材料科學(xué)基礎(chǔ)輔導(dǎo)與習(xí)題-上交課件 二元相圖及其合金的凝固(No2)lesson

Ch4二元相圖及其合金的凝固4.1相圖的表示和測定方法4.2相圖熱力學(xué)基本要點4.3二元相圖分析4.4二元合金的凝固理論4.5高分子合金概述14.3二元相圖分析和單組元不同，二元合金系有成分變化，因此在恒壓條件下二元合金相圖需要用兩根坐標(biāo)軸表示,其縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示成分。設(shè)合金由A、B兩組元組成，橫坐標(biāo)一端表示純組元A，而另一端表示純組元B，則二元合金相圖由該平面坐標(biāo)系中一系列曲線組成。

2一、勻晶相圖

1.定義:二組元液態(tài)、固態(tài)均無限互溶的合金系,其相圖就是勻晶相圖.(Cu-Ni、Nb-Ti、Cr-Mo、Sb-Bi、Au-Ag、Cd-Mg、Pt-Rh)3Inbothsubstitutionalandinterstitialsolidsolutionstheoverallatomicstructureisvirtuallyunchanged.ExamplesofsolidsolutionalloysincludeCopper-Nickel,Gold-SilverallwhomhaveanF.C.Cstructure.Molybdenum-TungstenisanexampleofansolidsolutionwithaB.C.Cstructure.4Acompletesolidsolutiondiagramlookslikethis.Whenthesystemplotsinthepurplefielditisallliquid,intheyellowfielditisamixtureofliquidandsolid,andinthebluefielditisentirelysolid.Theupperboundoftheliquid+solidfieldiscalledtheliquidus,andthelowerboundiscalledthesolidus.56Sometimessolidsolutionscanhavemaximaorminimabetweentheendmembers.Thesearenoproblem:thesolidandliquidcompositionswillstillslidedowntheliquidusandsoliduscurves.Treateachsectionasasimplesolidsolution.Theonlycomplication:whathappensifasystemexactlymatchesthemaximumorminimum?Inthatcase,itsimplycrystallizesasolidofthatcomposition.Tinandleadareanexampleofasystemwithaminimum.Solderhasacompositionattheminimumpoint.Thisensuresthatthesolderhasthelowestpossiblemeltingpoint,andthatasolidofuniformcompositioncrystallizes.7TheLeverRuleTheequilibriumdiagramforasolidsolutionalloythatwehavejustbeendealingwithcontainstwodistinctphases,liquidandsolidsolutions.Betweentheliquidusandsoliduslinesthesetwophasesexisttogetherinequilibriumandhencetheareabetweenthecurvesisknownasthetwophaseregion.

Ifahorizontallineisdrawnthroughthetwophaseregion,suchalineiscalledatieline.

Weseeatielinedrawninthisequilibriumdiagram.

8Theleverrulemaybeintroducedbyconsideringthesimplesee-sawshownhere.Forthesee-sawtobebalanced,i.einequilibrium,withoutmovementupordownoneitherside,

(weightW1)(distanceX1)=(weightW2)(distanceX2).

9Thisistheleverruleandinmetallurgythehoriziontalconstanttemperaturetie-linerepresentsthesee-sawwiththefulcrumatthealloycompositionunderconsideration.ThereforeifwetakethediagramfortheCopper-Nickelalloyasaboveandwetakethecompositionof60%copperand40%Nickeltheleverrulewillapplylikethis.

