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1、在固溶体中，为何先结晶的部分含高熔点组元数量多，后结晶 的部分含低熔点组元多固溶体的结晶依赖组元的扩散，要达到平衡结晶，必须有足够的时间使扩 散充分进行。但是实际生产中，合金溶液的冷却是在砂模或金属模中进行，冷 却速度较快，扩散过程来不及充分进行，使结晶过程偏离了平衡状态，称为非 平衡结晶。课本图4.6 (a)为非平衡结晶过程及结晶时液 固两相成分变化的示意图。I合金的温度降至t1时首先结晶出成分为al的固相，液相成分变为L1。当温 度降至t2时，在al的表面上结晶出一层a2,由于冷速快，固相中扩散不充分， 出现成分不均匀现象，故晶体的平均成分为a 2,介于al与a2之间，而液相 的平均成分
2、L2 介于 Ll 与 L2 之间。当温度继续降至 t3 时，固溶体表面又出 现成分为a3的结晶层，固溶体的实际成分为al，a2,a3的平均值a3，而液相 的成分为L1,L2,L3的平均值L3。依次类推，合金冷却到t4温度结晶结束， 此时固相的平均成分从a3变成a4,即原合金的成分。将各个温度下固相的 平均成分点 ala2a3a4 连接成虚线，称为固相平均成分线；而将 LlL2L3L4 连成的虚线，称为液相平均成分线。从上述分析可知，固溶体非平衡结晶有以下特点。( l ) 固相平均成分线和液相平均成分线将偏离平衡相图中的液相 线和固相线，其偏离程度主要取决于冷却速度，冷速越快，偏离程度越大。 由
3、于固相内组元扩散较液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的程度要大 得多。(2) 先结晶的部分总是富含高熔点组元，后结晶的部分富含低熔点组元。3） 非平衡结晶总是导致结晶结束温度低于平衡结晶时的结束温度。固溶体非平衡结晶时，由于从液相中先后结晶出来的固相成分不同，结果 使得一个晶粒内部化学成分不均匀，这种现象称为晶内偏析。由于固溶相通常 以树枝状生长方式结晶，导致先结晶的枝干含高熔点组元较多，而后结晶的枝 间含低熔点组元较多，故称为枝晶偏析。由于一个树枝晶是由一个核心结晶而 成的，故枝晶偏析属于晶内偏析。树枝晶形貌的显示是由于枝干海和枝间的成 分差异引起浸蚀后颜色的深浅不同所致，枝干富镍不易浸蚀而
4、呈白色，枝间富 铜易受浸蚀而呈黑色，枝晶偏析的特征十分清晰。晶内偏析的程度取决于以下因素。（1） 冷却速度越大，扩散进行得越不充分，偏析程度越大。（2） 相图中的结晶范围越大，偏析成分的范围越大。具有枝晶偏析的合金，会导致合金塑性，韧性下降；易于引起晶内腐蚀， 降低合金的抗蚀能力；特别是给合金的热加工带来困难。生产上为了消除 其影响，常把合金加热到高温（低于固相线100 摄氏度左右）并进行长时 间保温，使原子充分扩散，获得成分均匀的固溶体，着种工艺过程称之为 ，均匀化退火，或称为”扩散退火，。研究二元合金的结晶过程必须借鉴二元相图，因此有必要研究二元合金相 图及其应用。在常压下，二元合金的相状
5、态决定于温度和成分。因此，二元合金相图可 用温度-成分坐标系的平面图形来表示。二元相图是反映二组元系统相的平衡状 态与温度，成分关系的平面图形。二元合金相图又称二元系相图，是表示系统中两个组元在热力学平衡状态 下组份和温度，压力之间的关系的简明图解。最初，相图通过大量实验得到。 随着计算材料学的发展，以分子动力学为基础的计算相图成为得到相图的一种 高效手段。当存在两个组元时，成分也是变量，通常只考虑在常压下的结晶过 程，则取两个变量温度和成分，横坐标用线段表示成分，纵坐标表示温度。平 面上按平衡状态下存在的相来分隔。对二组分体系，至少有一个相，根据相律，该体系的最大自由度为3，即体 系的状态由
6、三个独立变量（温度，压力和组分）所决定。其相图为三个坐标的 立体图。对于二元分体系，常常保持一个变量为常量，可得到三种平面图p-X（压力 -组分）图，T-X （温度-组分）图和T-p （温度-压力）图。最常用的是前两种。 在平面图上最大自由度数是2 ，同时共存的相数量最多的3。相平衡条件在指定的温度和压力下，若多相体系的各相中每一组元的浓度均不随时间 而变，则体系达到平衡。二元合金相图的测定合金发生相的转变时，必然伴随有物理，化学性能的变化因此测定发生性 能变化的温度和成分范围，可以确定不同相存在的温度和成分界限，从而建立 相图。常用的测定方法有热分析法，金相法，膨胀法，硬度法及X射线结构分 析法等。在固溶体中，由固溶体非平衡特点知：先结晶的部分含高熔点组元数量多， 后结晶的部分含低熔点组元数量多。
二元合金的结晶过程
