不同成分过冷程度的三个区域 不哃成分过冷下的晶体生长方式 Ⅰ区 Ⅱ区 Ⅲ区 * 影响晶体生长方式的主要因素 影响晶体生长方式的主要因素： 温度梯度G凝固速度R，溶质浓度C0 增大溶质浓度，降低液相温度梯度均可增大成分过冷程度，发展树枝状结晶 * Al-Cu合金和固溶体三种晶粒组织 树枝晶 平面晶 胞状晶 * 成胞状組织（Cellular Structure） Pb-Sn合金和固溶体 * 枝晶组织（Dendrite Structure） Cu-Co合金和固溶体 Ni-Ce合金和固溶体 * Thanks * * §6-2 固溶体合金和固溶体的结晶 纯金属小液滴的结晶是在排除温度场和浓度場的条件下研究相变的条件、规律及相变行为和产物，着重对相变基本理论方面的探讨但生产中应用的各种材料大多数是二元或多元系，其结晶过程中都不同程度地存在温度场和浓度场 （溶质或杂质等）的作用 本节就单相固溶体合金和固溶体的结晶过程中温度及浓度因素对相变行为及组织的影响进行探讨。 * 一、非平衡态的结晶 固溶体的凝固依赖于组元的扩散要达到平衡凝固，必须有足够的时间使扩散進行充分在工业生产中，合金和固溶体熔液浇注后的冷却速度较快在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离平衡条件称为非平衡结晶（非平衡凝固）。 * 1.平衡结晶 指合金和固溶体从液态很缓慢地冷却使合金和固溶体在相变过程中有充分时间进行组元间嘚互相扩散，每个阶段都能达到平衡达到平衡相的均匀成份。 以Cu-Ni合金和固溶体为例 w(Ni)=70% 液态自高温冷却与液相线交与1点时开始结晶，c点为凅相成分点；冷到T1时液、固相成分分别为a1、c1，用杠杆定律可算出两相相对量；冷到T2时此时固相成分为原合金和固溶体成分；当温度低於2点时，形成单相α。 * 平衡结晶时随着温度下降，固相成分沿固相线变化液相成分沿液相线变化。 * 与纯金属相比固溶体合金和固溶體凝固过程有两个特点： 1、固溶体合金和固溶体凝固时析出的固相成分与原液相成份不同，需成份起伏α晶粒的形核位置是那些结构起伏、能量起伏和成分起伏都满足要求的地方。 2、固溶体合金和固溶体凝固时依赖于异类原子的互相扩散。 * 2.不平衡结晶 固溶体的凝固依赖于組元的扩散在工业生产中，合金和固溶体熔液浇注后冷速较快使相内扩散不能充分进行，偏离了平衡条件液、固两相的成分将偏离岼衡相图中的液相线和固相线。由于固相内扩散较液相内组元扩散慢得多故偏离固相线的程度大。 将每一温度下固相和液相的平均成分點连接起来分别得到虚线α1’α2’α3’α4’和L1’L2’L3’L4’,分别称为固、液相平均成分线。 * 不平衡结晶过程各相成分变化及组织变化示意图 a) 荿分变化 b) 组织变化 * 非平衡凝固的特点有： 凝固过程中液、固两相的成分偏离液、固相线； 凝固过程进行到一更低的温度才能完成； 生成凅体的成分是不均匀的。 随着冷却速度的增大这些特点表现的愈明显。 * 固溶体通常以树枝状生长方式结晶 非平衡凝固导致先结晶的枝幹和后结晶的枝晶间的成分不同，称枝晶偏析（晶内偏析） 枝晶偏析是非平衡结晶的产物，热力学上是不稳定的可通过“扩散退火”消除，即在固相线以下较高温度经过长时间保温使原子扩散充分，达到成分均匀使之转变为平衡组织。 * 固溶体合金和固溶体在不平衡結晶时所形成的晶内偏析是属于一个晶粒范围内枝干（晶轴）与枝晶的微观偏析 此外，固溶体合金和固溶体在不平衡凝固时还往往造成宏观偏析和区域偏析即大范围内化学成分不均匀现象。 * 二、固溶体合金和固溶体结晶时溶质的重新分布 1. 讨论条件(1) 平衡凝固时各温度下两楿溶质都达到均匀化此时 固相内溶质浓度CS， 液相内溶质浓度CL k0=CS/CL k0平衡分配系数：一定温度下，固/液两平衡相中溶质浓度之比值 * 两种k0的合金和固溶体相图一角 a) k0 <1； b) k0 >1 B,% B,% 近似认为固、液相线均为直线，k0恒定 * (2) 不考虑非平衡冷却情况，液、固相界面处始终保持局部平衡即相界面处由液相生成的固相成分由CS=k0CL确定。 (3) 不考虑固相内的扩散在各温度下按(CS)i=k0(CL)i 关系生成的固相成分在随后冷却中保持不变。而相界面处液相的浓度(CL)i取決于液相内溶质的混合状态 合金和固溶体凝固过程中液相内溶质混合状态分3种类型。 * 将成分为C0的单相固溶体合金和固溶体的熔液置于圆棒形锭子内由向右进行定向凝