WeightofsolidsolutionofcompositionqWeightofliquidofcompositionm

=bm/qb

Ratio=bm/pb

10TheleverruleIfanalloyconsistsofmorethanonephase,theamountofeachphasepresentcanbefoundbyapplyingtheleverruletothephasediagram.Theleverrulecanbeexplainedbyconsideringasimplebalance.Thecompositionofthealloyisrepresentedbythefulcrum,andthecompositionsofthetwophasesbytheendsofabar.Theproportionsofthephasespresentaredeterminedbytheweightsneededtobalancethesystem.So,fractionofphase1=(C2-C)/(C2-C1)and,fractionofphase2=(C-C1)/(C2-C1).111213142.固溶體的平衡凝固15勻晶轉(zhuǎn)變過程中的原子擴散問題163.固溶體不平衡結(jié)晶示意圖17Cu-Ni非平衡凝固分析與總結(jié)：P234固相平均成分線和液相平均成分線與固相線和液相線不同，它們和冷卻速度有關(guān)，冷卻速度越快，它們偏離固、液相線越嚴(yán)重；反之，冷卻速度越慢，它們越接近固、液相線，表明冷卻速度越接近平衡條件；先結(jié)晶部分總是富高熔點組元（Ni），后結(jié)晶的部分是富低熔點組元（Cu）；非平衡凝固總是導(dǎo)致凝固終結(jié)溫度低于平衡凝固時的終結(jié)溫度。1819銅鎳合金鑄造組織20銅鎳合金經(jīng)退火后的組織21二.共晶相圖(一)相圖分析22231.10%合金杠桿定律計算冷卻曲線會畫242.共晶合金杠桿定律計算冷卻曲線會畫253.亞共晶合金杠桿定律計算冷卻曲線會畫264.過共晶合金杠桿定律計算冷卻曲線會畫275.鉛錫合金組織分區(qū)圖28(三)共晶合金的非平衡凝固偽共晶與離異共晶29四種偽共晶區(qū)30鋁硅合金的偽共晶4%Cu-Al鑄造合金中的離異共晶31三.包晶相圖(一)相圖分析321.42.2%合金(二)包晶合金的平衡凝固及其組織杠桿定律計算冷卻曲線會畫33342.合金Ⅱ

杠桿定律計算冷卻曲線會畫353.合金Ⅲ

杠桿定律計算冷卻曲線會畫36(三)包晶合金的

非平衡凝固低于包晶溫度下仍存在液相L和固相α灰色初生ε相白色η相黑色共晶組織3738四.溶混間隙相圖與調(diào)幅分解在不少的二元合金相圖中有溶混間隙如Cu－Pb,Cu－Ni,Au－Ni,Cu-Mn和二元陶瓷合金中的NiO-CoO,SiO2一Al2O3等.右圖中的溶混間隙顯示了兩種液相不相混溶性。溶混間隙轉(zhuǎn)變

L→L1+L2或α→α1+α2

α→α1+α2有兩種轉(zhuǎn)變方式1.形核長大2.無形核長大(調(diào)幅分解)39五、其它類型的二元合金相圖(一)具有化合物的相圖1.穩(wěn)定化合物402.不穩(wěn)定化合物41(二)具有偏晶轉(zhuǎn)變的相圖42(三)具有合晶轉(zhuǎn)變的相圖43(四)具有熔晶轉(zhuǎn)變的相圖δ→γ+L

44(五)具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元相圖1.多晶型轉(zhuǎn)變

452.共析轉(zhuǎn)變

3.包析轉(zhuǎn)變4.脫溶過程共析轉(zhuǎn)變Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ；包析轉(zhuǎn)變Ⅷ、Ⅸ465.有序-無序轉(zhuǎn)變

476.固溶體形成中間相的轉(zhuǎn)變7.磁性轉(zhuǎn)變

48六、復(fù)雜二元相圖的分析方法

⑴根據(jù)三相共存的水平線，分析其特征，確定相圖類型，寫出轉(zhuǎn)變反應(yīng)式。只要把相圖中水平線一一分析清楚，則復(fù)雜相圖就可分解為幾個簡單相圖，這是分析復(fù)雜相圖的關(guān)鍵步驟。⑵相圖中如有穩(wěn)定化合物存在，則可以以化合物為一組元，把相圖分成幾個簡單相圖。⑶根據(jù)相區(qū)接觸法則，認(rèn)清各相區(qū)的組成相。⑷利用相圖分析典型合金的結(jié)晶過程及組織。

