3.固溶体合金的平衡结晶过程分析现以K成分合金为例进行分析。当I合金从高温液态缓慢冷却至t，温度时，开始从液相中结晶出固溶体a，此时的a1一。随温度下降，结晶出来的a成分为α(其含镍量高于I合金的镍含量)，即固溶体量逐渐增多，剩余的液相L量逐渐减少。当温度冷至t2时，固溶体的成分为α2。为保持相采衡，在t1温度液相的成分为12（镍含量低于合金的镍含量），即结晶出来的α1相，必须改变为与α2相一致的成分，液相成分也必须由11向12变化。一直冷到t温度时，其相平衡关系。最后的相平衡，必然使从液中结晶出来的全部a相都具有a4的成分，并使最后一滴液相的成分达到14的成分。CUANiX-时间(e)(3)(a)图2.8C-N合金勺晶相图
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 •现以K成分合金为例进行分析。 •当Ｉ合金从高温液态缓慢冷却至t1温度时，开始从液相中结晶出固溶体α，此时的α 成分为α1 (其含镍量高于Ｉ合金的镍含量)，即 。随温度下降，结晶出来的α 固溶体量逐渐增多，剩余的液相L量逐渐减少。当温度冷至t2时，固溶体的成分为α2， 液相的成分为l2 (镍含量低于合金的镍含量)，即 。为保持相平衡，在t1温度 结晶出来的α1相，必须改变为与α2相一致的成分，液相成分也必须由l1向l2变 化。.一直冷到t4温度时，其相平衡关系 。最后的相平衡，必然使从液相 中结晶出来的全部α相都具有α4的成分，并使最后一滴液相的成分达到l4的成分。 1 1 ⎯1→ t l 2 2 ⎯2→ t l 4 4 ⎯4→ t l 图2.8 C-N合金匀晶相图
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析CILNiXNi%-时间(C)(8)(a)图2.8C-N合金勺晶相图·由以上分析可知，合金的平衡结晶过程，其特点是液态金属在无限缓慢冷却条件下，冷却到一定温度范围内进行结晶，而且在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即a1-→α2-→α3→α4)，而液相的如图2一8 （a）所示。成分沿液相线变化(即11-→12→13→14)，这就是固溶体合金的平衡结晶规律用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程，则如图2一8（b）所示
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 •由以上分析可知，I合金的平衡结晶过程，其特点是: •液态金属在无限缓慢冷却条件下，冷却到一定温度范围内进行结晶，而且 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即α1→α2→α3→α4 )，而液相的 成分沿液相线变化(即l1→l2→l3→l4 )，如图2－8（a）所示。这就是固溶体 合金的平衡结晶规律。 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程，则如图2－8（b）所示。 图2.8 C-N合金匀晶相图
4.杠杆定律及其应用-7777777Ni图2.9杠杆定律的证明在合金相图中的两相区（如液相和固相）内，若给定某一温度，就能确定在该温度下两平衡相（如液、固两相）的成分，以及在该温度下两平衡相（如液固两相的相对质量，这就是杠杆定律的内容。·分析成分为K的Cu-Ni合金，见图2-9（a)，在tx温度时，液相成分为X1，固相成分为x2（通过温度作一水平线，此水平线与液、固相线的交点即为L相的成分与a相的成分）。现求在该温度下，已结晶出固溶体a和剩余液相L的质量分数
4.杠杆定律及其应用 •在合金相图中的两相区(如液相和固相)内，若给定某一温度，就能确定在 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分，以及在该温度下两平衡相(如液、 固两相)的相对质量，这就是杠杆定律的内容。 •分析成分为K的Cu-Ni合金，见图2-9 (a)，在tx温度时，液相成分为x1， 固相成分为x2 (通过tx温度作一水平线，此水平线与液、固相线的交点即为 L相的成分与α相的成分)。现求在该温度下，已结晶出固溶体α和剩余液相 L的质量分数。 图2.9 杠杆定律的证明
