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一包晶系相图和某合金凝固时可能的非平衡固相线轨迹。与匀晶系合金类似,a1-a4表示x合金凝固时固相(a)平均成分的走向,即非平衡固相线。x合金按平衡态凝固时,固相点温度应为T3,凝固完毕应为a单相
固溶体晶粒。但在非平衡凝固的情况下,x合紫铜止水片Cu30Ni合金铸造显金冷至T4温度时,剩余的液相L4将与部分固相a4发生包晶反应,即a4+L4→B,完成 的凝固过程,因此该合金的 凝固温度为T4,并产生了一种通过包晶反应而得到的新相B。此种B相为非平衡相,因为按平衡态,该相在x合金中是不存在的。一共晶系相图和某合金凝固时可能的非平衡固相线轨迹。x合金凝固过程与上面两个系列合金类似,a1-a表示x合金凝固时固相平均成分的走向。按平衡态凝固x合金的固相点温度将为T3,凝固后合金组织为a单相固溶体晶粒。但在实际的非平衡凝固条件下,紫铜止水片在T温度时,剩余液相(L。)将发生共晶反应即L。→a+,生成平衡态下不存在的非平衡共晶。

 

合金过冷至T1温度时开始凝固,首先析出的固相成分为a1,液相成分则为L1。继续冷至T2紫铜止水片温度时,析出的固相成分应为a2,与之平衡的液相成分改变为L2。a2将覆盖在先析出的a1上,若能达到平衡条件,a1的成分也会逐渐改变成a2,以达到T2紫铜止水片下的平衡态。但实际上,固态的扩散速率远小于液态的扩散速率,当剩余液相的成分均匀达到L2时,固相a中的成分仍为不均匀的,它们的平均成分可用a2表示。显然,a2中的B原子浓度小于a2中B原子浓度。同理,当温度降至T3及T4时,其a相的平均成分可用表示a3及a4。在此图中a4即表示x合金的成分。说明x合金在非平衡凝固的条件下T4温度下凝固完毕,较之平衡凝固的固相点温度降低了T3-T4。a1-a4表示的线称非平衡的固相线,非平衡固相线相对于平衡固相线的偏离与凝固时的冷却速率有关,冷却速率愈大,偏离愈大。

由于先后凝固的固相在成分上的差异,不同成分固相受侵蚀程度将不同,因而在我们观察合金的显组织时就会观察到典型的枝晶组织,枝晶臂的成分与枝晶同胞间的成分(B组元含量高)不同,因而显示出不同的颜色。这种因非平衡凝固(结晶)导致的晶粒内成分不均匀的现象称晶内偏析或枝晶偏析。紫铜止水片Cu-Ni合金铸造后的显组织,白色枝干含镍较高,周围黑色部分含铜较高,但均为铜镍a固溶体。