在單相區(qū)，相成分與重量同原合金。在兩相區(qū)，不同溫度下各相成分均沿其相界線變化，各相的相對量由杠桿定律求出。

三相平衡時，三個相的成分是固定的，但其數(shù)量不斷變化，只有在反應(yīng)還沒有開始，或反應(yīng)完成后只有兩相時，才能用杠桿定律計算其相對量。4950七、相圖的應(yīng)用1．根據(jù)合金相圖判斷合金的性能2．在熱處理方面的應(yīng)用3．在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用4．利用合金狀態(tài)圖選擇變質(zhì)劑5．判斷焊接性6．合金狀態(tài)圖與焊接熱裂縫的關(guān)系7．狀態(tài)圖在金屬壓力加工中的應(yīng)用8．在研制新型材料中的作用511．根據(jù)合金相圖判斷合金的性能52532．在熱處理方面的應(yīng)用5455563．在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用574．利用合金狀態(tài)圖選擇變質(zhì)劑58八、鐵碳相圖和碳鋼(一)基本知識1、純鐵δ-Fe:純鐵于1538℃結(jié)晶后首先轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方結(jié)構(gòu)的δ鐵γ-Fe:繼續(xù)冷卻到1394℃時，體心立方結(jié)構(gòu)的δ鐵就會轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)的γ鐵α-Fe:繼續(xù)冷卻到912℃時，面心立方結(jié)構(gòu)的γ鐵就會轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)的α鐵2、Fe的固溶體碳溶于α鐵或δ鐵中形成的固溶體稱為鐵素體，用α、δ或F表示；碳溶于γ鐵形成的固溶體稱為奧氏體，用γ或A表示。59FerritePureironupto912oChasabccstructureandisknownasalphaferrite.Between1394oCandthemeltingpointofironthebccstructureisnowknownasdeltaferrite.Alsofoundincarbonsteel.60AUSTENITE(giron):Itisalsoknownas(g)gamma-iron,whichisaninterstitialsolidsolutionofcarbondissolvedinironwithafacecenteredcubiccrystal(F.C.C)structure.61

3.Fe3C（滲碳體Fe3CI

,Fe3CII

,Fe3CIII

）間隙化合物Fe3C屬于正交晶系，點陣常數(shù)為a＝4.524,b＝5.089埃，c＝6.743埃。Fe3C具有很高的硬度，HV＝950～1050，塑性幾乎為零，熔點為1227℃。Fe3C是碳鋼中主要的強化相，它的多少、形狀及分布對鋼的性能影響很大。Cementiteisalsoknownasironcarbidewhichhasachemicalformula,Fe3C.Itcontains6.67%Carbonbyweight.Itisatypicalhardandbrittleinterstitialcompoundoflowtensilestrength(approximately5,000psi)buthighcompressivestrength.Itscrystalstructureisorthorhombic62

4.珠光體γS→αP＋Fe3C鐵素體與滲碳體的機械混合物PEARLITE(a+Fe3C)Itistheeutectoidmixturecontaining0.83%Carbonandisformedat1333oFonveryslowcooling.Itisveryfineplatelikeorlamellarmixtureofferriteandcementite.Thestructureofpearliteincludesawhitematrix(ferriticbackground)whichincludesthinplatesofcementite.63

5.萊氏體LC→γＥ＋Fe3C奧氏體和滲碳體的機械混合物L(fēng)EDEBURITE(a+Fe3C)Itistheeutecticmixtureofausteniteandcementite.Itcontains4.3%Carbonandrepresentstheeutecticofcastiron.Ledeburiteexistswhenthecarboncontentisgreaterthan2%,whichrepresentsthedividinglineontheequilibriumdiagrambetweensteelandcastiron.64(二)鐵碳相圖65Intheirsimplestform,steelsarealloysofIron(Fe)andCarbon(C).TheFe-Cphasediagramisshownbelow,uptoaround7%Carbon.Thisisafairlycomplexphasediagrambut,asweareonlyinterestedinthesteelspartofthediagramwecanmakeafewsimplifications.SteelshavebeensoimportanttoengineersforsomanyyearsthateachphasehasinheritedanameaswellasaGreekletter.Thephasediagramsforsteelsareonp256ofyourbook.66Thegammaphaseiscalledaustenite.AusteniteisahightemperaturephaseandhasaFaceCentredCubic(FCC)structure[whichisaclosepackedstructure].Thealphaphaseiscalledferrite.FerriteisacommonconstituentinsteelsandhasaBodyCentredCubic(BCC)structure[whichislessdenselypackedthanFCC].Fe3Ciscalledcementiteandlastly(forus),the"eutecticlike"mixtureofalpha+cementiteiscalledpearlite.67Theproblemcanbesimplifiedbyaccountingforthefollowingtwopoints:

