Fe-C和A1-Si合金等。,2017/11/21,13,不规则共晶的共生原理与规则共晶的共生原理相同的。物理性质上的重大差别，而使组成相的形态与分布发生若干不规则的变化。 在不规则共晶组织中，领先相往往是非金属相，它的共生区一般都向着非金属组元的一边偏移。 当第二相析出时只能先在领先相周围形成“晕圈”，而不能立即实现其共生过程。,2017/11/21,14,倘若“晕圈”是不封闭的，则随着“晕圈”（第二相）的生长而向液相排出非金属溶质，使液相中的非金属溶质浓度升高，这样就可以使两相回到共生区内进行共生生长。但是，这种共生生长与规则共晶不同。在规则共晶的共生生长中，两相的固液界面是平衡且等温的，两相齐头并进，相辅相成，宏观界面是整齐的。而不规则的共晶共生生长，其固液界面是不平衡且不等温的，宏观界面参差不齐，具有各向异性的特点。,2017/11/21,15,在不规则共晶生长时，非金属相只能依靠界面上的台阶来生长，因此不容易蔓延和分叉，生长方向受到晶体学的制约。由于不规则共晶中非金属相的分叉比较困难，使得平均相间距要比规则共晶大得多，而且分布形态很不规则，如图2-43所示。,2017/11/21,16,图2-43 非规则共晶生长,目录,2017/11/21,17,因此，非规则共晶在以下几个方面不同于规则共晶： 1）凝固界面在生长过程中是各向异性的。 2）非规则共晶具有大的生长过冷度，并且共晶间距远大于规则共晶，共晶间距常远离最小过冷度原理确定的极值点。 3）非规则共晶的间距除与生长速率相关外，还依赖于温度梯度。,2017/11/21,18,4）由于大的生长过冷度，在生长界面前的液相中可能形成新的共晶晶核。 5）添加少量第三组元可对共晶组织产生非常大的影响。 6）随生长速率的增大，小平面相的生长特性将