4.杠杆定律及其应用7设合金总质量为W(100%即1)，液相的质量分数为WL，固相的质量分数为Wa，则(2.1)W,+ W.-W(即1)·若已知液相中镍的质量分数为X1，固溶体中镍的质量分数为X2，合金中镍的质量分(2.2)数为x，则WL'Xi+Wa·X2=W-x·解(2.1)和(2.2)组成的方程:WL=（×2-x）/(2-x1);Wα=（x-x1）/(x2-x1)。将分子和分母都换成相图中的线段，并将W.和Wwa的质量分数用百分数表示时，则WL=XX2/X1X2×100%，Wa=X1×/X1X2×100%;两相相对质量之比为：WL/Wa=xx2/xix。·由图2-9（b）可以看出，以上所求得的两平衡相相对质量之间的关系与力学中的杠杆定律颇为相似，因此称为“杠杆定律”。杠杆定律说明：某合金两平衡相的质量分数WL与Wa)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比，即线段xX2与xX之比。杠杆定律仅适用于两相区，用于求两平衡相的成分及其相对质量
4.杠杆定律及其应用 •设合金总质量为W(100%即1)，液相的质量分数为WL ,固相的质量分数为Wα，则 • WL+ Wα=W(即1) (2.1) •若已知液相中镍的质量分数为x1，固溶体中镍的质量分数为x2，合金中镍的质量分 数为x，则 WL·x1+ Wα·x2=W·x (2.2) •解(2.1)和(2.2)组成的方程:WL=（x2 -x）/(x2 -x1 );Wα=（x-x1）/(x2 -x1 )。将分子 和分母都换成相图中的线段，并将 WL和Wα的质量分数用百分数表示时，则 WL=xx2/x1x2×100%，Wα=x1x/x1x2×100%;两相相对质量之比为：WL/ Wα=xx2/x1x。 •由图2-9(b)可以看出，以上所求得的两平衡相相对质量之间的关系与力学中的杠杆 定律颇为相似，因此称为“杠杆定律” 。杠杆定律说明:某合金两平衡相的质量分数 (WL与Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比，即线段xx2与x1x之比。 •杠杆定律仅适用于两相区，用于求两平衡相的成分及其相对质量
枝晶偏析5.不平衡结晶一村在实际结晶过程中，很难保持体系的平衡状态，冷却过程往往是比较快的（即不平衡结晶），此时原子不能充分进行扩散，这时先结晶出的固相含高熔点组元（镍）较多，后结晶出的固相含低熔点组元（铜）较多，快冷使这种成分不均匀现象保留下来形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主于和后结晶的分支成分不一致，故这种偏析称为枝晶偏析。因这种偏析发生在一个晶粒内，故文称晶内偏析。·枝晶偏析，会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析，可采用高温扩散退火（又称均匀化退火）方法，即将合金铸件加热至固相线以下100～200℃长时间保温（一般5～8h)，使原子充分扩散，从而达成分均匀化的目的。富Ni区不平衡结晶富Cu区一一枝晶偏析示意图CuNiNi/%
5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析 •在实际结晶过程中，很难保持体系的平衡状态，冷却过程往往是比较快的（即不平 衡结晶），此时原子不能充分进行扩散，这时先结晶出的固相含高熔点组元(镍)较 多，后结晶出的固相含低熔点组元(铜)较多，快冷使这种成分不均匀现象保留下来， 形成了在同一晶粒中的成分偏析，因结晶一般是以树枝状方式进行，先结晶的主干 和后结晶的分支成分不一致，故这种偏析称为枝晶偏析。因这种偏析发生在一个 晶粒内，故又称晶内偏析。 • 枝晶偏析，会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析， 可采用高温扩散退火(又称均匀化退火)方法，即将合金铸件加热至固相线以下100～ 200℃长时间保温(一般5～8h)，使原子充分扩散，从而达成分均匀化的目的。 不平衡结晶 －－枝晶偏 析示意图