Weareconsideringsteels,andthereforeonlyneedtolookattheFe-Cphasediagramuptoaround1.4%CWecanignoreveryhightemperaturephasechangesasthesewillnotaffectthefinalalloy-lookingatthephasediagram,allalloysupto1.4%Cmustcoolthroughthegamma(austenite)phase.Sowewillconsideralloysfrombelowaround1000oC.68ThephasediagramshowstheFe-Cphasediagramuptoaround1.4%Cand1000oC.Thisappearstocauseaproblem-thereisnoliquidphasebutotherwise,inform,thephasediagramlookslikeour"standard"phasediagram.Infact,althoughthereactionsoccurinthesolidstatetheycanbetreatedinexactlythesamewayasiftheyincludedtheliquidstate.Thereis,though,oneproviso.Thewordeutecticisreplacedbythewordeutectoid(eutectic-like)toshowthatthereactionisinthesolidstate..69TheeutectoidcompositionisFe-0.83wt%Candatthiscompositionthehigh-temperatureaustenitewillundergotheeutectoidreactionat723oC:austenite>ferrite+cementite

gamma>alpha+Fe3CTheferriteandcementitegrowco-operativelyasalamellarmixture(pearlite).70MicrographofFe-0.83wt%CThespecimenhasbeenmetallographicallypreparedandetchedinboilingalkalinesodiumpicrate(verydangerousandexplosive!)whichstainsthesurfaceofthecementitebrown/blackandleavestheferriteunattacked.71AnalloyofcompositionFe-1.3wt%Cistotherightoftheeutectoidpointandsoitistermedhypereutectoidsteel.AstheaustenitecrossesthephaselineatT2someoftheaustenitewilltransformintocementiteandsotheremainingaustenitewillbecomericheriniron.Energeticconsiderationsshowthatthecementitewill(anddoes)formattheaustenitegrainboundaries.Whenthesteelreachestheeutectoidtemperaturetheremainingaustenitewillbeofeutectoidcompositionandtransformsintopearlite(alpha+cementite).So,thefinalmicrostructurewillcontaincementiteatthegrainboundaries(pro-eutectoid

cementite)andpearlite

(eutectoid).72MicrographofFe-1.3wt%CThespecimenhasbeenmetallographicallypreparedandetchedinboilingalkalinesodiumpicrate(verydangerousandexplosive!)whichstainsthesurfaceofthecementitebrown/blackandleavestheferriteunattacked.73Samplesofhypereutectoidsteelnormallyshowlesspro-eutectoidcementiteattheedgethanintherestofthesample.Thisisduetodecarburisationinthesurfacelayersathightemperatures(carbondiffusesoutofthesurfaceofthesample).Althoughthisisanunwantedeffectthereverseeffectiscommonlyused.Acomponentisplacedinahotcarbon-richenvironmentwhichencouragesdiffusionofcarbonintothesurfaceofthesteel,increasingthesurfacehardness.Thisiscalledcasecarburising.74Themicrostructuresofsteelsvaryconsiderablywithcarboncontent,withincreasingamountsofthehard,brittle,cementitebeingpresentinsteelsofhighercarboncontent.Thisvariationinmicrostructureleadstosignificantchangesinengineeringproperties,asshowninthefigure.Forexample,strengthincreaseswithcarboncontentuptotheeutectoidcompositionbutthenstartstodropasagrain-boundarynetworkofbrittlecementiteisformed.Phasediagramsallowustounderstandwhythepropertiesofsteelschangewithdifferingcarboncontentandenableustomakesteelswiththepropertieswerequire.7576Iron-IronCarbideDiagram7778798081鐵－滲碳體相圖分析1、液相線,固相線2.五個單相區(qū)3.七個兩相區(qū)4.兩條磁性轉(zhuǎn)變線

MO-鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變線過230℃的虛線-滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變線5.三條水平線HJB-包晶轉(zhuǎn)變線ECF-共晶轉(zhuǎn)變線PSK-共析轉(zhuǎn)變線8283848586878889909192按組織標(biāo)注的鐵滲碳體相圖939495CastIronCastironsmayoftenbeusedinplaceofsteelatconsiderablecostsavings.Thedesignandproductionadvantagesofcastironinclude:

