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紫铜止水片凝固现象和组织
1.纯铜的铸锭组
从低倍组织可知,铸锭边部为柱状晶,中部则为较粗的等轴晶。实际上,当铸锭时冷却强度足够大或铸锭尺寸较小的情况下,整个铸锭可能全由柱状晶组成。紫铜止水片其他铜合金的低倍组织均具有与此相同的特点。从显组织观察可知,晶粒内部无明显特征,晶界较细,与一般单相合金的平衡结晶组织无异。2.单相铜合金的铸锭组织特征
铜合金的凝固过程为非平衡过程,所以其铸锭组织一般偏离平衡态。下面以匀晶、包晶及共晶二元系合金为例说明。
匀晶系相图及某合金凝固时可能的非平衡固相线轨迹。
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Cu10Zm合金的铸态组织,该合金为a单相固溶体,枝晶干富铜,枝晶间富锌。当CuZn合金中锌含量达30%-32%时,则因非平衡凝固会导致枝晶间出现少量B相(包晶反应所得)。紫铜止水片Cu7A合金及Cu6.55n0.1P合金铸态组织。从图2-18(a)可知,平衡态为单相a固溶体的Cu7A合金,在铸态下,基体为具有枝晶偏析的a固溶体,枝晶间出现非平衡的少量(a+Y2)共析产物。这种共析体是因非平衡结晶时生产了非平衡共晶(a+B),其中的β相再发生共析转变所致。Cu6.55m0.1P合金在平衡态亦应为单相的a固溶体,但在铸锭时非平衡凝固的条件下,基体a具有较严重的枝晶偏析枝晶间富锡和磷,在一定情况下可能在枝间出现(a+8)共析体及Cu3P化合物(可视为++Cu3P三相低熔共晶)CuAl系合金中,当含铝量超过7%时会出现β相。在降至一定温度时,B相会发生共析分解,生成a+y2共析体。含铝较高的图2-17Cu-10Zn合金铸态组织120合金,凝固时亦会首先生成B晶粒,温度进步降低时,将从B相基体中析出具有魏氏组织特征的a相。
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。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。
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