Lowtoolingandproductioncost

Goodmachinabilitywithoutburring

Abilitytocastintocomplexshapes

Excellentwearresistanceandhighhardness(particularlywhitecastirons)

Highinherentdampingcapabilities96Thepropertiesofthecastironareaffectedbythefollowingfactors:

Chemicalcompositionoftheiron

Rateofcoolingofthecastinginthemold(whichdependsonthesectionthicknessinthecasting)

Typeofgraphiteformed(ifany)TypesofCastIron:Majortypesofcastironareshowninthefollowing.GrayCastIronPhotomicrographofGrayCastironGraphiteFlakesinGrayCastiron97WhiteCastIronWhitecastironisuniqueinthatitistheonlymemberofthecastironfamilyinwhichcarbonispresentonlyascarbide.Duetotheabsenceofgraphite,ithasalightappearance.Thepresenceofdifferentcarbides,dependingonthealloycontent,makeswhitecastironsextremelyhardandabrasionresistantbutverybrittle.Animprovedformofwhitecastironisthechilledcastiron.98DuctileCastIron(NodularCastIron):

Thisstructureisdevelopedfromthemelt.Thecarbonformsintosphereswhencerium,magnesium,sodium,orotherelementsareaddedtoameltofironwithaverylowsulfurcontentthatwillinhibitcarbonfromforming.Thecontroloftheheat-treatingprocesscanyieldpearlitic,ferritic,martensiticmatricesintowhichthecarbonspheresareembedded.99MalleableCastIron:Ifcastironiscooledrapidly,thegraphiteflakesneededforgraycastirondonotgetachancetoform.Instead,whitecastironforms.Thiswhitecastironisreheatedtoabout1700oFforlongperiodsoftimeinthepresenceofmaterialscontainingoxygen,suchasironoxide.Attheelevatedtemperaturescementite(Fe3C)decomposesintoferriteandfreecarbon.Uponcooling,thecombinedcarbonfurtherdecomposestosmallcompactparticlesofgraphite(insteadofflake-likegraphiteseeningraycastiron).Ifthecoolingisveryslow,morefreecarbonisreleased.Thisfreecarbonisreferredtoastempercarbon,andtheprocessiscalledmalleableizing.FerriticMalleableCastironpearliticMalleableCastiron1001、包晶轉(zhuǎn)變部分冷卻時在1495℃發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

L0.53＋δ0.09A0.17鋼：含碳量小于2.11%的合金在冷卻的過程中在一定的溫度區(qū)間得到單相的奧氏體組織。這類合金叫鋼。1012.共析轉(zhuǎn)變部分冷卻時在727℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

A0.77F0.0218＋Cm6.69亞共析鋼：含碳0.0218%至0.77%的合金過共析鋼：含碳0.77%至2.11%的合金1023.共晶轉(zhuǎn)變部分冷卻時在1148℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

L0.77A0.0218＋Cm6.69鑄鐵:含碳2.11%至6.69%范圍內(nèi)的合金按亞穩(wěn)系統(tǒng)冷卻時都會發(fā)生這種共晶轉(zhuǎn)變,這類合金叫做白口鑄鐵亞共晶白口鑄鐵:含碳2.11%至4.30%范圍內(nèi)的合金過共晶白口鑄鐵:含碳4.30%至6.69%范圍內(nèi)的合金103TheSteelSectionoftheIron-CarbonDiagram.1041051061071081091101114.4二元合金的凝固理論合金的凝固過程也是形核和長大的過程;由于合金中存在第二組元或第三組元,使其凝固過程較純金屬復(fù)雜.合金凝固時其形核除了需要過冷度、相起伏和能量起伏之外,還需要成分起伏.晶核長大除了需要動態(tài)過冷度之外,還伴隨組元原子的擴散過程;所謂成分起伏是指合金熔液中微小體積的成分偏離熔液平均成分,而且微小體積的成分因原子熱運動而處于時起時伏、此起彼伏狀態(tài)的現(xiàn)象.

一、固溶體的凝固理論二、共晶凝固理論三、合金鑄錠(件)的組織與缺陷112一、固溶體的凝固理論(一)正常凝固(二)區(qū)域熔煉(三)表征液體混合程度的有效分配系數(shù)(四)成分過冷113(一)正常凝固合金凝固時,要發(fā)生溶質(zhì)的重新分布,重新分布的程度可用平衡分配系數(shù)K0表示.K0定義為平衡凝固時固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)S和液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)L之比,即K0=wS/wLk0＜l,隨溶質(zhì)增加,合金凝固的開始溫度和終結(jié)溫度降低;k0越接近1,表示該合金凝固時重新分布的溶質(zhì)成分與原合金成分越接近,即重新分布的程度越小.114固溶體平衡凝固固溶體平衡凝固過程是：形核→相界平衡→擴散破壞平衡→長大→相界平衡。

115固溶體的不平衡(正常)凝固

CL＝C0(1－Z/L)k0－1CS＝k0C0(1－Z/L)k0－1116(二)區(qū)域熔煉是應(yīng)用固溶體凝固原理來提純材料的一種工藝.如將鍺經(jīng)區(qū)域提純,得到一千萬個鍺原子中只含小于1個雜質(zhì)原子,可作為半導(dǎo)體整流器的元件.117(三)表征液體混合程度的有效分配系數(shù)設(shè)初始過渡區(qū)建立后(CL)i/(CL)B＝k1,而液-固界面處始終保持兩相平衡,即（CS）i/（CL）i＝k0,則(CS)i/(CL)B＝k0·k1＝ke.ke稱為有效分配系數(shù)。

118119(四)成分過冷120121二、共晶凝固理論(一)共晶體的形核與長大(二)成分過冷對共晶合金液-固界面形貌的影響(三)共晶組織的常見形態(tài)(四)初晶組織的形態(tài)122(一)共晶體的形核與長大共晶合金的凝固也是形核和核的長大過程。共晶體中兩個組成相不會同時形核，首先形核的一相稱為先析出相;一個共晶晶核只包含一個α晶核和一個β晶核,最后就形成了一個由相互平行的α相和β相層片相間的共晶領(lǐng)域或稱共晶晶團.123在共晶合金凝固過程中可以同時形成許多共晶晶核，每個共晶晶核各自長大成一個共晶領(lǐng)域，直至各個共晶領(lǐng)域彼此相碰、液相全部消失為止共晶合金凝固過程是形核→相界平衡→短程擴散破壞平衡→長大→相界平衡。此過程在恒溫下重復(fù)進行，直至熔液全部轉(zhuǎn)變?yōu)橛刹煌簿ьI(lǐng)域組成的共晶組織為止。124(二)成分過冷對共晶合金液-固界面形貌的影響A-B二元共晶合金進行定向凝固,共晶晶核形成后,α、β兩相將沿層片的縱向從鑄型的一端向另一端長大.兩相前沿液相中的溶質(zhì)原子總是不斷地進行短程擴散,使兩相不斷長大.這樣，在液-固界面前沿就不能富集溶質(zhì)原子,也就不能建立起有效的成分過冷區(qū).因此液-固界面為平面狀,長大過程中界面平面推進,使相鄰共晶領(lǐng)域中α、β層片取向完全一致,無法辨認(rèn)共晶領(lǐng)域;125如果在共晶合金中含有第三組元,當(dāng)共晶凝固時兩組成相都要排出第三組元,則在液-固界面就能建立起成分過冷區(qū),使液-固界面為胞狀,這樣就可以看到共晶領(lǐng)域,其在鑄件縱斷面上

呈扇形(如圖所示),在橫斷面上呈蜂窩狀.另外,當(dāng)合金的雜質(zhì)含量較多而出現(xiàn)較大成分過冷時,胞狀組織就可伸展而形成樹枝狀組織。126(三)共晶組織的常見形態(tài)127128129(四)初晶組織的形態(tài)若初生晶為金屬型(固溶體或純金屬),凝固時其液-固界面為微觀粗糙界面,一般呈樹枝狀;若初生晶為非金屬型(非金屬或亞金屬),凝固時其液-固界面為微觀光滑界面,一般呈規(guī)則的多邊形.130三、合金鑄錠(件)的組織與缺陷(一)鑄錠(件)的宏觀組織131(二)鑄錠(件)的缺陷1.縮孔132(a)殼狀凝固(b)殼狀－糊狀混合凝固(c)糊狀凝固

不同凝固方式示意圖1332.偏析(1)宏觀偏析正偏析反偏析比重偏析(2)微觀偏析枝晶偏析(晶內(nèi)偏析)胞狀偏析晶界偏析3.氣孔與夾雜1344.5高分子合金概述高分子合金,又稱多組元聚合物,指含有兩種或多種高分子鏈的復(fù)合體系,包括嵌段共聚物、接枝共聚物,以及各種共混物等。其目的是通過高分子間的物理、化學(xué)組合可以獲得更多樣化的高分子材料,使它們具有更高的綜合性能。一、高分子合金的相容性二、高分子體系的相圖及測定方法三、高分子合金的制備方法四、高分子合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)五、高分子合金性能與組元的一般關(guān)系六、高分子合金的主要類型135一、高分子合金的相容性多數(shù)情況下,高分子混合熵不足以克服混合熱的貢獻,即T⊿S＜⊿H,故高分子的混合不太可能達到分子量級的混合,總是形成多相體系.這就是多組元聚合物常常是不相容的熱力學(xué)原因.136二、高分子體系的相圖及測定方法137138三、高分子合金的制備方法(一)物理共混法(二)化學(xué)共混法139(一)物理共混法物理共混法又稱為機械共混法,是將不同種類高分子在混合(或混煉)設(shè)備中實現(xiàn)共混的方法.共混過程一般包括混合作用和分散作用.140(二)化學(xué)共混法化學(xué)共混法主要有兩種:共聚-共混法和互穿網(wǎng)絡(luò)聚合法。

1.共聚-共混法有接枝共聚-共混和嵌段共聚-共混之分。在制備高分子合金中，接枝共聚-共混法更為重要。接枝共聚-共混法，其過程是將高分子A溶解于單體B，再使B引發(fā)聚合，活性B大分子自由基可對A鏈產(chǎn)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，使A鏈上產(chǎn)生自由基再引發(fā)B的聚合，這樣就形成了支化B鏈。

1412.互穿網(wǎng)絡(luò)聚合法將交聯(lián)高分子A用含有引發(fā)劑和交聯(lián)劑的單體B溶脹（溶劑分子滲透進人高分子中，使高分子體積膨脹，稱為溶脹），再行聚合，便得到A和B交互貫穿的網(wǎng)絡(luò).142四、高分子合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)高分子合金可能是單相（均相）也可能是復(fù)相（非均相）的。單相合金與無規(guī)共聚物相對應(yīng)，而復(fù)相合金與一般聚合物共混物相對應(yīng)。高分子合金的形態(tài)結(jié)構(gòu)是指不同高分子所形成的相結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍約為0.01～10mm，其對合金性能有重要的影響。組元相同，形態(tài)結(jié)構(gòu)不同的高分子合金可能會有顯著的性能差異。二元高分子合金按相的連續(xù)性可分為單相連續(xù)結(jié)構(gòu)、兩相連續(xù)結(jié)構(gòu)兩種類型。1431.單相連續(xù)結(jié)構(gòu)

單相連續(xù)結(jié)構(gòu)是兩相中有一相呈連續(xù)分布,此連續(xù)相稱為基體,另一相分散于基體之中.根據(jù)分散相相疇的形態(tài),又分為3種情況:①分散相由相疇形狀不規(guī)則,大小不一的顆粒組成.機械共混法制得的產(chǎn)物一般具有這種形態(tài).②分散相的相疇形態(tài)比較規(guī)則,一般為球形,也有柱狀形等.③分散相的相疇具有胞狀結(jié),即分散相中包含由連續(xù)相組元構(gòu)成的更小的顆粒,把分散相顆粒當(dāng)作胞,胞壁由連續(xù)相組元構(gòu)成,胞內(nèi)又包含連續(xù)相組元構(gòu)成的更小的顆粒,所以取名為胞狀結(jié)構(gòu).接枝共聚－共混法制得